火电厂氧分析仪

仪器信息网讯 2014年11月26日，&ldquo 火电厂炉管在线检测技术报告会&rdquo 在云南腾冲召开。此次会议由中国电力企业联合会主办，中国仪器仪表行业协会、中国仪器仪表学会分析仪器分会协办，北京华科仪电力仪表研究所、内蒙古电力科学研究院承办。来自全国电厂、电力设计院、电力科学研究院的60余名代表参加了此次会议。 　　 河北电力研究员资深专家王二福高级工程师 　　电厂化学仪表资深专家王二福高级工程师做了&ldquo 火电厂锅炉炉管腐蚀检测及其动态诊断新技术&rdquo 的主题报告，为我们讲述了金属腐蚀的基本原理以及现有的金属腐蚀检测技术。 　　目前国内外的腐蚀检测技术有直接监测和间接监测两大类、六种形式、十七种检测方法。 　　直接监测包括五种形式13种检测方法：1现场调查形式，即设备停运期间，由锅炉防爆监察人员目视观察 2物理监测形式，包括挂片法、超声波法、声发射法、电阻法、热图像法、射线照相法等六种检测方法 3机械监测形式，包括监测孔法、力学性质测量法等 4腐蚀产物检测形式，即分析水中金属离子成分和浓度来进行定性 5电化学监测形式，包括线性极化法和电偶法。 　　间接监测包括一种形式4种检测方法，即介质条件测定形式。包括人工化验法、溶解氧仪表在线分析法、酸度计仪表在线分析法、氧化还原电势测定法。 　　上述方法中12种方法必须在设备停止运行期间进行腐蚀测量，另外5种方法只能在常温常压条件下进行定性分析测量。但是所有方法无法获得在生产条件过程中热力设备金属材料(炉管)腐蚀速度即时值，无法获取炉管遭受腐蚀、受到损坏的实际信息，也无法在事故发生之前作出预测、预防和预报的警示。 　　国外生产过程中腐蚀速度动态分析检测技术发展较早也发展较好，此次会议上厂商展示的&ldquo 火电厂锅炉受热面金属材料(炉管)在线式腐蚀速度动态分析检测装置&rdquo 给了我们很大信心，也希望国内厂商继续努力，产品越做越好。

如何确保企业碳排放数据的准确性是全国碳市场推进的关键，一般而言，国际社会碳排放量有几种算法？两种，核算法和连续排放监测系统（CEMS）法！3月22日，国家能源局发布实施了《火电厂烟气二氧化碳排放连续监测技术规范》（DL/T2376—2021）。3月22日，国家能源局实施的这份能源电力行业标准，是国内首个二氧化碳排放连续监测行业技术标准，填补了我国发电领域碳排放连续监测技术行业标准空白，完善了发电行业碳排放监测核算技术体系。在了解这份技术规范前，需要先明确三个问题。01一般而言，国际社会碳排放量有几种算法？两种，核算法和连续排放监测系统（CEMS）法。02我国目前采用哪种方法？核算法。03那么，未来有没有可能多一种算法？当然有，关于火电企业的相关技术规范已经发布实施了！01国际经验：两线并行的计算体系目前，我国企业二氧化碳排放量的统计方法主要采用核算方式，即排放企业按照《企业温室气体排放报告核查指南（试行）》等要求，委托有资质的第三方对排放数据进行核查计算。2020年6月，生态环境部公布《生态环境监测规划纲要（2020~2035年）》提出遵循“核算为主、监测为辅”的原则，探索建立重点排放单位温室气体排放源监测的管理体系和技术体系，在火电行业率先开展二氧化碳排放在线监测试点。中国电力企业联合会规划发展部规划处处长张晶杰介绍：“连续监测系统（CEMS）在技术上是完全可行的，这种方法在国际上已有较成熟的应用。在一些发达国家和地区，碳排放量的统计主要采用CEMS法和核算法两线并行的方式。”据介绍，美国区域性温室气体减排行动（RGGI）要求燃烧任何固体燃料的装置必须使用CEMS，燃气和燃油机组可以使用核算方法。美国通常将监测点设在烟囱80米高处，测点气态污染物混合均匀，数据代表性较高。在欧盟碳交易体系下，CEMS法与核算方法具有等效性。欧盟已经制定了系统的质量控制标准体系，其中《固定排放源——自动测量系统的质量保证》奠定了CEMS质量保证体系的基础。新西兰针对不同行业提供了不同方法，一般来说，大多数排放活动需要使用核算法作为标准方法，但燃烧废油、废弃物等活动必须使用CEMS。韩国对不同排放实体的数据计算要求不同，某些排放设施被要求安装CEMS。02规范诞生：瞄准行业服务战略我国现阶段发电行业采取核算法来量化碳排放量，虽未广泛应用连续监测技术，但迫切性较强且已具有良好的技术基础。据中国华电集团有限公司电力科学研究院低碳研究中心专责胡昔鸣介绍，2017年，华电电科院在发电行业率先布局碳排放连续监测技术研究工作，自主设计建设了行业首个碳排放连续监测实验平台。2018年，在实验室研究的基础上，华电电科院在发电行业系统性开展示范电厂碳排放连续监测的现场研究工作，进行了广泛深入的项目选址，选定中国华电宁夏灵武、福建可门和江苏句容的4台机组作为示范机组。示范机组有代表性地覆盖不同装机容量、不同监测点位等情况，实现碳排放量实时、准确计量。2019年6月，基于前期研究成果，中电联牵头成立标准编制组，组织开展《技术规范》的编制工作，整体工作由中电联电力行业低碳发展研究中心承担，华电电科院作为唯一技术承担单位具体执行技术标准的研究和制定工作。经历了技术标准调研、技术标准编制、技术标准验证、技术标准评审和征求意见、技术标准审查等系列阶段，终于迎来了技术标准报批阶段。经国家能源局批准，电力行业标准《火电厂烟气二氧化碳排放连续监测技术规范》于2021年12月22日公开发布，并于2022年3月22日正式实施。中电联副秘书长兼标准化管理中心主任刘永东表示：“《技术规范》是电力低碳标准体系中的重要部分，它的发布实施有利于全面推进CEMS的推广应用，进一步完善发电行业碳排放监测核算技术体系，高质量高标准完成国家碳监测评估试点工作，为我国实现双碳目标贡献力量。”03实际应用：三个效果值得关注谈到CEMS和核算法的数据可比性、一致性问题时，张晶杰表示从样本电厂测试结果来看，两种方法都可以相对准确地获得二氧化碳排放量，准确性依赖于数据质量和质量控制措施的严格程度，不存在一种方法绝对优于另一种方法。“但CEMS具有自动化水平高、监测数据频次高、运行管理成本更经济等优势，适合火电企业的实际情况。”目前，在生态环境部统一部署和中电联指导下，发电行业参与试点的18家火电厂22台机组已全面开展数据的监测和分析工作，为发电行业碳排放连续监测技术推广应用形成了良好的示范效应。华电电科院在华电集团下属10家火电厂12台机组已全面开展数据的监测和分析工作，试点效果良好。胡昔鸣介绍说，从目前的试点机组来看，实现了三点效果。“一是实现了火电厂固定排放源烟气二氧化碳排放量实时、准确监测，一定程度上弥补了当前碳排放量核算涉及数据较多，核算周期长的不足。二是较大程度上减少了人为参与和操作的可能性。依托监测设备和数据处理系统进行数据采集、处理和传输，并可实现监测数据实时传输至政府部门。三是为火电企业降碳优化运行提供了坚实的底层数据基础。”下一步，国家能源局将组织开展标准的实施推广工作，选取更多火电厂开展二氧化碳排放连续监测工作，同时加强标准宣贯，支撑法规政策实施落地。相关部门将进一步完善二氧化碳排放连续监测标准体系建设，明确二氧化碳监测成套关键设备标准、验收运行标准、校准校验标准以及数据报送规范等，确保监测数据质量。

p 　　火电厂实施超低排放改造后，对污染物在线监测的精确性提出了更高要求。本文通过对比几种应用于二氧化硫、氮氧化物和烟尘的典型监测技术，提出了适用于超低排放改造的 a title=" " target=" _self" href=" http://www.instrument.com.cn/application/SampleFilter-S02005-T000-1-1-1.html" strong 烟气 /strong /a 在线监测系统优化配置方案，为火电厂超低排放改造中烟气在线监测系统的选型提供参考。 /p p 　　1引言 /p p 　　自《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》(发改能源[2014]2093号)发布后，国家出台了一系列文件、措施和鼓励性政策支持火电厂实施超低排放改造，并在东部地区进行了试点。经过试点后，“十三五”期间将在全国范围内实施火电厂超低排放改造，改造后烟气排放限值执行标准为烟尘 10mg/m3、二氧化硫35 mg/m3、氮氧化物50 mg/m3。 /p p 　　火电厂实施超低排放改造后，烟气污染物浓度大幅降低，烟气水分含量增大，烟气特性发生了较大改变，对污染物在线监测的精确性提出了更高要求。因此，在现阶段总结超低排放试点电厂烟气在线监测系统(CEMS)的运行情况，分析对比各种烟气监测技术的性能特点，对于“十三五”火电厂超低排放改造中CEMS的选型具有积极作用。 /p p 　　2 火电厂烟气在线监测技术现状 /p p 　　2.1 非分散红外/紫外吸收法SO2和NOX监测技术 /p p 　　“十一五”和“十二五”期间，国内在脱硫和脱硝上应用最为广泛的是非分散红外吸收法监测技术，有少部分紫外吸收技术。这类技术是基于朗伯-比尔 (Lambert-Beer)吸收定律的光谱吸收技术，其基本分析原理是：当光通过待测气体时，气体分子会吸收特定波长的光，可通过测定光被介质吸收的辐射强度计算出气体浓度。即： /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/ba5ac4a7-c3d8-4993-9dac-f4185deda181.jpg" title=" 11.jpg" / /p p 　　式中：I—光被介质吸收后的辐射强度 /p p 　　I0—光通过介质前的辐射强度 /p p 　　K—待分析组分对辐射波段的吸收系数 /p p 　　C—待分析组分的气体浓度 /p p 　　L—气室长度(待测气体层的厚度)。 /p p 　　2.2 紫外荧光法SO2监测技术 /p p 　　紫外荧光法基于分子发光技术，在一定条件下，SO2气体分子吸收波长为190～230nm紫外线能量成为激发态分子，激发态的SO2分子不稳定，瞬间返回基态，发射出波长为330 nm的特征荧光。在浓度较低时，特征荧光的强度与SO2浓度成线性关系，即可通过检测荧光强度计算SO2浓度。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/f0f3e27d-62a0-4250-ba79-e190032bf99c.jpg" title=" 22.jpg" / /p p 　　2.3 化学发光法NOX监测技术 /p p 　　化学发光法是在一定条件下，NO与过量的O3发生反应，产生激发态的NO2。激发态NO2返回基态时，会产生波长为900nm的近红外荧光。在浓度较低情况下，NO与O3充分反应发出的光强度与NO浓度成线性关系，即可通过检测化学发光强度计算NO浓度。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/79153f86-4b97-4e01-a90b-e0dcc5971bfa.jpg" title=" 33.jpg" / /p p 　　2.4 烟尘监测技术 /p p 　　2.4.1 光透射法烟尘监测技术 /p p 　　光透射法技术基于朗伯-比尔定律，即光穿过含尘烟气时透过率与烟尘浓度呈指数下降关系。在实际应用中有单光程和双光程两种类型的仪器，光透射法的准确性受颗粒物粒径分布影响较大，且灵敏度不高，一般用于烟尘浓度高(大于300mg/m3)、烟道直径大且烟气湿度低的工况。 /p p 　　2.4.2 光散射法烟尘监测技术 /p p 　　光照射在烟尘上时会被烟尘吸收和散射，散射光偏离光入射的路径，散射光强度与烟尘粒径和入射光波长有关，光散射法就是采用测量散射光强度来监测烟尘浓度的。在实际应用中有前向散射、后向散射和边向散射三种类型。该技术灵敏度高，能够测量低至0.1mg/m3的烟尘浓度，最低量程可达到0-5mg/m3，适用于烟尘浓度低、烟道直径小的情况。但该技术同样容易受水汽影响，不适宜烟气湿度高的工况。 /p p 　　2.4.3电荷法烟尘监测技术 /p p 　　所有烟尘颗粒均带有电荷，颗粒物接触或摩擦时将产生电荷交换，电荷法就是用电绝缘传感探针测量探头和附近气流或直接与探头碰撞的颗粒物之间的电荷交换来测量烟尘浓度的。该技术除受烟尘粒径变化、组分变化和烟气湿度影响外，还受烟气流速影响，主要用于布袋除尘的泄漏检测和报警等定性测量，少在CEMS中应用 。 /p p 　　2.4.4 贝塔射线吸收法烟尘监测技术 /p p 　　& amp #946 射线具有一定穿透力，当它穿过一定厚度的吸收物质时，其强度随吸收物质厚度的增加逐渐减弱，通过测量穿过物质前后的& amp #946 射线强度，即可得出吸收物质的浓度。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/70107fe8-94e7-475f-826f-0bc4e290f1ef.jpg" title=" 44.jpg" / /p p 　　式中：I—通过吸收物质后的射线强度 /p p 　　I0—未通过吸收物质的射线强度 /p p 　　& amp #956 —待测吸收物质对射线的质量吸收系数 /p p 　　x—待测吸收物质的质量浓度。 /p p 　　该技术基于抽取式测量方式，不受烟尘粒径分布、折射系数、组分变化、烟气湿度等影响，可用于烟尘浓度低、烟气湿度大的工况。但抽取式测量属于点测量，不适合烟气流速变化大、烟尘浓度分层的场所。 /p p 　　2.5 烟气预处理技术 /p p 　　基于非分散红外/紫外吸收法技术的CEMS系统多数采用直抽法取样，为防止系统堵塞和水分对测量的干扰，需要对烟气进行除尘和除水处理。预处理装置的效果直接影响CMES的整体性能，通常以处理后的烟气露点作为重要指标来判定预处理的性能。 /p p 　　在实际应用中，“过滤+冷凝”的预处理方式较为广泛。其中烟气过滤除尘技术较为成熟，常用的有金属滤芯、陶瓷烧结滤芯和膜式过滤器。在采样探头处初步过滤，样气进分析仪前深度过滤，至少过滤掉0.5-1微克粒径以上的颗粒物。 /p p 　　烟气冷凝除水技术较为常用的有压缩机冷凝和半导体冷凝，可将烟气露点干燥至5℃。新兴技术中有高分子膜式渗透除水技术，采用高分子聚合亲水材料，具有高选择性除水性能，不改变烟气中SO2和NOX污染物因子成份，可将烟气露点干燥至-5℃以下。 /p p 　　3 几种烟气在线监测技术的性能比较 /p p 　　国内火电厂烟气在线监测产品众多，本文结合各种产品的运行情况，参考了拥有该种技术典型品牌产品的说明书，对超低排放较为关注的量程、精度等重要指标参数进行对比。其中最小量程指的是最小物理量程，而非软件迁移的量程。 /p p 　　3.1 SO2和NOX监测技术的比较 /p p 　　几种主要SO2测量技术的简单参数对比表见表1。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/0a6a0a06-ef1a-4c64-9c06-8ef7296c45d7.jpg" title=" 55.jpg" / /p p 　　几种主要NOX测量技术的简单参数对比表见表2。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/9a723c58-4207-4427-9a0b-c88d4ca6bf09.jpg" title=" 66.jpg" / /p p 　　根据《固定污染源烟气(SO2、NOX、颗粒物)排放连续监测系统技术要求及检测方法》(HJ/T76)，按超低排放限值计算，SO2和NOX量程应不大于 175mg/m3和250mg/m3。 从表1和表2可以看出，传统非分散红外吸收法分析仪SO2和NOX的最小量程分别为286mg/m3和308mg/m3，不能满足超低排放污染物在线监测的要求。 /p p 　　非分散紫外吸收/差分法分析仪的最小量程满足HI/T76标准要求，但CEMS系统的整体性能不但与分析仪本身性能有关，还受烟气预处理系统性能的影响。预处理部分的比较将在后文专题论述。 /p p 　　从表1和表2还可看出，紫外荧光法和化学发光法测SO2和NOX的最小量程可达到0.1mg/m3，检出下限极低。紫外荧光法和化学发光法是分子发光气体分析技术，属于ppb级的气体分析技术。该种技术以分子发光作为检测手段，具有灵敏度高、选择性好、试样量少、操作简便等优点，已在生物医学、药学以及环境科学等方面广泛应用，也是EPA(美国环境保护署)认证中明确推荐的SO2和NOX浓度监测技术。该技术采用抽取稀释法(常用稀释比为100:1)对烟气进行预处理，避免了烟气水分、烟尘对测量的影响，在超低排放烟气监测上具有较好的适应性。 /p p 　　3.2 烟尘监测技术的比较 /p p 　　几种主要烟尘测量技术的简单对比表见表3。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/f0168a55-67d8-413e-84b8-0eb3052375e4.jpg" title=" 77.jpg" / /p p 　　在火电厂超低排放改造中，烟尘浓度一般要达到10mg/m3以下。尤其以湿式除尘改造为主要技术路线的烟气中水分含量较大，给烟尘的准确监测带来挑战。在实际应用中一般是将烟气等速抽取，经升温加热使水分雾化不出现液滴，再通过光散射等低浓度测量方法进行测量 另一种是将烟气等速抽取，将加热干燥的空气与其按一定比例混合稀释，从而降低烟气中的水分含量，再通过光散射等低浓度测量方法进行测量，结合混合气体的稀释比计算出烟尘浓度。这种方式采用低浓度测量原理，优化了烟气采样和预处理，有效解决目前超低排放改造中高湿低浓度烟尘在线监测的问题，在湿式除尘后已有广泛应用。 /p p 　　3.3 烟气预处理技术的比较 /p p 　　火电厂实施超低放改造后，烟气污染物浓度大幅降低，在线监测的适应性取决于系统的检出下限，而CEMS 的检出下限受分析仪本体和烟气预处理装置两部分制约。在实际应用的烟气预处理中，直接抽取+冷干法占70%，均采用冷凝除水技术。该技术在冷凝过程中，冷凝水会吸收携带部分SO2和NOX，以致在超低浓度工况下的监测数据严重失真甚至无检测数据，不能满足HJ/T76标准的技术要求。表4为不同水分含量下不同预处理方式对SO2测量影响的实验对比表。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/2a5c2e14-a1a8-4109-8997-00c3fa7c0203.jpg" title=" 88.jpg" / /p p 　　注：标气SO2浓度500ppm，样气温度120℃，测量数值单位ppm。 /p p 　　从表4可看出，水分含量越高对测量结果影响越大，其中渗透膜除水技术对SO2测量的影响远小于其它除水技术，其除水效果优于其他技术。也可由此而知，在直抽法采用紫外吸收/差分法分析仪时，应同时选用除水效果更好的烟气预处理技术，否则监测数据可能严重失真甚至检测不出数据。 /p p 　　在稀释法取样中，预处理侧重于对稀释气体的处理，通常配备专门的压缩空气净化装置或者发生装置，经精密过滤和干燥，可将露点降至-40℃，不需要加热采样管线。在CEMS中，稀释抽取法通常与紫外荧光和化学发光技术配套使用。 /p p 　　4 结论与建议 /p p 　　(1)超低排放改造实施后，进出口烟气特性差异较大，烟气监测对CEMS的系统配置提出了更高、更具体的要求，建议在可研或技术规范书里明确各测点不同污染物对烟气取样方式、预处理、分析仪的测量原理、量程、检出下限等主要参数和选型的具体要求。 /p p 　　(2)在超低排放改造中，脱硫脱硝入口CEMS仍可采用常规的预处理装置和非分散红外技术测量SO2和NOX浓度，除尘器前可采用光透射法测量烟尘浓度。 /p p 　　(3)在脱硫脱硝出口特别是湿式除尘后，SO2和NOX的测量优先采用紫外荧光法和化学发光法技术 若采用直抽法非分散紫外吸收/差分法分析仪时，应同时配备除水性能更优越的膜渗透烟气预处理技术。 /p p 　　(4)在脱硫出口特别是湿式除尘后，优先采用抽取高温光散射法测量烟尘浓度。 /p