火电厂烟气在线监测及排放控制

火电厂烟气在线监测及排放控制

陈骋

大唐湘潭发电有限责任公司  湖南省湘潭市   411000

摘要：随着我国当前工业环保压力的不断增大和“碳达峰、碳中和”目标的不断推进，大气污染防治已成为我国高质量发展的一个重要课题。据统计，在大气污染防治中，烟气排放是最为重要的因素之一，尤其是火力发电过程中的烟气污染，已成为影响双碳目标的头号原因。但火力发电在国民能源利用结构中的主体地位将在相当一段时间内持续，因此如何有效监测并控制火力发电中的烟尘排放量具有十分重要的意义。

关键词：火电厂；烟气；在线监测；排放控制

引言

目前，针对烟气中的逃逸氨已开展大量研究，如：烟气中逃逸氨的反应产物生成规律；探究硫酸氢铵生成温度及空预器(airpre-heater，APH)堵塞时间的影响因素；研究飞灰对氨的吸附机理；研究硫酸氢铵对空预器的影响；研究飞灰中的氨对混凝土性能的影响；研究逃逸氨对湿法脱硫(wetfluegasdesulfurization，WFGD)系统的影响。以上研究多着眼于逃逸氨在烟气及其脱硝下游单个设备中的反应机理及影响规律，以及低浓度逃逸氨在下游设备系统中的迁移与分布规律。然而，现有火电厂因催化剂超期服役、配煤掺烧、负荷升降速率快、NOx特别排放限值等因素导致脱硝实际运行情况恶劣，高浓度逃逸氨现象普遍。

1.火电厂烟气在线监测系统概述

在火电厂运营生产期间，受到能量转换方式、工艺技术的限制，将会持续释放粉煤灰和硫烟气等有毒气体，对火电厂周边生态环境造成严重污染破坏，进而影响到动植物生长与人体健康。针对这一问题，多数火电厂陆续采取增加脱硫除尘处理工序、使用空气冷却汽轮机、应用压力转换技术、提高沸水能量利用率等措施，在直接与间接层面上起到一定程度的节能环保效果，但实际效果未达到预期标准，仍旧会排放少量有毒烟气，粉尘污染、空气污染问题时有出现。与此同时，对烟气在线监测系统的建立与应用，将在火电厂生产期间持续采集流量、压力、温度、粉尘浓度、净烟气排放量等现场监测数据，帮助工作人员全面掌握火电厂现场生产情况与烟气排放控制情况，在出现有毒烟气过量排放等问题时，可以在短时间内正确了解问题产生原因。

2.烟气在线监测系统优化措施

2.1系统维护保养

在系统维护保养环节，建立起长效的系统维护保养制度，明确维护保养内容、操作步骤、标准要求和注意事项，定期对现场监测装置与仪器设备开展日常维护保养工作，清理设备装置表面附着与内部堵塞的灰尘杂质，更换老化磨损元件、观测制冷器温度等运行参数，检查测尘仪风机、保护过滤器等装置设备运行工况，并对维护保养过程加以记录。

2.2校准的质量保证与控制要求

不同原理的仪器校准方法和周期不同，应依据技术规范、说明书、操作技术规范、技术标准和管理规定进行，校准结果应详细记录，确保能在数采仪中找到，以备查验。对在线监测设备进行零点和量程校准、系统响应时间和示值误差测试，如不能满足技术指标，应及时查找出原因，采取有效纠正措施，并缩短下一次校准、维护的时间间隔。随着脱硫技术的不断进步，二氧化硫浓度明显下降，甚至降低到了零，但排放烟气中的水分却明显上升。实际操作中用二氧化硫做全量程校准时容易出现较大偏差，这时应重点检查伴热管线温度是否过低，管内是否结露形成水珠，或者是否有其他结晶物吸附二氧化硫，造成结果偏低。必要时，采用冷干法脱水的采样系统，可考虑在冷凝器或者伴热管中添加磷酸稀溶液，以抑制烟气中二氧化硫被冷凝水或其他物质吸收。

3.火电厂烟气排放控制的有效措施

3.1现有机组改造环保装置、优化环保系统

FGD系统的优化改造主要集中在脱硫塔改造和除雾器改造上。火电厂脱硫塔大多采用逆向喷淋塔形式，影响喷淋塔吸收区除尘效率的因素主要包括塔内流场、喷淋密度与液气比、液滴雾化性等。目前，吸收区提效改造方法主要有增加喷淋层、改造原有喷淋层、增加合金托盘、增设或优化导流板、更换喷嘴或增加喷嘴数量等。脱硫除尘一体化改造技术多为拆除原有除雾器，新增3～4级除雾器，第一级除雾器采用管式除雾器，第二级到第四级除雾器采用屋脊式除雾器，可以保证出口雾滴浓度在30mg/Nm3以下，改造后系统简单，维护方便，运行费用与投资费用与湿式电除尘器比均较低。脱硝技术要采用低氮燃烧＋SCR烟气脱硝或者低氮燃烧＋SNCR＋SCR烟气脱硝技术。优化改造主要集中在燃烧器改造、SCR容量增加以及满足低负荷时SCR系统能保证正常运行等。

3.2气体分离系统的应用

高温烟气经除尘脱硫脱硝处理后进入CO2分离系统，首先用于驱动吸收式制冷系统制备冷冻水，随后从制冷系统发生器出来的烟气进入烟气换热器制备热水。冷冻水流经各个气体分离器的冷腔以维持其在较低的温度，热水流经各个气体分离器的热腔以维持其在较高的温度，从而在冷、热腔之间形成一定的温差；冷、热腔温差可通过冷、热腔换热器的流量调节阀来控制。冷、热水系统均采用同程式，保证每个气体分离器的冷、热腔换热器的入口水温一致并便于流量调节。从烟气换热器出来的烟气进入第一级气体分离器热腔，调节减压阀，烟气由减压阀流入该级的冷腔，在冷、热腔之间形成一定的压差。在冷、热腔温差驱动下，气体分离器的微通道产生热流逸效应，烟气中除CO

2外的其余非目标组分others大多经微通道流回热腔，由热腔排气口排出，各级排出的气体统一汇入总排气管输送回收。留在冷腔的气体（包含大部分CO2）则进入到下一级气体分离器继续分离，由此CO2浓度得以逐渐提升，调整分离器冷、热腔之间的温差和压差可调整CO2的分离浓度，达到设定浓度后排出分离系统进入后续处理环节。

3.3完善烟气在线监测系统使用功能

根据火电厂烟气在线监测系统早期使用情况来看，普遍存在系统使用功能单一的问题，仅能做到对火电厂生产期间烟气排放量、流量、粉尘量等参数的实时统计，应用作用主要体现在提供生产方案决策建议方面，并无法帮助工作人员在烟气排放量超标等问题出现的第一时间采取有效处理措施，简单来讲，则是烟气排放的事中控制力度不足。因此，火电厂需要根据烟气排放控制需求，对当前的烟气在线监测系统功能结构加以补充完善。例如，考虑到现代火电厂有着规模庞大、工艺流程复杂的特征，可以在系统中增加区域定位、实时查询、自动预警等使用功能。例如，对区域定位和自动预警功能的设置，在系统运行期间检测到参数超限问题时，将自动发送报警信号，向值班人员发送详尽的报警报告，内容包括烟气超标排放位置、具体排放量、问题发生前一段时间的现场监测数据及曲线图表等，帮助工作人员更好的分析问题产生原因、制定合理的烟气排放控制方案。

结束语

通过安装、维护、保养、校准、校验、比对等全过程全面的质量保证与控制管理，就能及时发现在线监测设备运行中产生的偏差、错误，减少故障，并有针对性地采取有效措施加以消除，这样在线监测设备就可以长期稳定运行，确保技术指标符合固定污染源烟气排放连续监测技术规范。在线监测设备的故障率会明显下降，数据的有效性会显著上升，确保生态环境管理部门接收的污染源数据是有效受控的，这样政府才能真正掌握企业污染物排放浓度和排放总量，逐步减少区域污染物总量，有效配置污染物总量控制指标，为经济的可持续发展及环境空气质量的不断改善创造条件，为绿色低碳生活做出贡献。

参考文献

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