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工業過程中鍋爐污染氣體排放的監測與分析

             來源:湖北銳意自控系統有限公司 閱讀:11068 更新時間:2018-05-08 12:04

工業生產中工業鍋爐是重要的生產設備,主要分為燃煤鍋爐、燃油鍋爐和燃氣鍋爐。目前國內在用的工業鍋爐數量和規模龐大,受能源供應的影響,主要以煤炭、重油、煤油等為主,柴油、天然氣、液化石油氣應用比例相對較小。而煤炭等燃料燃燒產生的污染是非常嚴重的,因為其燃燒產生的煙氣中的主要成分為二氧化硫、氮氧化物、煙塵。

控制鍋爐污染氣體的排放,降低煙氣中二氧化硫、氮氧化物、煙塵的含量是直接途徑,也是工業企業降本增效、發展綠色經濟的重要舉措。

一、鍋爐燃燒中煙氣污染成分的形成因素

1、二氧化硫

燃料中以有機硫和黃鐵礦硫的形式存在的硫在燃燒過程中全部參加反應,氧化為二氧化硫,而硫酸鹽則不參與燃燒。液體燃料中的硫主要以游離硫、硫化氫等的形式存在,在燃料燃燒過程中很容易與氧作用轉化為二氧化硫;氣體燃料中的硫主要以氣態硫化氫的形式存在,在燃燒過程中幾乎全部轉化為為二氧化硫,因此二氧化硫測生成量與燃料中的含硫量、鍋爐中的含氧量成正比。

2、氮氧化物

在煤、石油、天然氣等燃料的燃燒過程中,空氣中所含的氮氣和氧氣在鍋爐高溫狀態下反應生成NO,稱為溫度NO;在燃燒時氧化生成NO,稱為氧化NO。由此可得出,鍋爐燃燒時氮氧化物的生成量與燃燒時鍋爐內的溫度、氧氣濃度等因素有關。

3、煙塵

固體燃料和液體燃料都含有一定數量的灰分,灰分本身是不可燃燒的,燃料燃燒后成為燃燒產物中的灰渣和煙塵;燃料中的碳氫化合物以及燃燒過程中析出的揮發物,在高溫缺氧情況下形成炭黑粒子;液體燃料由于霧化不良、爐溫太低或燃料與空氣混合不勻,燃燒時也會形成炭黑粒子;即使是氣體燃料在燃燒過程中,當空氣供應不足時,也會因熱分解而產生炭黑粒子。因此,影響煙塵形成的因素主要包括燃料種類、氧氣濃度與空氣過剩系數、燃料粒徑、惰性氣體、燃燒室壓力和燃燒溫度等。

隨著我國環保概念的深入實踐,為防止區域性大氣進一步污染、改善環境質量、降低大氣污染源的排放強度、嚴格地控制排污行為,《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB-13271 2014)規定了大氣污染區排放限制,該限制的控制水平達到國際先進或領先程度。

注:位于廣西壯族自治區、重慶市、四川省和貴州省的燃煤鍋爐執行表1限值

注:重點地區鍋爐執行表3限值

二、監測氧氣濃度是控制鍋爐污染氣體排放的重要手段

由煙氣污染成分的形成原理可以看出,氧氣是其關鍵組分。在實際生產過程中,鍋爐使用燃料燃燒時,一般都會加入過量空氣,一方面,可使燃料充分燃燒,但也出現了另一個問題,排氣筒排放的污染物濃度產生了“稀釋”,大大降低了排放濃度,會造成污染物排放濃度“虛假”達標。過量的空氣造成爐溫下降,不但影響燃燒,還會帶走大量的熱量和灰塵,增大污染排放濃度的計算結果,同時風量大也增加了排煙耗電量。控制煙氣氧含量,對控制燃燒過程,實現安全、高效和低污染排放是非常重要的。

煙氣中二氧化硫、氮氧化物的排放濃度,應根據規定的過量空氣系數進行折算,其折算值的大小取決于煙氣氧含量的實測值,所以在運行中控制煙氣中的氧含量,對控制污染物最終的排放濃度至關重要。通常采用煙氣分析儀來監測煙氣中的氧含量,其檢測氣體的核心技術是氣體傳感器,目前應用較為廣泛的是電化學傳感器。

電化學傳感器由于結構簡單,體積小巧等優點,大多數煙氣分析儀采用該原理的傳感器用于測量氧含量,從而計算出過量空氣系數等熱工參數。如Gasboard-3000P便攜型綜合煙氣分析儀,采用長壽命的電化學傳感技術直接監測煙氣中的氧含量,但由于其結合了國際領先分非分光紅外氣體分析技術,還可直接測量SO2、NO、CO、CO2的組分濃度及煙氣溫度。Gasboard-3000P在測量多種氣體的同時,還可直接計算過量空氣系數。

三、超低排放標準下污染氣體的監測

目前部分行業針對重點地區污染氣體的排放提出了較于上面提到的排放標準更加嚴格的限制,比如《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)提出的大氣污染物排放濃度限制,詳情見表4:

表4、大氣污染物特別排放限值,重點地區火力發電鍋爐及燃氣輪機組適用

面對如此嚴格的排放標準和在線連續監測的需求,原來適用于高濃度煙氣監測、便攜型的煙氣分析儀已經很難準確及時的測量超低排放條件下污染氣體的濃度。目前業內新研發出一種基于紫外差分吸收光譜氣體分析技術的超低量程的煙氣分析儀,如銳意自控研發生產的Gasboard-3000UV,測量范圍小于100mg/m3,滿足國家環保超低排放標準;其測量精度高,分辨率達到0.1 mg/m3,適用于超低濃度煙氣認證。可同時在線測量煙氣中SO2、NO、O2含量,其中煙氣中氣態水對SO2、NO測量基本無影響,煙氣中采樣流量對SO2、NO、O2測量基本無影響,多組分測量氣體間無交叉干擾,抗干擾能力強。可連續不間斷的在線對排放物進行監督、監測,隨時讀取現場數據并遠程傳送數據。

超低量程紫外煙氣分析儀Gasboard-3000UV內部結構圖

在實際生產過程中,煙氣分析儀可能會出現無法正常可持續投入使用的情況。主要原因是受生產環境復雜性及煙氣的不穩定性的影響,工藝現場環境無法滿足在線煙氣分析儀的運行條件,樣品預處理不能使測量樣氣達到分析儀的要求。為應對這種情況的發生,衍生出如Gasboard-9050(CEMS)這樣的固定污染源煙氣排放連續監測系統,該系統的氣體分析單元采用Gasboard-3000UV,用于檢測超低排放煙氣;除此之外,還同時擁有預處理單元和控制單元;控制單元可自動完成采樣、反吹、排水等操作;預處理單元采用最新反吹掃技術解決探頭堵塞問題,保證分析系統的可靠性,置單極制冷器去除樣氣中的水分,實現兩級過濾,確保分析儀長期在線運行。

固定污染源煙氣排放連續監測系統易于維護,運行成本更低,可實現遠程監測,無需人工值守,極大的降低了企業成本。

四、結語

如今,工業過程中鍋爐污染氣體的排放已成為大氣污染、環境污染的主要污染源,科學環保一直以來都是國家和企業可持續發展的重要課題,政府在環保上的管制力度日益加大,工業企業為達到污染氣體排放標準也紛紛用上了氣體分析儀,標志著我國污染氣體治理體系邁向新的臺階。


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