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超低排放国家政策
为了控制燃煤火电污染,国内针对火电污染物的排放标准提出了更加严格的要求。2014年9月,国家发改委、环境保护部、国家能源局联合发布《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》,提出到2020年,东部地区现役的机组通过改造基本达到燃气轮机组排放限值的要求,烟尘、SO2、NOx排放浓度分别不高于10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3,完成超低排放改造。
超低排放在线监测难点和解决方案
超低排放在线监测包括超低浓度气态污染物(SO2、NOx)在线监测和超低浓度颗粒物在线监测。超低SO2排放监测难点:冷干法采样技术在冷凝水过程中吸收SO2,特别对低浓度尤为明显;新标准要求SO2 量程至少达到100mg/m3 ,现有分析仪测量精度不足。超低颗粒物监测难点:新标准要求颗粒物量程至少达到30mg/m3,现有烟尘仪大多采用透射、后散射或者前散射技术,监测精度不足;低颗粒物、高湿度的工况条件对仪器要求更高,现有仪器无法消除高湿度的影响。
聚光科技积极响应国家政策要求,结合多年在固定污染源监测领域沉积的产品开发和应用经验,为客户提供超低浓度(SO2、NOx、颗粒物)烟气排放在线监测综合解决方案,并为“超低排放”工程新建或改造提供了准确的数据支撑。
聚光科技超低排放在线监测综合解决方案由两部分组成,一是聚光科技自主研发的烟气排放连续监测系统CEMS-2000,可监测超低浓度SO2、NOx;二是聚光科技子公司荷兰Synspec新推出的烟气颗粒物在线监测系统PM-200,可监测超低浓度颗粒物。
超低浓度SO2、NOx监测方案
CEMS-2000烟气排放连续监测系统,使用OMA-2000紫外光谱气体分析仪作为核心仪表,采用紫外差分吸收光谱技术,DOAS算法,长光程回返测量池等多项技术,实现SO2、NOx的超低浓度监测。SO2和NO最低量程可到75mg/m3,检出限小于1mg/m3。广泛应用于烟气排放连续监测系统、工业过程气体分析系统等领域。
针对“超低排放”浓度低、湿度大的特点,CEMS-2000系统全程高温伴热,无需除水,可完全反映烟气真实情况,避免冷凝水对SO2的损耗;而冷法红外监测系统,在除水的过程中会对SO2有损耗,导致测量值不准。
系统的核心仪表OMA-2000紫外光谱气体分析仪,主要由脉冲式氙灯、紫外光谱仪、二极管阵列检测器组成。氙灯发出的紫外光汇聚进入光纤,通过光纤传输到测量室,当样气通过测量室时将在特定波段吸收紫外线能量,被吸收后的光束通过光纤传输到光谱仪,在光谱仪内部经过光栅分光,由二极管阵列检测器将分光后的光信号转换为电信号,获得气体的连续吸收光谱信息,最后利用化学计量学算法(DOAS)实现气体浓度的测量。
图1 OMA-2000 仪表实物图
图2 OMA-2000仪表 工作原理
紫外差分吸收光谱技术(DOAS)是国家环保总局及美国环境保护组织(USEPA)推荐的一种成熟、可靠的气态污染物浓度测量方法,通过对连续光谱数据的处理得到气体浓度。紫外DOAS的优势在于,其把气体吸收光谱分解为快变和慢变两部分,其中快变部分只与被测气体的属性相关,而由于粉尘散射等背景因素造成的光谱变化只能表现为光谱中的慢变部分,这样通过分离去除测量光谱中的慢变部分就能够去除背景环境因素对气体浓度分析的影响,从而实现高精度和强抗干扰能力的测量。
图3 紫外差分吸收光谱原理
表1 OMA-2000仪表性能指标
参数 |
指标 |
测量原理 |
紫外差分吸收光谱技术(DOAS) |
最低量程 |
SO2:0~75mg/m3 NO:0~75mg/m3 O2:0~25% |
线性误差 |
<±1%F.S. |
零点漂移 |
<±2%F.S./7d |
量程漂移 |
<±2%F.S./7d |
响应时间 |
<40s |
重复性 |
<1%F.S. |
样气流量影响 |
<1%F.S. |
电压影响 |
<1%F.S. |
干扰气体影响 |
<4%F.S. |
湿度影响 |
<1%F.S. |
仪器间重复性 |
<1%F.S. |
图4 (a)PM-200现场应用场景 (b)光散射模块示意图 (c)β射线分析单元示意图
表2 PM-200系统产品性能指标
参数 |
指标 |
---|---|
测量范围 |
0~10mg/m3, 0~50mg/m3,0~200mg/m3 |
最低检测限 |
0.1mg/m3 |
准确度 |
±10% |
响应时间 |
10s |
零漂 |
自动零点调整 |
量漂 |
1.5%F.S./24h |
烟气湿度 |
最大可至100% RH |
等速追踪范围 |
4~40m/s |
系统采样总流量 |
16.7~100L/min可调 |
稀释比 |
1:5~1:20 |
采样方式 |
射流采样 |
IP等级 |
IP55 |