煙氣在線監測系統現狀及思考研究

隨著我國進入二十一世紀以來經濟發展帶動各個領域的發展,工業領域也隨之發展起來,同時環境問題也成為了我國工業實現現代化的最大阻礙,空氣污染是環境污染中應該研究的首要問題,為了減少二氧化硫、氮氧化物的排放,為我國能夠在環保的前提下實現又好又快發展,研究火電行業的煙氣監測問題責無旁貸,在采集到參數的基礎上進行污染管控是現代火電行業管理的首要問題。

一、煙氣在線監測系統

隨著科學技術和網絡技術的不斷進步,目前固定污染源污染氣體在線監測系統主要有空氣質量自動監測系統(AQMS)、煙氣排放連續監測系統(CEMS)、差分光學吸收光譜(DOAS)法在線連續監測系統、物聯網下無線傳感器網絡技術在線監測系統等,煙氣在線監測系統的廣泛應用和不斷完善,對于煙氣在線監測技術的發展有著很大的促進作用。

1.空氣質量自動監測系統(AQMS)。空氣質量自動監測系統(Air Quality MonitoringSystem,簡稱AQMS)需要在重點監控區域設置子監測點,進行連續的空氣質量監測,定期與總站進行通訊和數據傳輸,形成一個對該區域空氣質量進行采樣和測定的完整網絡。自1983年北京市從美國TE公司引進AQMS,目前在內地約有200多個AQMS在運轉。濕法監測儀器的傳感器采用庫倫池,基本原理是化學法和電化學法,需要使用大量的溶液和試劑,數據的準確性取決于試劑和人員操作,因此逐漸被干法監測儀器所取代;干法監測儀器的基本原理是物理法和物理化學氣相法,干法監測儀器在檢出限、漂移、線性、重復性、精度等各項性能指標均優于濕法監測儀器,且維護和修理更加方便,數據受人員操作影響小;近年來,出現了新的監測儀器技術———大氣探測激光雷達系統及技術。大氣探測激光雷達系統主要由激光發射系統、望遠鏡接收系統和信號檢測系統等組成,具有易于接觸探測點、探測范圍廣、探測隱蔽性強、可實現大范圍實時探測等優點。差分吸收激光雷達(Differencial Absorption Lidar,簡稱DIAL)技術即是一種大氣探測激光雷達技術,該技術可以測量城市上空的NO x,SO 2,O 3,CH 4等氣體組分的三維立體分布,波長范圍1.59~1.64μm,測量光程可達幾十公里,可監測煙氣的非法偷排,但由于價格昂貴,污染物的最低檢測限也不太理想,目前還在研究階段。

2.煙氣排放連續監測系統(CEMS)。煙氣排放連續監測系統又稱固體污染源煙氣排放連續監測系統(Continuous Emissions Monitoring System,簡稱CEMS),用于連續自動監測固定污染源的污染物排放濃度,適用于火電廠等連續廢氣排放量的監測,將儀器安裝在固定污染源上,可實時在線監測二氧化硫(SO 2)、氮氧化合物(NO x)、顆粒物的排放濃度和排放量,同時將監測的數據實時傳送到環保監控中心。

CEMS自上世紀80年代開始在我國大型火電廠安裝使用,目前全國已安裝了2萬多套。目前,CEMS分析測量方法的發展方向主要有傅立葉紅外監測法和線狀光譜技術(又稱可調諧二極管激光分析技術),傅立葉紅外監測法是一種全譜分析技術,利用紅外光譜的吸收信息可以確定分子的化學成分,達到準確的定性和定量分析,設定參數后不僅可以連續自動地進行SO 2和NO x的監測,還可以監測出復雜煙氣中其他化學組分的含量;可調諧二極管激光分析技術是一種新的痕量氣體分析方法,它的線狀光譜譜寬窄到10-2 nm數量級,可以有效地排除其他氣體組分干擾。

3.差分光學吸收光譜(DOAS)法在線連續監測系統。隨著現代光譜測量技術的發展,不同于濕法和干法傳統監測方法,由于光譜技術的探測靈敏度高,可達10-9~10-12級,分子光譜具有“指紋”特征,該技術在大氣污染氣體監測中得到日益廣泛的應用,非常適合大范圍的在線監測,相比于傳統監測方法的費用和耗時都低很多。差分光學吸收光譜(Differential Optical AbsorptionSpectroscopy,簡稱DOAS)是一種光譜監測技術,最早該技術用于研究大氣層中的痕量氣體成分(如甲烷、臭氧等),可通過長光程吸收低濃度氣體成分,達到準確測量的目的。DOAS是被瑞典OPSIS公司于上世紀80年代作為商品推向市場的,用于環境空氣監測和污染源監測。DOAS遵循的理論基礎是Lambert-Beer定律,該技術就本質來說是基于分子對光輻射的吸收,通過分析某一波段的吸收光譜來來鑒別氣體成分,并根據吸收強度來確定氣體含量,進一步推演出微量氣體的濃度。

4.無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks,簡稱WSN)是由安裝在監測區域的大量廉價傳感器節點組成,傳感器可以經過無線方式通信,因此WSN網絡設計靈活,設備的位置可以隨時變化,并能實現WSN跟互聯網進行有線或者無線方式的連接。相比于傳統的有線網絡在線監測,WSN具有安裝、維護、管理方便,系統可隨時擴展的優點。物聯網通過無線傳感器網絡技術、射頻識別技術、納米技術、智能嵌入技術、全球定位系統技術與互聯網連接,可以實現智能化定位和監控。無線傳感器網絡技術下物聯網在線監測系統無需人為操作,信息可以自處理,應用范圍廣泛,實現人類社會與物理系統的整合。

二、監測系統應用過程中常見問題

煙氣連續在線監測系統在本研究火電廠的運行過程中發揮了重要的作用。但也存在一些問題。由于火電廠兩臺機組共用一套監測系統,即1拖2的模式,因此在運行過程中容易出現對單臺機組監測時間不足的問題。根據監測規范要求,對于固定污染源的檢測時間不得少于總運行時間的70%,并對次檢測時間進行了嚴格規定。因此,監測時間不足的問題也制約著監測結果的準確性和使用效率。此外,還存在監測系統量程過大,影響監測結果準確性的問題。如該火電廠脫硫后煙氣采用的監測裝置的SO 2測量量程為0~5 000mg/m 3,而在實際監測過程中,其SO 2濃度通常低于1 500mg/m 3。因此,監測數據的精度受到了影響。因此,運行過程中,要及時做好量程的設置,避免出現量程過大或超出量程的問題。由于煙氣連續在線監測系統采樣系統和分析系統的工作環境較為惡劣,對于監測裝置設備的要求很高。在運行時容易發生故障,導致監測效率低下。該火電廠使用的煤炭煤質差,燃燒后煙氣成分復雜,含有腐蝕性物質。且煙氣溫度高、濕度大,均對系統部件帶來了很大影響。而火電廠的維護力量較為薄弱,發生故障后維修困難,影響了監測系統的有效運行。

三、加強在線監測系統的運行維護管理對策

結合該火電廠煙氣在線監測系統運行環境和運維人員不足的情況,提出了外包給專業的運營公司,由專業人員來實施監測系統的日常運行和維護的建議。運營公司通過較為完善的運行管理維護制度,實現了火電廠煙氣在線監測系統的穩定運行。同時,運營公司還幫助火電廠培訓運行維護人員,提高相關人員的技術和管理水平。火電廠由于地處華北地區,冬季雨雪天氣較多。因此,要做好在線監測系統的安全防護,避免雨雪,以避免裝置儀器處于安全的工作環境中,并設置充足的維護空間。

隨著我國現代化的進程加快,對環境問題的重視也提上了日程,為了保證環境保護工作能夠在科學化的數據的保證下順利進行,進行煙氣在線監測工作具有重要的現實意義。

參考文獻

[1]周茜.煙氣在線連續監測系統運行問題及解決方法[J].電力科技與環保,2014,29(2):43-44.

[2]朱輝邱.煙氣排放連續監測技術的發展及應用前景[J].環境監測管理與技術,2014,22(4):10-14.

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