摘要：随着国家对环保越来越重视，国家环境保护标准HJ75、HJ76技术规范中对污染源自动监测设备的监控测点、采样和设备的安装、对干扰气体、振动的影响等等作出明确的要求。燃煤电厂正全面实施“超低排放和节能”改造，CMES在低温高湿测量条件下监测低浓度SO2和NOX的准确性提出了更高的要求。既满足新标准要求又经济节省成为不少燃煤电厂严峻的挑战。综合考虑新标准的要求和电厂的实际情况，即“脱硫入口用非分散红外法，出口选用紫外荧光法”，已成为不少电厂超净改造的首选。本文主要针对稀释法和脉冲紫外荧光法进行介绍，并与直抽法、非分散红外法进行区别比较，列明仪表优缺点所在，为电厂超低排放CEMS升级改造提供了参考。
关键词：超低排放；烟气分析仪；稀释法；紫外荧光法
一、取样系统
1、稀释法原理介绍
稀释系统采用独特的稀释技术。利用干燥的仪用压缩空气（露点为-30℃）在取样探头内部通过一个音速小孔进行瞬间稀释后样气正压进入仪表进行测量。样品气经过稀释后（稀释比例为1:100），更加有效地降低了样品的露点温度，从而避免了样品气在环境温度下产生的结露现象，避免了伴热管线与其他采样技术带来的麻烦。
2、稀释系统流程图
图1：稀释系统流程图
3、稀释法的特点
采用探头内瞬间稀释技术，彻底消除冷凝水影响，采样管线无需全程加热，彻底避免因为结露而出现设备数据异常和设备损坏的可能；
系统采样管内为正压，避免了管线泄漏产生的测量影响；
稀释法采样系统流速只有直接采样系统的1/50至1/100，稀释技术解决了烟气含尘量高而引有的堵塞问题；
稀释法采用从采样探头开始的全系统动态校准，从而保证系统和设备的准确性；
4、稀释采样系统组成
4.1 稀释法采样探头
取样探杆采用耐热耐蚀耐磨损的铝铬镍合金Inconel600，耐温可达600ºC。探头滤芯采用由特氟龙包裹的玻璃纤维惰性材质，过滤孔径为0.1nm，探头配备反吹电磁阀。
稀释探头采样流量为100cm3/min，非稀释探头为3500cm3/min，因而稀释法更不容易发生探头过滤器堵塞等，预防性维护周期更长，维护成本更低。
稀释原理：压缩空气从文丘里管的A入口进入，少部分通过截面很小的B喷嘴排出，随之截面积逐渐减小，压缩空气的压强增大，流速也随之变。这时就在D吸附腔的进口内产生一个真空度，致使周围空气被吸入文氏管内。
为保证恒定的稀释比，采样探头采用独特的音速小孔设计，当系统能够满足设定的最小真空度要求时，音速小孔两端的压差将大于0.46倍，此时通过音速小孔的气体流量将是恒定的，稀释比例也将是恒定，稀释的比例不受温度的影响。整个探头的流量控制是靠气动来完成的，具有体积小、安装简单、维护方便的特点。
4.2采样管线
由于稀释样品的露点低无需加热，采样管线由四根聚四氟乙烯管组成，分别输送稀释样气、反吹气、标气和零气。所有采样管线都为正压避免了由气体泄漏所引入的误差。
4.3稀释空气净化系统
通过无热干燥机和过滤阀组，将仪用压缩空气，除尘除油除水以及去除需要测量的相关成分后作为稀释气。为了保证稀释气干燥和零气浓度的稳定，需要定期检查更换干燥剂和氧化剂（检查周期半年），稀释气露点为-30℃至 - 40℃，压力需在620 ± 68 KPa左右。
4.4校准
采用干燥仪用压缩空气校准零点，采用钢瓶气校准跨度。系统校准是将校准气通过探头控制器将标气注入到探头顶部，对系统的所有部件包括探头过滤器、采样管线、探头控制器以及分析仪器进行全系统校准。
5、稀释法与直抽法区别
通过比较发现，稀释法在超低排放系统中优势更加明显，避免了因样气泄露而带来测量影响；避免了因结露而出现二氧化硫被吸附造成测量数值偏低，降低了设备及附件的腐蚀性；避免了因伴热管线长期加热而加速设备老化，以及伴热管线短路带来的设备损坏和故障。降低维护成本的同时也减少了维护人员的工作量。
6、每日巡检工作
检查无热干燥机出口仪用空气压力80-90psi
检查储气罐压力70-80psi
检查探头控制器DILUTION AIR压力60psi
检查探头控制器VACUUM真空表大于14inHg
检查探头控制器INSTRUMENT AIR压力1.5-2.0Mpa
检查探头加热器温度130-160℃
7、取样系统维护工作
7.1定期清扫探头前段粗过滤器上的积尘。（3个月检查清扫一次，具体根据除尘器除尘效果而定）
7.2定期检查音速小孔石英棉过滤器积尘情况，若发现石英棉过脏，可将脏的部分拿掉，再填补等量的新石英棉即可。（填补石英棉时一定要将石英棉填紧填实，检查周期6个月/次。）
8、稀释系统常见故障及解决方法
二、紫外分析法
1、脉冲紫外荧光法原理:
用波长190-230nm紫外光照射样品，则SO2吸收紫外光产生能级跃迁，SO2从基态变为激发态SO2*，激发态SO2*不稳定，瞬间返回基态，发射出中心波长为330nm的荧光，即：SO2＋hv1→SO2*→SO2＋hv2
产生荧光的强度和SO2浓度成正比，用光电倍增管及电子测量系统测量荧光强度，即可得知SO2的浓度。
2、脉冲紫外荧光法样路流程图:
样品流经碳氢化合物弹踢器，迫使碳氢化合物分子渗透穿过管壁，将碳氢化合物从样品中去除。SO2 分子经过碳氢化合物弹踢器时不受影响。
样品流入荧光反应室，脉动的UV光在这里激励SO2分子。聚光镜进行调焦使脉动的UV 光进入反光镜总成，反光镜总成只反射激励SO2分子的波长。在受到激励的SO2分子衰减至较低的能量状态时，所发射的UV光与SO2浓度成比例。带通滤波器只允许激励的SO2分子发射的波长到达PMT，PMT从衰减的SO2分子探测UV光的发射。位于荧光反应室后面的光电探测器持续监控脉动的UV光源，并连接到一个电路补偿光照强度里产生的波动，通过对信号处理分析转换为对应的数据。样品离开光学室后经过流量传感器、毛细管以及碳氢化合物弹踢器的罩壳，经泵排放至大气中。
3、技术参数
采样流量:0.5 L/min
量程(高/低):0-0.05至100ppm 自动可选
最低检测限:0.5ppb
零飘:1% FS/week ，1% FS/year
全幅漂移:1% F.S/week ，1% F.S/year
精确度:1%
线性度:1%
反应时间:80 秒达到满量程的95%
4、红外法与紫外法的区别
通过比较发现，红外吸收法在高浓度下监测稳定性较高，多种污染物可同时测量，性价比较高，且市场占有率极高。缺点是红外吸收法检测干扰较大，漂移量较大需要定期校准、SO2被吸收也不能避免，低浓度下检测精度不足。紫外荧光法检测下限为1ug左右，精度及稳定性极高，几乎无零点漂移，缺点是系统复杂，对维护人员技能水平有更高的要求。
结语：通过对稀释法和脉冲紫外荧光法原理及性能介绍，并对稀释法和脉冲紫外荧光法与直抽法和非分散红外法进行分析比较，在不同的测量环境下各自优缺点明显，红外吸收法在高浓度下监测稳定性较高，多种污染物可同时测量，性价比较高。综合考虑“脱硫入口选用非分散红外法，净烟气出口选用紫外荧光法”为最佳选择。随着全国超低排放和节能升级改造不断执行，稀释法和紫外荧光法不断地在超净项目中被应用，对火电厂可持续发展及环境保护事业有着重大的意义。
参考文献
[1]国家污染源烟气（SO2、NOx、颗粒物）排放连续监测技术规范，HJ 75-2017
[2]国家污染源烟气（SO2、NOx、颗粒物）排放连续监测系统技术要求及检测方法，HJ 76-2017
[3]国家重点监控企业污染源自动监测数据有效性审核办法,环发[2009[88号
[4]Model200稀释法CEMS预处理操作手册
论文作者:徐辉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/11
标签：系统论文; 测量论文; 管线论文; 样品论文; 碳氢化合物论文; 压缩空气论文; 荧光法论文; 《电力设备》2018年第3期论文;