发电厂脱硫脱硝CEMS标气管理和使用方法的探讨

【摘要】 本文提出了目前各电厂标气浓度在转换系数的使用是采用固定数值,使分析仪显示的数值与烟气的污染物实际成分含量有较大偏差的问题,提出了随室温补偿变化的转换系数应用,来保证污染物含量的测量真实性。

【关键词】CEMS 污染物; 标准气体;浓度转换系数;

1. 概述

2014年起江苏省对于火力发电厂烟气的排放指标提出了更高的考核标准,这关系到国家减排总任务的完成,也是为保护我们赖以生存的大气环境的基础。。而随着今后火力发电厂超低排放要求的自觉实施和强制实施,每个电厂在选好和维护好CEMS仪表和系统设备的同时,除了对分析仪的分析量程大小、各物质相互干扰影响和烟气采样的原成分的完整性,还需要分析影响CEMS正确测量的其它因素,特别需要对作为标定、比对分析仪用的标准---标准气体(目前电厂用的标气有对应分析仪不同量程SO2、NO、O2)加强管理并研究制定标气符合科学原理的使用方法,来保证污染物含量的测量真实性。

2. 标准气体的采购验收要求

标准气体是:“具有足够均匀并已经很好地确定某一种或多种特性的物质或材料,用于标准仪器、评价测量方法或确定物质的量值”。CEMS所使用的标气,要从具有有效《制造计量器具许可证》、标准物质定级证书和编号的标气生产厂家购买。

标准气体配制方法:静态配气法是把一定量的气态或蒸气态的原料气加入到已知容积的容器中,再充入稀释气体混匀制得。其原料可以是纯气,也可以是已知浓度的混合气。标准气的浓度根据加入的原料气和稀释气体积及容器容积计算得知。这种配气法的特点是设备简单,操作容易。但因有些气体化学性质较活泼,长时间与容器壁接触可能发生化学反应,同时,容器壁也有吸附作用,故会造成配制气体浓度不准确或其浓度随放置时间而变化,特别是配制低浓度标准气,常引起较大的误差。对活泼性较差且用量不大的标准气,用该方法配制较简便。

这就要求在使用前对到现场的标气检查:a. 生产厂家是否具有有效《制造计量器具许可证》,是否具有该种标准物质生产许可是合格标气的首要条件。b. 生产厂家生产的该种标准物质是否是国家质量监督检验检疫总局标准物质制造计量器具许可证目录中列入的物质。C.生产厂带的该瓶标气的“标准物质合格证”,分别核对生产厂商:名称、地址、联系电话、网址等,盖有标准物质质检专用章的标准物质合格证,气瓶编号,充气压力,生产日期,有效期,组份浓度值是否齐全;对于以上任何一点有疑问的标准气体都不能用作CEMS的标定。这是在标定比对的源头做好最基本的控制,保证标准气体是符合国家规定标准的。

3.标准气体的日常管理

标准气体的特殊性,对保管和使用过程有着特殊的要求,很多使用者由于对标气的管理混乱及操作的不规范,使得数据偏差很大。在日常管理中需要:a.按规定的不同地点、位置存放满瓶标气和使用中标气。b.标气的压力检查:由于当标准气体的压力减少时,被吸附在容器上的各种成分气体便解吸,其浓度会发生变化,因此一般规定,高压钢瓶标准气体的残压低于0.1Mpa时,应停止使用。C.使用的减压装置是否完好,其针型阀、减压阀是否腐蚀或漏气,使用完后是否关严隔离阀。d.对每一瓶合格进入现场使用的标准气体,必须登记在册。

4.标准气体浓度的科学计算

大部分气体检测仪器测得的气体浓度都是体积浓度(ppm)。而按我国规定,特别是环保部门,则要求气体浓度以质量浓度的单位(如:mg/m3)表示,我们国家的标准规范也都是采用质量浓度单位(如:mg/m3)表示。

4.1两种气体浓度单位mg/m3与ppm有何关系:使用质量浓度单位(mg/m3)作为空气污染物浓度的表示方法,可以方便计算出污染物的真正量。但质量浓度与检测气体的温度、压力环境条件有关,其数值会随着温度、气压等环境条件的变化而不同;实际测量时需要同时测定气体的温度和大气压力。而在使用ppm作为描述污染物浓度时,由于采取的是体积比,不会出现这个问题。

浓度单位ppm与mg/m3的换算,按下式计算:

质量浓度mg/m3=M气体分子量/22.4*ppm数值*[273/(273+T气体温度)]*(Ba压力/101325)M为气体分子量,ppm为测定的体积浓度值,T为温度、Ba为压力。

在一般的计算时,ppm与mg/m3之间的转换将温度和压力的影响忽略不计,这是基于标准气体在环境温度为0摄氏度压力为标准大气压下的数值。

4.2电厂中各CEMS小屋的环境压力基本符合标准大气压,而在空调房间温度为20摄氏度,温度一般都偏离0摄氏度较大。如果分析仪是显示ppm为浓度单位,标准气体的标志浓度与分析仪上的显示值之间的相对误差就是分析仪的误差,用此误差就可确定分析仪是否有超标。但有部分分析仪浓度单位是直接显示mg/m3,这种情况如果按上述一般的计算的系数进行标准气体浓度的转换后标定,则将出现分析仪显示值与烟气污染物的真实含量有很大的误差:在按环境温度实际值T=273+20=293K Ba压力=101325Pa的计算时,ppm与mg/m3之间的转换系数:

4.3目前在现场使用的情况是只按固定的系数进行转换,对于烟气中排放成分的分析最后结果离实际的真实含量的误差如下:

二氧化硫[(2.86-2.66)/2.66]*100%=7.5%

一氧化氮[(1.34-1.25)/1.25]*100%=7.2%

一氧化碳[(1.25-1.16)/1.16]*100%=7.7%

二氧化氮[(2.05-1.91)/1.91]*100%=7.3%

从上述误差的计算结果可以看出,如果标准气体在室温变化的情况下,都采样恒定的室温0摄氏度的转换系数,那其分析仪显示值与烟气中的真实含量误差会非常大,达到大于7%以上,这是按制造标准气体时环境温度为0摄氏度时的极端的完成,远超过仪表漂移大于2.5%标准值不合格的规定。

5. 目前现场存在的问题与改进

5.1目前现场存在的问题:从上面分析的结论可见:污染物分析仪现场的环境温度与标准气体的制造环境温度不一致就会产生一个系统性误差。如果NO标准气体的气瓶标志浓度是700ppm,按室温20摄氏度转换成质量浓度=938 mg/m3,而按25摄氏度转换成质量浓度=922mg/m3,绝对误差达:16mg/m3;如果按锅炉运行时脱硝入口烟气中含NO实际值300 mg/m3,则分析仪表的显示值将是:300*(938/922)=305mg/m3,这将使喷氨量会增多,因为大部分电厂的喷氨自动调节系统都是以入口NOX和烟气量作为喷氨量的主要依据,出口NOX仅作为修正。如果按锅炉运行时脱硝出口烟气中含NO实际值80 mg/m3,则分析仪表的显示值将是:80*(938/922)=81.4mg/m3,这又比实际值大,将继续修正喷氨到自动系统设定的80 mg/m3。测量系统就会因为标准气体转换系数没有修正因环境温度保护产生的变化产生系统误差达1.7%,而又会使喷氨量增加。如果有些电厂是超低排放设计本身氨的逃逸就在临界状态,那喷氨量的增加会经常使氨的逃逸超过规定值,对空预器、电除尘、引风机、吸收塔、烟道等影响将是无法预知的严重后果。因此目前现场标气使用时,标准气体因体积浓度和质量浓度转换计算方法存在不进行温度补偿的不科学计算,造成分析仪显示的烟气中的测量成分与实际含有成分的偏差过大。

5.2改进方法:目前标准气体通常是采用体积浓度ppm标示浓度值,在现场是采用质量浓度显示的分析仪进行标准气体标定时必须进行室温的补偿,这样才能消除环境温度对气体质量浓度变化对分析仪测量产生的过大偏差。即转换系数不能是摄氏温度为0度的常数,而是该常数*[273/(273+Tsw)]。这才能使分析仪分析烟气显示值反映的是烟气中污染物质的实际含量。

6. 结束语

加强和细化CEMS系统的现场管理是保证CEMS系统正常可靠运行的基础,同时必须对影响成分分析仪真实反映烟气中污染成分的含量的其它因素进行详细分析找出造成偏差的原因,科学的加以改进消除,使CEMS系统能真实测量出烟气中各污染物的含量为电厂的安全可靠经济运行,为国家污染物排放的总量统计的准确性,为完成国家的节能减排任务做好基础工作。

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