【摘要】本文以江蘇省裝機容量300MW以上火電廠為例，分析其CEMS流速測量現(xiàn)狀，就煙氣流速比對合格率低的問題展開分析，提出一套多點監(jiān)測煙氣流量的測量方法，可明顯提高測量精度，取樣具有更好的代表性，能夠滿足運行監(jiān)控和環(huán)保監(jiān)測精度的要求。

【關(guān)鍵詞】火電廠 流場 優(yōu)化

長期以來，我國能源消費結(jié)構(gòu)中煤炭一直處于主導(dǎo)地位，占能源總量的70%左右l。燃煤產(chǎn)生的二氧化硫（S02）、氮氧化物（NOx）是造成大氣污染的主要污染物，也是國家“十二五環(huán)保規(guī)劃”中實行總量控制的主要污染物。燃煤電廠是耗煤大戶，也是煙氣污染物的排放大戶2。因此，對燃煤電廠污染物排放情況實行在線監(jiān)測十分必要。

煙氣連續(xù)排放檢測系統(tǒng)（簡稱CEMS）正是在這一背景下應(yīng)運而生，經(jīng)過環(huán)境監(jiān)測機構(gòu)比對監(jiān)測合格并正常運行的CEMS系統(tǒng)，其出具的數(shù)據(jù)可以作為排污申報核定、排污許可證發(fā)放、總量控制、環(huán)境統(tǒng)計、排污費征收和現(xiàn)場執(zhí)法等環(huán)境監(jiān)督管理的依據(jù)3。

目前，江蘇省裝機容量300MW以上火電廠都已安裝CEMS，主要監(jiān)測因子有顆粒物、氣態(tài)污染物（含S02、NOx等）和有關(guān)排氣參數(shù)（含氧量、溫度、濕度和流速流量等），監(jiān)測數(shù)據(jù)與環(huán)保部門聯(lián)網(wǎng)，實時傳送。按照《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（ HJ/T 75-2007）要求，CEMS測定位置應(yīng)避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位，當(dāng)安裝位置不能滿足要求時，應(yīng)盡可能選擇在氣流穩(wěn)定的斷面。但大部分電廠的CEMS在實際安裝過程中受條件限制，很難滿足要求。監(jiān)測斷面流場不穩(wěn)定的情況下，慣性運動導(dǎo)致煙氣流速分布不均勻，很難選取有代表性的取樣區(qū)域，且火電廠CEMS煙氣流速測量均為單點取樣，因此，比對合格率較低，影響主要污染物總量減排實時統(tǒng)計工作。

本文就煙氣流速比對合格率低的問題展開分析，采用計算流體動力學(xué)軟件Fluent對煙道流場進(jìn)行模擬分析，找出高中低流速區(qū)域分布，用多點監(jiān)測煙氣流速的測量方法，提高測量精度，并通過手工監(jiān)測來驗證模擬結(jié)果，為CEMS取樣點的設(shè)置提供參考依據(jù)。

一、江蘇省300MW以上電廠CEMS流速測量現(xiàn)狀調(diào)查

為進(jìn)一步加強對重點污染源的監(jiān)督管理，及時了解和掌握重點污染源污染物排放情況，為主要污染物總量減排、環(huán)境統(tǒng)計、污染監(jiān)督等環(huán)境管理重點工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心根據(jù)環(huán)保部相關(guān)文件的要求，對全省300MW以上火電廠開展了監(jiān)督比對監(jiān)測工作。

201 1年全年江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心實際完成412臺次機組比對測試工作，煙氣流速的合格率僅為20.4%～36.50/0，煙氣流速合格率處于較低水平。

煙氣流速合格率偏低，主要是電廠的CEMS在實際安裝過程中普遍受條件限制，不能完全滿足《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的要求，如安裝位置沒有完全避開煙道彎頭和斷面急劇變化所產(chǎn)生的影響，存在所測斷面氣體流量變化大，有氣體湍流影響的問題，由于CEMS煙氣流速為皮托管單點法測量，其測量值代表性較差，且對儀器維護要求相對高，直接影響煙氣流量測量的準(zhǔn)確性。

二、多點監(jiān)測煙氣流量測量方法

由于流速場分布不均導(dǎo)致同一監(jiān)測斷面存在高中低流速區(qū)域，在不同負(fù)荷工況條件下高中低流速區(qū)域也不同，皮托管單點法流速測量很難找到固定的取樣代表性區(qū)域。筆者在研究目前主流的煙氣流速測量手段的基礎(chǔ)上，結(jié)合電力企業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)條件，提出一套符合運行監(jiān)控和環(huán)保監(jiān)測精度要求的流量測量方法，即多點監(jiān)測煙氣流量的測量方法，以滿足運行監(jiān)控和環(huán)保監(jiān)測精度的要求。

多點監(jiān)測煙氣流量測量方法是指在煙道斷面具有代表性流速區(qū)域進(jìn)行布點而實現(xiàn)多點監(jiān)測，通過各測點流速值進(jìn)行算術(shù)平均后輸出煙道斷面平均流速，根據(jù)煙道結(jié)構(gòu)、風(fēng)量、煙溫等邊界條件，通過Fluent軟件對煙道流場進(jìn)行模擬分析，獲取監(jiān)測斷面流速分布區(qū)域。根據(jù)Fluent軟件模擬分析的煙道斷面高、中、低流速區(qū)域作為布點依據(jù)，在將在線流速監(jiān)測設(shè)備安裝在相應(yīng)的流速區(qū)域并獲得斷面平均流速的一種方法。

2.1 現(xiàn)場示范點

對南京化工園某電廠4號煙囪入口流場模擬分析結(jié)果，在4號煙囪人口煙道斷面布設(shè)多臺煙氣流速儀，并通過手工比對對多點監(jiān)測煙氣流量測量方法的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗證。依據(jù)Fluent軟件模擬分析得出的煙道流速分布區(qū)域，在高、中、低流速區(qū)域進(jìn)行布點，流速測量設(shè)備選用南京埃森環(huán)境技術(shù)有限公司生產(chǎn)的VPT511BF-A在線流速測量設(shè)備，在水平煙道上布置了5個監(jiān)測點位，監(jiān)測點分布情況如圖1所示。

圖l多點監(jiān)測煙氣流量測量方法現(xiàn)場布點情況

2.2 手工比對測試及評價依據(jù)

采用S型皮托管進(jìn)在環(huán)保測試孑L上進(jìn)行監(jiān)測，與多點監(jiān)測煙氣流量測量方法測得的平均流速進(jìn)行手工比對，比對依據(jù)參考HJ/T75-2007《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》7.2參比方法驗收內(nèi)容中附錄D的技術(shù)指標(biāo)要求，對比對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行評價。

（1）當(dāng)流速>lOm/s時，相對誤差不超過±10%;

（2）當(dāng)流速≤10m/s時，相對誤差不超過±12%。

2.3 比對結(jié)果分析

比對結(jié)果如圖2所示。

圖2多點網(wǎng)格流速在線測量系統(tǒng)與手工測量值比對

多點監(jiān)測煙氣流量測量方法獲得的斷面平均流速為1 1.4m/s，與S型皮托管手工測試值1Im/s非常接近，兩者的相對誤差為4%，符合《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（ HJ/T75-2007）的流速比對要求。從各監(jiān)測點位來看，最低流速為2.6 m/s，最高流速在16 m/s，流場分布呈現(xiàn)高、中、低流速區(qū)域。流速實際測量值與Fluent軟件模擬分析結(jié)果存在一定差異，原因在于Fluent軟件分析時采用的邊界條件較為簡單，因此在模擬分析值上存在一定出入，但根據(jù)模擬分析得出的流速分布區(qū)域與多點監(jiān)測煙氣流量測量方法較為吻合。

針對國內(nèi)大多數(shù)電廠煙道布設(shè)不規(guī)范，流速場分布不均勻的現(xiàn)象，單點測量難以滿足煙道流速測量準(zhǔn)確性的要求，參考根據(jù)Fluent軟件流場分布及手工網(wǎng)格采樣原理提出多點監(jiān)測煙氣流量測量方法，在同一煙道截面上布設(shè)多臺流速儀，通過手工比對和在線式多點流速儀在線監(jiān)測的比對驗證，比對合格率高，流速相對誤差低于5%。多點監(jiān)測煙氣流量測量方法可有效解決單點測量難以代表斷面真實流速的問題，為發(fā)揮污染源在線自動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測、監(jiān)控作用，保證其監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性、可靠性提供依據(jù)。

三、結(jié)論

通過以上研究表明，對于流速場分布不均勻的煙道，監(jiān)測斷面存在高、中、低流速區(qū)域，用多點監(jiān)測煙氣流量的測量方法，可明顯提高測量精度，取樣具有更好的代表性，能夠滿足運行監(jiān)控和環(huán)保監(jiān)測精度的要求。

參 考 文 獻(xiàn)[1]王雨.推進(jìn)我國能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的路徑選擇[J].當(dāng)代經(jīng)濟研究，2014 （3）： 67-70[2]孟志浩，俞保云，燃煤鍋爐煙氣量及NOx排放量計算方法的探討[J].環(huán)境污染與防治，2009 （11）：107-109[3]常衛(wèi)民，劉寧鍇，沈建康.火電廠煙氣自動化監(jiān)測系統(tǒng)的比對監(jiān)測[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2007，19（1）： 41-44endprint