吳滿義

（安徽省永創(chuàng)檢測技術有限公司，安徽 宣城 242000）

引言

隨著我國當前工業(yè)環(huán)保壓力的不斷增大和“碳達峰、碳中和”目標的不斷推進，大氣污染防治已成為我國高質量發(fā)展的一個重要課題[1]。據(jù)統(tǒng)計，在大氣污染防治中，煙氣排放是最為重要的因素之一，尤其是火力發(fā)電過程中的煙氣污染，已成為影響雙碳目標的頭號原因[2]。但火力發(fā)電在國民能源利用結構中的主體地位將在相當一段時間內持續(xù)，因此如何有效監(jiān)測并控制火力發(fā)電中的煙塵排放量，對定量分析煙氣前期脫硫、脫硝、除塵工藝，降低火力發(fā)電污染程度具有十分重要的意義。

1 現(xiàn)場概況

某火電廠是大唐集團下屬主力火電廠，年發(fā)電量40 億kW·h。據(jù)不完全統(tǒng)計，該廠煙氣排放標準顆粒物質量濃度達到26 mg·m3，二氧化硫質量濃度達到19 mg·m3，氮氧化物排放質量濃度78 mg·m3，明顯高于《火電廠大氣污染物排放標準》相關要求。為滿足環(huán)保要求，2019 年該廠擬投入實施SCR 脫硝及靜電除塵改造項目，在除塵器出口的煙氣管道安裝了在線監(jiān)測裝置，對各類粉塵排放顆粒物進行數(shù)字化分析。但現(xiàn)場監(jiān)測存在如下問題：一是除塵管道結構較為復雜，經常出現(xiàn)煙塵堵塞監(jiān)測探頭；二是煙塵顆粒較大，探頭磨損嚴重，最終導致傳感器失效，監(jiān)測數(shù)據(jù)失真。因此必須對監(jiān)測點位置重新優(yōu)化選址，保證數(shù)據(jù)的真實有效性[3-4]。

2 原因分析

原監(jiān)測裝置安裝在流量調節(jié)閥上方。經現(xiàn)場測量，管道口煙氣實時溫度達到350 ℃，氣體壓力3 000 Pa，密度0.625 576 kg/m3。經過靜電除塵裝置后，煙氣分別進入5 m×6 m×0.005 m 的1#、2#分支管道，此時總管最大流量為900 t/h，最小流量為400 t/h。除塵管道結構布置如圖1 所示。

圖1 火電廠靜電除塵器管道布置圖（單位：mm）

根據(jù)靜電除塵器管道布置圖繪制除塵管道三維模型，如第133 頁圖2 所示。

如圖2 所示，除塵管道直徑為D。分支管道水平直管段尺寸為0.91D，垂直管段尺寸為0.53D?；痣姀S排出煙氣經過靜電除塵器后分別進入1#分支管道和2#分支管道，在經過垂直段后進入總管。對除塵管道內煙氣流場進行數(shù)字化分析，得管道內煙氣速度分布、壓力分布如圖3 所示。

圖2 除塵管道模型示意圖

圖3 管道內煙氣速度、壓力分布

由圖3 可知，a）圖為煙氣管道速度分布，b）圖為煙氣管道壓力分布。此時由于總管下端流量調節(jié)百葉閥的存在，煙氣在除塵器中流動較為緩慢。在到達兩個分支管道時，煙氣流動發(fā)生碰撞混合，煙氣流動出現(xiàn)紊亂，造成原監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)不準。

c）圖為煙氣管道水平切面速度分布，d）圖為水平切面壓力分布。由兩圖結合可知，煙氣在兩支管水平段時，速度和壓力較為穩(wěn)定。進入垂直段時，煙氣流體開始再次碰撞混合，造成速度和壓力出現(xiàn)無規(guī)律波動。

綜上可知，可以在直管段安裝煙氣流體監(jiān)測裝置。

3 新監(jiān)測位置選取

為保證監(jiān)測裝置長時間工作且不被煙塵堵塞，擬選擇具有耐磨、防堵特性的插入式傳感器（如圖4a）。為準確選取監(jiān)測位置，在兩支管任選一處水平直管處，每隔0.5 m 選取一個流速截面，共選8 個，如圖4b）所示：

圖4 水平直管處監(jiān)測裝置傳感器安裝位置圖

取煙氣管道橫截面為Z，剖面為X，采用數(shù)字化分析技術對8 個截面流速進行監(jiān)測，得每個截面平均流速曲線，如圖5 所示。

圖5 煙氣管道支管段各截面速度分析曲線

由圖5 可知，當選取截面-6.5≤Z≤-6 時，截面平均流速逐漸降低；當Z=-6.0 時，截面平均流速取到最小值，此時流速為3.34 m/s。當選取截面Z＞-6時，流速開始逐步增大，當-5≤Z≤-4.5 時，煙氣流速最為平緩，因此選取Z=-4.75 m 處截面為監(jiān)測探頭的安裝截面。

截面確定后，還需確定流量安裝點。采用數(shù)字化分析技術對煙氣流體水平各剖面速度進行分析，如圖6 所示。

圖6 煙氣流體水平各剖面速度圖

如圖6 可知，當選擇剖面X=-9 m 時，煙氣流體速度分布最為均勻合理，最適合進行流量監(jiān)測。因此最終監(jiān)測裝置選在選在以兩支管中心點為原點，Z=-4.75 m，X=-9 m 處。

4 效果檢測

監(jiān)測裝置探頭位重新選址后，對除塵管道內煙氣流體的流量、壓力和儀表系數(shù)進行監(jiān)測，得數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 煙氣管道工況參數(shù)表

由表實測數(shù)據(jù)計算可知，監(jiān)測裝置探頭重新選址后，裝置平均儀表系數(shù)為12.744 21，變形度為0.43%，差壓為220.395 4 Pa，裝置精度達到了0.5級，滿足設計規(guī)定。

5 結論

綜上可知，采用數(shù)字化分析技術對管道內煙塵流體進行模擬后，能夠準確反映流體內壓力分布和速度分布，并結合分布情況最終確定監(jiān)測裝置選在以兩支管中心點為原點，Z=-4.75 m，X=-9 m 處，并對重新選址后檢測裝置的工作情況進行測量。測量結果表明，探頭重新選址后，裝置平均儀表系數(shù)為12.744 21，變形度為0.43%，差壓為220.395 4 Pa，裝置精度達到了0.5 級，滿足設計規(guī)定。