燃煤发电厂湿烟气颗粒物浓度连续在线测量的装置及方法
【技术领域】
[0002] 本发明涉及一种燃煤发电厂烟气测量装置，更具体的说，本发明主要涉及一种燃 煤发电厂湿烟气颗粒物浓度连续在线测量的装置及方法。
[0003]
【背景技术】
[0004] 近期，随着《火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011》的执行，2014年7月1日 起，所有火力发电厂燃煤锅炉烟尘排放限值全部达到30mg/m 3以下，重点地区火力发电厂 锅炉烟尘排放限值全部达到20mg/m3以下。2014年9月，国家发改委、能源局、环保部联合 文件[2014]2093号文关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划》（2014-2020年)的通 知指出，到2020年现役燃煤发电机组大气污染物中烟尘排放限值要低于10mg/m 3。
[0005] 传统的发电厂测量烟尘浓度技术是在烟道上安装激光光学烟尘仪(又称烟尘浊度 仪)，这种技术主要使用的场合为干烟气，也就是说，烟气中水蒸气在不饱和状态(相对湿度 小于100%)的工况下来测量，但是应对当前超低排放背景下的富含浆液液滴、水滴的过饱 和烟气测量出现了数值波动大、误差大的问题，导致无法使用。对于上述工况的测量技术， 在国际上，有少数几家厂家提供针对湿烟气的颗粒物浓度在线测量技术。知名的有三家公 司的产品，分别为德国Durag公司的D-R820F湿烟气专用粉尘仪、英国PCME公司的STACK 181WS湿烟气烟尘仪、德国SICKlMAHAK(西克麦哈克）的FWE200高湿烟气烟尘仪，具体说 明如下：德国Durag公司（中文名称杜拉革)产品型号D-R820F，产品名称叫湿烟气专用粉尘 仪，其基本原理为将烟气以等速跟踪方式保温伴热从烟道中抽取出来，将烟气加热，降低相 对湿度，然后用部分加热干燥干空气进行等比例稀释(其稀释比为1:1)，降低烟气中水分， 从而降低烟气露点；然后通过激光前散射法进行测量烟尘浓度，最后结合混合气体稀释比 例计算出烟气中实际颗粒物的排放浓度。其系统组成为：取样头和测量室、射流泵及旋流风 机、稀释风机、供电和显示单元、安装法兰及相关附件。
[0006] 英国PCME的产品STACK 181WS，其基本测量原理为使用一个耐腐蚀材料的探管， 将待测烟气从烟道中抽取出来，然后进入一个加热筒，将烟气升温，提高烟气相对湿度，加 热后的干烟气，进入测量室，测量室装有前散射法的激光分析仪表，进行测量。测量后的气 体进入射流泵，又返回至与抽取探杆同一法兰上烟气返回管。这样完成了烟气颗粒物浓度 的测量过程。
[0007] 德国SICK |MAHAK (西克麦哈克）的FWE200,湿烟气烟尘测量仪，其工作原理是将 湿烟气从烟道(或者烟中抽取出去，进入圆形加热筒，将烟气升温加热雾化后，烟气温度 超出露点以上，然后进入测量室进行测量。测量后的烟气返回至烟道中。为了防止烟气冷凝 后的水滴堵塞管道或者是流入至后部加热腔，系统采用高位布置，烟气取样法兰下部布置， 并稍微向下倾斜，使烟气冷凝水自流至烟道。FWE200抽取过程中，不对抽样后烟气进行稀 释。
[0008] 截止到目前为止，在全球范围内，已知的湿烟气颗粒物浓度测量在线技术基本上 都是抽取式加热测量方法。如果再进一步细分的话，分别为稀释加热抽取法、和非稀释加热 抽取法。两种方法共同的主要原理是将烟气抽取出烟道，然后将烟气加热升温至露点以上， 一般在100度至120度左右，然后进行测量。其缺点如下：一是设备庞大并且笨拙，非常不 容易高空安装。因为配有庞大的抽取设备和加热设备，使得测量系统体积庞大并且重量大， 由于本设备多布置于烟囱标高60米以上或者烟道标高20米以上，非常不容易安装。以杜 拉革的D-R820F为例，其取样单元的重量为40kg，测量单元的重量为90kg. PCME的Stack 181WS的取样头单元的重量30kg，测量及控制单元重量为120kg. SICKMAHAK的FEW200取 样头重量20kg，控制重量在80kg左右。二是取样流量小，低颗粒物浓度难以测量或者测量 过程不稳定。抽取式由于收到射流泵功率限值，抽取流量一般较小，在低浓度抽取易出现抽 样不均，从而导致较大的测量误差。其中杜拉革的D-R820F的抽取速率为1001/min(升/ 分钟）至1501/min (升/分钟），PCME的Stack 181ws抽取速率在1001/min (升/分钟） 左右，SickMAHAK的FEW200的抽取速率在1001/min左右。因为当前发电厂工况下，烟尘浓 度的绝对值很低，基本在l〇mg/m 3左右，此种抽气流量，单位时间内抽取样本气体绝对量偏 小，样本气体代表性不好，容易引起测量误差。三是设备维护工作量大，旋转设备和控制设 备较多，需要有两台大功率旋流风机长周期连续不断的运行，设备故障和维护量较大。四是 非探头加热方法进行取样(如PCME的STACK 181WS和SICK的FWE200)，在取样管道出现 冷凝水，冷凝水对烟尘颗粒物有吸附作用，同时冷凝水在凝结较多的情况下含有烟尘的的 凝结水直接自流返回至烟道，引起的被测量颗粒的丢失，从而引起测量误差。因而有必要针 对燃煤发电厂的烟气颗粒物浓度测量装置的结构进行研究和改进。
[0009]
【发明内容】
[0010] 本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种燃煤发电厂湿烟气颗粒物浓度连 续在线测量的装置，以期望解决现有技术中取样流量小导致的测量误差大，设备体积庞大 不便于安装，结构复杂维护成本高，在取样通道易产生冷凝水吸附烟尘颗粒物影响测量精 度等技术问题。
[0011] 为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案： 本发明一方面提供了一种燃煤发电厂湿烟气颗粒物浓度连续在线测量的装置，所述的 装置包括用于安装在烟道内的加热腔体，所述加热腔体的内部还安装有加热组；所述加热 腔体上设有进气口与出气口，所述出气口与导流管相连通，所述导流管与测量室相连通，所 述测量室内安装有激光烟尘仪，所述激光烟尘仪还通过管道与扫风单元相连通，用于由扫 风单元通过管道向激光烟尘仪送入吹扫风。
[0012] 作为优选，进一步的技术方案是：所述加热腔体的内部还安装有测温杆，所述测温 杆与加热组一并接入电控箱，用于由电控箱控制加热组的当前温度，以及通过测量加热腔 体中待测烟气的温度。
[0013] 更进一步的技术方案是：所述加热组为至少三组带有翅片的独立加热器，所述加 热器通过法兰安装在加热腔体的底部。
[0014] 更进一步的技术方案是：所述的加热腔体为双层中空的结构，且所述加热腔体的 内壁上均设有聚四氟乙烯涂层。
[0015] 更进一步的技术方案是：所述加热腔体整体呈立式的圆桶形，且所述进气口与出 气口均设于圆桶形加热腔体的侧面，且所述进气口与出气口在加热腔体侧面的安装方向与 烟道的轴向相一致，所述进气口靠近加热腔体的顶部，所述出气口靠近加热腔体的底部。
[0016] 更进一步的技术方案是：所述进气口与出气口均通过外螺纹安装在加热腔体上， 且所述进气口上还设有调节装置，用于调节进气口的口径大小；所述进气口的口径大于出 气口。
[0017] 更进一步的技术方案是：所述激光烟尘仪与扫风单元相连通的管道上还设有加热 装直。
[0018] 更进一步的技术方案是：所述的装置中还包括用于安装在烟道内的皮托管，所述 皮托管置于测量室的后端，且所述皮托管与测量室之间保持间隙；所述皮托管接入主机柜， 用于测