燃煤电厂矩形烟道烟气流速确定方法研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。本论文除了文中特别加以标注和致谢的内容外，不包含其他人或其他 机构已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京信息工程大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。其他同志对本研究所做的贡献均已在 论文中作了声明并表示谢意。 学位论文作者签名盈童主曼签字日期丝 [ 关于论文使用授权的说明 南京信息工程大学、国家图书馆、中国学术期刊 光盘版 杂志社、中国科 学技术信息研究所的中国学位论文全文数据库有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，并通 过网络向社会提供信息服务。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 包括刊登 论文的全部或部分内容。论文的公布 包括刊登 授权南京信息工程大学研究 生院办理。 口公开口保密年月 保密的学位论文在解密后应遵守此协 议 学位论文作者签名邀邋 指导教师签名墓墨盔 签字日期丝 L ≤2 、 j 、 l 摘要 目录 ．．I I I l A B S T R A C T 。． 第一章绪论 1 ．1 研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。l 1 ．2 烟气流速测晕相关标准⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 1 ．3 研究来源及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．4 研究内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 1 ．4 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．4 ．2 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 第二章烟气参数的测定和分析 7 2 ．1 烟气系统流程简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 烟气温度的测定及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．2 ．1 烟气温度测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．2 ．2 烟气温度分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。l1 2 ．3 烟气含湿量的测定及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 3 2 ．3 ．1 烟气含湿最测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．3 ．2 烟气含湿量分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l7 2 ．4 烟气含氧量的测定及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 2 ．4 ．1 烟气含氧量测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18 2 ．4 ．2 烟气含氧量分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．19 第三章烟气流速测量方法 2 1 3 ．1 烟气流速测量方法比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 1 3 ．2 流速测量理论基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 3 ．2 ．1 烟气密度的测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 2 3 ．2 ．2 烟气压力的测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 3 3 ．2 ．3 烟气流速及流量的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．3 实验仪器及测量步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 3 ．3 ．1 实验仪器介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 3 ．3 ．2 试验条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 9 3 ．3 ．3 测量步骤⋯⋯⋯ 第四章标准采样断面烟气流速采样布点优化研究 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 9 3 1 4 ．1 采样布点优化方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 l 4 ．1 ．1 优化方案一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3l 4 ．1 ．2 优化方案二⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3l ㈣0㈣3咖5ii0-I㈣9删8iiii●1●ⅢY 4 ．2 气流分布均匀性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4 ．3 优化方案一实例分析验证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 4 ．3 ．1 概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 4 ．3 ．2 试验参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 。3 ．3 结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 4 ．4 优化方案二实例分析验证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 4 ．4 ．1 概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 4 ．4 ．2 试验参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 4 ．4 ．3 结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 3 第五章非标采样断面烟气流速确定探讨 5 ．1 非标采样断面烟气流速确定探讨一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 5 5 ．1 ．1 实例l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．1 ．2 实例2 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 5 ．1 ．3 探讨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 5 ．2 非标采样断面烟气流速确定探讨二⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5l 5 ．2 ．1 概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5l 5 ．2 ．2 试验参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 2 5 ．2 ．3 结果分析与探讨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 第六章结论和建议 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 6 ．2 主要创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 7 6 ．3 建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 参考文献 附录 致谢 5 9 6 2 6 3 摘要 大气污染防治是我国环保工作的重点。燃煤电厂是S 0 2 、N o x 、烟尘等大 气污染物和C 0 2 等温室气体的主要排放源。确定污染物排放量的关键参数是烟 气流速，而测点位置和布置对测量的结果影响很大。 本文首先归纳了烟气参数各种测定方法的特点，在统计分析大量实测数据 的基础上，给出了F G D 系统各部位烟气温度、含湿量及含氧量等参数在不同机 组不同工况情况下的范围，为烟气流速测量仪器的选择及现场试验中误差的初 步排除提供了参考依据。同时，根据燃煤电厂烟气特征及现场试验条件，确定 选择皮托管法来进行烟气流速测量研究。 其次，针对燃煤电厂烟道几何尺寸较大、采样枪长度有限的情况，提出了 断面测点减半的优化方案一；针对现行测量标准中相关条款已不适应测试要求 的情况，提出了控制采样点总数在2 0 个以内，对等面积小块的长边长度予以适 当加长的优化方案二。通过实例验证，两种优化方案与真实值的相对误差都控 制在1 0 ％，具有可行性。 最后，针对燃煤电厂非标采样断面居多的状况，就确定非标采样断面烟气 流速进行了探讨。通过实例分析了增加测点对于确定非标采样断面烟气流速的 适用性，得出当相对均方根值仃≤0 ．3 0 时，增加测点方法可行；当相对均方根 值叮 ／0 ．3 0 时，需结合实际工作量，建议可考虑更换采样断面；对采样断面增 加测点但测量结果无明显变化的，需直接更换采样断面。同时针对存在大小流 速明显分层且大流速所在区域流速分布均匀类型的采样断面，通过实例验证了 面积加权法对确定该类非标采样断面烟气流速的适用性。 关键词烟气流速，气流分布，采样断面，采样点 A b s t r a c t A i rp o l l u t i o nc o n t r o li so fg r e a ti m p o r t a n c ei nC h i n a ’Se n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ．M o s t a i rp o l l u t a n t s ，s u c ha s8 0 2 ，N O x ，d u s t , g r e e n h o u s eg a sC 0 2a n dS Oo n , a r em a i n l y f r o mC o a l - f i r e dp o w e rp l a n t s ．F l u eg a sv e l o c i t yi st h ek e yp a r a m e t e rt od e t e r m i n i n g p o l l u t a n t s ’e m i s s i o n s ，a n dh o wt oa r r a n g et h ep o n l o c a t i o ni n f l u e n c e st h et e s t r e s u l t sg r e a t l y ． I nt h i sp a p e r , f i r s t l ys u m m a r i z e st h ec h a r a c t e r i s t i c so ff l u e g a sp a r a m e t e rt e s t i n g m e t h o d s ，g i v i n gt h ed i f f e r e n tr a n g eo ff l u eg a st e m p e r a t u r e ，h u m i d i t y ，o x y g e n c o n t e n ti ne a c hp a r to ft h eF G Ds y s t e mu n d e rd i f f e r e n tw o r k i n gc o n d i t i o n si nb a s eo f s t a t i s t i c a ld a t a , w h i c hp r o v i d e sr e f e r e n c eb a s i sf o rf l u eg a sv e l o c i t ym e a s u r e m e n t i n s t r u m e n ts e l e c t i o na n dt h ep r e l i m i n a r ye r r o re x c l u d i n gi nt e s t i n gf i e l d ．M e a n t i m e ， t h ep i t o tt u b em e t h o di sc h o s e dt om e a s u r et h ef l u eg a sv e l o c i t ya c c o r d i n gt ot h ef l u e g a sf e a t u r e si nc o a l - f i r e dp o w e rp l a n ta n df i e l dt e s t i n gc o n d i t i o n s ． S e c o n d l y ，t h ef i r s to p t i m i z a t i o ns c h e m eh a l v i n gt h es a m p l i n gp o i n t si nt h es a m p l i n g p l a n ei sp r o p o s e db e c a u s ef l u eg e o m e t r ys i z eo ft h ec o a l - f i r ep o w e rp l a n ti ss ob i g t h a tt h e r ei sn os a m p l i n gg u nl o n ge n o u g ht ot e s t i n g ；t h es e c o n do p t i m i z a t i o ns c h e m e w h i c hc o n t r o l ss a m p l i n gp o i n t si n2 0 ，a p p r o p r i a t e l yl e n g t h e n st h el o n gs i d eo fs m a l l p i e c e si ns a m e a r e a sb e c a u s es o m er e l a t e dt e r m si nc u r r e n tm e a s u r e m e n ts t a n d a r d d o n ’tm e e tt h et e s t i n gr e q u i r e m e n t s ．R e s u l ts h o w st h a t , t h er e l a t i v ee r r o rb e t w e e nt h e o p t i m i z a t i o ns c h e m e sa n dt h er e a lv a l u ei sw i t h i n10 ％，s ob 0 吐ls c h e m eh a v e f e a s i b i l i t y ． F i n a l l y , h o wt od e t e r m i n ef l u eg a sv e l o c i t yi nn o n s t a n d a r ds a m p l i n gp l a n ei s d i s c u s s e dc o n s i d e r i n gt h a tc o a l - f i r e dp o w e rp l a n t sm o s t l yu s en o n - s t a n d a r ds a m p l i n g p l a n e s ．T h i sp a p e ra n a l y z e st h ea p p l i c a b i l i t yo fi n c r e a s i n gt h en u m b e ro fs a m p l i n g p o 缸t od e t e r m i n ef l u eg a sv e l o c i t yt h r o u g he x a m p l e s ．R e s u l t si n d i c a t et h a t , i ti s f e a s i b l ew h e n o “ _ 0 ．3 0 ，a c t u a lw o r k l o a ds h o u l db et a k e ni n t o a c c o u n t , t h es a m p l i n gp l a n ei ss u g g e s t e dt ob er e p l a c e d ；a n di ft h e r ei sn oe v i d e n t c h a n g ei nt h em e a s u r er e s u l tw i t ht h ei n c r e a s eo fs a m p l i n gp o i n t s ，t h eb e s tw a yi st o Ⅱ c h a n g et h es a m p l i n gp l a n e ．M e a n w h i l e ，t h i sp a p e rs h o w st h a ta r e aw e i g h t i n gf a c t o r m e t h o da p p l yt od e t e r m i n i n gf l u eg a sv e l o c i t yo ft h en o n s t a n d a r ds a m p l i n gp l a n e w h i c hh a v es t r a t i f i e da i r f l o wa n da i rm o v e m e n td i s t r i b u t e du n i f o r m l yi nl a r g eg a s v e l o c i t ya r e a ． K 吖w o r d s f l u eg a sv e l o c i t y , a i rf l o wd i s t r i b u t i o n ，s a m p l i n gp l a n e ，s a m p l i n gp o 缸 Ⅲ I V 第一章绪论 1 ．1 研究背景 第一章绪论 2 0 0 9 年1 1 月2 5 日，国务院常务会议决定，到2 0 2 0 年我国单位国内生产总值二氧 化碳排放比2 0 0 5 年下降4 0 ％- - 4 5 ％，作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规 划，并制定相应的国内统计、监测、考核办法。国民经济和社会发展第十二个五年规划 纲要中提出2 0 1 1 年2 0 1 5 年我国单位国内生产总值二氧化碳排放降低1 7 ％，二氧化 硫排放总量减少8 ％及氮氧化物排放总量减少10 ％等约束性指标【I 】。从上述文件可以看 出，我国近年来对于污染气体及温室气体的排放控制十分的重视。要确保这些排放控制 指标的顺利实现，一方面要从技术和控制手段上减少污染气体及温室气体的排放，另一 方面要保证监测数据的准确可靠。只有有了准确的监测数据，才能真实地反映相关污染 物的排放情况，污染气体等的排放控制才能有数可依。 我国的能源资源中以煤炭为主，其中接近一半的煤炭用于燃煤发电。2 0 0 8 年，火电 厂燃料煤的消耗量约占工业燃料煤消耗量的6 8 ．5 ％，占全国煤炭消耗量的4 6 ％，而至2 0 1 0 年，我国燃煤电厂装机容量达到了6 5 0 1 l 万千瓦，占火电装机容量的9 2 ％【2 3 】。近年来， 我国虽大力倡导发展各种清洁能源，但由于煤炭价格低廉、储量丰富、易于获取等优点， 在未来相当长的一段时间里，相信以煤炭为主要能源的这一格局将不会有大的改变。大 气污染物S 0 2 、N o x 及温室气体C 0 2 都主要来源于矿物燃料 煤、石油、天然气等 的 燃烧，其中又以煤燃烧为主ⅣJ 。据统计，2 0 0 8 年全国s 0 2 和N O 。的排放总量分别达到 2 3 2 1 二2 万吨和1 6 2 4 ．5 万吨，其中电力业排放量分别占到4 9 ．6 ％和4 9 ．9 ％【2 1 。燃煤电厂作 为污染物s 0 2 、N o x 以及温室气体C 0 2 等的主要排放源，准确估算这些物质的排放量就 显得尤为重要。其不仅关系到国家排放控制指标的实现，还与排污收费、电厂竣工环保 验收等息息相关。在气体污染物排放总量的监测技术之中，除了需准确测定烟尘、烟气 各组分的浓度之外，还需进行烟气排放量的测定。而烟气排放量的测定又以监测断面的 平均烟气流速为重要依据，可以说烟气的流速是确定污染物排放总量的重要参数。 1 ．2 烟气流速测量相关标准 各国对于烟气流速测量都制定了相关的规定，国际、欧盟、美国及中国烟气流速测量 所依据的标准分别如下 1 国际标准 l 南京信息工程大学硕士学位论文 I S O10 7 8 0 ．19 9 4 固定源排放管道气流流速及流量测量【6 1 I S O1 2 1 4 1 - 2 0 0 2 固定源排放低浓度时颗粒物 粉尘 质量浓度的测定人工 重量分析法【7 l I S O9 0 9 6 2 0 0 3 固定源排放颗粒物质量浓度的手动测赳酊。 2 欧盟标准 E N1 3 2 8 4 ．1 - 2 0 0 1 固定源排放低浓度粉尘测定第l 部分人工重量分析法网。 3 美国标准 联邦法规4 0 章第6 0 款附录A 方法卜一固定源采样和测速断面点位的选择 下 文简称方法1 [ 1 0 l ； A S T MD 3 1 5 4 - 0 0 2 0 0 6 导管中平均速度的标准试验方法 皮托管法 [ 1 1 1 。 4 中国标准 G B ／T1 6 1 5 7 - 1 9 9 6 固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法【1 2 】； H J ／T3 9 7 ．2 0 0 7 固定源废气监测技术规划1 3 】。 我国燃煤电厂的烟道绝大部分采用矩形烟道，因此本文只讨论矩形烟道的各种情况。 燃煤电厂烟道断面的气体流速通常是不均匀的，特别是距弯头和变径管较近的烟道，烟气 流速分布更是有较大的差异，因此要准确测量断面的平均烟气流速，采样位置以及采样点 的选择是非常重要的。各国标准对此也都作了具体的要求 见表1 ．1 。 通过表1 ．1 可以发现，各国对于采样位置的选择都不尽相同，但也有共通之处，即采 样位置都要求选择在具有一定长度的直烟道上，其目的都是为了保证流速在采样断面上能 够分布均匀。 2 在国家经济发展对能源总量的需求不断增长而环保力度又逐渐加大的背景下，燃煤 电厂发展高参数、大容量、低煤耗发电机组已成为一种必然的趋势。随着大容量机组的 不断发展，锅炉产生的烟气量逐渐增加，从而使得烟道尺寸不断加大，在烟气流速的测 量过程中就遇到了一些采样方面的实际问题。如烟道内径过大，测试采样枪太短，怎样 在减少采样点的基础上又能获得具有代表性的烟气流速，是目前我国烟气流速测定急需 解决的一个问题。此外，我国烟气流速测定所依照的固定污染源排气中颗粒物测定与 气态污染物采样方法在我国已实行十余年，其中对于矩形烟道采样点设置的相关条款 已经赶不上时代的需要，修订此方法也已经成为当前环境监测工作迫切需解决的问题之 一。对于上述问题，国内外的研究并不多，肖洪文【1 4 J 针对国营8 2 1 厂的矩形烟道改进布 点方法，发现在气流较平稳的地方减少采样点，提高采样效率，同样能满足烟气样品具 有代表性，是一种可行的办法。杨士建、陆上岭等【l5 】针对锅炉烟尘测试方法中矩形 烟道测点数目的讨论中认为在能够保证监测结果准确的前提下，没有必要布设太多的监 测点位，增加太多的工作量。目前对符合监测标准的采样断面 以下简称标准采样断面 中采样点改进所做的研究仅限于个别电厂，要真正应用起来难度较大，因此，对电厂标 准采样断面烟气流速采样布点进行系统研究，得到有说服力的可行性方法，对解决现场 烟气流速测量遇到的问题将有巨大的现实意义。 在烟气流速的实际测定过程中，除了符合标准要求的采样断面之外，还有许多采样 4 断面不符合监测标准要求。所谓非标采样断面，本文将其定义为凡不符合固定污染 源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法及固定源废气监测技术规范标准要求 的采样断面，统称为非标采样断面。非标采样断面的产生主要是由于脱硫等系统受场地 空间的限制，使得现场测试时无法找到符合标准要求的长直烟道，但为了监测污染源排 放情况，又只能在气流较不稳定的采样断面进行测试。我国许多电厂由于空间、资金等 各方面的限制，烟气流速测量绝大部分都是在非标采样断面中进行的。若能在非标采样 断面烟气流速的测量中，找出适合有效的流速确定方法，对于我国目前的现场烟气流速 测量具有十分重大的意义。王毓丹、姚俊掣1 6 】通过实验发现，当采样断面不能满足标准 要求又必须进行现场测试时，将相邻两测点的烟气流速控制在2 0 ％以内，就能得到准确 的监测结果。曹丕亮【l 刀则提到，当测定现场不能满足标准要求时，按断面尺寸划分的若 干等面积小矩形块面积应小于O ．0 5 m 2 。 综上所述，本项研究拟在对燃煤电厂不同机组烟气的相关参数大致了解的情况下， 采用适宜的烟气流速测定方法，通过现场试验，研究标准采样断面烟气流速采样布点优 化方案，并试图通过尽可能多的现场试验，探索适合非标采样断面的采样及确定方法。 该研究位于国家污染物减排力度不断加大的背景下，对污染物排放量监测的准确性起到 至关重要的作用。同时，本研究可以为目前现场烟气流速测试中遇到的问题提供可行性 的解决方案，现实意义重大。 1 ．4 研究内容及技术路线 1 ．4 ．1 研究内容 首先，在掌握烟气参数相关测定方法的基础上，收集长期以来电厂烟气流速检测所获 得的烟气参数，通过统计分析，了解不同燃煤机组各种工况下烟气参数的相关特征，以便 烟气流速测量仪器的选择及现场试验中误差的初步排除。分析烟气流速测量各种方法的优 缺点，结合燃煤电厂烟气参数特征，选定适合的测量仪器。 其次，针对标准采样断面，依据设计的优化方案进行现场比对试验，验证方案的适用 性对于非标采样断面，针对燃煤电厂常有的典型断面进行分别讨论，通过试验，探索可 行性的测量方案并进行烟气流速确定验证。 5 南京信息工程大学硕士学位论文 1 ．4 ．2 技术路线 本研究的技术路线如图1 1 2 所示。 图1 - 2 技术路线 6 第二章烟气参数的测定和分析 第二章烟气参数的测定和分析 烟气温度、含湿量、含氧量等参数的测定，为测量烟气流速及流量提供基础的数据， 这些参数测定的精确度和准确度直接影响了烟气流速及流量的测量结果，必须引起足够的 重视。同时对烟气参数的相关特征进行分析，一方面利于测量仪器的选择，一方面也便于 测试人员发现和排除有较明显错误的测定结果。 本章首先了解燃煤电厂烟气系统的基本流程，然后介绍各烟气参数的相应测量方法， 最后针对不同采样位置的烟气参数特征进行系统分析。 2 ．1 烟气系统流程简介 锅炉产生的烟气经过脱硝系统脱氮后进入空气预热器，然后由空预器出口进入除尘设 备进行除尘，除尘后的烟气又由引风机引至脱硫系统来脱除烟气中的S 0 2 ，脱硫后的烟气 最后经G G H 换热后，通过烟囱排入大气。 燃煤电厂从机组大小上可以分为1 2 5 M W 级、2 0 0 M W 级、3 0 0 M W 级、6 0 0 M W 级、 1 0 0 0 M W 级机组等，国内目前主要是3 0 0 M W 、6 0 0 M W 及1 0 0 0 M W 三种类型的机组。 燃煤电厂控制N o x 排放主要依靠低氮燃烧和烟气脱硝这两类技术，烟气脱硝的主要方 法为选择性催化还原 s e l e c t i v ec a t a l y t i cr e d u c t i o n ，S C R 和选择性非催化还原 s e l e c t i v e n o n - c a t a l y t i cr e d u c t i o n ，S N C R 。当电厂采用的低氮燃烧技术不能满足排放标准时，往往需 采用燃烧后脱硝技术，其中S C R 技术是目前脱硝率最高，应用最广的烟气脱硝技术u a - 2 0 ] 。 除尘器按其工作原理可以分为干式除尘器、湿式除尘器、电除尘器和袋式除尘器，其 中袋式除尘器的除尘效率最高。目前应用最为广泛的是电除尘器，袋式除尘器在电厂中的 应用也越来越多。 按照现有环保政策，一般要求燃煤电厂配备烟气脱硫 f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n ，F G D 装置。目前应用较为广泛的烟气脱硫方法主要有石灰石石膏湿法脱硫、烟气循环流化 床脱硫、海水脱硫、半干法脱硫等，大容量燃煤机组一般采用石灰石石膏湿法烟气脱 硫工创2 1 1 。 气气换热器 g a s - g a sh e a t e r ，G G H 是利用传热元件将未净化高温烟气的热量传递 给净化后的冷烟气，从而达到降低原烟气温度以利于化学反应以及提高净烟气温度进而增 加烟气扩散能力和避免低温腐蚀的作用。但是G G H 在运行中存在着泄漏、腐蚀、堵灰及 高能耗等诸多问题，目前国内对于是否在湿法脱硫系统安装G G H 还存在争测2 2 ．2 3 】。 引风机的作用是克服尾部烟道、空气预热器、除尘器等的烟气阻力，增压风机是为了 7 南京信息工程大学硕士学位论文 克服脱硫系统的阻力。有的电厂只设置引风机，不设增压风机，其利用增加引风机压头的 方法，来克服锅炉烟气系统和脱硫系统的阻力‘2 4 1 。 目前典型的燃煤电厂烟气系统流程见图2 ．1 [ 2 5 , 2 6 1 。该图采纳了目前脱硝常用的S C R 脱 硝工艺及石灰石石膏湿法脱硫工艺。 l S C R 进口；2 - - S C R 出口；3 一除尘器进1 3 4 一除尘器出口；5 一原烟气G G H 进1 3 F G D 进口 ； 6 一原烟气G G H 出口；7 一净烟气G G H 进1 3 ；8 一净烟气G G H 出1 3 F G D 出口 图2 ．1 燃煤电厂烟气系统流程及测点布置图 图2 - l 在展示烟气系统流程的同时，也标示出了常用的烟气参数和流速测点位置。位 置l 和位置2 是进行脱硝系统性能检测的常用测点位置，当脱硝系统测点位置欠佳时，烟 气粉尘、流速及流量的测量可选择位置3 进行替代。位置3 和位置4 是除尘器性能检测的 常用测点位置。位置5 和位置6 是脱硫系统性能检测原烟气的常用测点位置，位置7 和位 置8 是净烟气的常用测点位置，若烟气系统中不存在G G H ，那么位置6 和位置7 分别等同 于位置5 和位置8 。当位置5 或位置6 测点位置不佳时，有时会选择位置4 进行替代。位 置8 同时也是污染物排放实验的常用测点位置。 本文烟气参数分析所采用的数据全都来自权威检测机构历年来进行脱硫系统性能检验 及污染物排放实验所获得的数据，因此本文所进行的烟气参数分析都是基于脱硫系统部分。 又由于石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺是目前大容量燃煤机组普遍采用的工艺，本文仅 对该工艺的烟气参数进行分析。 8 第二章烟气参数的测定和分析 2 ．2 烟气温度的测定及分析 2 ．2 ．1 烟气温度测定[ 2 7 - 3 2 】 烟气温度是烟气重要的基础参数之一，它涉及到烟气湿度、流速、密度及流量等几乎 所有的计算，是必须测定的重要参数。烟气温度一般情况下，可在靠近烟道中心的一点测 定。常用的测温仪器有玻璃水银温度计、热电偶温度计及电阻温度计，燃煤电厂由于生产 过程的多样化以及使用净化设备的不同，烟气温度变化范围很大，可由常温直至数百度高 温，因此现场测试时应根据不同的烟温选用适宜的测温仪器。 一 玻璃水银温度计测量法 1 ．测定原理 封闭在玻璃管内的水银柱，热胀冷缩，其高度与温度成一定比例，根据水银柱的高度， 可确定温度的高低。其精确度应不低于2 ．5 ％，最小分度值应不大于2 ℃。 2 ．测定方法 测定烟气温度的温度计，一般采用长杆温度计，其刻度应露在烟道壁外，以便读数。 测定时，将温度计球部尽可能放在靠近烟道中心的位置，封闭测孔，等插入5 分钟以 上且读数稳定时再读数，不能将玻璃水银温度计抽出烟道外读数。 3 ．特点 水银温度计结构简单，使用方便，测量准确，且价格低廉。但由于水银温度计测杆较 短，不适合在大型烟道中使用，且由于水银沸点的限制，也不能用它来测定高温烟气。玻 璃水银温度计的测景范围一般在0 ．- 4 0 0 ℃。 - - 热电偶温度计测量法 1 ．测定原理 将两根不同的金属导线连成一闭路，当两接点处于不同温度环境时，便产生热电势， 两接点热电势与温