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美国博纯的GASS-35烟气预处理技术及案例分析总结报告

发布日期:2016-06-30作者:博纯-豪迈子公司阅读 412赞 0

近年来,英国豪迈的烟气预处理设备厂家——美国博纯(permapure.com.cn)积极响应国家燃煤电厂“超低排放”环保政策要求,在国内权威监测机构的指导下,博纯的中国研发团队根据中国的环保政策,结合自身独特的Nafion干燥管核心技术,为中国市场量身定做开发出了GASS-35便携式预处理系统。

GASS-35便携式预处理系统通过参与相关环境监测部门约50多轮的实验室及现场测试,累积了大量详实的“超低排放”手工比对测试数据和丰富的现场经验。上海市环境监测中心高级工程师宋钊先生于2015年“第八届中国在线分析仪器应用及发展国际论坛暨展览会”上发表了GASS-35在燃煤电厂“超低排放”中应用的总结报告。

宋钊先生在演讲中着重提出:“在燃煤电厂‘超低排放’高湿、低温、低SO2烟气工况下,如何有效去除烟气中水汽的同时,又不影响低量程SO2准确分析,是目前所有便携式SO2分析仪进行手工比对监测时所面临的挑战。”

通过对不同便携式烟气分析仪,尤其是便携式电子冷凝器的比对,宋钊总结认为:基于Nafion干燥管气态除湿技术的GASS®-35预处理系统具有适用温度范围宽(-10~45℃),运行稳定,除湿效果良好,便于携带等优点;经大量实验室及现场试验数据可以证明:以Nafion®干燥管为核心的便携式烟气预处理系统GASS®-35是一种在燃煤电厂“超低排放”工况下,可最大程度降低便携式烟气分析仪测试过程中SO2损失的可行性解决方案。

各位来宾,各位代表,下午好,我是上海市环境监测中心的宋钊。今天借这个机会和大家一起分享下我们和美国博纯有限公司上海办事处一起开发的一个新型便携式烟气预处理的应用。今天的介绍分为四个内容:第一个是管控背景;第二个是烟气预处理技术现状;第三个是基于Nafion干燥管技术的便携式烟气预处理系统;第四个是思考和展望。

管控背景其实前面各位专家也说了很多,现在超净排放要求整个燃煤电厂的排放达到???要求,这个表项整理目前一系列国家以及各个地方省市的燃煤电厂标准。包括我们上海地方标准目前也在征求意见,对于烟尘、二氧化硫、氮氧化物基本还是沿袭国标的思路,控制这样的限值。从达标技术上来说,我们以上海为例,因为从目前我们上海电厂排放情况来看,整个二氧化硫、氮氧化物占到全市排放总量的17%和16%,PM值和PM2.5占到了全市的2%和3%,所以应该说电厂是我们上海市一次污染比较大的来源之一。从颗粒物来说,大部分电厂通过低温这样的静电改造,有些可能还会加一个布袋或者是湿式电除尘达到5毫克程度。第二个就是二氧化硫,提高效率,通过提高优化塔设计,包括???这种之类,这个我就不详细阐述了。氮氧化物这一块是通过SCR这样的一个方式,除此之外再增加低氮燃烧从而达到排放标准的要求。

今天主要讨论是什么呢?现有污染治理设施都会存在一个问题,就是它都是湿法的方式会带来整个烟气含湿量非常大的程度,可能会存在一个超饱和的烟气,常规测量当中二氧化硫等等这些指标是溶于水,这个其实一直是一个问题。在一些分析方法中,对分析产生一些影响。

这是两个比较图,左边这个图是不同温度下二氧化物溶解度的曲线,从这个图中比较容易看出在0~5度这样一个范围内二氧化硫的溶解度会急剧的上升。右边这个图是作为一个实验,我们在一定的条件下用一定的二氧化硫气体和水进行配比,形成模拟湿烟气。从图中可以看到,同样的浓度的烟气如果湿度增加的话,整个二氧化硫损失率是会增加的。从而,我们初步得出这样的结论。第一个,烟气湿度越高,对我们来说冷凝器析出水份相对越多。第二个,烟气当中的二氧化硫的流失率随含湿量的增大而增大。第三个,相同的水分条件下,二氧化硫的流失率是随含量的降低而增大,也就是说我们的浓度越低,二氧化硫的流失率越高。

如何解决呢?这个是我们目前固定式CEMS烟气预处理的大概现状,摘自李大鹏的一篇论文,主要的抽取式冷干法、热湿法这样的一个原理,这个可能大家也是比较了解。从方法来说,稀释法主要通过没有目标气的???稀释,混合气体达到混合的作用。冷干法里面主要有两种:一种是常用全程加热半导体制冷,第二种是Nafion管原味除湿的方式。热湿法就是全高温进去分析仪当中。这里面会有一个问题,不管你是用冷干法还是热湿法都会存在一个湿度补偿的问题,可能各家企业对补偿的系数做法都会不一样。

这是我们现有的便携式烟气预处理,其实主要是两大流派便携式预处理,一个是伴热管加半导体烟气预处理,第二个是小管径特氟龙取样管。下面是???,这是国标方法。国标方法也说到了我们在采集气体样品的时候,从采样管到采样方法之间其实是需要保温,下面两种设备主要是目前手工方法取样的烟气的采样气。为什么在这里要强调这么一个便携式的预处理技术呢?其实我们听了一个上午都是在线的这样一个设备,我们大部分环保关心的因子,不管是有机的还是无机的,大部分是水溶性的。我们监测的方法无非就是:溶液吸收法、电化学法、非分散红外法。请大家注意下这几个方法,首先它是一个参比方法,我们讲不管你的CEMS是什么样一个原理,你必须要通过我们的手工方法进行比对和校准,这是个仲裁方法。除了在常规的监测烟气监测领域,我们在日常的监测中,包括我们检测站以及大量第三方监测机构,最后还是要用这样一个方法进行比对。包括11月份最新出来的环保部的???标准公布了,征求意见稿里面也提出了一些要求。基于前面说的一些问题,现在的采样方式是存在很多缺陷的,我们整个的烟气预处理技术是远远滞后我们分析方法的发展。

接下来就介绍一下,基于Nafion管的便携式烟气预处理的系统。Nafion管这样一个机制从图上可以看出,我们从右上这个图可以看到,气体通过Nafion管道的时候,水份是被管道内壁吸收并通过外壁进行渗出,除水的过程整个依靠的管内外的湿度差。样品通过水份是在不到1秒的时间内,从管道内溢出到管道外。从下面这个图大家可以看到,Nafion管干燥机里不是多孔材料的基理,它是利用这个气体的???作为基础,因为Nafion管这个材料本身是???和???的共聚物,它的整个驱动力是依靠水汽压力???,就是我们讲的湿度的差,形成这样一个气体水份的流失。样气从这个内管进入管路当中,我们吹扫气是反向的,从管网外进行吹扫。一般性,我们需要相对干燥和洁净的吹扫气进行吹扫,吹扫气的流量是我们整个正常流量的两倍左右。因为它是一个固性的材质,所以绝大部分无机的气体,包括部分的有机气体是能够完全的留在样品当中。我们这个被Nafion排出的气体:一个是水;第二个是无机物,比如说氨、有机物还有有机酸类是可能产生反应的一些物质,这个是少量会被排出管道。

Nafion管的优点,它是一个化学反应的过程,对水汽有一个高选择性,脱水可以达到-45度露点温度,样气的水分转移是非常的快,整个的设备没有需要日常维护的部件,相对来说使用成本比较低,干燥的过程是不需要电源的。

当然Nafion管不是说非常完美的,它也有自身的一些弱点。比如说,它有主要三方面:一个是它在前端不能有大量的颗粒物和???的聚体,所以在进去Nafion管前的气体一般性我们建议用过滤器把这个大于一微米的颗粒物进行过滤。第二个就是说我们干燥过程是不能有液态水,液态水会导致这样一个干燥功能的失效。第三个Nafion管和氨气会发生一定的反应,在可能存在氨的条件下,在前面可能需要加入一个除氨的装置。

这个是总站的杨凯老师他们在2010年写的一本书里面提到了这个关于Nafion管技术,相对于这个传统的这样一个冷干法的技术,Nafion技术还是需要通过一系列的实验来验证的,进一步增加它的效果。Nafion的技术在我们固定式有一定的应用,我们在使用当中也发现为什么不可以把它用到便携式上面。因为之前一直有个问题,反吹气需要一个压缩的固定气源,这个如果说是一个比较麻烦的问题,因为便携式气源不可能所有地方都有气源来给你解决。在解决这个问题以后,我们现在就把Nafion技术用到了便携的预处理上面。

一般性而言,我们整个系统的一个组成大致是????的概念。使用便携式加温的探头连接我们Gass系统,是我们整个Nafion的核心预处理。后面可以接你所需要的电化学或者非分散红外的这样的一个分析仪,整个的设备大概重量是在11公斤。

这是一个气路图,红色部分是一个Nafion管的机壳,样品气从左边通过高温管气进入过滤器,然后进去Nafion管,Nafion管的前半段基本上通过加热到90度的温度,后面一段是一个常温的温度。在这个图的下端,我们另外又接了一个Nafion管,这个时候我们一般性会使用清洁空气,通过Nafion管进一步把这个气体温度和湿度下降,降低以后作为一个反吹气,引入到我们这个使用Nafion技术像上面的这样的一个样气的Nafion管作为一个反吹气。通过这样的一个方式,后面还有露点的测量仪,达到了烟气预处理的效果,后面是接一个便携式的分析仪,这个就是这个基本的气路图。

下面是我们在之前做的一些案例,和大家一起分享一下。因为各个电厂的情况不一样,我们也是根据实际的情况做一系列的实验。这个案例一我们选择了一个湿式电除尘的入口,这个地方的湿度达到了14%,我们使用这个便携式系统来连接我们便携式电化学烟气分析仪,这是一个二氧化硫的数据,蓝色颜色数据是便携式二氧化硫,红色是固定式的二氧化硫。我们可以看到应用中浓度比较低,基本上是固定在20mg/m3,可能也就5到6个PPM的样子,这个程度。相对来说便携式的二氧化硫可能浓度稍微低一点,我们分析有几个原因。一个就是说可能我们的取样探头上面可能还是有一部分水份的残留,第二个就是说二氧化硫分析的量程还是使用常规的量程:0到3000,高量程的二氧化硫的传感器。其实误差不是特别大,如果大家做过现场的话,可能也就是一个PPM的差距。这个是二氧化物和氧量的数据情况,这个里面可能数据上面有点偏移,后来实际上去查看的时候发现整个时间上有延迟,固定式上时间有一定延迟。

第二个案例是在电厂的湿式电除尘的后面出口,这个地方是有GGH的,大概湿度是在15%到17%,烟气温度是在80多度这个程度。我们这个时候GASS系统出口加热温度设定在75度,出口的露点温度是在-2度到-6度的程度,我们接着是Horitba PG-350的红外便携式设备。我们在做的时候,同时和我们GASMET???红外设备进行比较。黄色这个曲线是湿度含量的曲线,可以看到这个数据整个的匹配度是比较高,我们用非分散红外的设备???比较高端的设备进行比对。

第三个选择了一个湿式电除尘的出口,烟温是在80度左右,湿度稍微低一些,比对的仪器我们还是使用PG-350,比对的系统是美国热电的稀释法烟气在线。这个时候我们发现整个的数据应该也是比较理想,整个的波动范围也是和我们的预计值比较接近。

这是一系列的数据,我想谈的就是我们的一个思考和展望。从我们的思考程度来说,便携式仪器在超低排放中的应用,便携式的仪器从我们监测的角度来说大量的基层环保部门一直在用的设备,是不是我们在做超低排放的时候就直接把这个设备给枪毙掉了,还是说在能够解决一系列的预处理的条件下能够把这个设备继续用下去?我想这个问题不仅仅在电厂的超低排放,在日常的常规燃煤电厂的燃煤锅炉,包括一系列其他的常规监测当中也会这样的一个问题。第二个就是说水份干扰和湿度补偿这个问题怎么解决,特别是对这个我们现在大量的采用非分散红外的分析仪,因为其实这个里面都会存在一个湿度补偿和校准的问题。可能每一家企业做的都不一样,校准系数可能都不太会去公开。我们在使用这样的一个预处理的时候怎么去协调露点和烟气不一致的问题。第三个是我们便携式Nafion管在出口的露点温度这样的设置问题,我们从一些文献中发现一般性水汽降到1000个PPM,露点到-20度的时候,应该可以说完全消除水份的干扰。但是从我们目前来看,我们前面看到的这几个数据我们并没有把这个露点做的非常低,大概是做到这个-5度到-10左右。这个我们也是在做一些实验,想看一下究竟怎么样的露点温度是比较合适。第四个就是说Nafion管预处理系统适用的湿度问题,因为从目前初步的一些实验来看,可能湿度越大效果越明显,可能到了普通的湿度,效果也不就最明显。我们讲任何一个技术一定有它的先进性和局限性,我们要找到它这样的一个规律。

我想不管怎样有效地彻底去除水份是我们永恒的一个主题,还有我们的展望,通过我们的实验发现基于Nafion管这样的一个技术是一种解决便携式烟气损失的有效地一种方式,我们想通过进一步的实验去继续摸索它的稳定性和准确性。第二个基于它这样的一个特性我们可以在其他的典型的无机气体的日常的监测当中,比如说氯化氢、氟化氢,包括VOC等手工监测当中进行一些实验和测试。第三个我们想用这个技术对超低排放特别是一些???高湿的粉尘做一些预处理这样的工作,这个也是需要进一步的验证,这个是我们今后工作的一个展望。


上一视频: 英国豪迈中国2016年峰会暨10周年庆典集锦
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