CN113945406B - 一种基于pm2.5细颗粒物中标型元素评价脱硫塔性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种基于PM2.5细颗粒物中标型元素评价脱硫塔性能的方法，通过对采集脱硫塔进、出口PM2.5细颗粒物进行实验室理化分析，进一步的在实验室理化分析中进行元素分类分析，并且选定标型元素进行评价脱硫塔性能，通过加权重系数评价脱硫塔复合性能，能够准确反映脱硫塔的性能，且本方法简单有效，容易实现。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤电厂环保监测技术领域，尤其涉及一种基于PM2.5细颗粒物中标型元素评价脱硫塔性能的方法。
背景技术
当前，燃煤电厂完成超低排放改造，执行非常严厉的小时均值不能超过超低排放浓度限值标准，因此环保设备的性能监测和性能评估显得尤为重要。
在燃煤电厂经过超低排放改造后颗粒物排放浓度大大降至远低于10mg/m3，主要为粒径小于2.5微米的PM1和PM2.5细颗粒物。如何准确测试脱硫装置对颗粒物的脱除效果及评价脱硫装置的性能变得非常困难。
当前，攻克上述难题主要集中在研制高性能采样膜、一体化采样枪头或更换大流量采样装置，但是不能很好解决以下问题，如：采样时间非常长；不能很好解决低温度、高湿度对采样和称重影响；需要测试氧量、流速和流量等参数；更为主要的是不能有效反应环保设备的实际脱除效果，如湿法脱硫装置在脱除2.5微米以上烟尘同时会携带增加1微米及以下的石膏浆液，因此，不能准确反映脱硫塔的性能。
发明内容
本发明正是针对现有技术存在的不足，提供了一种基于PM2.5细颗粒物中标型元素评价脱硫塔性能的方法。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
所述一种基于PM2.5细颗粒物中标型元素评价脱硫塔性能的方法，包括以下步骤：
步骤一：采集脱硫塔进、出口PM2.5细颗粒物。
步骤二：对所述PM2.5细颗粒物进行实验室理化分析。
步骤三：在实验室理化分析中进行元素分类分析。
步骤四：选定标型元素进行评价脱硫塔性能。
步骤五：加权重系数评价脱硫塔复合性能。
进一步的，在所述步骤一中，所述采集脱硫塔进出口PM2.5细颗粒物的方法如下：
在机组40％、50％、75％和100％四个负荷时间段中，依次进行脱硫塔进、出口选取代表性测点位进行抽取采样，且采用PM2.5细颗粒物采样仪进行采样。
所述采样仪为稀释法DGI颗粒物PM10分级撞击采样仪，通过等速取样原理选用相应尺寸的烟气采样头，烟气经过PM10旋风切割器去除空气动力学粒径大于10μm的飞灰颗粒，随后进入DGI分级撞击采样装置，依次以颗粒物粒径为X1、X2、X3、X4四个等级收集到采样器内部的聚碳酸酯膜上。
所述X1、X2、X3、X4四个等级的颗粒物粒径分别如下：
10um≤X1、2.5um≤X2＜10um、1um≤X3＜2.5um、X4＜1um。
采集后的聚碳酸酯膜存放在滤膜盒中带回实验室进行分析。
进一步的，在所述脱硫塔进、出口处采样的时间分别为进口处10～30min，出口处3～4h。
进一步的，在步骤二中，所述对所述PM2.5细颗粒物进行实验室理化分析的方法如下：
在实验室进行上述采集的细颗粒物元素含量物理化学分析，将聚碳酸酯膜样品再放入恒温恒湿天平室，放置时间不少于24h，进行平衡调质处理。
再在十万分之一天平上依次称重X3等级颗粒物和X4等级颗粒物的2张聚碳酸酯膜，根据前后两次重量差值计算采集的细颗粒物重量，再将上述两张膜质量相加得出PM2.5细颗粒物重量。
用离子色谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪分别分析进、出口PM2.5细颗粒物上的Al、Si、Fe、Ti、Na、K、Cu、Zn、Pb、V、As、Ca、Mg、S、Cl、Br、Cr、Mn、Co、Ni元素含量浓度。
进一步的，所述离子色谱仪的型号为dionex ICS-2100，所述电感耦合等离子体发射光谱仪的型号为ICAP7400。
进一步的，在所述步骤三中，所述在实验室理化分析中进行元素分类分析的方法如下：
根据标型元素评价脱硫塔性能要求，将元素划分为两类：
一类是经过脱硫塔后浓度降低，脱硫塔除去了该部分元素颗粒物浓度，包括Al、Si、Fe、Ti、Na、K、Cu、Zn、Pb、V、As，记作集合U，根据元素在性能评价的重要程度，以此对Al、Si、Fe、Ti、Na、K、Cu、Zn、Pb、V、As分别赋权值为3、3、3、2、2、2、1、1、1、1、1，记作集合w。
另一类是经过脱硫塔后浓度增加，脱硫塔由于浆液夹带增加了该部分颗粒物浓度，包括Ca、Mg、S、Cl、Br、Cr、Mn、Co、Ni，记作集合D，对Ca、Mg、S、Cl、Br、Cr、Mn、Co、Ni分别赋权值为1、1、1、0.5、0.5、0.5、0.25、0.25、0.25，记作集合m。
对上述测试元素按照a＝C出口/C进口进行计算，其中C出口代表出口采集颗粒物测试其浓度数据，C进口代表进口采集的颗粒物测试中浓度数据，a大于1表明经过脱硫反应，这种元素浓度增加，a小于1表明经过脱硫反应，这种元素浓度降低。
将a小于1归为一类，a大于1归为另一类，当对浓度降低或增加归类与上述不相符的元素进行剔除，对保留下的元素，针对a<1的元素计算其除去效率V除＝(V进－V出)/V进，对a>1的元素计算其增加效率V加＝(V出－V进)/V进。
进一步的，在所述步骤四中，所述选定标型元素进行评价脱硫塔性能的方法如下：
制定标型元素评价脱硫塔性能评价公式为：
其中n为剔除不合格元素后的集合U的数量，V除i代表第i个元素的除去效率，wi代表第i个元素的权重，z为剔除不合格元素后的集合D的数量，V加j代表第j个元素的增加效率，mj代表第j个元素的权重。
进一步的，在所述步骤五中，所述加权重系数评价脱硫塔复合性能的方法为：
在所述机组40％、50％、75％、100％四个负荷时间段分别设立10％、30％、50％和10％的权重，脱硫塔总体性能评价公式为：
CPindex＝0.1×Index(40％负荷时间段)+0.3×Index(50％负荷时间段)
+0.5×Index(75％负荷时间段)+0.1×Index(100％负荷时间段)。
对上述评价公式计算出的性能数据进行分级，分级如下：
当CPindex≤-50时，表明脱硫塔性能差，脱硫石膏二次夹带非常严重；
当-50≤CPindex≤0时，表明脱硫塔性能中，脱硫石膏存在一定的二次夹带；
当0≤CPindex≤50时，表明脱硫塔性能良，脱硫石膏较小的二次夹带；
当50≤CPindex时，表明脱硫塔性能优，脱硫石膏几乎没有二次夹带。
本发明与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：
本发明一种基于PM2.5细颗粒物中标型元素评价脱硫塔性能的方法，通过对采集脱硫塔进、出口PM2.5细颗粒物进行实验室理化分析，进一步的在实验室理化分析中进行元素分类分析，并且选定标型元素进行评价脱硫塔性能，通过加权重系数评价脱硫塔复合性能，能够准确反映脱硫塔的性能，且本方法简单有效，容易实现。
附图说明
图1为本发明一种基于PM2.5细颗粒物中标型元素评价脱硫塔性能的方法的流程图；
图2为实施例中1号机组的超低排放机组尾气处理工艺结构示意图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施方式来说明本发明的内容，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组件或具有相同或类似功能的组件。
请参阅图1，图1为本发明一种基于PM2.5细颗粒物中标型元素评价脱硫塔性能的方法的流程图。
一种基于PM2.5细颗粒物中标型元素评价脱硫塔性能的方法，包括以下步骤：
步骤一：采集脱硫塔进、出口PM2.5细颗粒物。
在机组40％、50％、75％和100％四个负荷时间段中，依次进行脱硫塔进、出口选取代表性测点位进行抽取采样，且采用PM2.5细颗粒物采样仪进行采样。
所述采样仪为稀释法DGI颗粒物PM10分级撞击采样仪，通过等速取样原理选用相应尺寸的烟气采样头，烟气经过PM10旋风切割器去除空气动力学粒径大于10μm的飞灰颗粒，随后进入DGI分级撞击采样装置，依次以颗粒物粒径为X1、X2、X3、X4四个等级收集到采样器内部的聚碳酸酯膜上。
所述X1、X2、X3、X4四个等级的颗粒物粒径分别如下：
10um≤X1、2.5um≤X2＜10um、1um≤X3＜2.5um、X4＜1um。
采集后的聚碳酸酯膜存放在滤膜盒中带回实验室进行分析。
在所述脱硫塔进、出口处采样的时间分别为进口处10～30min，出口处3～4h。
步骤二：对所述PM2.5细颗粒物进行实验室理化分析。
在实验室进行上述采集的细颗粒物元素含量物理化学分析，将聚碳酸酯膜样品再放入恒温恒湿天平室，放置时间不少于24h，进行平衡调质处理。
再在十万分之一天平上依次称重X3等级颗粒物和X4等级颗粒物的2张聚碳酸酯膜，根据前后两次重量差值计算采集的细颗粒物重量，再将上述两张膜质量相加得出PM2.5细颗粒物重量。
用离子色谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪分别分析进、出口PM2.5细颗粒物上的Al、Si、Fe、Ti、Na、K、Cu、Zn、Pb、V、As、Ca、Mg、S、Cl、Br、Cr、Mn、Co、Ni元素含量浓度。
所述离子色谱仪的型号为dionex ICS-2100，所述电感耦合等离子体发射光谱仪的型号为ICAP7400。
步骤三：在实验室理化分析中进行元素分类分析。
根据标型元素评价脱硫塔性能要求，将元素划分为两类：
一类是经过脱硫塔后浓度降低，脱硫塔除去了该部分元素颗粒物浓度，包括Al、Si、Fe、Ti、Na、K、Cu、Zn、Pb、V、As，记作集合U，根据元素在性能评价的重要程度，以此对Al、Si、Fe、Ti、Na、K、Cu、Zn、Pb、V、As分别赋权值为3、3、3、2、2、2、1、1、1、1、1，记作集合w。
另一类是经过脱硫塔后浓度增加，脱硫塔由于浆液夹带增加了该部分颗粒物浓度，包括Ca、Mg、S、Cl、Br、Cr、Mn、Co、Ni，记作集合D，对Ca、Mg、S、Cl、Br、Cr、Mn、Co、Ni分别赋权值为1、1、1、0.5、0.5、0.5、0.25、0.25、0.25，记作集合m。
对上述测试元素按照a＝C出口/C进口进行计算，其中C出口代表出口采集颗粒物测试其浓度数据，C进口代表进口采集的颗粒物测试中浓度数据，a大于1表明经过脱硫反应，这种元素浓度增加，a小于1表明经过脱硫反应，这种元素浓度降低。
将a小于1归为一类，a大于1归为另一类，当对浓度降低或增加归类与上述不相符的元素进行剔除，对保留下的元素，针对a<1的元素计算其除去效率V除＝(V进－V出)/V进，对a>1的元素计算其增加效率V加＝(V出－V进)/V进。
步骤四：选定标型元素进行评价脱硫塔性能。
制定标型元素评价脱硫塔性能评价公式为：
其中n为剔除不合格元素后的集合U的数量，V除i代表第i个元素的除去效率，wi代表第i个元素的权重，z为剔除不合格元素后的集合D的数量，V加j代表第j个元素的增加效率，mj代表第j个元素的权重。
步骤五：加权重系数评价脱硫塔复合性能。
在所述机组40％、50％、75％、100％四个负荷时间段分别设立10％、30％、50％和10％的权重，脱硫塔总体性能评价公式为：
CPindex＝0.1×Index(40％负荷时间段)+0.3×Index(50％负荷时间段)
+0.5×Index(75％负荷时间段)+0.1×Index(100％负荷时间段)。
对上述评价公式计算出的性能数据进行分级，分级如下：
当CPindex≤-50时，表明脱硫塔性能差，脱硫石膏二次夹带非常严重；
当-50≤CPindex≤0时，表明脱硫塔性能中，脱硫石膏存在一定的二次夹带；
当0≤CPindex≤50时，表明脱硫塔性能良，脱硫石膏较小的二次夹带；
当50≤CPindex时，表明脱硫塔性能优，脱硫石膏几乎没有二次夹带。
上述公式中，Index(40％负荷时间段)为在机组40％负荷时间段中的脱硫塔性能，Index(50％负荷时间段)为在机组50％负荷时间段中的脱硫塔性能，Index(75％负荷时间段)为在机组75％负荷时间段中的脱硫塔性能，Index(100％负荷时间段)为在机组100％负荷时间段中的脱硫塔性能。
实施例：
请参阅图2，图2为实施例中1号机组的超低排放机组尾气处理工艺结构示意图。
1号机组为新建同步实现超低排放机组。环保设备主要包括SCR(脱硝装置)、ESP(电除尘器)、高效WFGD(脱硫塔)和WESP(湿式电除尘器)，锅炉出来的烟气依次经过上述环保设备进行二氧化硫、氮氧化物和颗粒物协同脱除，最后经WESP后进入烟囱。采样点位置如图2中的△处所示，每个负荷下在WFGD进口、出口处采集样品，在各采样点采取3个平行样。
选用PM10分级撞击采样仪在机组40％、50％、75％和100％四个负荷时间段依次进行脱硫塔进出、口选取烟道中间位置测点位进行采样仪PM2.5细颗粒物抽取采样，设置采样流速10L/min，在脱硫入口分别采集20分钟，在脱硫出口分别采集240分钟。
将聚碳酸酯膜样品再放入恒温恒湿天平室经24h平衡调质处理后，在十万分之一天平上依次称重X2、X3和X4颗粒物粒径等级的3张聚碳酸酯膜，根据前后两次重量差值计算采集的细颗粒物重量。因X1等级颗粒物基本被旋风切割器去除，所以X1等级颗粒物聚碳酸酯膜不称重。结果如表1－表4所示，其中：
表1：100％负荷下各粒径细颗粒物质量数据(mg)；
表2：75％负荷下各粒径细颗粒物质量数据(mg)；
表3：50％负荷下各粒径细颗粒物质量数据(mg)；
表4：40％负荷下各粒径细颗粒物质量数据(mg)。
表1：100％负荷下各粒径细颗粒物质量数据(mg)；
表2：75％负荷下各粒径细颗粒物质量数据(mg)；
表3：50％负荷下各粒径细颗粒物质量数据(mg)；
表4：40％负荷下各粒径细颗粒物质量数据(mg)；
将每个负荷下脱硫进、出口的X3、X4等级颗粒物粒径的2张聚碳酸酯膜分别用陶瓷剪刀二分之一剪开样品，再将两均分的X3、X4等级颗粒物粒径的聚碳酸酯膜混合为一份PM2.5颗粒物。
一份PM2.5颗粒物样品放于比色管中，用超纯水定容后放入超声波清洗仪中超声30分钟，在超声波清洗仪中加入冰袋防止过热，超声后用0.22μm混纤-水系过滤头过滤，得到待测样品溶液，用离子色谱仪(dionex ICS-2100)测量样品中阴离子(SO42-、Cl-、Br-)和阳离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)浓度。
另一份PM2.5颗粒物样品放入特氟龙消解罐并加入王水，在微波消解仪上消解2h，用超纯水定容至10ml，使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICAP7400)分别分析样品中无机元素含量(Al、Si、Fe、Ti、Cu、Zn、Pb、V、As、Cr、Mn、Co、Ni)浓度。
如下表所示，其中：
表5：100％负荷下PM2.5细颗粒物中元素含量(μg/m3)；
表6：75％负荷下PM2.5细颗粒物中元素含量(μg/m3)；
表7：50％负荷下PM2.5细颗粒物中元素含量(μg/m3)；
表8：40％负荷下PM2.5细颗粒物中元素含量(μg/m3)。
表5：100％负荷下PM2.5细颗粒物中元素含量(μg/m3)；
表6：75％负荷下PM2.5细颗粒物中元素含量(μg/m3)；
表7：50％负荷下PM2.5细颗粒物中元素含量(μg/m3)；
表8：40％负荷下PM2.5细颗粒物中元素含量(μg/m3)；
通过上述数据及公式的计算得出：
CPindex＝-44.23；
根据当CPindex≤-50时，表明脱硫塔性能差，脱硫石膏二次夹带非常严重；
当-50≤CPindex≤0时，表明脱硫塔性能中，脱硫石膏存在一定的二次夹带；
当0≤CPindex≤50时，表明脱硫塔性能良，脱硫石膏较小的二次夹带；
当50≤CPindex时，表明脱硫塔性能优，脱硫石膏几乎没有二次夹带的分级评价，表明本实施例中的脱硫塔性能中，可能存在着脱硫喷嘴堵塞、除雾器性能差，导致脱硫性能不好，石膏存在一定的二次夹带；应该在运行中注意，结合机组大修进行相应的检修更换。
本发明与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：
本发明一种基于PM2.5细颗粒物中标型元素评价脱硫塔性能的方法，通过对采集脱硫塔进、出口PM2.5细颗粒物进行实验室理化分析，进一步的在实验室理化分析中进行元素分类分析，并且选定标型元素进行评价脱硫塔性能，通过加权重系数评价脱硫塔复合性能，能够准确反映脱硫塔的性能，且本方法简单有效，容易实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于PM2.5细颗粒物中标型元素评价脱硫塔性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：采集脱硫塔进、出口PM2.5细颗粒物；
步骤二：对所述PM2.5细颗粒物进行实验室理化分析；
步骤三：在实验室理化分析中进行元素分类分析；
步骤四：选定标型元素进行评价脱硫塔性能；
步骤五：加权重系数评价脱硫塔复合性能；
在所述步骤一中，所述采集脱硫塔进出口PM2.5细颗粒物的方法如下：
在机组40％、50％、75％和100％四个负荷时间段中，依次进行脱硫塔进、出口选取代表性测点位进行抽取采样，且采用PM2.5细颗粒物采样仪进行采样；
所述采样仪为稀释法DGI颗粒物PM10分级撞击采样仪，通过等速取样原理选用相应尺寸的烟气采样头，烟气经过PM10旋风切割器去除空气动力学粒径大于10μm的飞灰颗粒，随后进入DGI分级撞击采样装置，依次以颗粒物粒径为X1、X2、X3、X4四个等级收集到采样器内部的聚碳酸酯膜上；
所述X1、X2、X3、X4四个等级的颗粒物粒径分别如下：
10μm≤X1、2.5μm≤X2＜10um、1μm≤X3＜2.5μm、X4＜1μm；
采集后的聚碳酸酯膜存放在滤膜盒中带回实验室进行分析；
在所述步骤二中，所述对所述PM2.5细颗粒物进行实验室理化分析的方法如下：
在实验室进行上述采集的细颗粒物元素含量物理化学分析，将聚碳酸酯膜样品再放入恒温恒湿天平室，放置时间不少于24h，进行平衡调质处理；
再在十万分之一天平上依次称重X3等级颗粒物和X4等级颗粒物的两张聚碳酸酯膜，根据前后两次重量差值计算采集的细颗粒物重量，再将所述两张聚碳酸酯膜质量相加得出PM2.5细颗粒物重量；
用离子色谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪分别分析进、出口PM2.5细颗粒物上的Al、Si、Fe、Ti、Na、K、Cu、Zn、Pb、V、As、Ca、Mg、S、Cl、Br、Cr、Mn、Co、Ni元素含量浓度；
所述离子色谱仪的型号为dionex ICS-2100，所述电感耦合等离子体发射光谱仪的型号为ICAP7400；
在所述步骤三中，所述在实验室理化分析中进行元素分类分析的方法如下：
根据标型元素评价脱硫塔性能要求，将元素划分为两类：
一类是经过脱硫塔后浓度降低，脱硫塔除去了该部分元素颗粒物浓度，包括Al、Si、Fe、Ti、Na、K、Cu、Zn、Pb、V、As，记作集合U，根据元素在性能评价的重要程度，以此对Al、Si、Fe、Ti、Na、K、Cu、Zn、Pb、V、As分别赋权值为3、3、3、2、2、2、1、1、1、1、1，记作集合w；
另一类是经过脱硫塔后浓度增加，脱硫塔由于浆液夹带增加了该部分颗粒物浓度，包括Ca、Mg、S、Cl、Br、Cr、Mn、Co、Ni，记作集合D，对Ca、Mg、S、Cl、Br、Cr、Mn、Co、Ni分别赋权值为1、1、1、0.5、0.5、0.5、0.25、0.25、0.25，记作集合m；
对各元素按照a＝C出口/C进口进行计算，其中C出口代表出口采集颗粒物测试其浓度数据，C进口代表进口采集颗粒物测试其浓度数据，a大于1表明经过脱硫反应，这种元素浓度增加；a小于1表明经过脱硫反应，这种元素浓度降低；
归类原则：将a小于1的元素归为一类，将a大于1的元素归为另一类；在进行元素归类时，剔除不符合所述归类原则的元素；对保留下的元素，针对a<1的元素计算其除去效率V除＝(C进口－C出口)/C进口，对a>1的元素计算其增加效率V加＝(C出口－C进口)/C进口；
在所述步骤四中，所述选定标型元素进行评价脱硫塔性能的方法如下：
制定标型元素评价脱硫塔性能评价公式为：
其中n为剔除不合格元素后的集合U的元素数量，V除i代表第i个元素的除去效率，wi代表第i个元素的权重，z为剔除不合格元素后的集合D的元素数量，V加j代表第j个元素的增加效率，mj代表第j个元素的权重；
在所述步骤五中，所述加权重系数评价脱硫塔复合性能的方法为：
在所述机组40％、50％、75％、100％四个负荷时间段分别设立10％、30％、50％和10％的权重，脱硫塔总体性能评价公式为：
CPindex＝0.1×Index(40％负荷时间段)+0.3×Index(50％负荷时间段)+0.5×Index(75％负荷时间段)+0.1×Index(100％负荷时间段)；
其中：
Index(40％负荷时间段)为机组在40％负荷时间段中的脱硫塔性能；
Index(50％负荷时间段)为机组在50％负荷时间段中的脱硫塔性能；
Index(75％负荷时间段)为机组在75％负荷时间段中的脱硫塔性能；
Index(100％负荷时间段)为机组在100％负荷时间段中的脱硫塔性能；
对上述评价公式计算出的性能数据进行分级，分级如下：
当CPindex ＜-50时，表明脱硫塔性能差，脱硫石膏二次夹带非常严重；
当-50≤CPindex ＜0时，表明脱硫塔性能中，脱硫石膏存在一定的二次夹带；
当0≤CPindex ＜50时，表明脱硫塔性能良，脱硫石膏较小的二次夹带；
当50≤CPindex时，表明脱硫塔性能优，脱硫石膏几乎没有二次夹带。
2.根据权利要求1所述的一种基于PM2.5细颗粒物中标型元素评价脱硫塔性能的方法，其特征在于，在所述脱硫塔进、出口处采样的时间分别为进口处10～30min，出口处3～4h。
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