烟气浓度(共4篇)
烟气浓度 篇1
1 概述
双洞单向公路隧道发生火灾时, 需要开启火区上游的横通道, 使上游人员和车辆尽快疏散, 以减少人员伤亡和财产损失。横通道的开启使原来2条独立的隧道具有了连接通道, 形成一个通风网络, 两隧道的压力差和横通道中的射流风机会在横通道内产生一定的风流, 而横通道内的风流方向和风流速度会对火灾的发展、人员的疏散以及消防救援产生较大的影响[1]。
关于横通道对隧道火灾通风系统和防灾的影响, 国外学者进行了不少研究, 国内在这方面所做的工作还相对较少。西南交通大学的张发勇[2]、曹智明[1]、冯炼[3]、杨其新、王明年[4]、于丽[5]等6人主要对以下方面进行了研究:横通道的启闭对火灾发展和风流流动产生的影响;横通道开启后是否能有效地控制烟气;横通道中的风流方向和风速大小;火灾隧道和非火灾隧道应采用的风速组合;横通道的开启对隧道内温度场、压力场、烟雾扩散速度的影响;而对横通道中风速对于烟气浓度纵横向分布规律的影响研究较少, 也没有直观地比较不考虑横通道和考虑横通道时烟气浓度分布规律的差别。为此, 本文以厦门莲花隧道为对象, 采用商业CFD软件fluent对隧道发生火灾时, 隧道中线纵断面上, 隧道中线人体高度位置处以及离火源不同距离横断面上人体高度位置处的烟气浓度进行了数值模拟, 研究比较了不考虑横通道以及考虑横通道且横通道内有流向火灾发生时不同风速的风流对火灾的影响, 总结出烟气浓度变化规律。
2 模型的建立
2.1 场模拟及基本控制方程
火灾的场模拟是利用计算机求解火灾过程中的速度场、温度场、各组分浓度场及其他状态参数的空间分布及其随时间变化的模拟方式。场模拟的理论基础是自然界普遍遵守的质量守恒、能量守恒、动量守恒以及化学反应定律等基本规律[6]。烟气流动及传热传质的控制方程组就是由连续性方程、运动方程、能量方程、状态方程再加上组分方程构成的, 通用形式为[7]:
式中:ф为通用求解变量;Г为广义扩散系数;Sф为广义源项。
2.2 火灾模型与网格划分
莲花隧道为上、下行分离的4车道高速公路特长隧道, 全长4 542 m, 隧道共设有6个人行横通道和5个车行横通道。莲花隧道横通道间距最大为790 m, 取840 m进行模拟。计算模型采用直角坐标系, 坐标原点 (0, 0, 0) 位于隧道入口底部中点处, 取Z=0平面作为计算通风入口, 沿Z轴方向即隧道长度方向向下延伸840 m, 作为通风出口。
计算模型分为无横通和有横通道2种。横通道位于距离隧道入口50 m处, 长度为40 m。横通道的断面尺寸为5.40 m×6.15 m (长×宽) 的矩形断面, 与隧道夹角为90°。火源位于隧道正中轴线Z=150 m处, 火灾规模取为20 MW, 即中型火灾规模, 火源体积为4.6 m×1.5 m×1.7 m (长×宽×高) [8]。
网格采用六面体网格, 火源前后附近15 m段网格加密, 网格节点间距为0.6 m, 其余段节点间距为0.8 m。无横通道隧道计算长度内网格总数为198 709个, 有横通道的为202 896个。
2.3 计算条件及模拟工况
2.3.1 初始条件
假定在初始时刻, P=P0, u=u0, v=0, w=0, T=20℃, 火源处CO浓度C=6%, 隧道其余各处, C=0%。由于火灾烟气成分复杂, 而CO是公认的造成人员死亡的主要有毒气体[9], 且烟气和CO在隧道中的分布形态相似[10], 故以CO气体作为烟气的示踪粒子。
2.3.2 边界条件
隧道入口采用速度进口边界条件, 温度T=20℃。隧道出口采用压力出口边界条件, 定义相对压力P=0, 温度T=20℃。壁面采用无滑移边界条件, 壁面速度u=0, v=0, w=0, 粗糙度取为0.02, 为绝热壁面。
2.3.3 模拟工况
对无横通道和有横通道隧道均进行三维稳态模拟, 火区上游均分别进行风速为1 m/s、2 m/s、3 m/s的通风。对于有横通道的隧道, 横通道内的风速分别取0 m/s、1 m/s、2 m/s、3 m/s、4 m/s, 风流方向为由非火灾隧道流向火灾隧道。
3 模拟计算结果及分析
3.1 隧道中线纵断面上的烟气分布规律
图1给出了入口风速为1 m/s时, 无横通道和有横通且横通风速为1 m/s、3 m/s时, 隧道中线纵断面上的烟气分布图。由此可以得出:无横通道时, 烟气回流距离较大, 且烟气层厚度较厚;横通道中一旦有风流存在, 会对火势的发展有很大的影响, 横通中风速为1 m/s时, 烟气回流距离减小, 烟气层厚度变薄;风速为3 m/s时, 烟气没有回流, 火势都被控制在了火源的下风方向, 且下游的烟气浓度较无横通道和横通道中风速为1 m/s时的烟气浓度都要小。
由此可得出, 横通道的存在对于火灾的发展及变化有着较大的影响, 横通道中的风流会使火灾隧道的风量加大, 改变原来的通风网络, 加快烟气向火源下风方向蔓延的速度。
3.2 隧道中线人体高度位置处的烟气浓度分布
图2给出了入口通风风速为1 m/s、3 m/s时, 隧道中线人体高度位置处CO浓度的纵向分布。
由图2可得: (1) 无横通道和有横通道且横通道内风速不同时, CO浓度沿隧道长度方向的变化规律都基本相同, 均呈现出火源处CO浓度最大, 火源之后30 m范围内有一个低浓度区域, 之后浓度迅速回升, 并且有一定的波动, 火源之后250 m至隧道出口处, CO浓度基本不变。 (2) 比较无横通道和有横通道且横通道内风速为0 m/s时的浓度曲线可以看出, 曲线基本重合, 说明即使横通道存在但是如果里面没有风流, 对烟气浓度是没有影响的。 (3) 随着横通道中风速的增大, CO浓度减小, 这是因为横通道的风流流过火灾隧道使火灾隧道内的风量增加, 稀释了烟气浓度, 浓度就相应减小了。⑷当通风风速为3 m/s时, 距离火源500 m处无横通道时的烟气浓度约为1.3%, 有横通道且横通道中风速为4 m/s时, 浓度约为0.75%, 相差0.55%;而通风风速为1 m/s时, 同样位置处无横通和横通中风速为4 m/s时的烟气浓度相差0.8%, 也即入口风速越大, 横通道中风速的大小对烟气浓度值的影响越小。
3.3 离火源不同距离烟气浓度的横向分布
图3给出了通风风速为2 m/s时, 无横通道和有横通道且横通道中的风速为0 m/s、1 m/s、2 m/s、3 m/s、4 m/s几种工况下, 火源下游距离火源10 m、30 m、100 m、200 m横断面上人体高度位置处的CO浓度横向分布规律。
由图3 (a) 可知: (1) 距离火源10 m位置处, 在上述几种工况下, CO浓度分布规律相同, 均呈现出横断面中线附近的CO浓度比边墙附近的高; (2) 无横通道和横通道中风速为0 m/s时, 浓度曲线基本一致; (3) 横通道中风速为1 m/s和2 m/s时的CO浓度整体较0 m/s时要小, 因为横通道中的风流使火灾隧道的风量加大, 稀释了CO浓度; (4) 当横通道中风速为3 m/s时, 横断面中线附近的烟气浓度与横通道中无风时相等, 约为2.5%;横通中风速为4 m/s时, 中线处的烟气浓度为3.4%, 比横通中无风流时反而高了0.8%, 分析其原因可能与气体的紊流程度以及火区附近烟气的节流效应和烟流阻力等因素有关。
由图3 (b) 可知: (1) 距离火源30 m位置处, 在上述几种工况下, 横断面中线附近的CO浓度比边墙附近的低; (2) 随着横通道中风流速度由0 m/s增加到4 m/s, 中线处的CO浓度由1.1%减小到0.5%, 边墙处的CO浓度由2.6%减小到1.7%。
由图3 (c) 和 (d) 可知, 距离火源100 m和200 m位置处, CO浓度分布规律除横通风速4 m/s外, 其余工况的烟气浓度分布都近似一致。100 m位置时, 横通风速为4 m/s时, 横断面中线附近的烟气浓度比边墙高0.35%, 但是其余工况下边墙附近浓度均高于中线处;200 m位置时, 横通风速为4 m/s时, 横断面中线附近的烟气浓度高于边墙0.2%, 但是其余工况下中线和边墙的浓度已经基本趋于一致, 这可能与通风网络中气体的复杂流动状况有关。
4 结论
采用三维数值模拟软件fluent, 对厦门莲花隧道发生火灾时的烟气浓度分布规律进行研究, 得出了以下结论:
(1) 横通道的开启对于火灾的发展及变化有着较大的影响, 会使火灾隧道的风量增大, 烟气向火源下风方向蔓延的速度加快。因此在火灾初期, 横通道还处于关闭状态时, 风机通风风速为临界风速, 在疏散救援阶段, 横通道开启后, 应减小通风风速, 避免烟气蔓延过快而对火源下游人员不利。
(2) 入口通风风速越大, 横通道中风速对隧道中线上烟气浓度的影响越小, 且入口风速一定时, 随着横通道中风速的增大, 烟气浓度整体减小。
(3) 无横通道和有横通道且横通道内风速不同时, CO浓度的纵向分布规律都基本相同。但是隧道不同横断面上的CO浓度横向分布随着横通道中风速的不同呈现出较复杂的规律:距离火源10 m位置处, 当无横通道和横通道中风速为0 m/s、1 m/s、2 m/s时的烟气浓度分布规律基本相同, 横通道中风速为3 m/s、4 m/s时, 烟气浓度呈现出不同的变化趋势;距离火源30 m位置处, 无横通道和有横通道且横通道内风速不同时烟气分布规律一致;距离火源100 m和200 m位置处, 横通道中风速为4 m/s时的烟气分布与其余工况不同。横通道开启后, 有时会使中线附近的烟气浓度高于边墙, 如果人员沿着隧道中线逃离, 可能会对人体造成一定的威胁。
摘要:文章利用fluent对隧道发生火灾时, 不考虑横通道和考虑横通道且横通道内不同风速时烟气浓度的分布规律进行了三维数值模拟, 研究结果表明: (1) 横通道的开启对于火灾的发展及变化有着较大的影响, 在火灾初期, 风机通风风速为临界风速, 在疏散救援阶段, 应减小通风风速, 避免横通道的气流使火灾隧道的烟气蔓延速度过快而对火源下游的人员不利; (2) 入口通风风速越大, 横通道中风速的大小对隧道中线上烟气浓度的影响越小; (3) 不考虑横通道和考虑横通道且横通道内风速不同时, 烟气浓度的纵向分布规律都基本相同, 但是隧道不同横断面上的烟气浓度横向分布随风速的不同呈现出较复杂的规律, 如果人员仍然沿着隧道中线逃离, 可能会受到一定的威胁。
关键词:公路隧道,横通道,数值模拟,烟气浓度,火灾
参考文献
[1]曹智明.双洞长大公路隧道火灾模式下的通风组织研究[D].成都:西南交通大学, 2003.
[2]张发勇.双洞长大公路隧道火灾事故通风数值模拟研究[D].成都:西南交通大学, 2005.
[3]冯炼, 张发勇.具有横通道的双洞公路隧道火灾数值模拟研究[J].地下空间, 2007, 3 (2) :329-332.
[4]杨其新, 王明年, 曹志明.长大双洞公路隧道火灾模式下横通道风流研究[J].地下空间, 2004, 24 (2) :220-223.
[5]于丽.终南山特长公路隧道火灾模式下通风设计和控制技术研究[D].成都:西南交通大学, 2008.
[6]于丽, 王明年, 郭春.秦岭特长公路隧道火灾温度场的数值模拟[J].土木工程学报, 2007, 40 (6) :64-68.
[7]帕坦卡SV.传热与流体流动的数值计算[M].张政译.北京:科学出版社, 1984.
[8]公路隧道火灾热释放率及通风方式研究[D].西安:长安大学, 2009:28.
[9]Kishitani K, Nakamura K.Toxicities of Eombustion Products[J].J FF Combustion Toxicology, 1974, l:104-120.
[10]张进华, 杨高尚, 彭立敏, 等.隧道火灾烟气流动的数值模拟[J].中南公路工程, 2006, 31 (1) :4-8.
烟气浓度 篇2
为了减少大气污染对地球的影响, 因此许多国家都严格规定了一氧化氮等污染物在大气中的排放量, 所以对污染物排放浓度的测量对监测来说至关重要。本文主要以燃煤锅炉中烟气的一氧化氮排放量作为研究对象, 通过应用吸收光谱技术, 对一氧化氮气体的浓度监测方法、技术和现场实验进行了系统规范研究。
1 简析一氧化氮排放的危害
我国的能源主要以煤炭为主, 煤炭消耗量一直在不断增长, 且消耗量达300亿吨之多, 而消耗煤炭能源的企业主要是依靠煤电机组的电力行业。因为在我国95%以上的火力发电企业都是依靠煤炭作为主要的能源。大量的燃烧煤炭会使氮氧化物排放量的增加, 污染物向大气中过多的排放后导致酸雨污染由硫酸型向硫酸和硝酸复合型转变。
另一方面对于氮氧化物来说, 当它与其他污染物相互混合以后, 例如与碳氢化合物混合并且受到强烈的太阳光紫外线照射以后, 就会造成光学烟雾污染物的形成, 这种污染物直接影响到人类的眼睛和呼吸系统, 长期吸入会导致患有眼疾和呼吸道疾病的人群增多, 其症状主要表现为视力下降、呼吸困难、胸闷等。
2 对一氧化氮排放量的检测技术
为了减少一氧化氮排放超标造成的大气环境污染, 世界各国都出台了关于氮氧化物排放量的标准, 以便对污染物排放的多少进行监管, 预防环境污染, 因此就需要对污染物排放的浓度进行准确的测量, 为控制和治理环境污染作出必要的保障。目前检测技术主要是化学技术检测和光谱光学技术测量。
2.1 简析化学技术测量
化学技术检测的方法发展较早, 主要分为电化学方法、色谱分析和化学发光方法等。
以化学发光法为例, 使用该种方法需要在一定温度和压力下进行, 这样才能使测试对象和其他的物质相互反应发生化学变化, 产生化学能, 由于部分的能量被吸收, 是测试分子处于激发状态, 当分子由激发状态变回到原始状态后, 会有一部分的光子能量通过辐射散发出来, 然后对辐射物进行检测, 其辐射的强弱就代表了被测物的浓度大小。应用这种方法适用于对一氧化氮的浓度测量, 并且这种方法具有较高的灵敏度和较低的检测限制。
相对与化学发光法来说, 气相色谱分析则属于一种新型分离分析技术, 它首先要将测试对象在毛细管色谱柱中进行分离和浓缩, 然后再使用专业的检测仪器对分离出来的各种气体的成分进行检测, 因此这种技术有较高的可信程度, 但是使用这种技术的测量结果需要和色谱结果进行对比, 通过对比得出的结果来确定准确度。所以就导致了该技术测量速度较慢的缺陷, 不适合进行实时监测。测量需要较长时间的主要原因是因为测试对象在毛细管色谱柱中分离和浓缩需要的时间较长, 测量的结果很难快速得出。但是气相色谱法的应用较为广泛, 它可以和多种仪器联合使用, 因此气相色谱分析法也是对于环境污染物浓度检验测量的一种重要的手段。
2.2 简析光学和光谱学技术在测量中的应用
随着科技的发展, 光学技术不断完善且被应用到测量之中, 传统的化学分析技术中由于存在着测量速度较慢、反应的灵敏度较差、操作方法复杂、设备经常需要维护等缺点, 虽然化学检测技术能够满足大多数气体污染物排放浓度的测量需要, 但是这些仪器多数时候只能够进行单点测量, 而且还需要将被测对象进行取样分析, 所以这种技术不适宜长期测量, 仅限于环境监管部门对局部地区的污染物排放浓度进行抽查测量。同化学技术相比光学测量技术具有以下的优点:不需要接触就可检测, 检测结果所需时间较短、稳定性高、测量精度高等特点。它主要包括了以下几种国内外常用的光学技术:差分光学吸收光谱技术、非分散红外光谱技术、差分吸收激光雷达技术、傅立叶变换红外吸收光谱技术、可调谐二极管激光吸收光谱技术、激光诱导荧光技术等, 并且该技术成为未来检测领域的主要发展方向。下面将简析光学光谱技术在测量中的应用。
以非分散红外光谱技术为例, 该技术在国外已经得到广泛的使用, 在市场中占有半数以上的比例, 远远高于其他检测技术。在我国这种技术虽然较落后, 但是在不断地研究和发展。随着红外技术的发展, 该技术制造的测量仪器在性能和性价比上均得到了较大的提升, 并且该仪器具有了灵敏度好、能够快速反应, 精确测量、可以连续长时间工作等优势。
该技术不仅可以安装在一氧化氮等大气污染物排放源进行检测, 还可以应用在机动车尾气排放测量技术当中。
3 结语
通过对一氧化氮排放量的测量技术的不断研究, 有助于治理环境污染, 对地球环境和人类的身体健康带来巨大的贡献。
摘要:由于煤在燃烧的过程会产生大量的一氧化氮等污染物, 这些污染物是造成大气污染物的主要成分, 以一氧化氮为例, 它的大量排放会使城市的空气质量不断下降和恶化, 并且对于土壤和水体造成严重的影响和破坏。因此导致我国的环境污染日益严重, 治理环境带来了巨大的经济损失, 同时人类的身体健康也会因环境而受到影响。
关键词:燃煤锅炉,一氧化氮,排放,浓度测量
参考文献
[1]王华山.燃煤电站烟气SO2和NO气体浓度在线监测技术的研究[D].2010.
[2]李健, 李永亮.燃煤锅炉烟气中一氧化氮排放浓度测量的不确定度评定[J].北方环境, 2011, (9) .
[3]冯淼.燃煤电厂排烟中NOx构成及浓度换算方法的探讨[A].2008年 (第十届) 中国科协年会论文集[C].2008.
烟气浓度 篇3
烟气中NO的测量方法主要有两种———化学和光谱学方法[5]。光谱法相对于化学法具有以下优点:可以实现连续在线监测;能够实现多组分同时测量;灵敏度高, 操作简单, 维护方便。在光谱法中, 又可分为红外、紫外吸收法及差分吸收光谱法 (DOAS) 等[6]。其中差分吸收光谱法是近几年发展起来的具有代表性的一种方法, 以其简单的结构、较高的精度和快速的响应速度受到了国内外的广泛关注。但是, 利用差分吸收光谱法测量烟气中的NO还存在诸多问题, 比如:烟气中的水蒸气、烟尘对光的吸收和散射会造成光谱仪接收到的信号信噪比降低, 影响NO的测量精度;另外, NO的线性吸收区域相对于其他污染气体而言很窄, Mellqvist J和Rosen A的研究表明, NO线性吸收区域在常温常压下仅为6mg/m2[7]。当烟气中的NO浓度过高时, NO的非线性吸收对其浓度的反演有很大的影响, 若不进行有效的修正, NO的反演浓度会低于其实际浓度。此外, 烟气中含有的SO2也会对NO浓度的测量产生干扰, 严重时高浓度的SO2会完全掩盖NO的吸收峰, 造成NO的反演精度大幅下降。
针对上述问题, 笔者对现有的NO反演算法进行了改进, 并对非线性区域的NO进行了修正, 最后讨论了SO2气体的存在对NO浓度反演的影响, 并提出了校正方法。
1基本测量理论 (1)
差分吸收光谱法是一种在吸收光谱法的基础上发展起来的方法, 能对被测气体浓度进行较准确的定量分析。它利用被测气体在所选波段具有明显的差分吸收结构, 消除其他干扰气体和粉尘的影响, 从而准确检测出被测气体的浓度, 其理论基础是Beer-Lambert定律[8]:
式中c———待测气体浓度;
I (λ) ———探测器接收到的透射光强;
I0 (λ) ———光源原始光强;
L———光程;
σ (λ) ———待测气体的吸收截面。
在实际现场测量的过程中, 由于烟气中的水蒸气和其他组分气体的吸收、烟尘颗粒的吸收和散射、光学系统的透过率及烟气本身的Raileigh散射等, 无法直接运用Beer-Lambert定律进行混合气体的浓度反演。DOAS方法将吸收截面分成了两部分:随波长快速变化的窄带吸收截面和随波长缓慢变化的宽带吸收截面, 并将各种散射过程及水蒸气的吸收等归结为宽带部分, 而将待测气体分子的窄带吸收特性归结于强度谱中的窄带特性。通过滤波将其中的低频部分, 即宽带部分滤除, 获得差分吸收光谱, 根据已经测得的差分吸收截面和光程L, 通过数值算法, 得到在其他气体和烟尘干扰下的待测气体浓度。由此式 (1) 可更改为[9]:
式中A (λ) ———光学系统对波长λ的依赖性;
ci———第i种气体在光程L内的平均浓度;
εM (λ) ———Mie散射;
εR (λ) ———Raileigh散射;
σi (λ, T, p) ———依赖于温度T和压力p的第i种气体在波长λ处的吸收截面。
2实验系统
实验装置如图1所示, 该装置主要由氘灯光源、光学准直系统、样品池、光谱仪、信号采集系统及计算机等组成。光源采用德国Heraeus DX227型氘灯, 能够发出稳定且有足够能量的紫外-可见连续光谱。光谱仪采用Avantes-2048 USB1型光谱仪, 所测量的光谱范围为188~760nm, 光谱分辨率为0.3nm。实验装置工作过程如下:标准气11经过配气装置12后被送入测量室, 氘灯光源1发出的光经过透镜3准直后进入测量室内, 穿过测量室内的气体后经透镜7聚焦送入光纤光谱仪8, 光谱仪将光信号转换成电信号传输进计算机进行数据处理。
1———光源;2———光纤;3、7———透镜;8———光谱仪;9———PC机;10———高纯氮;13———流量计;14———Pt100热电阻;15———压力表;4———真空泵;5———温控装置;6———加热带;11———NO、SO2标准气;12———混气单元;16———废气吸收装置;17———预热管段
3实验结果与分析
3.1 NO浓度测量及其非线性修正
首先对NO进行吸收截面的标定, 实验利用53μmol/mol的NO测量。在测得吸收截面后, 需利用多项式滤波去除吸收截面中的宽带部分[10]。图2为利用三阶多项式滤波得到的NO差分吸收截面, 可见NO在200~230nm具有3个明显的吸收峰, 分别位于200~205nm、210~215nm和223~226nm。一般的反演算法是利用第三个峰约225nm处的单个或几个波长点, 代入式 (2) 进行浓度反演, 在烟尘和其他气体干扰下反演误差较大, 最大可达到16%[11]。笔者利用第三个峰所有波长点进行浓度反演, 反演精度可以得到有效的提高。实验中对0~517μmol/mol中若干不同浓度的NO进行了测量, 结果见表1。由表1可以看出, 在100μmol/mol以下, NO的反演精度较高, 而100μmol/mol以上, 反演精度明显下降, 并随着浓度的不断增大, 误差也有越来越大的趋势。这说明100μmol/mol以上NO已经进入了非线性区域, 需要进行非线性修正。非线性修正通常采用多项式拟合的方式进行, 图3为采用3阶多项式拟合的结果, 拟合多项式为:
式中c———反演结果;
c'———修正值。
表2为修正后的结果, 由表中可以看出, 在进行非线性修正后, 100μmol/mol以上的反演精度大为提高。
3.2 SO2对NO浓度反演的影响
烟气中往往含有大量的SO2, SO2不仅仅在290~310nm有明显的差分吸收特性, 在NO的吸收波段200~230nm同样有很强的吸收特性, 并且在该波段SO2和NO的吸收截面具有相同的数量级 (10-18) 。这对于NO的浓度测量有一定的干扰, 因此在测量烟气中NO的浓度时, 须考虑去除SO2的影响。
图4是SO2在200~230nm波段的吸收截面和差分吸收截面。从图4可见, 在200~222nm波段SO2具有明显的差分吸收结构, 而在222~230nm波段差分吸收结构趋于平缓, 数量级也小于200~222nm波段。由此可见, 存在SO2干扰的情况下, 利用225nm左右波段反演NO浓度能够有效减小误差。
其中c1、c2分别为NO和SO2的浓度, σ1' (λ, T, p) 和σ2' (λ, T, p) 分别为NO和SO2的差分吸收截面。令I1' (λ) =I0' (λ) exp[-Lσ2' (λ, T, p) ·c2], 可将式 (4) 变换为:
则NO的浓度为:
图5为不同浓度的NO和SO2配比时所得的吸光度。可以看出, 当较低浓度的NO和较高浓度的SO2 (24μmol/molNO和217μmol/molSO2) 进行配比时, 强度谱中几乎反映不出NO的吸收结构, 而完全被SO2的吸收所遮盖 (图5b) , 这种情况下, NO的反演误差最大。而从图5a、c、d中可以看出, 虽然SO2对NO的吸收有所干扰, 但是仍然可以分辨出NO的吸收结构, 对NO浓度反演的影响较小。
表3为不同浓度的NO和SO2进行配比时所得的浓度反演值。从表中可以看出, 在修正前, 较高浓度的SO2和NO进行配比时, 浓度值误差较大, 分别达到了-15.06%、10.82%、-9.06%和-8.29% (表3第3、4、7、8行) , 说明高浓度SO2对NO的测量有较大干扰作用, 并且两者差值越大, 干扰越强烈。而经过修正后, 相对误差均减小到7%以内。
4结束语
通过研究NO在紫外区的吸收特性, 对NO的反演算法进行了改进。在NO的非线性区域和存在SO2气体干扰时, 分别提出了NO浓度反演的修正算法, 并进行了实验研究。实验结果表明, NO气体的非线性区间较小, 0.2m光程下线性区域的下限约为100μmol/mol (常温常压下对应25mg/m2) , 高浓度SO2的非线性吸收对测量的影响较大。经非线性修正后, 对单组分NO气体进行浓度测量时, 其反演误差可以达到5%以内。在高浓度SO2干扰下进行NO浓度反演, 文中最大误差达15%, 经修正后测量误差控制在7%以内。
摘要:利用NO在200230nm紫外区域的差分吸收特性, 提出了一种烟气中NO浓度反演算法。通过实验分析了NO在非线性区域的吸收特性, 针对烟气中NO与SO2共存的现象, 研究了SO2干扰对于NO浓度反演的影响, 得到了SO2干扰下NO浓度的校正方法。实验结果表明:使用改进的反演算法并进行非线性修正后, NO反演误差优于7%, 并且可以消除SO2对NO浓度反演的影响。
关键词:浓度测量,NO,SO2,差分吸收光谱,非线性吸收
参考文献
[1]范孝良, 郑海明.基于差分吸收光谱法和消光法的烟气烟尘连续在线监测技术研究[C].2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集.湘潭:《仪器仪表学报》杂志社, 2008:588~591.
[2]柴发合, 段菁春, 云雅茹, 等.深化总量减排改善空气质量全面推进环境保护历史性转变[J].环境保护, 2012, (6) :47~49.
[3]张建, 李金科.裂解炉用低NOx燃烧器国内技术进展[J].化工机械, 2012, 39 (6) :681~685.
[4]中华人民共和国国务院新闻办公室.中国的能源政策 (2012) [N].人民日报, 2012-10-25 (014) .
[5]葛鹏.烟气排放连续监测系统的应用[J].石油化工自动化, 2010, 46 (4) :36~38, 75.
[6]周洁, 张时良.基于紫外吸收的烟气中NO和NO2成分浓度的同时测量[J].光谱学与光谱分析, 2008, 28 (4) :870~874.
[7]Mellqvist J, Rosen A.DOAS for Flue Gas MonitoringII.Deviations from the Beer-Lambert Law for the U.V./Visible Absorption Spectra of NO, NO2, SO2and NH3[J].Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 1996, 56 (2) :209~224.
[8]Platt U.Measurement of Atmospheric Trace Gases by Long Path Differential UV/Visible Absorption Spectroscopy[C].Optical and Laser Remote Sensing.New York:Springer-Verlag, 1983:95~105.
[9]Mellqvist J, Rosen A.DOAS for Flue Gas Monitoring I
[1].Temperature Effects in the U.V.or Visible Absorption Spectra of NO, NO2, SO2and NH3[J].Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 1996, 56 (2) :187~208.
[10]汤光华, 许传龙, 邵理堂, 等.算法融合的差分吸收光谱法烟气SO2浓度在线监测研究[J].光谱学与光谱分析, 2009, 29 (4) :1036~1040.
烟气浓度 篇4
1 积灰的影响因素及危害
烟尘在冲刷受热面时,灰尘以不同的方式集聚在换热器表面,受热面的积灰是一个复杂的物理、化学过程,一般由于以下几个因素导致:
燃煤火力发电厂燃料经燃烧后,烟气中含有大量矿物质,这些矿物质一部分以渣的形式沉积到锅炉底部,另一部分则以烟尘的形式随着烟气流动经过冲刷受热面后被电除尘收集下来。
①受热面布置不合理、处于低温腐蚀工况下工作。
②吹灰设备运行不佳或没有吹灰设施。
③燃料燃烧不充分,燃烧灰分增加。
④低温露点腐蚀严重,加剧积灰形成等。
积灰对换热器具有较大的危害,由于灰粒的导热系数很小,低温对流受热面积灰,使得热阻显著增加,传热恶化,烟气得不到充分冷却,排烟温度升高,导致锅炉热效率降低,甚至影响锅炉出力;积灰还使烟气流通截面减小,烟气流动阻力增加,使引风机的耗电量增加。
2 SO3浓度对积灰特性的影响
受热面结构布置以及吹灰设施配置引起的积灰,在实践中,随着设计完善,对积灰的影响基本可以克服。SO3含量高会加剧低温露点腐蚀,腐蚀会加剧积灰,而积灰严重亦会加剧腐蚀,这是一对互相作用的不利因素。
2.1 SO3的成因及危害
SO3的生成是复杂的,取决于燃煤锅炉的燃料成分、运行参数、脱硫设施运行状况等,在燃煤的燃烧过程中,几乎所有的可燃性硫都会燃烧氧化变成气态的SO2和SO3。其中绝大部分是SO2,仅有1%~5%的SO2会进一步氧化成为SO3。SO3含量高时,便容易引起受热面的低温露点腐蚀。
在锅炉运行的过程中,受热面积灰,会导致金属管壁运行环境不佳,引起积灰、腐蚀相互促进的不利现象。腐蚀越严重,受热面就越容易积灰;同样,积灰越严重,受热面就越容易腐蚀。
2.2 SO3浓度和积灰特性
当排烟中SO3浓度较高的时候,容易引起低温腐蚀。那么,SO3浓度和积灰特性之间的关系是怎样的呢?巴布科克日立有限公司在《应对排放标准强化的先进的AQCS(排烟处理)技术》中给出了SO3浓度与积灰特性之间的关系,如图1~3。
从图1~图3,可以看出,随着SO3浓度增加,积灰现象越来越明显。
当SO3浓度为43mg/Nm3即12ppm时,可以看到管壁上有积灰现象,基本不会影响烟气的正常流动,受热面外表面形状规则,烟气流速、压力分布变化不大;当SO3浓度为143mg/Nm3即40ppm时,受热面不再是规则的管壁面形状,出现明显的积灰现象,此时,受热面的横向间距减小,烟气流动阻力随着流通截面积的减小而增加;在S O 3浓度为321mg/Nm3即90ppm时,积灰十分严重。整个流通截面被大量积灰占据,严重影响了低温受热面的正常运行,阻力大大增加,传热性能也随着积灰的增加而大大降低。
3减少积灰的几点措施
降低随同燃料入炉的硫量。燃用低硫煤或经脱硫处理的煤种,是最彻底的方法,即能减少大气污染,又能减少低温腐蚀。在实际运行中,除了改善入炉煤种外,还应管理好石子煤的排出系统,使夹杂于煤炭中的黄、白铁矿得以分离,这即能降低磨煤机碾磨部件的磨损,更有利于入炉煤实际含硫量的减少,减轻积灰,同时有利于低温腐蚀的遏制。
燃烧过程中采用低氧和二段燃烧,降低烟气中的SOx含量。SO3的发生量随着火焰中的氧度和温度条件而增高。低氧燃烧能使氧浓度下降,火焰拉长,火焰最高温度下降。二段燃烧在使氧浓度和温度下降的同时,使温度与氧浓度条件相互错开,不同时存在,从而使SO3的发生量或烟气中SO3浓度降低,减轻积灰的形成。
在布置低温受热面时,在能够满足换热要求的情况下,尽量采取顺列形式进行受热面的布置设计,顺列布置相对于错列布置来说,不仅能够减少积灰,同时能够降低烟气阻力,提高运行经济性。除此之外,可根据实际运行工况采用H型鳍片管或者外螺旋翅片管等形式,减轻积灰。
合理选择排烟温度,减少低温腐蚀的发生,可以同时减轻积灰。
4结论
锅炉运行中,低温受热面的积灰问题一直存在,SO3含量直接影响了积灰特性,SO3浓度越高,受热面积灰越严重,并且同步引起低温腐蚀,二者互相作用,对受热面的安全运行带来不利影响。