DL∕T 1606-2016 燃气轮机烟气排放测量与评估

备案号：56244-2016燃气轮机烟气排放测量与评估国家能源局发布I Ⅱ 1 1 1 3 55.1燃气轮机及燃料 55.2测量值 55.3标准工况 5 5 56.2测量系统布置规范 66.3进行试验、试验报告及评价 7 87.1测量设备的类型 87.2NO₂分析仪的规范 87.3CO与CO₂分析仪的规范 97.4SO₂分析仪的规范 7.5UHC分析仪的规范 7.6NH₃分析仪的规范 7.7氧分析仪的规范 7.8烟度分析仪的规范 7.9固体颗粒物分析仪的规范 21 22 9.2干烟气与湿烟气的换算 29.3换算到特定的烟气氧含量 29.4标准工况及特定氧含量下的干烟气体积流量换算到质量流量 229.5换算到与输出功率相关的排放值 9.6换算到与燃料消耗量相关的排放值 23 29 31ⅡDL/T1606—2016/ISO111本标准适用于所有用于机械驱动以及(或)用于发电(用于航空的除外)的燃气轮机。对于配有ISO2533:1975标准大气(StandardatmoISO5063:1978一体式雾化油燃烧器试验规程(AtomizingoilburnersISO6141:1984气体分析—标定NOx:NO和NO₂以NO₂表示NO₂SOx:SO₂和SO₃以SO₂表示氨NH₃烟根据ISO5063:1978所述Bacharach方法测量2DL/T1606—2016/ISO11042-准确度accuracy混合气体各组分的体积分数φi,以体积百分数(%)或者百万分之一(ppm²)表示。噪声(干扰)noise百万分之几partspermillion;ppm在混合气体的106个体积单位中，气体成分i的体积浓度。lppm甲烷表示为1ppmC₁。测试设备对碳氢化合物采样浓度的不同响应，可用等价的ppmC₁表示，它与碳氢化合物成分的类3E在温度0℃与压力101.3kPa下，以i成分的组分浓度表与EM,相同，折算到干烟气中氧的体积浓度为15%时 以体积浓度表示的烟气排放值以i成分体积浓度表示的烟气排放值与EV₁相同，折算到干烟气中氧的体积浓度为15%时mMni成分量P燃气轮机轴功率输出Vi成分的体积4表1(续)在标准状态下，折算到干烟气中氧的体积浓度为1i成分的体积总量i诚分量在成分总量中的比例，等于n;ntot1z1Z实际气体因子(可压缩性)1p干烟气中的CO₂以百分数表示的体积浓度%当使用的燃料为化学当量燃烧时，在干烟气中以CO₂的百分数表示的体积浓度%%湿烟气的体积浓度，等于V₁Ytot在干烟气中以O₂的百分数表示的体积浓度%注1:可使用下标g标识气流通道上某个特定位置，例如，g₇,下标7代表燃气轮机出口处(见ISO2314:1989)注2:在本标准中，以15%O₂为基准值，经协商同意可使用其他的氧含量。注3:考虑到现有的化学数据和评价方法，选标准大气压pn=101.3kPa,基准温度t=0℃表2化学符号及缩写水氮氨氧未燃烧或部分燃烧后的碳氢化合物5DL/T1606—2016/ISO11c)在烟气排放物测量时，燃气轮机功率输出、排气质量流量与(或)燃料流量。f)会对燃气轮机排放产生影响的，且属于整个测量系统装置，如催化剂反应器、水或水蒸气注c)湿烟气中固体颗粒物的质量浓度(EP),需各方协商。a)压力101.3kPa。c)相对湿度60%。a)以NO₂表示的总NOx:见7.2。b)CO和CO₂:见7.3。e)以SO₂表示的总SOx:依据燃料中的硫含量计算得到。f)H₂O:测量或计算得到(考虑空气湿度，利用燃烧计算)。6DL/T1606—2016/ISj)O₂:见7.7,或经试验各方同意采用计算方法。1)固体颗粒物：见7.9;进入压气机的空气中，任何对测量结果有较大影响的固体颗粒物应从所——利用数学模型，模拟烟气流动(与障碍物、烟气流态—湍流或层流有关); 如果燃气轮机排气系统仅附带消音器、排气烟道和排向大气的烟囱，而没有其他设备，取样点应布置在离燃气轮机排气口尽可能近且便于操作的位置。如果附带余热回收系统、补燃系统、稀释系取样探头应能够取到具有代表性的烟气样品。为此推荐使用一种等截面布置的多孔平均烟气取样取样探头应足够长，以对整个烟道横截面进行测量。取样探头的布置方法和步骤应事先由试验参通常气态组分的测量系统的主要组件，如图1所示。当使用特殊的分析仪时，系统应做适当相应根据分析仪操作原理不同，需对样品进行相应的处理。为了避免样品组分的冷凝，整个取样管线对于硫含量低于1%(质量比)的天然气或轻烃燃料，需至少被加热至150℃。为此，建议对所有设备(包括泵)进行加热，温度通常应控制在±5℃以内。取样管线中所有设备有以下几点要求：a)所有与样品有接触的材料应为非反应性材料(不锈钢或等同材料)。b)为去除出厂时管道内携带的残留溶剂，推荐使用纯氮连续吹扫聚四氟乙烯(PTFE)管。在此7DL/T1606—2016/ISO11042-1过程中，该管线应加热到为分析特殊组分所规定的温度。c)需确保所有接头和组件无泄漏。d)所有组件应设计为能在规定温度的范围内工作。f)仪器与探头之间的取样传输时间应尽可能短，最好不超过30s。8NOx9NDIR927注2:缩写的解释见表3。图1气态组分的测量系统设计6.2.4分析仪器分析仪器应完整地配备必要的流量控制元件，如调节器、阀门、流量计等。样品接触的材料应具有抗腐蚀性，如不锈钢或加碳聚四氟乙烯(PTFE)。整个取样系统的样品温度应根据当地大气压力维持在合适数值，以避免水和碳氢化合物冷凝。按照本标准第7章所述，所有测量用分析仪均应进行必要的性能检测。6.3进行试验、试验报告及评价试验应在燃气轮机达到ISO2314:1989所规定的稳定运行状态后进行。试验期间，以干空气中水分的质量含量表示的环境湿度应在±0.5g/kg范围之内。如果环境条件变化并超过上限值，需在各方协商下进行修正。在试验开始前、结束后应对分析仪进行校准。8评价可按表A.2中的实例计算进行。表A.2的说明见第9章。化学发光法(CL)或非分散红外线法(NDIR)或非分散紫外线法(NDUV)非分散红外线法(NDIR)非分散红外线法(NDIR)非分散红外线法(NDIR)或非分散紫外线法(NDUV)或脉冲紫外线荧光法(PUVF)火焰离子化检测器(FID)气相色谱a(GC)固体颗粒物顺磁法(PMC)9DL/T1606—2016/ISO11042-1:199612优于所使用量程满刻度的0.5%或lppm(两者中取大值)3优于所使用量程满刻度的±1%或±1ppm(两者中取大值)4在2h内，优于所使用量程满刻度的±2%或士1ppm(两者中取大值)5在2h内，小于所使用量程满刻度的士1%或±1ppm(两者中取大值)6噪声(干扰)0.5Hz或更大些，在2h内小于所使用量程满刻度的±1%或±lppm(两者中取大值)7对含CO₂和水蒸气的样品，应作如下限制：——小于每一CO₂百分浓度读数的0.2%;如果CO₂和(或)水蒸气的干扰限值不能满足，应确定、提出并采用适当的修正系数8响应时间从样品进入分析仪到获得90%的最终读数的时间应不超过10s9线性度应在仪表量程30%、60%和90%的点使用单个的混合气体或气体利用最小二乘法拟合的直线应使这些点的最大偏转化器在设计和操作时应能将样品中的NO₂还原为NO,且对样品中原有NO无影响。n=100×(9o,转换后-4o)/4No₂应利用转换效率将被测样品中的NO₂浓度(PNO,转化器后一9No)所得值修正到效率该修正方法已经有很多应用先例，在使用特殊仪器设备时，可能要进行其他的修正12优于所使用量程满刻度的0.5%或1ppm(两者中取大值)DL/T1606—2016/ISO11042-1:1996表5(续)3优于所使用量程满刻度的±1%或±2ppm(两者中取大值)4在2h内，优于所使用量程满刻度的±2%或±2ppm(两者中取大值)5在2h内，小于所使用量程满刻度的±1%或±2ppm(两者中取大值)6噪声(干扰)0.5Hz或比其大些，小于所使用量程满刻度的±1%或±1ppm(两者中取大值)7相对于所指示的CO浓度，限定如下：——小于500ppm每1%乙烯浓度读数；———小于2ppm每1%CO₂浓度读数；——小于2ppm每1%水蒸气读数，仅在分析未处理(湿)样品的条件下。如果CO₂和(或)水蒸气的干扰限值不能满足，应确定、提出并采用适当的修正系数8响应时间从样品进入分析仪到获得90%的最终读数的时间应不超过10s9应在仪表量程30%、60%和90%的点使用单个的混合气体或气体分配性度响应。利用最小二乘法拟合的直线应使这些点的最大偏差12优于所使用量程满刻度的0.5%或100ppm(两者中取大值)3优于所使用量程满刻度的±1%或±100ppm(两者中取大值)4在2h内，优于所使用量程满刻度的±2%或±100ppm(两者中取大值)5在2h内，小于所使用量程满刻度的±1%或±100ppm(两者中取大值)6噪声(干扰)0.5Hz或比其大些，小于所使用量程满刻度的±1%或±100ppm(两者中取大值)7仅在分析未处理(湿)的样品的条件下，小于20ppm每8响应时间从样品进入分析仪到获得90%的最终读数的时间应不超过10s9应在仪表量程30%、60%和90%的点使用单个的混合气体或气体分配利用最小二乘法拟合的直线应使这些点的最大偏差在基于干态(最好)测量CO和CO₂时，(根据6.2取样系统配集水箱)分析仪内取样单元的温度表7SO₂分析仪主要性能规范1在0ppm～50ppm,在适当量程内，最高可达2优于所使用量程满刻度的2%或±2ppm(两者中取大值)3优于所使用量程满刻度的±1%或±1ppm(两者中取大值)4在2h内，优于所使用量程满刻度的±3%或±1ppm(两者中取大值)5在2h内，小于所使用量程满刻度的±2%或±0.05ppm(两者中取大值)6噪声(干扰)0.5Hz或比其大些，小于所使用量程满刻度的±2%或±0.05ppm(两者中取大值)7对含CO₂、H₂O和UHC的样品，应分别作如下限制：——小于每一CO₂浓度(按体积)读数(百分数)的1%;——小于每一水蒸气浓度(按体积)读数(百分数)的2%;——小于10ppmUHC的1%。或合起来的干扰小于4%读数。对读数影响最大的为保持样品气体中的水含量恒定，冷却器的压力应控制在±0.2kPa范围内。为避免设备中的氨气与NO₁的选择性催化还原作用(SCR)的干扰，SO₂的浓度应在与氨混合前测量“8响应时间从样品进入分析仪到获得90%的最终读数的时间应不超过50s9线性度应在仪表量程30%、60%和90%的点使用单个的混合气体或气体分配器检查每一量程N₂中SO₂的线性度响应。利用最小二乘法拟合的直线应使这些点的最大偏对于NDIR法，所有三种干扰成分都必须考虑，而对于NDUV方法，只需考虑UHC。如果上种或所有成分的干扰限值不能满足，应确定、提出并DL/T1606—2016/ISO11042-1:1996当未燃烧的碳氢化合物气体相继在独立控制的火焰中燃烧时，碳氢键断开会产生与之成比例的电该方法测量得到所有碳氢化合物的总数。对于要求测量的挥发性有机化合物(VOC)来说，必须7.5.2UHC分析仪的主要性能规范对于工作在制造商规定的环境条件下仪器的主要性能规范见表8。1在0ppmC₁~1500ppmC₁内取适当量程，包括最小量程0ppm～10ppm。为减小测量误2优于所使用量程满刻度的0.5%或±0.5ppmC₁(两者中取大值)3优于所使用量程满刻度的±1%或±0.5ppmC₁(两者中取大值)4优于所使用量程满刻度的±2%或±1ppmC₁(两者中取大值)5在2h内，小于所使用量程满刻度的±1%或±0.5ppmC₁(两者中取大值)6噪声(干扰)0.5Hz或比其大些，小于使用量程满刻度的±1%或±0.5ppmC₁(两者中取大值)78响应时间从样品进入分析仪到获得90%的最终读数的时间应不超过10s9线性度应在仪表量程30%、60%和90%的点使用单个的混合气体或气体利用最小二乘法拟合的直线应使这些点的最大偏分析仪所用气体应是40%氢气(H₂)与60%氦气(He)的标准气体混合物。这样可以减少下a)不同的氧含量。b)不同的碳氢化合物种类。这些是燃气轮机在不同运行工况下的排放特性。氮气(N₂)也可替代氦气(He)。产生火焰需要空气，如果空气中含有少量残余的有机物质，有机物(CH₄)的体积浓度应小于满刻度偏差的10%,且任何情况下都不能大于10ppmC₁。实践证明，使用人工合成空气是一种好办法。a)零空气中含有500ppmC,等同于零空气中含有500/3ppm丙烷。b)氮气中含有500ppmC₁,等同于氮气中含有500/3ppm丙烷。以上两种读数之间的差别应小于2%。为测量由于样品中碳氢化合物含量的变化引起的仪器输出的变化，应对以下气体的读数做a)零空气中含有500ppmC₁丙烷。b)零空气中含有500ppmC₁丙烯。c)零空气中含有500ppmC₁甲苯。以上几种以甲烷(CH₄)表达的读数之间的差别应小于5%。为确定挥发性有机化合物，首先确定总的未燃烧碳氢化合物含量，再减去甲烷(CH₄)和乙烷“直接”分析仪由自动气相色谱仪带一个火焰离子检测器(FID)组成。样品首先被分为空气和甲烷、乙烷的混合气两部分。之后通过反向冲洗气柱得到第三部分：所有的VOC。由于甲烷、乙烷和当UHC和VOC都要求测量时，推荐使用“直接”分当采用选择性催化还原(SCR)脱硝装置，且烟气中有氨气(NH₃)存在时，需测量氨的含量。氨的测量是基于NO₂、NO转化器两种设计的不同性能，配合7.2节中提及的化学发光法仪器进行使用。由于转化器的材料的不同(不锈钢与碳),它们与烟气中的NO₂和NH₃成分的反应不同。不锈钢转化器通常的工作温度在700℃左右。在此温度下NH₃完全氧化为NO,根据以下反应式：碳转化器工作温度为300℃,在此温度下NH₃没有被氧化。根据以下反应式，NO₂会转化为NO:测量NO₂NH₃所用转化器流程图如图2所示。CABB—NO测量值；图2测量NOxNH₃所用转化器流程图利用两种不同转化器的不同性能来确定烟气中NH₃的含量，如图2所示。转化器和光化学仪器的操作方法符合7.2.2所述要求。转化器的设计和操作用以氧化NH₃和转化NO₂得到NO。或如果两种具有不同氧气含量的气体被带入同一磁场中，它们之间会产生压力差。一种气体是样品，另一种是参考气体。测量燃气轮机排放物时，采用氧气含量为20.95%的氮气作为参考气体。该气体通过两支管路引入测量室，典型的氧分析仪功能图如图3所示。在其中一支管路中将参考气体与样12优于所使用量程满刻度的±0.2%或±0.05%(两者中取大值)3优于所使用量程满刻度的±0.2%或±0.05%(两者中取大值)4在2h内，优于所使用量程满刻度的±2%或±0.05%(两者中取大值)5小于所使用量程满刻度的±2%或±0.05%(两者中取大值)6噪声(干扰)0.5Hz或比其大些，在2h内，小于所使用量程满刻度的±0.2%或±0.05%,两者中78响应时间同7.2.29线性度同7.2.2有效表面积接近(570±28.5)cm³的体积流量],泵的冲程应为200mm左右。滤纸有(85±2.5)%的光学反射率。测量时，将滤纸放置在一个反射率大于75%的表面上，流量把纸带对着标准刻度尺的背面放置，目测比较测试点与标准刻度。通过标准刻度中心孔检查点。注意深浅最接近测试点的刻度值。对于0～4之间的刻度间隔，需要特别注意估计中间等级。应在烟道不同位置选取足够多的取样点，以确保获得具有代表性的结果。7.9固体颗粒物分析仪的规范如果各方协商后需要测量固体颗粒物，应根据以下规定。烟气及进入压气机空气中的固体颗粒物含量应采取质量分析法测量。在整个烟气/空气流体中获取载有固体颗粒物的、具有代表性的样品，将颗粒物从样品中分离出来，再测量累计质量，累计质量与取样的烟气/空气量有关。经试验各方协商，可对固体颗粒物进行附加分析，如颗粒尺寸分布、化学分析，但分析方法不包含在本标准中。光学方法如连续测量光的透射或散射光，虽然通常用于连续排放的测试，但对于与质量相关颗粒物浓度，该方法受颗粒大小、尺寸分布、颗粒形状、颗粒密度及颗粒材料的某些光学性质的作用影响光的透射或散射。在经过校准之后且认为校准后相关特性能够保持稳定的情况下，可以使用光学方法。7.9.2取样探头的位置及取样系统的配置固体颗粒物取样系统在安装时应与气体组分的取样系统是分别独立的两套系统。固体颗粒物取样系统的主分离器可以布置于烟气/空气管道的内部(如图4所示)或外部(如图5所示)。图4质量法测量的固体颗粒物浓度取样系统(主分离器在管道内侧)某些特定烟气系统如不适合采用不锈钢材料，则应采用耐高温、耐腐蚀的材料组成，如材料为玻璃的取样探头、弯头、传输管线和分离器等，主分离器由一个过滤套组成。在固体颗粒物量较大并在取样时间内可能装满过滤套时，需要再加装一个预分离器，如旋风分离器。过滤套的材质应能够承受采样温度，且化学性质稳定，应足够细密，满足全部过滤颗粒样品的要求。(主分离器在管道外侧)除非有先前试验证明并经试验各方协商同意，否则只有当采样横截面每平方米至少4个采样点时，样品才应当被认为是有代表性的。通常取样点的个数在12～20之间。同时，取样点截面应布置在任何类型的连续流动扰动(弯曲、膨胀、收缩等)的下游至少8Dh处(Dn为水力直径)和上游2DA处。如果这些条件在实际中无法实现，相应的尺寸可分别缩短至2DA和颗粒物取样探头示例如图6所示。取样探头有效直径的选择取决于所取含尘气流的体积流速。在理想等速取样条件下(取样探头尖头处的速度与取样管道截面中的速度相等),我们根据式(5)得到：二二AA8图7取样效率(根据Belyaev和Levin等式)der——探头有效直径，m;C——Cunningham滑移修正系数。Cunningham滑移修正系数根据式(7)计算。J——颗粒在气流中的阻力；A——气体分子的平均自由行程。律这是颗粒在气流中的阻力J减小，此时进行Cunningham滑移系数修正。根据Grassmann所述，J由式(8)计算得到。弯头与传输管的设计及SPAS系统的操作过程中，应尽量减小由于布朗扩散、重力沉降、惯性沉积、静电聚集和(或)热泳效等现象所导致的传输损失。管子尽可能短、垂直布置；如果可能的话，不使用弯头，使用接地的金属管，以避免温度梯度等，方能在应用中均取得良好的效果。管子直径应不小于5mm。如图8所示为采用内置式主分离器的取样系统，包括合适的弯管、探头、管道与分离器。图8探头、弯头、管道和分离器装配图无论样品质量大于100mg或小于0.1mg,称重都应具有1量程满刻度的60%和90%。NOx≤1ppm;平衡气为N₂,O₂浓度为(10±1)%的混合气体中的丙烷±2%或±0.05ppm⁶平衡气为N₂,O₂浓度为(20.95±1)%的混合气体中的丙烷±2%或±0.05ppm⁵表10(续)±2%或±0.05ppm⁶±2%或±0.05ppm⁶±2%或±0.05ppm⁶N₂中的CO±2%或±2ppm⁶N₂中的CO₂±1%或±100ppm⁶N₂中的NO±1%或±1ppmb±0.2%或±100ppm²N₂中的SO₂±1%或±1ppm⁵9数据的换算9.1概述假定各组分气体均为理想气体，因此其摩尔浓度与其在混合气体中的分压力及其体积百分数是成体积浓度应以%或cm³/m³(ppm)表示。9.2干烟气与湿烟气的换算气体样品中的水分被凝结出来后，认为测量值是“干态”下的，否则，认为是“湿态”下的。水分的含量会带来“干态”和“湿态”测量结果的差异，其含量可以由试验各方协商通过计算或测量得到。压气机进口的空气湿度、燃料中水的含量、燃料燃烧生成的水以及水或蒸汽的注入都应考虑进去。该转换见式(9):为了将测量结果与标准烟气相联系，可以参考式(10)将测量结果修正到某一特定氧含量下烟气以15%氧气含量为基准，烟气中各组分i以体积浓度表示的排放值为：其中，干空气的氧含量依据ISO2533:1975。以标准工况、15%的氧含量干烟气表示的排放值为DL/T1606—2DL/T1606—2016/ISO试验工程师姓名：制造厂：型号：系列号：地点地区，国家：(详见另外数据表)试验日期与时间日期：试验开始时间：试验结束时间：测试仪器序列号：型号：使用量程：测试仪器序列号：型号：使用量程：测试仪器序列号：型号：使用量程：测试仪器序列号：型号：使用量程：测试仪器序列号：型号：使用量程：烟测试仪器序列号：型号：使用量程：表A.1(续)测试仪器序列号：型号：使用量程：测试仪器系列号：型号：使用量程：12345