王成敏

(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 鎮(zhèn)江 212009)

廢氣CEMS在線比對監(jiān)測中的問題及解決方案

王成敏

(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 鎮(zhèn)江 212009)

簡述了目前比對監(jiān)測工作的依據(jù)以及比對監(jiān)測現(xiàn)狀，指出了比對工作的常見問題，如共性問題、顆粒物比對監(jiān)測、二氧化硫比對監(jiān)測、流速比對監(jiān)測、合理選擇比對方法等，提出了相應(yīng)的解決辦法，監(jiān)測人員應(yīng)對各種參比監(jiān)測方法熟練掌握，了解各個企業(yè)的CEMS系統(tǒng)原理、方法和工況，在保證監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的前提下提高比對工作的一致性。

CEMS系統(tǒng)；參比監(jiān)測；一致性；比對監(jiān)測

1 廢氣CEMS在線比對監(jiān)測現(xiàn)狀

按照國家總量減排體系建設(shè)的要求，國控企業(yè)的廢氣排放終端都需要安裝廢氣連續(xù)排放在線監(jiān)測裝置(簡稱CEMS裝置)，要求對廢氣排放情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。各級環(huán)境監(jiān)測部門應(yīng)按照《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ/T 75—2007)對CEMS裝置進(jìn)行參比比對監(jiān)測。該規(guī)范規(guī)定了CEMS中的顆粒物、氣態(tài)污染物(主要為SO2、NOx)、O2、廢氣流速、煙溫在驗(yàn)收和例行監(jiān)測中需要進(jìn)行參比比對監(jiān)測，并以參比方法結(jié)果作為驗(yàn)證在線自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的依據(jù)。

由于國控污染源數(shù)量多、行業(yè)雜、工藝廣、排口情況復(fù)雜，再加上監(jiān)測人員自身經(jīng)驗(yàn)淺、業(yè)務(wù)生等綜合因素的影響導(dǎo)致比對監(jiān)測工作時常無法按時完成，甚至由于監(jiān)測時的疏忽導(dǎo)致比對不合格的情況時有發(fā)生。

鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站從2006年開始對國控污染源企業(yè)進(jìn)行CEMS比對監(jiān)測，通過10年的CEMS比對監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)了比對工作中存在的問題，在不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上也發(fā)現(xiàn)了一些解決辦法，總的來說問題主要集中在顆粒物、SO2和流速的比對監(jiān)測中。

現(xiàn)對比對監(jiān)測工作中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)進(jìn)行探討，以避免其他監(jiān)測部門在比對監(jiān)測中相同問題再次發(fā)生，促進(jìn)比對監(jiān)測工作更好完成。

2 比對工作常見問題及解決辦法

2.1 共性問題

CEMS與參比方法比對監(jiān)測位置差距大是每個項(xiàng)目都有的共性問題，按照規(guī)范要求，參比監(jiān)測位置應(yīng)盡量靠近CEMS安裝位置。但在實(shí)際監(jiān)測工作中，由于CEMS裝置都是后期安裝，安裝時并未考慮比對監(jiān)測的要求，造成比對監(jiān)測位置相距較遠(yuǎn)，給比對結(jié)果的一致性帶來較大影響，尤其是影響顆粒物和流速的比對一致性。對于這種情況應(yīng)聯(lián)合環(huán)境主管部門，要求企業(yè)對參比方法或CEMS安裝位置按照規(guī)范要求進(jìn)行限期整改，這是CEMS比對監(jiān)測一致性的基礎(chǔ)條件，只有排除位置差異帶來的影響，CEMS比對工作才有意義[1-4]。

2.2 顆粒物比對監(jiān)測

給顆粒物比對監(jiān)測一致性帶來影響的主要是方法差異，參比方法主要采用重量法：按等速原則從煙道中抽取一定體積的含顆粒物的煙氣，通過已知重量的濾筒，顆粒物被捕集，根據(jù)濾筒在采樣前后的重量差和采樣體積，計算顆粒物濃度，屬于直接法。CEMS裝置主要采用光散法或透光度法：利用光強(qiáng)與顆粒物濃度的比例關(guān)系計算出顆粒物濃度，屬于間接法，該種方法較容易受煙道中顆粒物濃度和液滴的影響，光路需要經(jīng)常清潔，否則會給分析帶來較大的偏差。監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性往往不如采樣重量法的參比監(jiān)測。面對上述困難，可建議CEMS中的顆粒物裝置采用β射線法或震蕩天平法[5]，這2種方法都能較為直接地測量煙氣中顆粒物濃度，準(zhǔn)確度較高。但缺點(diǎn)是價格昂貴，系統(tǒng)較為復(fù)雜。

2.3 SO2比對監(jiān)測

表1所列數(shù)據(jù)為鎮(zhèn)江市某化工廠內(nèi)發(fā)電廠的CEMS監(jiān)測數(shù)據(jù)，該企業(yè)采用水膜除塵和氨法濕式脫硫技術(shù)，監(jiān)測時生產(chǎn)負(fù)荷為77%～79%。該企業(yè)SO2CEMS裝置采用的是非色散紅外吸收法。

表1 某企業(yè)CEMS數(shù)據(jù)

(1) 濕度的影響：目前SO2的參比方法主要為定電位電解法。該方法受濕度影響較大，主要原因有兩個方面：第一，被測氣體中的水分容易在滲透膜表面凝結(jié)，影響透氣性。第二，由于SO2易溶于水，高溫高濕的煙氣會在相對較冷的金屬采樣槍上及管路中形成冷凝水，溶解進(jìn)入分析儀器的SO2，影響監(jiān)測結(jié)果。參比方法測量值見表2。

表2 某電廠SO2 CEMS比對監(jiān)測結(jié)果

續(xù)表

比對監(jiān)測時，控制出口煙溫基本不變的情況下，通過調(diào)整除塵和脫硫處理設(shè)施前端含濕量改變出口處的含濕量。由表2可見，SO2參比方法測量隨濕度的上升，測量值顯著下降。另外，>40 ℃的煙氣如果直接進(jìn)入采樣裝置，有可能會給電解池的密封性帶來影響，給檢測造成誤差[6]。因此在比對高濕高溫?zé)煔鈺r，參比監(jiān)測必須采用煙氣預(yù)處理裝置對高濕高溫?zé)煔膺M(jìn)行降溫除濕處理，確保進(jìn)入采樣裝置的煙氣是<40 ℃的干煙氣，同時將采樣槍加熱至100 ℃以上，防止高濕煙氣在采樣槍上形成冷凝水，溶解SO2。由于CEMS裝置中的SO2監(jiān)測儀有伴熱裝置，并且采用的是受濕度影響較小的非分散紅外法，因此表1中的CEMS的SO2在線值受濕度影響較小，相對參比監(jiān)測的結(jié)果較為準(zhǔn)確。

(2) CO的影響：由于CO的還原作用，在使用電化學(xué)法測量SO2時，高濃度的CO會對測量結(jié)果產(chǎn)生比較嚴(yán)重的正影響。表3為在某鋼鐵廠出口處所做的CO對SO2的干擾實(shí)驗(yàn)[7]。

表3 某鋼鐵廠排口CO與SO2監(jiān)測值 mg/m3

由表3可見，參比監(jiān)測使用電化學(xué)法測量SO2時，高濃度的CO會對結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重正干擾，即使帶有CO的矯正，仍然會有比較大的影響，而采用光學(xué)法則可以減少測量誤差。因此在對含有高濃度CO廢氣進(jìn)行CEMS比對監(jiān)測時，參比監(jiān)測應(yīng)優(yōu)先采用光學(xué)法測量SO2的監(jiān)測儀。而CEMS系統(tǒng)大都采用光學(xué)法監(jiān)測SO2，因此結(jié)果相對準(zhǔn)確。

目前在環(huán)境現(xiàn)場監(jiān)測領(lǐng)域，國家規(guī)定可以使用的手工監(jiān)測方法有定電位電解法、非色散紅外吸收法、碘量法等。其中由于原理簡單、結(jié)構(gòu)輕便、價格合理，使得定電位電解法使用得最為廣泛。非色散紅外吸收法和碘量法雖然受干擾因素較少，結(jié)果較為準(zhǔn)確，但由于操作不便，前期準(zhǔn)備工作較長，造價較高，因此不常用于現(xiàn)場監(jiān)測中。但如果現(xiàn)場比對條件不允許使用定電位電解法，依然要用非色散紅外吸收法、碘量法作為參比方法進(jìn)行監(jiān)測。

2.4 流速比對監(jiān)測

流速比對結(jié)果主要受位置因素和方法因素的影響。由于氣流狀態(tài)受煙道內(nèi)流場影響很大，因此無論是參比監(jiān)測還是CEMS監(jiān)測，流速監(jiān)測點(diǎn)位都應(yīng)設(shè)在氣體能夠平穩(wěn)流動的煙道段，流速>5 m/s，必須遠(yuǎn)離彎道、變徑、閥門等處，以減少上述部件產(chǎn)生的渦流影響。同時參比方法和CEMS的監(jiān)測點(diǎn)位應(yīng)該盡量靠近。

目前無論是參比監(jiān)測還是CEMS監(jiān)測，常用的測流速的方法都為皮托管法。雖然方法相同，但由于受溫度、濕氣、灰分、渦流和震動的影響，流速比對結(jié)果的一致性也往往比較差。CEMS測流速時必須保證皮托管正對氣流方向，須防止煙道震動給皮托管的方向帶來影響，并且保持測孔清潔無堵塞，需要用高壓反吹定期反吹皮托管[8]。上述要求如有一條不能滿足，就會極大影響CEMS流速的測量值。

實(shí)際比對測量時，CEMS皮托管的位置在煙道內(nèi)，其方向和清潔情況往往無法觀察到的，給流速比對帶來一定的不確定性。因此建議存在震動較大、高塵、高濕煙氣情況的單位在選擇CEMS流速系統(tǒng)時盡量選擇超聲波法。原理是在流體中設(shè)置2個超聲波傳感器，能夠發(fā)射和接受超聲波，分別安裝在煙道的上下游，通過超聲波在流體中傳播的時間差來計算煙氣流速，這種方法不僅能夠避免上述問題，而且能夠測量低流速氣體，理論上可測量低至0.03 m/s的氣流速度。參比方法由于測量時間短，可隨時觀察和選擇合適的監(jiān)測位置，因此對于流速監(jiān)測的結(jié)果準(zhǔn)確度較高。

2.5 合理選擇比對方法

比對方法包括了參比方法和CEMS方法，在滿足比對位置接近的條件下，選擇合適的比對方法，保證參比方法和CEMS方法原理相近，對于保證比對的準(zhǔn)確性顯得尤其重要，表4為國家相關(guān)規(guī)范規(guī)定的參比方法和CEMS方法。

表4 在線比對監(jiān)測方法

由表4可見，顆粒物比對監(jiān)測中參比方法和CEMS方法差距比較大，參比方法使用的是比較經(jīng)典的重量法，而CEMS方法主要是基于光學(xué)法，兩者即使在同一位置監(jiān)測但由于方法原理不同，仍然可能造成比對的差異。而前文介紹的震蕩天平法原理與參比方法相似，目前在國內(nèi)已經(jīng)運(yùn)用到了環(huán)境空氣中顆粒物的自動監(jiān)測中。

SO2比對監(jiān)測可選擇的方法較多，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場工況條件盡量選擇相同的方法進(jìn)行比對，如受條件所限必須使用定電位電解法，也應(yīng)該加裝前處理裝置，確保比對的科學(xué)性。流速比對監(jiān)測中，皮托管法作為經(jīng)典方法廣泛地應(yīng)用于參比方法和CEMS方法中，不過由于CEMS方法中的皮托管容易堵塞，難于維護(hù)，建議高濕高塵條件下采用其他方法。同時流速比對地點(diǎn)不僅比對位置要接近，更要遠(yuǎn)離渦流區(qū)，才能保證流速比對的科學(xué)性。

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欄目編輯 周立平

The Problem and Solution of CEMS on Line Alignment of Waste Gas

WANG Cheng-min

(ZhenjiangEnvironmentalMonitoringCenter，Zhenjiang，Jiangsu212009，China)

This paper briefly described the current status and working principle of comparison monitoring. Common problems during work， such as particulate， SO2， and flow rate comparison monitoring， as well as appropriate method selection were discussed. It was suggested that the monitoring personnel should be familiar with comparison monitoring techniques， and understand the CEMS system principles， methods， and status of different enterprises， to improve consistency of comparison work while ensure the accuracy of monitoring data.

Continuous Emission Monitoring System； Reference monitoring； Consistency； Comparison monitoring

2016-04-11；

2016-06-22

王成敏(1983—)，男，工程師，本科，現(xiàn)從事環(huán)境監(jiān)測工作。

X851

B

1674-6732(2016)06-0068-03