孫浩豐

(大慶石化公司 煉油廠，黑龍江 大慶 163711)

煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)用于在線自動監(jiān)測煙氣中的顆粒污染物、氣態(tài)污染物(SO2，NOx)和排放總量，為除塵、脫硫設(shè)備的安全運行提供科學(xué)依據(jù)，同時也為國家環(huán)保管理部門提供判斷污染源排放是否達(dá)標(biāo)的依據(jù)。CEMS能否穩(wěn)定、準(zhǔn)確地監(jiān)測煙氣參數(shù)，直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在東北極寒地區(qū)使用中，極低的溫度對CEMS采樣系統(tǒng)、反吹系統(tǒng)、煙塵系統(tǒng)等都會造成很大影響，對儀表穩(wěn)定運行提出了新的要求。

1 CMES組成及基本原理

CEMS由氣態(tài)污染物(SO2，NOx)監(jiān)測子系統(tǒng)，煙塵(顆粒物)監(jiān)測子系統(tǒng)，煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理子系統(tǒng)4個主要部分組成。CEMS結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 CEMS結(jié)構(gòu)原理示意

氣態(tài)污染物監(jiān)測有三種方法： 直接抽取法、稀釋取樣法、直接測量采樣法，其中直接抽取法是目前國內(nèi)CEMS常采用的方法，本文重點介紹直接抽取法。直接抽取法是利用隔膜泵通過氣態(tài)污染物采樣器直接抽取煙氣樣氣，通過伴熱管線送至冷卻器，樣氣經(jīng)冷凝除濕后再送入分析儀。分析儀測得的是去除水分后的干基樣氣中的污染物濃度。煙塵(顆粒物)監(jiān)測子系統(tǒng)將粉塵儀直接安裝于煙道，采用激光散射測量法，煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)采用直接安裝于煙道上的一體化探頭監(jiān)測溫度、壓力、流速等參數(shù)。CEMS采用DAS監(jiān)測軟件監(jiān)測數(shù)據(jù)，并且通過GPRS通信方式每10 min傳送一組數(shù)據(jù)到環(huán)保部門。

2 CEMS在極寒地區(qū)應(yīng)用中常見問題及原因分析

CEMS用于測量煙氣中SO2，NOx，粉塵、流速、溫度、壓力等參數(shù)，由于煙氣成分比較復(fù)雜，對測量造成了很大的干擾，尤其在極寒天氣，極低的溫度對氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)所包含的反吹系統(tǒng)，采樣系統(tǒng)和煙塵子系統(tǒng)都會造成很大影響。常見問題如下。

2.1 氧含量異常偏高的問題及原因分析

極寒天氣下低溫影響反吹系統(tǒng)正常運行，造成反吹電磁閥動作故障，影響測量。CEMS利用隔膜泵直接通過氣態(tài)污染物采樣器抽取煙道內(nèi)的煙氣進(jìn)入分析儀進(jìn)行測量，由于煙道內(nèi)煙氣成分復(fù)雜，長時間使用易造成采樣探頭堵塞，為避免采樣探頭堵塞，系統(tǒng)每2 h反吹一次。反吹時采樣電磁閥關(guān)閉，反吹電磁閥打開，儲罐內(nèi)壓縮空氣瞬間進(jìn)入采樣探頭，將探頭上附著物吹掉，防止長時間附著造成焦結(jié)。反吹結(jié)束后反吹電磁閥關(guān)閉，采樣電磁閥打開，保持2～3 min后進(jìn)行正常測量。冬季極寒天氣下，受低溫影響反吹后電磁閥會出現(xiàn)不能關(guān)嚴(yán)的現(xiàn)象，壓縮空氣大量進(jìn)入采樣管，造成氧含量超高，從而引起SO2，NOx，煙塵等環(huán)保數(shù)據(jù)折算值超標(biāo)。

2.2 SO2數(shù)據(jù)異常升高的問題及原因分析

進(jìn)入冬季，低溫影響采樣系統(tǒng)正常工作，造成SO2，NOx等參數(shù)異常升高的問題。以硫磺回收裝置為例，CEMS投用后夏季一直運行穩(wěn)定，但入冬以來，經(jīng)常出現(xiàn)反吹后SO2質(zhì)量濃度持續(xù)3～5 min偏高，有時甚至?xí)咏h(huán)保排放指標(biāo)，之后緩慢下降到正常測量值。尤其是天氣漸冷，出現(xiàn)頻率更高。造成該現(xiàn)象的主要原因是由于硫磺回收裝置工藝條件的特殊性，尾氣中SO2質(zhì)量濃度較高，排放指標(biāo)為400 mg/m3，同時尾氣中含水蒸氣及氣化的單質(zhì)硫。反吹使用的凈化空氣冬季溫度極低，反吹時冷風(fēng)進(jìn)入系統(tǒng)，使采樣探頭處水蒸氣瞬間凝結(jié)，同時SO2又極易溶于水，所以大量集聚于采樣探頭處，同時，高溫氣化的單質(zhì)硫遇冷風(fēng)后凝結(jié)，掛在采樣探頭和采樣管內(nèi)，長時間聚集造成采樣探頭及采樣管內(nèi)凝硫，為水蒸氣聚集提供了條件，會造成水蒸氣聚集。雖然吹送后還有120 s的置換時間，但由于水蒸氣集聚量較大，SO2慢慢地從水蒸氣中析出，所以吹掃置換后SO2質(zhì)量濃度仍然很高，甚至有時造成超標(biāo)情況發(fā)生。

2.3 顆粒物偏高的問題及原因分析

顆粒物測量采用的是原位式激光后散射的測量方法，該測量方法將粉塵儀直接安裝在煙囪上進(jìn)行原位測量，進(jìn)入冬季后，粉塵儀會隨著氣溫的降低指示逐漸偏高，出現(xiàn)指示不穩(wěn)定的情況。分析原因有以下兩方面： 一是由于室外溫度較低，高溫?zé)煔馀懦鰰r遇冷會凝結(jié)出部分水蒸氣，形成小水滴，粉塵儀檢測到小水滴造成顆粒物檢測偏高；二是粉塵儀設(shè)備低溫性差，低溫環(huán)境對儀器影響較大，造成指示緩慢升高。

3 CEMS極寒地區(qū)應(yīng)用中常見問題解決方案

3.1 氧含量異常偏高的解決方案

針對冬季反吹后氧含量異常偏高問題，改進(jìn)CEMS探頭箱內(nèi)一級預(yù)處理系統(tǒng)，提出兩種解決方案。

1)方案一。吹送電磁閥采用雙電磁閥串聯(lián)的模式，改進(jìn)后的反吹系統(tǒng)如圖2所示，將電磁閥ZV1與ZV2串聯(lián)起來，吹掃開始和結(jié)束2臺閥同時動作，只要有1臺電磁閥能保證關(guān)嚴(yán)，就能有效地避免氧含量升高的問題，從而避免超標(biāo)。

圖2 改進(jìn)后的反吹系統(tǒng)

2)方案二。采用小型氣缸球閥配套先導(dǎo)式電磁閥的模式，代替膜片式管道電磁閥，由于先導(dǎo)式電磁閥沒有膜片，耐低溫性能好，低溫條件下仍然能可靠運行。

兩種方案在不同的分析儀分別應(yīng)用，效果明顯，沒有再出現(xiàn)冬季反吹后氧含量異常偏高引起超標(biāo)的問題。

3.2 SO2質(zhì)量濃度異常升高問題的解決方案

針對冬季SO2質(zhì)量濃度異常升高問題，特別是根據(jù)硫磺回收裝置出口的特殊性，采取了以下改進(jìn)措施：

1)為防止管線及采樣探頭凝硫，根據(jù)單質(zhì)硫的特性，調(diào)整采樣伴熱線溫度,由原來120 ℃調(diào)整為135 ℃。因為硫低于120 ℃時凝固，130～160 ℃時黏度較小，流動性最好，所以把伴熱線溫度調(diào)整到135 ℃能有效地避免凝硫，從而使采樣管線內(nèi)壁保持光潔。

2)增加1個容積為10 L的吹掃用預(yù)熱風(fēng)罐，風(fēng)罐采用電伴熱，用于吹送風(fēng)預(yù)熱，風(fēng)罐出口風(fēng)溫達(dá)到45 ℃，從而消除-20 ℃以下吹掃風(fēng)瞬間急冷造成取樣采樣管及采樣探頭處形成水蒸氣；該過程可有效避免水蒸氣大量凝結(jié)吸收SO2而造成凝硫的情況。

3)調(diào)整吹送程序，將吹掃后置換時間由120 s改為240 s，增加置換時間可有效地置換SO2，從而保證積聚的SO2被完全清除。

3.3 顆粒物偏高問題的解決方案

在粉塵儀外側(cè)安裝恒溫箱，恒溫箱采用5面保溫，與煙囪直接接觸的那面不保溫，利用煙道內(nèi)的溫度使恒溫箱保持恒定溫度。同時恒溫箱內(nèi)設(shè)有電伴熱帶及溫控器，溫控器根據(jù)溫度變化及時調(diào)整伴熱溫度，保證恒溫箱內(nèi)溫度恒定，從而使粉塵儀測量穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

CEMS的可靠、穩(wěn)定運行是環(huán)保數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)排放的必要條件，CEMS在極寒地區(qū)運行，特殊天氣給測量帶了很多不可預(yù)見性的影響。本文分析了CEMS在極寒地區(qū)存在的問題，并提出了解決方案，CEMS經(jīng)過改造能夠克服極寒地區(qū)惡劣天氣的影響，穩(wěn)定運行。