CEMS比對(duì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)要點(diǎn)探討

摘 要：鑒于固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比對(duì)監(jiān)測(cè)在國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性審核中的重要性，就實(shí)際比對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，提出了需要注意的事項(xiàng)，分析了關(guān)鍵的比對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)要點(diǎn)，提高比對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確度，使比對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能更好的為環(huán)境管理服務(wù)。

關(guān)鍵詞：比對(duì)監(jiān)測(cè)；固定污染源；CEMS

近十年來(lái)，我國(guó)污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的建設(shè)發(fā)展迅速，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，在環(huán)境管理和總量減排中發(fā)揮了應(yīng)有的作用。根據(jù)《污染源自動(dòng)監(jiān)控管理辦法》（國(guó)家環(huán)?？偩至畹?8號(hào)）和《國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性審核辦法》要求，必須對(duì)固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Continuous Emissions Monitoring Systems，以下簡(jiǎn)稱CEMS）進(jìn)行比對(duì)監(jiān)測(cè)。

由于國(guó)家對(duì)CEMS有明確的技術(shù)要求及檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)，所以比對(duì)監(jiān)測(cè)的任務(wù)、要求相對(duì)來(lái)說(shuō)是明確的、清晰的；但由于CEMS儀器本身的復(fù)雜性，煙氣在線監(jiān)測(cè)工作條件要求高?，F(xiàn)場(chǎng)比對(duì)監(jiān)測(cè)任務(wù)相對(duì)較重、較辛苦，需要投入的監(jiān)測(cè)力量和資金相對(duì)較高，是影響CEMS系統(tǒng)比對(duì)監(jiān)測(cè)工作有效開(kāi)展的重要障礙。如果不在監(jiān)測(cè)過(guò)程中嚴(yán)加控制，監(jiān)測(cè)結(jié)果容易受到影響。根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)工作中的經(jīng)驗(yàn)分析監(jiān)測(cè)過(guò)程中較容易產(chǎn)生影響的因素，并針對(duì)這些因素特點(diǎn)探討其對(duì)應(yīng)的解決途徑和方法。

1 CEMS安裝位置及比對(duì)斷面要求

一個(gè)合理的、符合技術(shù)規(guī)范要求的比對(duì)監(jiān)測(cè)斷面，是比對(duì)監(jiān)測(cè)能順利進(jìn)行的前提與關(guān)鍵。這就對(duì)我們監(jiān)測(cè)人員提出了更高的要求，要在現(xiàn)有的條件下將CEMS安裝在最合理的位置；在現(xiàn)有的條件下將數(shù)據(jù)測(cè)得更準(zhǔn)確。

CEMS的安裝位置有嚴(yán)格的要求，根據(jù)HJ/T 75-2007中要求，總的來(lái)說(shuō)要能保證“前4后2”的直煙道，即“對(duì)于顆粒物CEMS，應(yīng)設(shè)置在距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于4 倍煙道直徑，以及距上述部件上游方向不小于2 倍煙道直徑處[1]”；而對(duì)于參比方法，其監(jiān)測(cè)斷面要求更加嚴(yán)格，根據(jù)GB/T16157-1996中要求，更是要求有“前6后3”的直煙道[2]。

但實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況幾乎沒(méi)有能完全滿足CEMS安裝位置以及手工比對(duì)監(jiān)測(cè)斷面的要求，企業(yè)在煙道的設(shè)計(jì)上往往是從材料成本及阻力損失等方面考慮，而不會(huì)從環(huán)保監(jiān)測(cè)的角度去刻意設(shè)計(jì)一個(gè)較長(zhǎng)、較直的煙道。這就要求在現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有的條件下，比對(duì)監(jiān)測(cè)斷面設(shè)置在前后直煙道長(zhǎng)度比為2：1處，而且監(jiān)測(cè)斷面盡量靠近CEMS取樣斷面。

2 顆粒物、流速、煙溫的比對(duì)監(jiān)測(cè)

2.1 顆粒物的比對(duì)監(jiān)測(cè)

目前顆粒物的監(jiān)測(cè)CEMS法多采用光學(xué)法進(jìn)行分析采樣，對(duì)于脫硫后溫度低于露點(diǎn)的煙氣，煙氣中容易凝結(jié)水滴，增加了CEMS法測(cè)定的不確定度。這點(diǎn)在比對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中必須要注意，確保CEMS校驗(yàn)準(zhǔn)確無(wú)誤。

根據(jù)目前火電廠煙塵排放限值，大部分火電廠煙氣經(jīng)過(guò)靜電場(chǎng)除塵器、脫硫塔后煙塵排放濃度在50mg/m3左右。顆粒物的測(cè)量過(guò)程中，抽氣體積的不確定度是影響測(cè)量結(jié)果的主要因素[3]。顆粒物的采樣必須按照等速采樣的原則進(jìn)行，盡可能使用微電腦自動(dòng)跟蹤采樣儀，以保證等速采樣的精度，減少采樣誤差[4]。為了提高比對(duì)監(jiān)測(cè)時(shí)顆粒物的準(zhǔn)確度可適當(dāng)延長(zhǎng)采樣時(shí)間以提高采樣體積。

然而由于濕法脫硫?qū)е聼煔庵泻写罅康乃F，在顆粒物采樣時(shí)同時(shí)水霧也捕集在玻璃纖維濾筒中，導(dǎo)致濾筒浸濕，容易被抽破。這就需要現(xiàn)場(chǎng)采樣人員有豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，掌握合理的采樣時(shí)間，既要保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，又要能確保比對(duì)工作的順利進(jìn)行。一般情況可以根據(jù)儀器顯示的流量計(jì)前壓力來(lái)判斷濾筒阻力，在流量計(jì)前壓力顯示為-30KPa左右時(shí)，可以停止采樣或更換濾筒，這樣即可以保證顆粒物采樣的準(zhǔn)確度又能保護(hù)儀器設(shè)備。

另外由于煙氣濕度過(guò)大，在外界氣溫較低的情況下采樣，水蒸氣在采樣管及橡膠導(dǎo)管中冷凝，操作時(shí)應(yīng)注意防止冷凝水流向?yàn)V筒方向。由于煙氣濕度及酸性的特性，建議在目前現(xiàn)有的變色硅膠前面加一個(gè)裝有雙氧水的煙氣洗滌裝置，如圖1-1。這樣既可以延長(zhǎng)變色硅膠的使用時(shí)間，又能保護(hù)儀器設(shè)備，避免酸性氣體腐蝕儀器。實(shí)踐證明，一個(gè)立方米的采氣量，在緩沖瓶中約可以收集150-200ml左右的冷凝水，可以節(jié)省大量的變色硅膠。

根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223-2011中要求，自2014年7月1日起，現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐及燃?xì)廨啓C(jī)組表1規(guī)定的煙塵排放濃度，即煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)為30mg/m3。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)尚無(wú)針對(duì)低濃度顆粒物采樣和分析的技術(shù)規(guī)范，目前市場(chǎng)上已有儀器廠商或科研機(jī)構(gòu)在探索新方法，如將濾筒改為濾膜，采用大流量采樣等技術(shù)。迫切需要研究、制定測(cè)定低濃度顆粒物的手工方法及與之配套的儀器標(biāo)準(zhǔn)[5]。

2.2 流速、煙氣溫度的比對(duì)監(jiān)測(cè)

由于現(xiàn)在多數(shù)CEMS也是用皮托管法，該法與手工常規(guī)方法一致，缺點(diǎn)是易堵，需要不斷吹掃。對(duì)于不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的監(jiān)測(cè)斷面，通過(guò)加密點(diǎn)位的方法增加測(cè)量的準(zhǔn)確度。

煙氣溫度比對(duì)原理最簡(jiǎn)單，系統(tǒng)穩(wěn)定，一般沒(méi)有太多技術(shù)問(wèn)題。由于顆粒物、流速、溫度這三個(gè)參數(shù)是同步測(cè)試的，比對(duì)時(shí)間段的確定注意三個(gè)參數(shù)的時(shí)間一致性。

3 煙氣的比對(duì)監(jiān)測(cè)

3.1 二氧化硫的比對(duì)監(jiān)測(cè)

二氧化硫的監(jiān)測(cè)是一個(gè)重點(diǎn)也是一個(gè)難點(diǎn)，首先監(jiān)測(cè)過(guò)程中鍋爐的工況不可能完全一直穩(wěn)定，導(dǎo)致二氧化硫濃度變化幅度較大；其次是現(xiàn)在多數(shù)的煙氣都有濕法脫硫裝置，脫硫后的煙氣具有二氧化硫濃度低，濕度大的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響參比方法定電位電解法的測(cè)試；再次CEMS法采樣有 “延遲效應(yīng)”的影響，做到參比手工法與CEMS法真正意義“同時(shí)段”比較難。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)期間，生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)正常且穩(wěn)定運(yùn)行，可通過(guò)調(diào)節(jié)固定污染源煙氣凈化設(shè)備從而達(dá)到某一排放狀況，該狀況在測(cè)試期間應(yīng)保持穩(wěn)定。

對(duì)煙氣采樣器必須有加熱、除濕的預(yù)處理裝置。目前二氧化硫的測(cè)試方法已經(jīng)相當(dāng)成熟，煙氣預(yù)處理設(shè)備往往成為比對(duì)監(jiān)測(cè)成敗的關(guān)鍵。一般監(jiān)測(cè)人員往往重視儀器本身的傳感器的校準(zhǔn)，而忽略了預(yù)處理因素的影響。（1）煙氣在采樣管路中冷凝，導(dǎo)致二氧化硫溶解產(chǎn)生偏差[6]；（2）煙氣濕度較大，直接干擾傳感器的準(zhǔn)確度，嚴(yán)重的順壞儀器；（3）由于煙道負(fù)壓太大儀器抽氣泵的抽氣流速偏低，導(dǎo)致結(jié)果偏差。這些因素往往比較隱蔽，一般容易被監(jiān)測(cè)人員忽略。一個(gè)好的煙氣預(yù)處理裝置，必須具備除塵、除濕、全程伴熱功能。除塵能減少采樣管細(xì)小顆粒物在采樣管壁的沉降，從而避免水氣的凝結(jié)，減少二氧化硫的溶解，采樣管路全程伴熱能避免水氣凝結(jié)；被測(cè)氣體中的塵和水分容易在傳感器滲透膜表面凝結(jié)，影響其透氣性，進(jìn)而影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

由于CEMS的煙氣取樣管路一般都有幾十米長(zhǎng)，測(cè)試時(shí)應(yīng)充分考慮煙氣的“延遲效應(yīng)”。當(dāng)其伴熱管線較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)考慮CEMS系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，編制報(bào)告時(shí)比對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果應(yīng)與扣除響應(yīng)時(shí)間后時(shí)間段內(nèi)CEMS數(shù)據(jù)相比較[7]。如果工況足夠穩(wěn)定，就能最大限度的減少“延遲效應(yīng)”帶來(lái)的不確定度。

3.2 氮氧化物、含氧量的比對(duì)監(jiān)測(cè)

由于現(xiàn)在的儀器都是多個(gè)傳感器一體的，氮氧化物、含氧量的數(shù)據(jù)都是可以和二氧化硫的測(cè)試同步。在二氧化硫能確保準(zhǔn)確測(cè)量的前提下，這兩個(gè)參數(shù)比對(duì)監(jiān)測(cè)難度不大。氮氧化物比對(duì)監(jiān)測(cè)時(shí)需要注意參比法及CEMS法測(cè)量氮氧化物的原理：有些是測(cè)定NO濃度，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)轉(zhuǎn)化成氮氧化物濃度；有些是分別監(jiān)測(cè)NO、NO2濃度。注意檢查儀器轉(zhuǎn)化系數(shù)設(shè)置的正確。氧量的比對(duì)監(jiān)測(cè)，由于是百分比濃度，而且濃度穩(wěn)定，一般比對(duì)問(wèn)題不大。

4 比對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

CEMS數(shù)據(jù)的采集可以導(dǎo)出電子稿，或打印紙質(zhì)稿，整理監(jiān)測(cè)同時(shí)段數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)相應(yīng)時(shí)段內(nèi)的均值，與手工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)對(duì)。

用參比方法進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，顆粒物、流速、煙溫至少獲取5個(gè)該測(cè)試斷面的平均值，當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)技術(shù)主管部門每年不定期地對(duì)煙氣CEMS 技術(shù)性能指標(biāo)至少進(jìn)行一次比對(duì)監(jiān)測(cè)，但監(jiān)測(cè)樣品數(shù)量可相應(yīng)減少，監(jiān)測(cè)顆粒物、流速、煙溫等樣品數(shù)量至少3 對(duì)。

煙氣比對(duì)監(jiān)測(cè)前必須用適當(dāng)濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)監(jiān)測(cè)儀器傳感器進(jìn)行標(biāo)定，符合規(guī)定要求的儀器才能進(jìn)行比對(duì)監(jiān)測(cè)。用參比方法進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，氣態(tài)污染物和氧量至少獲取9 個(gè)數(shù)據(jù)，并取測(cè)試平均值與同時(shí)段煙氣CEMS 的分鐘平均值進(jìn)行準(zhǔn)確度計(jì)算。當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)技術(shù)主管部門每年不定期地比對(duì)監(jiān)測(cè)，抽檢氣態(tài)污染物樣品數(shù)量至少6 對(duì)。

比對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理根據(jù)HJ/T 75-2007中7.2項(xiàng)要求進(jìn)行計(jì)算，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目高、中、低濃度對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也有所不同，要注意區(qū)分。特別是當(dāng)氣態(tài)污染物濃度>250？mol/mol時(shí)，氣態(tài)污染物是計(jì)算“相對(duì)準(zhǔn)確度”，而不是“相對(duì)誤差”。還有含氧量也是計(jì)算相對(duì)準(zhǔn)確度。由于相對(duì)準(zhǔn)確度計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜、繁瑣，為了減少計(jì)算出錯(cuò)率及提高工作效率，可事先用EXCEL編輯好公式，直接輸入監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

5 小結(jié)

（1）鑒于目前很多現(xiàn)場(chǎng)CEMS安裝位置及手工監(jiān)測(cè)斷面大多不規(guī)范，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有條件下選擇最合適的監(jiān)測(cè)斷面；（2）適當(dāng)增加采樣點(diǎn)位，以增加顆粒物及流速測(cè)量的準(zhǔn)確性；（3）煙氣預(yù)處理裝置是影響煙氣監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵因素，煙氣預(yù)處理必須要有除塵、除濕、全程加熱功能。（4）CEMS同時(shí)段數(shù)據(jù)的采集與數(shù)理，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的“同步性”。

CEMS比對(duì)監(jiān)測(cè)需要不斷的學(xué)習(xí)，大膽實(shí)踐，敢于創(chuàng)新、及時(shí)總結(jié)有效的提高比對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確度，使比對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能更好的為環(huán)境管理服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：韓春（1981.01-），男，籍貫：江蘇常州，現(xiàn)職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：空氣和廢氣現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及管理。