全程校準CEMS氮氧化物在線監(jiān)測系統(tǒng)

煙氣排放是環(huán)境監(jiān)測的重要組成部分，直接關(guān)系到空氣質(zhì)量和生態(tài)健康。為了滿足環(huán)保要求，煙氣CEMS在線監(jiān)測系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)過程，實時監(jiān)測和監(jiān)控?zé)煔馀欧?。然而，在實際運行中，煙氣CEMS在線監(jiān)測系統(tǒng)可能會遇到各種問題。本文將匯總并分析這些常見問題，同時提出相應(yīng)的規(guī)范要求和核查方法，以保障系統(tǒng)的正常運行和數(shù)據(jù)的準確性。
采樣和預(yù)處理單元




1.1采樣點位



常見問題1：

流速和顆粒物采樣點位于煙道彎頭、閥門、變徑管處、彎道或前后直管段不足。

影響：

這些位置流場不穩(wěn)定，流速和顆粒物濃度無規(guī)律劇烈波動。

規(guī)范要求：

1.應(yīng)優(yōu)先選擇在垂直管段和煙道負壓區(qū)域。

2.距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于4倍煙道直徑，距上述部件上游方向不小于兩倍煙道直徑處（HJ/T75—2007）。

核查方法：

現(xiàn)場觀察。

備注：采樣點位對氣態(tài)污染物的影響較小，但也應(yīng)盡量滿足HJ/T75—2007規(guī)范中“距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于兩倍煙道直徑，以及距上述部件上游方向不小于0.5倍煙道直徑處”的要求。

常見問題2：

采樣點設(shè)置在凈煙道，但旁路煙道未安裝煙氣流量和煙溫監(jiān)測裝置。

影響：

旁路開啟情況無法有效監(jiān)控。

規(guī)范要求：

1.固定污染源煙氣凈化設(shè)備設(shè)置有旁路煙道時，應(yīng)在旁路煙道內(nèi)安裝煙氣流量連續(xù)計量裝置（HJ/T75—2007）。

2.應(yīng)在旁路煙道加裝煙氣溫度和流量采樣裝置（環(huán)辦〔2009〕8號）。

核查方法：

1.現(xiàn)場觀察旁路煙道是否安裝了流量和煙溫測量裝置。

2.開啟旁路，觀察DCS和CEMS上流量和煙溫變化情況，凈煙道流量應(yīng)下降，旁路流量應(yīng)上升，旁路煙溫應(yīng)接近原煙氣溫度。

備注：目前，許多燃煤電廠不設(shè)旁路或已取消旁路，不存在此問題。但燒結(jié)機脫硫等仍設(shè)有旁路，需予以關(guān)注。

常見問題3：

參比方法采樣孔設(shè)置在CEMS采樣孔上游，或距離CEMS采樣孔較遠。

影響：

測定結(jié)果可比性差。

規(guī)范要求：

在煙氣CEMS監(jiān)測斷面下游應(yīng)預(yù)留參比方法采樣孔，采樣孔數(shù)目及采樣平臺等按《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》要求確定，以供參比方法測試使用。在互不影響測量的前提下，應(yīng)盡可能靠近（HJ/T75—2007）。

核查方法：

現(xiàn)場觀察。

備注：參比方法采樣孔與CEMS采樣孔距離一般控制在1米以內(nèi)。

常見問題4：

顆粒物采樣孔設(shè)在氣態(tài)污染物采樣孔的上游。

影響：

顆粒物監(jiān)測時需連續(xù)吹掃，吹掃空氣會使氣態(tài)污染物被稀釋，監(jiān)測結(jié)果偏低。

核查方法：

現(xiàn)場觀察。

備注：采樣孔的正確布置順序為：沿?zé)煔饬鲃臃较?，依次布置氣態(tài)污染物、溫度壓力流速、顆粒物采樣孔。相互距離不小于0.5米。

1.2采樣管路

常見問題1：

1.采樣管線未全程伴熱。

2.采樣探頭加熱溫度或采樣管線伴熱溫度不足。

影響：

導(dǎo)致采樣管內(nèi)煙氣溫度低于露點，水汽結(jié)露，二氧化硫溶于水中，加大測量誤差，使測定結(jié)果偏低

核查方法：

1.觀察采樣管線，是否全程伴熱。

2.用手觸碰采樣管線，感覺是否有溫度異常偏低的部分。

3.檢查采樣管兩端，恒功率伴熱管是否預(yù)留1米伴熱帶。

4.檢查探頭加熱溫度（溫度顯示儀表在采樣探頭旁或分析儀機柜內(nèi)），一般加熱溫度不低于160℃。

5.檢查伴熱管伴熱溫度（溫度顯示儀表在分析儀機柜內(nèi)），一般伴熱溫度不低于120℃。

備注：

1.只有完全抽取法（包括熱濕法和冷干法）儀器使用伴熱管。稀釋抽取法不需要伴熱，但探頭需要加熱。

2.采樣探頭加熱溫度和伴熱管伴熱溫度需根據(jù)煙氣露點溫度確定，必須保證能夠?qū)煔饧訜岬铰饵c溫度以上。對垃圾焚燒尾氣等露點溫度較高的煙氣，采樣探頭加熱溫度和伴熱管溫度宜設(shè)置更高的溫度，一般不低于180℃。

3.根據(jù)對某型伴熱管實際試驗，裸露管段長在30厘米時，煙氣溫度降低可達70℃左右；裸露管段長在60厘米時，可達90℃左右。也就是說，裸露管段長度超過60厘米時，煙氣溫度已經(jīng)降低至接近室溫。在此過程中，將產(chǎn)生大量冷凝水，吸收煙氣中的二氧化硫，使測定結(jié)果偏低。在二氧化硫濃度較低時，對測定結(jié)果的影響更大（如普通濕法脫硫煙氣濃度低于50ppm時，二氧化硫損失率可達10%甚至更高）。因此，在安裝過程中，應(yīng)盡量縮短采樣管裸露管段的長度。


常見問題2：



采樣管形成U型管段。



影響：



冷凝水易蓄積在U型管段，加大測量誤差，使氣態(tài)污染物測定結(jié)果偏低。



核查方法：



現(xiàn)場觀察。



1.3預(yù)處理



常見問題1：



顆粒物測量儀鏡片、氣態(tài)污染物采樣探頭、皮托管探頭未正常反吹。



影響：



不正常反吹將導(dǎo)致顆粒物測試儀鏡片污染，使?jié)舛绕?；氣態(tài)污染物采樣探頭和皮托管探頭堵塞，數(shù)據(jù)異常，嚴重時設(shè)備無法運行。



核查方法：



1.觀察平臺上顆粒物測量儀反吹風(fēng)機葉片是否轉(zhuǎn)動，聽風(fēng)機是否有運轉(zhuǎn)的聲音，用手感覺風(fēng)機是否振動，判斷風(fēng)機是否正常運行。



2.觀察平臺上氣態(tài)污染物探頭和皮托管探頭反吹管是否正常連接，平臺上反吹氣閥門是否打開。



3.觀察監(jiān)測站房內(nèi)或平臺上反吹氣源壓力表，壓力一般在0.4~0.7MPa。



備注：



1.需反吹的部件包括3個：顆粒物測量儀鏡片、氣態(tài)污染物采樣探頭、皮托管探頭。



2.顆粒物測量儀鏡片采用連續(xù)反吹。



3.氣態(tài)污染物采樣探頭、皮托管探頭為脈沖式反吹，反吹周期一般為4~8小時，每次反吹時間為2~5分鐘。



4.氣態(tài)污染物探頭反吹時，二氧化硫和氮氧化物濃度降低，氧含量增高。



5.皮托管全壓反吹時，壓力顯示為滿量程。靜壓反吹時，壓力顯示為零。



6.目前一般均對反吹時數(shù)據(jù)進行了屏蔽。如屏蔽，在CEMS和DCS歷史數(shù)據(jù)中查詢分鐘數(shù)據(jù)時，可觀察到反吹期間濃度、流速保持一固定值（如前5分鐘均值）。如未屏蔽，可觀察到有二氧化硫和氮氧化物濃度、流速（靜壓反吹）周期性波谷，氧含量、流速（全壓反吹）周期性波峰。



7.反吹氣源一般由監(jiān)測站房內(nèi)的空壓機提供，壓縮空氣經(jīng)管路輸送至平臺后分3路，分別供給顆粒物測量儀鏡片、氣態(tài)污染物采樣探頭、皮托管探頭進行反吹。



部分企業(yè)有自備氣源，不需配備空壓機。部分顆粒物測量儀鏡片吹掃由平臺上風(fēng)機直接反吹。反吹氣源壓力在0.4~0.7MPa。



常見問題2：



氣態(tài)污染物采樣探頭內(nèi)濾芯、預(yù)處理機柜內(nèi)濾芯長期未更換，導(dǎo)致濾芯失效。



影響：



濾芯堵塞，導(dǎo)致采樣流量降低，嚴重時設(shè)備無法運行。



規(guī)范要求：



一般不超過3個月更換一次采樣探頭濾芯（HJ/T76—2007）。



核查方法：



1.查看氣態(tài)污染物采樣探頭濾芯表面是否粉塵過大。



2.查看機柜濾芯是否變形、變色，表面有無大量粉塵。



備注：被測氣體進入分析儀表前，需過濾去除粉塵和水蒸氣，依次為：氣態(tài)污染物采樣探頭內(nèi)的陶瓷或不銹鋼過濾器，預(yù)處理機柜內(nèi)1~2處過濾器。正常情況下，分析儀采樣流量一般在1~2L/分鐘。



常見問題3：



1.冷凝器冷凝溫度過高或過低。



2.冷凝溫度不穩(wěn)定。



影響：



1.冷凝溫度過高，導(dǎo)致煙氣中的水分不能充分析出，分析儀表損壞。



2.冷凝溫度過低，尤其在低于0℃時，可能會導(dǎo)致冷凝管排水口結(jié)冰，無法正常排水。



核查方法：



1.查看冷凝器上的顯示溫度，一般冷凝溫度應(yīng)在3~5℃。



2.觀察抽氣泵，如果除濕不好，抽氣泵易腐蝕。



備注：完全抽取法測量氣態(tài)污染物一般包括冷干法和熱濕法兩類，國內(nèi)應(yīng)用的主要是冷干法儀器。只有冷干法儀器才需要使用冷凝器，目的是使煙氣中的水分迅速結(jié)露冷凝析出。熱濕法儀器和稀釋法儀器不需要冷凝器。



常見問題4：



1.冷凝器排水蠕動泵泵管老化。



2.蠕動泵損壞。



3、蠕動泵泄漏。



影響：



冷凝水無法正常排出，嚴重時導(dǎo)致冷凝器不能正常工作。



規(guī)范要求：



每3個月至少檢查一次氣態(tài)污染物CEMS的過濾器、采樣探頭和管路的結(jié)灰和冷凝水情況、氣體冷卻部件、轉(zhuǎn)換器、泵膜老化狀態(tài)（HJ/T75—2007）。



核查方法：



1.查看蠕動泵電機是否按標識方向轉(zhuǎn)動，觀察蠕動泵管是否有水柱順利排出。



2.查閱運維記錄，檢查是否定期更換蠕動泵管（一般3個月至少更換一次）。



3.將蠕動泵管拆卸下來，觀察其是否有裂紋、能否恢復(fù)原狀。如拆卸后不能恢復(fù)原狀、泵管表面有裂紋，則需要更換。

分析單元




目前，國家標準中僅規(guī)定了調(diào)試檢測期間判定CEMS是否合格的技術(shù)指標，定期校準、定期校驗以及不定期比對監(jiān)測期間判定數(shù)據(jù)是否失控的技術(shù)指標，但未明確日常檢查中判定CEMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否準確的方法和技術(shù)指標。在日常檢查中，受時間、設(shè)備等限制，一般不采用參比方法對氣態(tài)污染物進行比對監(jiān)測，而是參考HJ/T76—2007第5.8.2條“氣態(tài)污染物CEMS（含O2或CO2）主要技術(shù)指標”作為判定標準，即：相對誤差不超過±5%，響應(yīng)時間不大于200秒，零點漂移和量程漂移不超過滿量程的±2.5%。對顆粒物和流速準確性的判定，必須采用參比方法，在日常檢查時一般不具備比對監(jiān)測的條件。因此，檢查重點應(yīng)放在設(shè)備實際狀況。對顆粒物，重點檢查光路是否準直、光學(xué)鏡面是否清潔、安裝位置是否劇烈振動；對流速/流量，重點檢查安裝位置是否合理、探頭是否堵塞。



在用參比方法測定二氧化硫時，要注意一氧化碳對測定儀器的干擾。試驗表明，一氧化碳對電化學(xué)原理測定二氧化硫的儀器有較大程度的正干擾，對CEMS系統(tǒng)基本無影響。用國內(nèi)某型電化學(xué)法儀器和國外某型光學(xué)法儀器進行比對，煙氣中4000ppm一氧化碳會對電化學(xué)二氧化硫產(chǎn)生606mg/m3正干擾，8000ppm一氧化碳會對電化學(xué)二氧化硫產(chǎn)生1170mg/m3正干擾。鋼鐵廠、焦化廠煙氣中一氧化碳濃度在5000ppm以上，垃圾焚燒廢氣一氧化碳含量在3000ppm左右，在二氧化硫比對監(jiān)測時，應(yīng)注意一氧化碳的干擾。



常見問題1：



儀器未及時進行校準或校驗。



影響：



測量誤差增大，降低儀器準確度，嚴重時儀器精度無法滿足標準要求。



規(guī)范要求：



對現(xiàn)有儀器，一般應(yīng)該滿足：



1.零點校準：氣態(tài)污染物（二氧化硫、氮氧化物和氧）24小時一次；顆粒物和流速每3個月一次。



2.跨度校準：氣態(tài)污染物（二氧化硫、氮氧化物和氧）15天一次；顆粒物和流速每3個月一次。



3.全系統(tǒng)校準：抽取式氣態(tài)污染物CEMS每3個月至少進行一次全系統(tǒng)校準，要求零氣和標準氣體與樣品氣體通過的路徑（如采樣探頭、過濾器、洗滌器、調(diào)節(jié)器）一致，進行零點和跨度、線性誤差和響應(yīng)時間的檢測。



4.定期校驗：每6個月一次（HJ/T75—2007）。



核查方法：



1.對氣態(tài)污染物，現(xiàn)場測定零點漂移和跨度漂移，應(yīng)不超過±2.5%F.S.。



2.如零點漂移和跨度漂移符合要求，則用接近被測氣體濃度的標準氣體進行全系統(tǒng)檢驗，誤差不超過±5%。



3.查看CEMS或DCS中校準和校驗期間的歷史數(shù)據(jù)，如未屏蔽，則應(yīng)能夠找到相應(yīng)的濃度值。如已屏蔽，則應(yīng)保持一固定值。



備注：跨度漂移即為量程漂移。



常見問題2：



量程設(shè)置過高或過低。



影響：



1.量程設(shè)置過高，測量的煙氣實際濃度遠低于測量量程時（如低于20%），可能導(dǎo)致測量誤差過大，影響數(shù)據(jù)的準確性。



2.量程設(shè)置過低，煙氣實際濃度超過量程上限時，測量數(shù)據(jù)無效，排放情況無法得到有效監(jiān)控。



核查方法：



1.查閱儀表歷史數(shù)據(jù)，觀察污染物實際排放濃度范圍。



2.通常，實際排放濃度應(yīng)該在量程的20～80%范圍內(nèi)。



3.如實際排放濃度低于量程的20%，通入與實際排放濃度接近的標準氣體進行測定，相對誤差應(yīng)不超過±5%。



4.觀察歷史數(shù)據(jù)中是否經(jīng)常發(fā)生超出儀器量程范圍的數(shù)據(jù)。



常見問題3：



采用修改測量儀器標準曲線的斜率和截距、不正確設(shè)置校準系數(shù)、設(shè)定數(shù)據(jù)上下限等方式，對測定數(shù)據(jù)進行修飾。



影響：



人為作假，數(shù)據(jù)不真實。



核查方法：



分別用低、中、高濃度的標準氣體進行全系統(tǒng)檢驗，誤差不超過±5%。



常見問題4：



標氣實際濃度與儀器設(shè)定的標氣濃度不一致。



影響：



1.如果標氣實際濃度低于儀器設(shè)定濃度，將使實際測定濃度接近等比例增高。



2.如果標氣實際濃度高于儀器設(shè)定濃度，將使實際測定濃度接近等比例降低。如儀器設(shè)定的標氣濃度為1000ppm，但標氣的實際濃度為2000ppm，實際濃度為500ppm，則測定結(jié)果將顯示為250ppm。



核查方法：



1.使用自備標準氣體進行測定，相對誤差應(yīng)不超過±5%。



2.使用快速測定儀或?qū)F(xiàn)場標氣帶回實驗室測定，其濃度應(yīng)與儀器設(shè)定的標氣濃度一致。

為確保工業(yè)煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)的準確性和可靠性，以下是一些關(guān)鍵的技術(shù)規(guī)范與標準：



準確性：監(jiān)測系統(tǒng)的測量結(jié)果應(yīng)準確可靠，誤差控制在允許范圍內(nèi)。系統(tǒng)應(yīng)滿足國家和地方法規(guī)對排放濃度的要求，確保測量結(jié)果的準確性和可比性。

穩(wěn)定性：系統(tǒng)應(yīng)具有穩(wěn)定的性能，能夠長時間運行而不出現(xiàn)故障。各組成部分應(yīng)具備良好的穩(wěn)定性和可靠性，確保系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

實時性：系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崟r反映廢氣排放狀況，為企業(yè)提供及時的數(shù)據(jù)支持。通過實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，企業(yè)可以及時調(diào)整生產(chǎn)工藝和設(shè)備，降低污染物排放。

可靠性：系統(tǒng)應(yīng)具有高可靠性，能夠抵御各種環(huán)境因素的影響。在惡劣的工作環(huán)境下，系統(tǒng)仍能保持穩(wěn)定運行，提供準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

易用性：系統(tǒng)應(yīng)易于操作和維護，方便企業(yè)使用。通過簡化操作流程和提供直觀的用戶界面，降低操作人員的技術(shù)門檻，提高系統(tǒng)的易用性。



三、校準和質(zhì)量控制



為確保監(jiān)測系統(tǒng)的準確性和可靠性，系統(tǒng)應(yīng)具備校準和質(zhì)量控制的功能。定期進行校準和驗證，確保測量結(jié)果的準確性和可靠性。此外，系統(tǒng)還應(yīng)具備自動校準和故障診斷功能，及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)設(shè)備故障，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。



四、數(shù)據(jù)報告和記錄



監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)能夠生成完整的監(jiān)測報告和記錄，包括監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、校準記錄等。這些數(shù)據(jù)和記錄對于評估系統(tǒng)性能、查找問題原因以及制定改進措施具有重要意義。同時，數(shù)據(jù)報告和記錄也有助于滿足法規(guī)要求，為企業(yè)提供合規(guī)證明。

CEMS系統(tǒng)概述

火電廠在燃燒煤炭時所排放出的煙氣污染物中含粉塵、二氧化硫、氮氧化物，而 CEMS 系統(tǒng)可以根據(jù)上述污染物排放濃度和總量連續(xù)不斷地進行全天24小時的監(jiān)測。迄今為止，在超低排放政資實施的大背景下，社會上的絕大多數(shù)火電廠正在加速內(nèi)部超低排放系統(tǒng)的構(gòu)建，而煙氣在線監(jiān)測 CEMS 系統(tǒng)在其中是不可缺少的一項專用設(shè)備。


二、應(yīng)用與研究

1、對冷干直抽法 CEMS 的研究

典型的冷干直抽法取樣和預(yù)處理部分包括取樣探頭、取樣伴熱管線、過濾、除濕系統(tǒng)和取樣泵等部分，其目的是給分析儀器提供連續(xù)的潔凈(除塵)、干燥(除濕)、常溫樣氣，確保分析儀長期連續(xù)穩(wěn)定、準確可靠、少維護地協(xié)調(diào)運行，并延長其使用壽命。而作為火電廠超低排放監(jiān)測系統(tǒng)冷干直抽法 CEMS 除濕系統(tǒng)的主要作用是把煙氣中的水蒸氣給去除?，F(xiàn)階段普遍使用的是冷卻除濕法，冷卻除濕法需要在很短的時間內(nèi)將水蒸氣冷凝，從而避免煙氣和冷凝水接觸(但它的機理造成了冷凝水和 SO2 必然發(fā)生接觸)。為l防止冷凝水結(jié)冰，其冷凝的溫度一般來說維持在 3~5℃即可，冷卻除濕法的主要形式為電子制冷和壓縮機制冷。冷干直抽法 CEMS 預(yù)處理系統(tǒng)的最主要的一個目的就是除濕。煙氣在冷凝時會有冷凝水產(chǎn)生(普通熱電廠的水含量為 8~15%)。但如果伴熱管線加熱效果下降，有冷凝水析出,或冷凝器制冷效果不好，樣氣中的水份未被分離而析出;或冷卻儀的冷凝水蟠動泵管老化，致使冷凝水未能及時排出而被樣氣攜帶進入后續(xù)管道或儀器:另外在低溫度比較低的情況下(冷凝器中)，SO2 的溶解度升高，低量程的 SO2 會溶解入冷凝水而造成監(jiān)測分析的數(shù)據(jù)變小，甚至為零。

2、 應(yīng)用改進

面對在高濕、低量程必定 發(fā)生二氧化硫溶入冷凝水的問題，目前為止存在兩種方法可以規(guī)避或控制:(1)加注磷酸法，源自德國的煙氣在線監(jiān)測預(yù)處理系統(tǒng),供應(yīng)商考慮采用在整個伴熱管線或在冷凝器中加注磷俊的方法來控制 ,NO<1000mg/Nm及 SO2<900mg/Nm 范圍內(nèi)二氧化硫在冷凝水中的溶解問題。機理是通過磷酸在水中電離出的 H離子，阻止 SO2 與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進而生成 HSO2，最大程度確保只有最少量的 二氧化硫落入冷凝水中。2Nafion 干燥管除濕法，通過 Nafion 膜選擇性氣態(tài)除濕的方式來從根本上解決冷凝水析出的問題，并且保留煙氣中低量程的 SO2、NOX和 O2，有效確保分析的精確度和準確率。由于 Nafion干燥管沒有機械運動部件，氣態(tài)除濕且無冷凝水析出，因而與冷凝器相比具有明顯的優(yōu)勢。