向一銘

摘 要：本文綜述了煙氣排放連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）的氣態(tài)污染物（二氧化硫、氮氧化物）、煙氣參數(shù)（煙氣流速、含氧量、溫度、濕度）、顆粒物的監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀，分析了對不同污染物監(jiān)測的測定原理、技術(shù)特點、優(yōu)勢及缺點，為比對監(jiān)測準(zhǔn)確實施及CEMS在線管理提供一定的借鑒，同時實現(xiàn)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享，加強對數(shù)值的合理化管理，從而規(guī)范環(huán)保局對各企業(yè)的在線管理，為在線監(jiān)測整體水平提供有力的支持。

關(guān)鍵詞：CEMS 監(jiān)測技術(shù) 現(xiàn)狀

中圖分類號：X84 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（c）-0116-02

煙氣排放連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）是由氣態(tài)污染物監(jiān)測單元、顆粒物監(jiān)測單元、煙氣參數(shù)監(jiān)測單元、數(shù)據(jù)采集與處理單元傳輸組成。且通過連續(xù)采樣和分析（抽取法24h連續(xù)不斷監(jiān)測），測定煙氣中的氣態(tài)物濃度、顆粒物濃度、煙氣溫度、煙氣流速、煙氣壓力、煙氣濕度、煙氣含氧量等；同時通過計算得到污染物的濃度和排放總量。而CEMS比對監(jiān)測是保證污染源自動監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的有效措施和方法。本文結(jié)合煙氣排放連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）中各監(jiān)測單元的測定原理，對CEMS的氣態(tài)污染物、煙氣參數(shù)、顆粒物的監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，為比對監(jiān)測準(zhǔn)確實施及CEMS在線管理提供一定的借鑒。

1 CEMS氣態(tài)污染物測量技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 直接測量法

直接測量法分二種：電化學(xué)法和差分吸收光譜法，主要是由直接安裝在煙道上的煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)對煙氣進(jìn)行實時的測量。電化學(xué)法是將煙氣傳感器安裝在探頭端部，探頭直接插入煙道，使用電化學(xué)或光電傳感器測量小范圍內(nèi)的污染物濃度（相當(dāng)于點測量）。而差分吸收光譜法是傳感器和探頭直接安裝在煙道或管道上，利用煙氣的特征光譜（紅外/紫外/差分吸收）對污染物進(jìn)行分析并測量污染物的濃度（相當(dāng)于線測量）。目前直接測量的技術(shù)主要是紫外波段的差分吸收光譜技術(shù)（DOAS）、可協(xié)諧調(diào)半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）、差分吸收激光技術(shù)。

直接測量法的特點是系統(tǒng)簡單，既沒有采樣預(yù)處理裝置，也沒有采樣管線，避免了被測煙氣會被前端干擾或破壞，同時可以避免組分之間的干擾，其監(jiān)測數(shù)值響應(yīng)速度快，且為實時數(shù)值，具有代表性。并且其測量精度高，可以用于低濃度數(shù)值的測量。其缺點是該方法受到煙氣溫度壓力等因素的限制，需要經(jīng)常進(jìn)行修正，使用維護不是很方便，而且由于存在水分和振動等因素的干擾，測量精度會很低。由于系統(tǒng)直接安裝在煙道上，很難實現(xiàn)線性標(biāo)定。且因系統(tǒng)安裝在煙道上，分析儀表與未經(jīng)過預(yù)處理的煙氣直接接觸，很容易遭到煙氣的腐蝕以及煙氣中雜質(zhì)的堵塞，從而影響系統(tǒng)的正常運行。在我國已安裝的煙氣連續(xù)監(jiān)測設(shè)備中，使用直接測量法的較少，約有5%[1]。

1.2 直接抽取法

直接抽取法是采用專門的加熱探頭將煙氣從煙道內(nèi)抽取出來，煙氣經(jīng)過溫度為120-130的伴熱管線，然后經(jīng)過系統(tǒng)的預(yù)處理進(jìn)行除塵、除水等步驟，最后進(jìn)入氣態(tài)物分析儀進(jìn)行氣體檢測分析。現(xiàn)階段常用的直接抽取法法主要分為二種：稀釋采樣法、完全抽取法。

（1）稀釋采樣法。

稀釋采樣法：是根據(jù)直接抽取的方法，用干凈的空氣將煙氣稀釋至可以直接測量的干煙氣，而后通入氣態(tài)物分析儀進(jìn)行測量。二氧化硫采用的是紫外熒光法測量、氮氧化物采用的是化學(xué)發(fā)光法測量。由于零氣的預(yù)處理在前，消除了空氣中水分對測量的干擾，無須加熱和保溫，大大減少了維護量，后期的煙氣監(jiān)測采用國際通用的物理光譜測試技術(shù)，監(jiān)測精度高，實時性好，因而被列為美國EPA的優(yōu)選方法。此種方法目前安裝比例大約占25.5%。

其優(yōu)點是系統(tǒng)的采氣量較小，不受煙氣溫度的限制，連續(xù)運行時間長，測量準(zhǔn)確度高，可全程標(biāo)定，采樣管線無需進(jìn)行加熱及除濕，可防止在氣體傳輸及測量過程中出現(xiàn)水分凝結(jié)和管路堵塞的現(xiàn)象。其缺點為系統(tǒng)復(fù)雜，尤其是采樣探頭系統(tǒng)，對維護人員的要求較高；煙氣經(jīng)過稀釋，需采用精度較高的分析儀器進(jìn)行測量，因此對分析儀的要求較高；煙氣經(jīng)過稀釋，會造成檢測的靈敏度降低，系統(tǒng)測量誤差變大，不適宜低濃度的煙氣測量；煙氣經(jīng)過稀釋，因需要高純度氣體對氣體過濾要求較高，需經(jīng)常更換氣體過濾裝置，使得耗材及維護量增多[2]。

（2）完全抽取法。

完全抽取法是最經(jīng)典的煙氣自動監(jiān)測方法，煙氣通過采樣探頭與加熱管線進(jìn)入系統(tǒng)預(yù)處理，再通過冷凝器、干燥器，進(jìn)入氣態(tài)物分析儀進(jìn)行測試，二氧化硫、氮氧化物的測量方法主要采用紅外光譜法、紫外光譜法、熱導(dǎo)法。煙氣采樣過程需全程加熱，進(jìn)入系統(tǒng)預(yù)處理后需立刻冷凝，對系統(tǒng)所有設(shè)備的質(zhì)量要求較高，儀器維護的工作量較多，整個系統(tǒng)造價成本偏高。完全抽取法又可分為冷干法和熱濕法，其主要區(qū)別在于冷干法測量的氣態(tài)污染物無水分，而熱濕法測量的氣態(tài)污染物含水分，所以冷干法氣態(tài)污染物濃度為干基值，熱濕法氣態(tài)污染物濃度為濕基值。在我國冷干法被廣泛的應(yīng)用約占測量設(shè)備的90%，其測量原理主要是非分散紅外技術(shù)。其他還有紅外分析、化學(xué)發(fā)光分析、紫外熒光分析等技術(shù)。

其優(yōu)點是具有很強的適應(yīng)性，可以分析各類煙氣組分的氣體，在各個污染行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用；該方法對煙氣進(jìn)行預(yù)處理后，煙氣比較干凈，對分析儀器的污染較小，不會損壞分析儀器，整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性較高，便于長期運行，且后期維護成本較低、維護量較少；該方法的分析儀器均在專門的監(jiān)測小室內(nèi)，安裝了空調(diào)，長期室溫環(huán)境，保證了分析儀器的工作環(huán)境，延長了分析儀器的使用壽命。其缺點為因采樣探頭與煙氣長時間接觸，采樣探頭容易腐蝕，且煙氣中的水分和粉塵會附在采樣探頭上，造成采樣探頭堵塞，更有甚者會造成伴熱管堵塞，從而影響氣體的抽取；因分析儀器對經(jīng)過預(yù)處理的煙氣要求較高，需去除水分和粉塵，所以必須有一套完整的加熱、除水、除塵、冷凝系統(tǒng)，煙氣經(jīng)過的管理接頭較多，容易出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，從而影響測量；由于該方法預(yù)處理系統(tǒng)復(fù)雜，且分析儀器精度較高，一套完整的煙氣測量系統(tǒng)造價較高，投資成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他系統(tǒng)[3]。

2 CEMS煙氣參數(shù)測量技術(shù)現(xiàn)狀

（1）煙氣流速。流速測量分為皮托管式測量、熱導(dǎo)式測量、超聲波法測量。皮托管式測量主要是測量煙氣的總壓和靜壓，計算煙氣差壓，依照伯努利方程，得出煙氣流速。通常使用的皮托管式測量有S型和L型二種。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，易于維護，運行可靠，缺點是容易產(chǎn)生堵塞。大部分煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)大部分采用的就是皮托管式測量，主流產(chǎn)品是羅斯蒙特流量計。

（2）煙氣含氧量。煙氣含氧量是作為判斷鍋爐燃燒時過?？諝馐欠裣♂専煔鉂舛鹊闹匾笜?biāo)，也是對濃度進(jìn)行折算時的重要依據(jù)。煙氣含氧量測量方法主要是氧化鋯法和氧電池電化學(xué)法。氧化鋯法是利用二氧化鋯在高溫時的電解催化作用，形成煙氣一側(cè)的電極和與含有氧氣的標(biāo)準(zhǔn)氣體（通常為空氣）接觸的參考電極產(chǎn)生電位的不同，從而測量出煙氣中的含氧量。一般測量探頭壽命約為1～2年，且測量的含氧量數(shù)值為濕氧數(shù)值。而氧電池電化學(xué)法運用的是電化學(xué)傳感器原理，一般使用壽命是1～3年，且測量的含氧量數(shù)值為干氧數(shù)值。目前，煙氣含氧量的測量技術(shù)較為成熟，存在的問題較小。

（3）煙氣溫度。主要采用的是鉑電阻溫度傳感器PT100，溫度大致為-200℃～650℃電阻約為100歐姆，并配合-50℃～350℃量程的溫度變送器進(jìn)行測量。

（4）煙氣濕度。濕度測量一般有干濕球法，濕度傳感器法，紅外吸收法等。由于濕度只是用于計算干基值和濕基值的轉(zhuǎn)換，目前在CEMS的技術(shù)要求規(guī)范中，沒有嚴(yán)格地對濕度的連續(xù)自動監(jiān)測作出特定要求，所以可采用手工測量其數(shù)值，并輸入儀器采用特定值得方法[4]。

3 CEMS顆粒物（煙塵）測量技術(shù)現(xiàn)狀

煙塵測量方法主要有BETA射線法、光學(xué)投射法、后散射法、電荷法等[5]。

BETA射線法是目前唯一一種抽取式在線煙塵濃度測量儀，它是利用顆粒物在紙帶上堆積使紙帶產(chǎn)生的密度變化，從而造成BTEA射線的衰減，測量顆粒物的濃度。其技術(shù)特點是能夠直接測量顆粒物的質(zhì)量濃度，不受顆粒物特性影響水分影響，但抽取方式困難，較多應(yīng)用于環(huán)境空氣，不易應(yīng)用于工業(yè)廢氣。

光學(xué)投射法主要是測試光束含有煙塵的煙氣時，光強因煙塵的吸收和散射作用而減弱，通過測定光束通過煙氣前后的光強比值來定量煙塵濃度。其技術(shù)特點是可以連續(xù)監(jiān)測顆粒物濃度，但會因振動等因素發(fā)生光路偏移，容易受煙氣污染，需定期維護，不適合低濃度監(jiān)測。

后散射法基于煙塵粒子的背向散射原理，用于對固定污染源顆粒物進(jìn)行在線連續(xù)測量。其原理是經(jīng)過調(diào)制的激光或紅外平行光束射向煙氣時，煙氣中的煙塵對光向所有方向散射，經(jīng)煙塵散射的光強在一定范圍內(nèi)與煙塵濃度成比例，通過測量散射光來定量煙塵濃度。其技術(shù)特點是易安裝，方便維護，但受水分影響。

電荷法是煙氣和煙塵在與探頭探桿摩擦?xí)r所產(chǎn)生的電荷傳遞，由此所產(chǎn)生的電荷差，被監(jiān)測儀監(jiān)測到，通過計算電荷差，得到煙氣濃度。其技術(shù)特點是適合于檢測濾袋泄露，但監(jiān)測因子較多，定量不太可靠。

4 結(jié)語

通過研究和了解CEMS系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀，促進(jìn)環(huán)保管理和監(jiān)測部門對企業(yè)在線監(jiān)測的質(zhì)量管理，可根據(jù)CEMS氣態(tài)污染物、煙氣參數(shù)、顆粒物的不同監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，為企業(yè)CEMS穩(wěn)定運行提供有益的建議或幫助，同時為日常比對監(jiān)測和管理提供技術(shù)支持，積累更多的經(jīng)驗。為在線數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，環(huán)保管理部門的監(jiān)管行，設(shè)備儀器整體的使用性，提供合理的依據(jù)，有效的更正以及行之有效的解決途徑。

參考文獻(xiàn)

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[3] 鄒正偉，董文嫻.直接抽取采樣法CEMS的測量誤差分析.[J]電力科技與環(huán)保，2009，25（6）：68-72.

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[5] 萬亨.煙氣脫硫脫硝中煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用介紹與分析[J].能源環(huán)境保護，2010，24（6）：57-60.