CEMS比對監測現場監測技術要點探討

摘 要：鑒于固定污染源煙氣排放連續監測系統比對監測在國家重點監控企業污染源自動監測數據有效性審核中的重要性，就實際比對監測過程中遇到的問題，提出了需要注意的事項，分析了關鍵的比對監測技術要點，提高比對結果的準確度，使比對監測數據能更好的為環境管理服務。

關鍵詞：比對監測；固定污染源；CEMS

近十年來，我國污染源自動監測設備的建設發展迅速，取得了長足的進展，在環境管理和總量減排中發揮了應有的作用。根據《污染源自動監控管理辦法》（國家環保總局令第28號）和《國家重點監控企業污染源自動監測數據有效性審核辦法》要求，必須對固定污染源煙氣排放連續監測系統（Continuous Emissions Monitoring Systems，以下簡稱CEMS）進行比對監測。

由于國家對CEMS有明確的技術要求及檢測方法標準，所以比對監測的任務、要求相對來說是明確的、清晰的；但由于CEMS儀器本身的復雜性，煙氣在線監測工作條件要求高?，F場比對監測任務相對較重、較辛苦，需要投入的監測力量和資金相對較高，是影響CEMS系統比對監測工作有效開展的重要障礙。如果不在監測過程中嚴加控制，監測結果容易受到影響。根據實際監測工作中的經驗分析監測過程中較容易產生影響的因素，并針對這些因素特點探討其對應的解決途徑和方法。

1 CEMS安裝位置及比對斷面要求

一個合理的、符合技術規范要求的比對監測斷面，是比對監測能順利進行的前提與關鍵。這就對我們監測人員提出了更高的要求，要在現有的條件下將CEMS安裝在最合理的位置；在現有的條件下將數據測得更準確。

CEMS的安裝位置有嚴格的要求，根據HJ/T 75-2007中要求，總的來說要能保證“前4后2”的直煙道，即“對于顆粒物CEMS，應設置在距彎頭、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]”；而對于參比方法，其監測斷面要求更加嚴格，根據GB/T16157-1996中要求，更是要求有“前6后3”的直煙道[2]。

但實際現場情況幾乎沒有能完全滿足CEMS安裝位置以及手工比對監測斷面的要求，企業在煙道的設計上往往是從材料成本及阻力損失等方面考慮，而不會從環保監測的角度去刻意設計一個較長、較直的煙道。這就要求在現場現有的條件下，比對監測斷面設置在前后直煙道長度比為2：1處，而且監測斷面盡量靠近CEMS取樣斷面。

2 顆粒物、流速、煙溫的比對監測

2.1 顆粒物的比對監測

目前顆粒物的監測CEMS法多采用光學法進行分析采樣，對于脫硫后溫度低于露點的煙氣，煙氣中容易凝結水滴，增加了CEMS法測定的不確定度。這點在比對監測過程中必須要注意，確保CEMS校驗準確無誤。

根據目前火電廠煙塵排放限值，大部分火電廠煙氣經過靜電場除塵器、脫硫塔后煙塵排放濃度在50mg/m3左右。顆粒物的測量過程中，抽氣體積的不確定度是影響測量結果的主要因素[3]。顆粒物的采樣必須按照等速采樣的原則進行，盡可能使用微電腦自動跟蹤采樣儀，以保證等速采樣的精度，減少采樣誤差[4]。為了提高比對監測時顆粒物的準確度可適當延長采樣時間以提高采樣體積。

然而由于濕法脫硫導致煙氣中含有大量的水霧，在顆粒物采樣時同時水霧也捕集在玻璃纖維濾筒中，導致濾筒浸濕，容易被抽破。這就需要現場采樣人員有豐富的現場經驗，掌握合理的采樣時間，既要保證數據的準確性，又要能確保比對工作的順利進行。一般情況可以根據儀器顯示的流量計前壓力來判斷濾筒阻力，在流量計前壓力顯示為-30KPa左右時，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確度又能保護儀器設備。

另外由于煙氣濕度過大，在外界氣溫較低的情況下采樣，水蒸氣在采樣管及橡膠導管中冷凝，操作時應注意防止冷凝水流向濾筒方向。由于煙氣濕度及酸性的特性，建議在目前現有的變色硅膠前面加一個裝有雙氧水的煙氣洗滌裝置，如圖1-1。這樣既可以延長變色硅膠的使用時間，又能保護儀器設備，避免酸性氣體腐蝕儀器。實踐證明，一個立方米的采氣量，在緩沖瓶中約可以收集150-200ml左右的冷凝水，可以節省大量的變色硅膠。

根據《火電廠大氣污染物排放標準》GB13223-2011中要求，自2014年7月1日起，現有火力發電鍋爐及燃氣輪機組表1規定的煙塵排放濃度，即煙塵排放標準為30mg/m3?，F階段，國內尚無針對低濃度顆粒物采樣和分析的技術規范，目前市場上已有儀器廠商或科研機構在探索新方法，如將濾筒改為濾膜，采用大流量采樣等技術。迫切需要研究、制定測定低濃度顆粒物的手工方法及與之配套的儀器標準[5]。

2.2 流速、煙氣溫度的比對監測

由于現在多數CEMS也是用皮托管法，該法與手工常規方法一致，缺點是易堵，需要不斷吹掃。對于不能滿足標準要求的監測斷面，通過加密點位的方法增加測量的準確度。

煙氣溫度比對原理最簡單，系統穩定，一般沒有太多技術問題。由于顆粒物、流速、溫度這三個參數是同步測試的，比對時間段的確定注意三個參數的時間一致性。

3 煙氣的比對監測

3.1 二氧化硫的比對監測

二氧化硫的監測是一個重點也是一個難點，首先監測過程中鍋爐的工況不可能完全一直穩定，導致二氧化硫濃度變化幅度較大；其次是現在多數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，嚴重影響參比方法定電位電解法的測試；再次CEMS法采樣有 “延遲效應”的影響，做到參比手工法與CEMS法真正意義“同時段”比較難。

現場監測期間，生產設備應正常且穩定運行，可通過調節固定污染源煙氣凈化設備從而達到某一排放狀況，該狀況在測試期間應保持穩定。

對煙氣采樣器必須有加熱、除濕的預處理裝置。目前二氧化硫的測試方法已經相當成熟，煙氣預處理設備往往成為比對監測成敗的關鍵。一般監測人員往往重視儀器本身的傳感器的校準，而忽略了預處理因素的影響。（1）煙氣在采樣管路中冷凝，導致二氧化硫溶解產生偏差[6]；（2）煙氣濕度較大，直接干擾傳感器的準確度，嚴重的順壞儀器；（3）由于煙道負壓太大儀器抽氣泵的抽氣流速偏低，導致結果偏差。這些因素往往比較隱蔽，一般容易被監測人員忽略。一個好的煙氣預處理裝置，必須具備除塵、除濕、全程伴熱功能。除塵能減少采樣管細小顆粒物在采樣管壁的沉降，從而避免水氣的凝結，減少二氧化硫的溶解，采樣管路全程伴熱能避免水氣凝結；被測氣體中的塵和水分容易在傳感器滲透膜表面凝結，影響其透氣性，進而影響監測數據的準確性。

由于CEMS的煙氣取樣管路一般都有幾十米長，測試時應充分考慮煙氣的“延遲效應”。當其伴熱管線較長時，應考慮CEMS系統的響應時間，編制報告時比對監測結果應與扣除響應時間后時間段內CEMS數據相比較[7]。如果工況足夠穩定，就能最大限度的減少“延遲效應”帶來的不確定度。

3.2 氮氧化物、含氧量的比對監測

由于現在的儀器都是多個傳感器一體的，氮氧化物、含氧量的數據都是可以和二氧化硫的測試同步。在二氧化硫能確保準確測量的前提下，這兩個參數比對監測難度不大。氮氧化物比對監測時需要注意參比法及CEMS法測量氮氧化物的原理：有些是測定NO濃度，然后根據經驗系數轉化成氮氧化物濃度；有些是分別監測NO、NO2濃度。注意檢查儀器轉化系數設置的正確。氧量的比對監測，由于是百分比濃度，而且濃度穩定，一般比對問題不大。

4 比對監測數據處理

CEMS數據的采集可以導出電子稿，或打印紙質稿，整理監測同時段數據統計相應時段內的均值，與手工監測數據組成數據對。

用參比方法進行驗收時，顆粒物、流速、煙溫至少獲取5個該測試斷面的平均值，當地環境保護技術主管部門每年不定期地對煙氣CEMS 技術性能指標至少進行一次比對監測，但監測樣品數量可相應減少，監測顆粒物、流速、煙溫等樣品數量至少3 對。

煙氣比對監測前必須用適當濃度的標準氣體對監測儀器傳感器進行標定，符合規定要求的儀器才能進行比對監測。用參比方法進行驗收時，氣態污染物和氧量至少獲取9 個數據，并取測試平均值與同時段煙氣CEMS 的分鐘平均值進行準確度計算。當地環境保護技術主管部門每年不定期地比對監測，抽檢氣態污染物樣品數量至少6 對。

比對監測數據的處理根據HJ/T 75-2007中7.2項要求進行計算，監測項目高、中、低濃度對應的計算公式及評價標準也有所不同，要注意區分。特別是當氣態污染物濃度>250？mol/mol時，氣態污染物是計算“相對準確度”，而不是“相對誤差”。還有含氧量也是計算相對準確度。由于相對準確度計算過程較為復雜、繁瑣，為了減少計算出錯率及提高工作效率，可事先用EXCEL編輯好公式，直接輸入監測數據進行計算。

5 小結

（1）鑒于目前很多現場CEMS安裝位置及手工監測斷面大多不規范，應在現場現有條件下選擇最合適的監測斷面；（2）適當增加采樣點位，以增加顆粒物及流速測量的準確性；（3）煙氣預處理裝置是影響煙氣監測的關鍵因素，煙氣預處理必須要有除塵、除濕、全程加熱功能。（4）CEMS同時段數據的采集與數理，確保監測數據的“同步性”。

CEMS比對監測需要不斷的學習，大膽實踐，敢于創新、及時總結有效的提高比對結果的準確度，使比對監測數據能更好的為環境管理服務。

參考文獻

[1]HJ/T75-2007，固定污染源煙氣排放連續監測技術規范（試行）[S].國家環境保護總局.

[2]GB/T 16157-1996，固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法[S] .國家環?？偩?

[3] 張先寶，廖志凌，倪涌.鍋爐煙塵排放濃度測量的不確定度評定[J].工業安全與環保，2004，30（3）：27-28.

[4] HJ/T397-2007，固定源廢氣監測技術規范[S].國家環境保護總局.

[5]鄧繼，萬方，董勵，高翔.CEMS比對監測結果反映的若干問題探討[J].環境科學與管理，2011，36（4）：118-121.

[6]羅剛.提高CEMS比對監測準確性的相關問題探討[J]科技前沿，2011，19：58-59.

[7]裴冰，萬方.CEMS比對監測相關問題探討[J]，2010，22（2）：8-10.

作者簡介：韓春（1981.01-），男，籍貫：江蘇常州，現職稱：助理工程師，學歷：本科，研究方向：空氣和廢氣現場監測及管理。