固定污染源煙氣排放連續監測系統問題探討

梅昌利

（中石化滄州分公司，河北滄州061000）

1 引言

CEMS即“Continuous Emission Monitoring System”的簡稱，意即“煙氣連續排放監測系統”。其主要作用是監測燃煤、燃油、燃氣以及脫硫脫硝裝置等釋放的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、濕度和流量等污染物，為環境管理、環境監測、排污收費、污染物治理、改善大氣質量以及實施污染物總量排放控制提供可靠的依據。

滄州煉化全廠主要有2種CEMS系統，如表1所示。

表1 滄州煉化全廠2種CEM S系統對比

從2014年第一套CEMS安裝以來，出現了選型、安裝、維護及工藝運行等各方面問題，希望這些問題的發現和解決對石油化工行業其他CEMS系統使用有借鑒意義。

2 CEM S系統的問題及解決辦法

2.1 數據傳輸信號不穩定

一段時間以來，CEMS系統運行正常，但是上傳到環保部門平臺的數據經常偶發性丟失。經過檢查確認，發現數采儀天線安裝在分析儀機柜內部，造成移動網絡信號衰減嚴重，通信間歇中斷，這是數據丟失的主要原因。將數采儀天線更換為2m以上延長線的天線后，安裝到小屋外露天處，此問題大幅度降低，基本不再出現。

2.2 數據偏差大

2.2.1 遠程執法監測數據偏差大

初步判斷管路中水汽對SO2吸附，造成校準結果誤差大。可以采取以下措施：（1）加配全系統反吹管路，定期對整條管路反吹，減少管路內水分殘存；（2）安裝樣氣除水系統，樣氣采出后先進行脫水處理；（3）遠程標定廠家重新敷設獨立樣氣管路。

通過這些措施，基本解決了遠程監測數據與CEMS系統SO2數據偏差大的問題。

2.2.2 CEMS系統數據異常偏高

某CEMS系統某日發現SO2含量逐步升高到約130mg/m3，其他值如NOx、氧含量等沒有明顯變化。通過便攜式煙氣測量儀直接測量煙氣SO2含量，顯示約10mg/m3，排除了工藝原因。更換分析儀，另一臺分析儀也顯示約130mg/m3，排除了分析儀的問題。然后降低電伴熱溫度，從120℃降低到80℃，SO2逐步降低到約100mg/m3；繼續降低到60℃，SO2降低到約30mg/m3，找到了SO2升高的主要因素，逐項排查發現汽水分離器是造成此次SO2異常的原因。此設備的功能是將煙氣中水和雜質分離。將此設備拆除后，分析儀SO2迅速從約100mg/m3恢復到20mg/m3。此設備已工作4年，累積了大量煙氣中的雜質，當煙氣溫度低時，對煙氣測量影響不大；當煙氣溫度升高時，這些雜質（主要是硫化物）氣化后帶入分析儀，造成分析儀測量數值變大。

2.3 采樣管堵塞

冬季溫度低，容易發生采樣管路堵塞，主要表現氧含量異常，各項數據折算值偏高，疏通后數據恢復正常。堵塞的主要原因是伴熱線伴熱效果不足（至少全管路120℃）或者伴熱線未完整覆蓋整個取樣管。同時，分析儀排液口保溫不到位也容易造成分析儀發生堵塞故障。日常檢查十分關鍵，可以采用紅外成像儀檢查伴熱管路工作情況，提前做出預防性整改。

2.4 SO2示值在氧含量低時異常偏高

焦化裝置F102加熱爐因熱效率提升項目，氧含量控制從約2%降到1%，CO含量從0升高到1×10-4，熱效率提高了約0.5%，效果顯著。但安裝CEMS系統后，發現氧含量不能低于3%，不然必然出現SO2超標，但是通過多次手工測量發現此時SO2并不超標。

通過標準氣體標定CEMS系統后，發現系統對標準氣體反應正常。研究發現CEMS系統利用紅外吸收光譜原理來測定各類氣體，一般情況下比較準確、反應迅速。當加熱爐氧含量降低到2%以下時，爐膛內即會產生CO，同時，瓦斯燃料中會殘留CH4，這2種氣體都會對SO2測量有干擾，造成SO2含量偏大。

為了證實以上判斷，對焦化裝置F102加熱爐CEMS系統進行測量比對試驗。將一臺紫外差分吸收光譜原理的CEMS系統串聯到紅外吸收光譜原理的CEMS系統中，通過調節加熱爐進風量來調節爐膛氧含量，圖1是2臺系統不同氧含量下對應SO2測量值。

圖1 紅外吸收與紫外吸收原理CEM S系統SO2示值在不同氧含量下差異

由圖1可知，當氧含量降低時，紅外吸收光譜原理的CEMS系統SO2測量值直線上升，很快到達排放標準線（100mg/m3），這樣就造成加熱爐氧含量控制范圍小，而且效率不是最優化（約1%為最優）。紫外吸收原理CEMS系統SO2測量值變化不大，從4.26 mg/m3增加到15.1mg/m3都在正常范圍內，允許加熱爐繼續降低氧含量，直到達到最優效率。同時，紫外吸收原理CEMS系統對水蒸氣干擾表現良好，能極大地降低因煙氣預處理系統除水效果變差引起的測量問題。

通過比較2種分析儀的測量效果，確定采購CEMS系統時選用紫外吸收原理CEMS系統。目前，國內有很多廠家都能研制、生產、集成此類CEMS系統，滿足使用需要。

2.5 設備驗收不通過

此問題主要出現在CEMS系統提標改造后。因原CEMS系統部分關鍵儀器不滿足超低排放檢測要求，需更新改造。此時，若新更新的設備與原設備型號偏差較大時，容易出現改造不能通過環保部門驗收的情況。所以更新改造最好先取得環保部門同意，并且更新的設備型號取得獨立的環保認證或與未更新的設備組成的CEMS系統一起取得環保認證[1]。

2.6 其他環保檢查發現的問題

2.6.1 站房及采樣平臺不符合面積要求

根據規范要求檢測站房若僅放置單臺機柜，面積應≥2.5m×2.5m。若要放置多套分析儀表的，每增加一臺機柜，站房面積應至少增加3m2。

在選型、采購階段最好就確定站房面積，考慮到分析儀至少一臺機柜，環保部門會安裝遠程執法檢查系統，可設置為12m2。

2.6.2 全部CEMS系統小屋及采樣平臺增設視頻監控

這也是規范及管理所要求的必要措施，在追溯問題時必須使用的工具。一般要求視頻記錄周期在半年以上，具有聯網功能。

2.6.3 除水或除雜質的設備對測量數值影響較大

此項問題涉嫌數據作假并違法，所以選擇除水或除雜質的方案時一定要慎重。盡量選擇成熟、可靠，且經過環保部門認可的方案，如冷凝法。或者不用除水設施，直接采用全程高溫方案測量，避免出現水汽對測量數值有影響。

3 結語

CEMS系統的穩定運行不只是要在設備運維上做工作，還要研究選型、安裝、更新等各項工作。同時，在做任何運維時一定要依法合規，且留下記錄。只有這樣才能做好CEMS系統管理工作。