基于熱濕法采樣煙氣排放連續監測系統測定氣態污染物的工程實例

嚴笠

（南通市生態環境監控中心，江蘇南通 226001）

1 引言

隨著大氣污染防治精細化管理的持續推進，對點狀分布的廢氣固定污染源的監管刻不容緩。煙氣排放連續監測系統（CEMS）由于具有連續性、可回溯性等優點，在大氣污染治理中發揮的作用越來越大。冷干法是國內CEMS 的主流采樣方法，但在實際工程中，煙氣處理系統存在有冷凝水、管道易積水的問題，會導致煙氣中的水溶性組分如SO2，HCl 等被水吸附，從而造成系統響應時間過長以及測量數據偏低的問題。在目前嚴格的大氣環境監管形勢下，越來越多的企業因此而受到環境主管部門的處罰及責令整改。熱濕法采樣因其不需要冷凝系統、采樣管路全程超高溫伴熱，不存在以上問題，本工程實例可以為現場CEMS 的安裝及改造提供一定的參考依據。

2 原理與方法

2.1 原理

熱濕法CEMS［1］采樣系統的預處理技術為抽取式全程伴熱，即煙氣從監測管道抽出后，通過高溫伴熱處理，始終維持其高于露點的溫度，直至分析完成，全程溫度控制在180 ℃以上，大幅降低了管道內積水的可能性。相對于傳統的冷干法［2］采樣，省去了各種復雜的冷凝預處理系統和排水系統，避免了煙氣中的水溶性組分如SO2，HCl 等被冷凝液和管道內積水吸收的問題，測量結果更準確。

2.2 方法

某企業的1 號廢氣排放筒采用熱濕法CEMS 采樣系統測定氣態污染物NO，SO2。該企業現場按照HJ 76—2017《固定污染源煙氣（SO2、NOX、顆粒物）排放連續監測系統技術要求及檢測方法》的規定，通入NO，SO2標準氣體，測定并計算其24 h 零點漂移、量程漂移、示值誤差、響應時間；該企業現場按照HJ 76—2017 規定的方法檢測實際氣體NO，SO2污染物因子，同步使用規定中要求的參比方法進行參比，按照量程計算其準確度。

3 結果分析

本文從準確性和響應時間的角度分析其是否達到標準；從大型設備更換次數及小型設備維修次數的角度分析其故障率；從投資及運行費用角度分析其經濟性。

3.1 準確性

3.1.1 24 h 零點漂移及量程漂移

根據HJ 76—2017，NO，SO2零點漂移及量程漂移應不超過±2.5%。

某企業1 號廢氣排放筒工況現場零點漂移情況見表1。

表1 某企業1 號廢氣排放筒工況現場零點漂移情況

某企業1 號廢氣排放筒工況現場量程漂移情況 見表2。

表2 某企業1 號廢氣排放筒工況現場量程漂移情況

由表1、表2 可知，3 d 的數據中，NO 零點漂移最大值為0.18%，量程漂移最大值為0.65%；SO2零點漂移最大值為1.20%，量程漂移最大值為1.00%。NO，SO2零點漂移及量程漂移均符合并優于HJ 76—2017 規范要求的2.5%，NO，SO2標準氣體的測量準確度較好。

3.1.2 示值誤差

根據HJ 76—2017 規范，當NO 滿量程小于200 μmol/mol（410 mg/m3）時，示 值 誤 差 不 超 過±2.5%；當SO2滿量程小于100 μmol/mol（286 mg/m3）時，示值誤差不超過±2.5%。

某企業1 號廢氣排放筒工況現場示值誤差及響應時間情況見表3。

表3 某企業1 號廢氣排放筒工況現場示值誤差及響應時間情況

由表3 可知，NO，SO2分別在其各自低、中、高標準氣體下的示值誤差均小于1.3%，均符合并優于HJ 76—2017 規范要求的2.5%，NO，SO2標準氣體的測量準確度較好。

3.1.3 實際氣體準確度

根據HJ 76—2017 規范要求，當NO 排氣濃度小于20 μmol/mol（41 mg/m3）時，準確度判定標準為絕對誤差不超過±6 μmol/mol（12 mg/m3）；當SO2排氣濃度小于20 μmol/mol（57 mg/m3）時，準確度判定標準為絕對誤差不超過±6 μmol/mol（17m g/m3）。

某企業1 號廢氣排放筒工況現場NO 參比結果見表4。

表4 某企業1 號廢氣排放筒工況現場NO 參比結果mg/m3

由表4 可知，3 d 的參比數據中，NO 的絕對誤差均控制在±0.5 mg/m3之內，符合并優于HJ 76—2017規范要求的12 mg/m3，NO 實際氣體的測量準確度較好。

某企業1 號廢氣排放筒工況現場SO2參比結果見表5。

表5 某企業1 號廢氣排放筒工況現場SO2 參比結果mg/m3

由表5 可知，3 d 的參比數據中，SO2的絕對誤差均控制在±0.8 mg/m3之內，符合并優于HJ 76—2017 規范要求的17 mg/m3，SO2實際氣體的測量準確度較好。

3.2 響應時間

根據HJ 76—2017 規范要求，NO，SO2系統響應時間應小于等于200 s。

由表3 可知，SO2，NO 分別在其各自低、中、高標準氣體下的響應時間均值均小于90 s，符合并優于HJ 76—2017 規范要求的200 s，氣體吸附較少，流動性較好，響應時間較少。

3.3 故障率

跟蹤該使用熱濕法CEMS 采樣系統的企業，設備于2020 年年初安裝，運行至2022 年年底，共運行3 年，運行期間僅進行過一次大型備件更換，12 次小型設備維修，其中熱濕法CEMS 采樣系統的故障次數為0，設備故障率較低。

3.4 投資及運行費用

本項目總投資70 萬元，包括設備購買費用、小型備件更換費用及耗材費用。全年委托第三方人員1 人負責設備的日常運行維護，日常運行維護費用每年按10 萬元計。費用在行業中處于較高水平。

4 結論

本工程實例采用熱濕法CEMS 采樣系統測定氣態污染物，NO，SO2在標準氣體測試下的24 h 零點漂移、量程漂移、示值誤差及響應時間均符合并優于HJ 76—2017 規范中的具體要求。NO，SO2的實際氣體準確度判定均符合并優于HJ 76—2017 規范中的具體要求。設備的準確性較好，響應時間較少，故障率較低，總投資費用較高，適用于以下幾類企業：對響應時間有較高管控要求的企業，如因響應時間過長而受到處罰及責令整改的企業等；對分析精度有較高管控要求的企業，如執行超低排放的企業等；對CEMS 維護時間有較高管控要求的企業，如生活垃圾焚燒發電廠等。