煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)研究

環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)訊:摘要：固定污染源排放的煙塵煙氣會對環(huán)境造成污染, 對其進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測至關(guān)重要。本文對現(xiàn)有煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)展開了詳細(xì)的研究，介紹了煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，技術(shù)特征現(xiàn)狀及其發(fā)展?fàn)顩r，安裝使用過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題及應(yīng)對措施，為相關(guān)的環(huán)境監(jiān)測工作提供參考借鑒。

目前，很多行業(yè)在工作流程中都會排出大量對環(huán)境以及人體有害的煙塵、煙氣。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強(qiáng),國內(nèi)外對于大氣污染的監(jiān)測特別是對煙塵、煙氣排放的連續(xù)監(jiān)測日益重視起來。其中，煙塵煙氣排放連續(xù)連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)是一種新型的電力環(huán)保自動化控制設(shè)備,通過提供煙塵煙氣流速、壓力、溫度、濕度等數(shù)據(jù)的測定，自動進(jìn)行數(shù)據(jù)的運算、分析，記錄污染物排放總量和排放時間，并通過污染源監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上傳到管理部門，為環(huán)保管理部門加強(qiáng)監(jiān)管力度，實行總量控制提供科學(xué)依據(jù)。

1 煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)概述

系統(tǒng)組成如圖（1）所示。

2 煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

2.1 煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)在國外的發(fā)展?fàn)顩r

20世紀(jì)60年代末，德國、美國設(shè)計生產(chǎn)了測量高濃度氣體的環(huán)境分析儀及將探頭直接插入煙道測量的現(xiàn)場分析儀，德國的不透明度光學(xué)系統(tǒng)和美國的熒光檢測等技術(shù)，為實現(xiàn)煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

美國第一臺煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)于1971年，隨后煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)制造業(yè)停滯不前，直到1975年末美國國家環(huán)保局制定了煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)性能的技術(shù)指標(biāo)，并規(guī)定在某些排放源安裝CEMS后，才逐漸得以廣泛應(yīng)用。一般認(rèn)為原聯(lián)邦德國對大氣污染物的控制始于1974年4月1日《聯(lián)邦擴(kuò)散防治法》的實施，同年8月24日《大氣質(zhì)量控制技術(shù)指南》的發(fā)布標(biāo)志著SO2排放管理具體實施的開始，該指南明確規(guī)定SO2排放量超過100kg/h的裝置需安裝一套SO2連續(xù)測量儀。

2.2 煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)在國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r

我國在20世紀(jì)70年代初期，認(rèn)識到需要采用比手工采樣更方便、快捷的方法來測量煙氣中的污染物，1986年廣東沙角B發(fā)電廠從日本引進(jìn)了首臺火電廠煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代末和90年代初期，我國開始著手煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)的自主研制和生產(chǎn)。1996年修訂頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-1996）要求Ⅲ時段及部分特定地區(qū)的火電廠安裝CEMS；2003年修訂頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2003）規(guī)定所有火力發(fā)電鍋爐都必須按照《火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T75-2001）現(xiàn)修訂為《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T75-2007）的要求，裝設(shè)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測儀器。在此背景下，國內(nèi)涌現(xiàn)出南京國電環(huán)保設(shè)備有限公司、上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院、中綠環(huán)保技術(shù)有限公司等具有煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)研制和生產(chǎn)能力的機(jī)構(gòu)和企業(yè)，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備，推動了國產(chǎn)煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用。

3 煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)主要技術(shù)特征現(xiàn)狀

煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)依靠多種技術(shù)支撐，主要包括:分析和監(jiān)測技術(shù)、取樣技術(shù)、分析儀器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

3.1 分析和監(jiān)測技術(shù)特征

分析和監(jiān)測技術(shù)主要是針對9個部分進(jìn)行分析和監(jiān)測的，主要包括:二氧化硫和氮氧化物、顆粒物、流速、含氧量以及濕度。在分析和監(jiān)測的過程中，在二氧化硫和氮氧化物的監(jiān)測中采用了光譜分析技術(shù)，該技術(shù)具有較好的抗干擾能力，能夠?qū)⒐庾V譜寬減小至10～20nm數(shù)量級。為了有效測定顆粒物，采用了濁度法和散射法來進(jìn)行，具體技術(shù)應(yīng)用了抽取β射線法，這種技術(shù)不用光電信號來回轉(zhuǎn)換，降低了難度，在目前得了很好的應(yīng)用。流速監(jiān)測方法主要應(yīng)用了皮托管法，含氧量的監(jiān)測主要采取了順磁原理的電化學(xué)法，濕度的監(jiān)測方法主要應(yīng)用了電容法和干濕氧法。

3.2 取樣技術(shù)特征

在取樣過程中，取樣方法分為兩種，主要為稀釋取樣法和直接取樣法，這兩種方法是針對不同的煙氣條件進(jìn)行的，所以在應(yīng)用的時候要根據(jù)煙氣的特征進(jìn)行選取。在取樣的過程中，對樣氣的處理十分關(guān)鍵，如果處理不當(dāng)，不但無法得出煙氣測量分析數(shù)據(jù)，還容易對取樣系統(tǒng)造成較大的影響。目前我國采用直接取樣法較多，對煙氣的取樣達(dá)到了預(yù)期目的。

3.3 分析儀器技術(shù)特征

分析儀器是煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)中的核心部件，在目前的應(yīng)用中，煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)的分析儀器主要采用了非分散紅外技術(shù)，分析儀器的主要結(jié)構(gòu)為充氣－微音薄膜或充氣－微流檢測器，我國自主研制的煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)分析儀主要采用了半導(dǎo)體技術(shù)，將半導(dǎo)體技術(shù)和非分散紅外技術(shù)結(jié)合在一起，提高了分析的穩(wěn)定性和抗干擾能力。從國外的分析儀器發(fā)展情況來看，多數(shù)都采用了紫外熒光技術(shù)，目前國內(nèi)該技術(shù)處于起步階段，還沒有大規(guī)模的得到應(yīng)用，相信未來會朝著此方向發(fā)展。

3.4 數(shù)據(jù)處理技術(shù)特征

數(shù)據(jù)處理是煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，只有實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的有效處理，才能保證監(jiān)測系統(tǒng)得出正確的監(jiān)測和分析結(jié)果。數(shù)據(jù)處理技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)加標(biāo)、干濕濃度折算、參數(shù)和場系數(shù)校準(zhǔn)及權(quán)限設(shè)定4個部分。數(shù)據(jù)加標(biāo)主要是對分鐘數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，保證分鐘數(shù)據(jù)準(zhǔn)確計入小時數(shù)值統(tǒng)計。干濕濃度折算主要是利用計算軟件對取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濃度計算，并得出正確的折算結(jié)果。參數(shù)和場系數(shù)校準(zhǔn)主要是將超聲波法測出的線上流速進(jìn)行調(diào)整和校正。權(quán)限設(shè)定主要是保證煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止系統(tǒng)被惡意篡改。

4 煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)主要技術(shù)的發(fā)展

目前煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)在國內(nèi)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，該系統(tǒng)的分析和監(jiān)測技術(shù)、取樣技術(shù)、分析儀器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)也得到了較大程度的發(fā)展。

4.1 監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展

煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)，目前已經(jīng)實現(xiàn)了連續(xù)測量，并取得了一定的效果。但是連續(xù)測量結(jié)果的準(zhǔn)確性無法保證。在未來的發(fā)展中，監(jiān)測技術(shù)主要是朝著連續(xù)測量現(xiàn)場數(shù)據(jù)校準(zhǔn)方向發(fā)展，以提高現(xiàn)場數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性為主。此外，監(jiān)測技術(shù)還將重點解決濕度測量儀適用性問題，并降低其故障的發(fā)生率。

4.2 取樣技術(shù)的發(fā)展

在目前的煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)中，主要應(yīng)用了直接取樣法，通過實踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，直接取樣法出現(xiàn)了許多問題，雖然可以有效解決高溫高濃度的二氧化硫取樣問題，但是對待低溫和低濕度的二氧化硫無法實現(xiàn)正常取樣。所以，未來取樣技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是朝著提高取樣效果方向發(fā)展，有效解決直接取樣產(chǎn)生的問題。

4.3 分析儀器技術(shù)的發(fā)展

考慮到分析儀器對煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)的重要性，其發(fā)展受到了廣泛的關(guān)注。目前分析儀器技術(shù)國外的發(fā)展速度較快，國內(nèi)對于分析儀器先進(jìn)技術(shù)的引用也達(dá)到了一定的深度。國內(nèi)分析儀器技術(shù)的主要缺點是無法實現(xiàn)有效的低濃度污染氣體測量，因此在未來的發(fā)展中該技術(shù)應(yīng)該會得到突破。

4.4 數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展

對于煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展來說，最主要的是符合監(jiān)測系統(tǒng)的實際需要。煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)應(yīng)與配套的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范相結(jié)合，保證數(shù)據(jù)處理軟件的有效性和實用性。從目前的發(fā)展情況來看煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)正在處于標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范結(jié)合階段，未來將能實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的完全標(biāo)準(zhǔn)化。

5 煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)常見問題、原因和應(yīng)對措施

煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)最常見的問題是測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，主要原因有煙塵探頭污染、冷凝裝置故障、管路泄漏，由此引起污染物濃度測量值過低、氧量過高等。

5.1 煙塵探頭污染

煙塵濃度測試不準(zhǔn)，濃度值不穩(wěn)定，數(shù)值偏低，是煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)維護(hù)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。遇到這樣的情況，需要優(yōu)先排查煙塵探頭污染問題。這是由于煙囪入口處煙氣含有一定量的水分，而水滴中又溶有二氧化硫、硫酸、硫酸鹽等物質(zhì)，在煙氣經(jīng)過煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)探頭時，探頭易被污染。由于煙塵測量采用的是雙端安裝，維護(hù)后需進(jìn)行光路對中，因此安裝時要求較高，當(dāng)煙道振動較大時，探測光束可能會偏離探測器，也會導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)。

通過對煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行改造，加裝煙塵探頭的反吹裝置；加大探頭的清洗頻率；注意光學(xué)窗口的清潔，定期使用擦鏡紙擦拭；拆解后組裝時，安裝要對位一致。

5.2 冷凝裝置故障

SO2測量濃度偏低是測量中常見問題，這可能是煙氣冷凝裝置故障所引起。因為一是一旦煙氣冷凝裝置發(fā)生故障，熱煙氣通過自然降溫，導(dǎo)致煙氣內(nèi)水汽在取樣管壁吸附凝結(jié)，因無法排出而越積越多；二是由于冷凝器內(nèi)玻璃熱交換管道堵塞或冷凝液泵（蠕動泵）故障以及排水管路堵塞造成抽水不暢，使煙氣通過冷凝裝置產(chǎn)生的冷凝水不能及時排出，都會造成煙氣中的SO2溶解于水，致使SO2濃度測量值偏低。凝水量越多，SO2濃度損失越大。特別是在低排放濃度時，由于SO2被凝水完全吸收而使顯示濃度為零。要避免上述問題，應(yīng)經(jīng)常檢查熱敏交換單元排水管是否堵塞，冷凝液泵（蠕動泵）排水是否正常。

5.3 管路泄漏故障

煙塵煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)運行中，常出現(xiàn)氧含量數(shù)據(jù)大于正常值，同時測定的污染物濃度偏低，甚至為零，這是由于管路泄漏。雖然泄漏現(xiàn)象與上述的凝水溶解現(xiàn)象都有可能致使SO2濃度偏低或顯示為零，但后者的煙氣含氧量不會發(fā)生變化。

管路泄漏排查包括整個取樣系統(tǒng)，從取樣探管、法蘭墊圈到機(jī)柜內(nèi)部的各管路連接接頭，都可能成為泄漏點。由于直接抽取法在取樣泵之前的管路為負(fù)壓系統(tǒng)，因此，取樣泵之前管路的微小泄漏，都會使氧量發(fā)生很大變化。

6 結(jié)束語

綜上，煙塵煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)是監(jiān)測大氣中煙塵煙氣污染物排放、實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)管的現(xiàn)代化方式。文章對煙塵煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)及其在應(yīng)用上存在的問題做了一定的論述與分析。下一步，我們應(yīng)從探頭污染、冷凝裝置故障、管路泄漏等問題，對監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,以改進(jìn)監(jiān)測系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的運行可靠性，提高其在工作環(huán)境中的實用性。