脱硫烟气连续在线多污染物监测技术分析

摘要：现有的脱硫烟气连续在线多污染物监测系统由多种分结构组成而成，如颗粒物监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气排放参数监测子系统、系统控制和数据采集处理子系统。文章主要对脱硫烟气连续在线多污染物监测系统日常管理工作当中的问题进行分析，从而进行归纳，为实际工作提供参考。

关键词：脱硫烟气；连续在线；多污染物监测；CEMS数据

中图分类号：X84 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）29-0084-03

1 脱硫烟气连续在线多污染物监测系统介绍

国华锦能公司#1烟气在线系统于2006年9月正式投入使用，最后一台#4机组烟气在线系统于2008年5月投入使用，有4套连续烟气在线监测系统。系统组成为颗粒物监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气排放参数监测子系统、系统控制和数据采集处理子系统，监测方式采取采样测量和直接测量，功能主要有测定烟气中污染物浓度，记录显示和处理输出，其中烟尘监测子系统有烟尘测量仪（美国ESC P-5C），气态污染物监测子系统由烟气采样器（厦门格瑞斯特环保公司GSP）、污染物分析仪（西门子U23）（SO2、NOx、CO、CO2、HG等）、校验标准气体、零气、冷凝器（德国比勒双通道EGK1/2-03）等组成，烟气参数监测子系统由烟气流速（青岛科迪博电子科技有限公司KDB-PTF）、温度（美国-KURZ 454FT-16-MT）、湿度（南京埃森HMS545W）、压力（康宁测控仪器仪表工程有限公司KYB18G01M1P1C2）测量仪表组成，系统控制和数据采集处理子系统由系统控制器（西门子S7-200）、远程输出接口（一进四出隔离分配器）、数据采集处理装置（交大长天山珍II型）组成，主要功用为显示、存储、打印、传输等。脱硫烟气连续在线多污染物监测系统结构分布图如图1所示：

图1

固态污染源烟气CEMS系统中，监控颗粒物和烟气参数（温度压力流速湿度）的仪器均以直接测量为主，监控气态污染物的仪器以完全抽取法为主。

气态污染物取样原理如图2所示：

图2

2 脱硫烟气连续在线多污染物监测系统现状

经过多年的发展，污染源自动监测系统建设取得了很大的成绩，在环保形势日益严重的今天，新標准即将实施，如何查找环保设备存在的问题，增强设备的稳定性、可靠性是摆在环保工作面前的首要任务。

2.1 第一部分：直接抽取系统

对于气态污染物距离弯头、阀门、变径管下游方向不小于2倍烟道直径，上游方向不小于0.5倍烟道直径处；常见问题是采样探头堵塞、采样管路漏气、采样流量降低、除水系统效率降低、过滤元部件失效等，解决这样问题的前提是了解系统的组成和类型，检查设备安装位置、安装质量，检查采样系统、冷却系统、反吹清洁系统、测量系统的工作状态。首先保证测量系统取样位置在规定的地方，设备一定是适合电厂工况测量的，质量和性能是可靠的，对设备易损耗点熟悉掌握，严格执行定期工作；其次在取样过程中温度、吹扫、冷凝系统应工作正常，取样管温度在160℃以上，吹扫系统压力正常，冷凝器温度为4℃，蠕动泵管有弹性无分裂现象；最后就是测量系统，分析仪故障见图3：

图3

要先选择设备具备环保认证资质，标定工作要定期进行。

2.2 第二部分：直接测量系统

对于固态颗粒物和流速装置等采样点应选择在垂直管段和烟道的负压区域，距离弯头、阀门、变径管下游方向不小于4倍烟道直径，上游方向不小于2倍烟道直径处；主要存在问题是镜片灰尘堆积、监测孔堵塞。在现场维护中发现对于直接测量系统现场的安装位置比抽取式测量系统要求更为严格，尤其关键，小小的紊流就会造成很大数值波动，更严重的就会造成设备腐蚀严重，缩短了设备使用寿命和更换周期。

2.3 第三部分：附加的设备

标准是严格且苛刻的，我们关注的都是主要污染物，主要设备情况，辅助的设备如：设备的电源、UPS、隔离分配器、数采仪、PLC等都是我们应该加以重视的，检修时候电源跳闸（见图3）、瞬间断电时UPS的运行情况、隔离分配器输出情况、数采仪连续运行情况等必须是辅助设备安全、可靠的情况下才能关注主设备运行状况，才能将环保污染物稳定达标排放。

3 脱硫烟气连续在线多污染物监测系统工作流程

脱硫烟气连续在线多污染物监测系统的工作流程大致包含了采样、测量、数据传输及控制维护四个部分。

采样环节，主要由相应的探头，在采样区域的烟道上方，连续性抽取区域内烟气，通过初次过滤，使用专用的管线对其进行加热，在烟气温度到达150℃左右时，采取保温措施，将其输送，从而避免在运输过程中出现结露情况，降低采样结果的真实性。烟气运输到达后，将其送入烟气预处理装置，使得烟气充分过滤、干燥后冷凝，并针对冷凝处理后烟气的腐蚀性残液进行收集，最后将干燥完成后的洁净烟气送往气体分析设备进行检测。

在脱硫烟气连续在线多污染物监测系统中，一般多使用紫外线法或者不分光式红外法对烟气中SO2的浓度进行检测，用非分散红外发和不分光红外法两种方式对烟气中的CO及NOx两类烟气成分进行检测，使用电化学法对烟气的氧含量进行测量，针对烟尘含量使用浊度法，针对烟气流速使用皮托管法，针对空气湿度使用计算法及露点法。通过不同方法，充分掌握烟气中各类成分的含量，为脱硫烟气连续在线多污染物监测系统提供参考。

数据的传输过程中，将之前所分析的烟气中SO2、CO、O2、NOx等成分的含量数据进行整理，并使用相应的数据采集传输设备，使用有线及无线等技术手段，给监控的终端设备传递数据。现有广泛使用到的数据传输技术，包括GPRS、光纤、3G网络等，所有的通信技术，其通信协议均满足最新的《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》。

数据的控制维护过程中，主要利用脱硫烟气连续在线多污染物监测系统的对应可编程逻辑控制器以及工业控制中常用到的计算机控制技术进行工作。针对监测对象烟气，每天定时定量使用探头进行采样，并使用压缩空气采取反吹扫措施，针对烟气的加热、伴热以及冷凝等相关装置也需要控制其温度，而针对烟气处理系统中的电磁阀部分则通常使用逻辑控制，针对烟气成分的分析设备及各种测量手段还需要额外判定其是否准确。

4 脱硫烟气连续在线多污染物监测系统运行过程分析

脱硫烟气连续在线多污染物监测系统的运行过程主要包含了启动、投入运行及停机三个部分。每一部分的工作内容又存在相应的差别。

在系统启动之前，应该先为机柜电源的启动奠定一定基础，所以一般会先投入采样探头与伴热采样线两部分的加热，确保两者温度满足需求之后再启动电源，从而充分避免因低温腐蚀或低温导致样本气体湿度过高导致最终的测量数据出现误差，同时也避免了因气体湿度过高进入样本分析设备之后，给设备带来损害。

正式投入运行之后，一般需要结合实际情况，相应的调整脱硫烟气连续在线多污染物监测系统。比如需要给锅炉投料时，应当先把采样设备从原油的采样模式切换成反吹模式，确保设备的高效运行；而遇到电除尘设备运行状态较差及需要对锅炉进行吹灰时，相应的采样装置同样需要换到反吹模式。另外，考虑到天气、气候及季节等方面的差异，应该将伴热线的控温设备进行适当调整，从而使得伴热温度符合采样分析的需要。

系统需要停机时，不应该为了省事而直接将电源关闭，而必须遵循严格的关机顺序。首先使用设备，把采样针对的气路排空，使用压缩空气，针对伴热采样管线，对管线内的残余气体进行反吹处理，从而全面去除残留，以上工作完成之后，再关闭气路的入口，确保不会有新气体流入，最后关闭系统电源。而针对脱硫烟气连续在线多污染物监测系统中采样系统及其反吹气系统，同样需要按照实际情况适当调整，从而全面进行镜片的清晰和停运工作。

5 脱硫烟气连续在线多污染物监测系统运营维护现状

脱硫烟气连续在线多污染物监测系统在运行中常常会遇到测量数据准确度不足的情况，其主要原因包含了安装位置不符合规范、烟尘探头存在污染、冷凝装置出现故障、采气管路破裂泄露以及烟气的预处理和设备维护工作不够及时等等，主要表现在污染物的测量浓度数值比实际情况要低太多、氧含量过高等方面。

针对安装不规范问题，应该在系统建设前期就制定严格的规范，要求建设单位全面充分地做好安装工作，如果是技术改造项目，则可以将相应的规范纳入技术改造内容当中。针对烟尘探头的污染问题，应该追加安装额外的反吹装置，增加清洗探头的次数及频率，在使用时保障光学窗口的干净并定期使用专用纸擦拭。针对冷凝装置故障，需要勤加检查，确保排水装置的正常。针对管路泄露，需要以定期反吹配合巡查，保障伴热温度的正常。

目前，国内绝大多数脱硫烟气连续在线多污染物系统维护都以外围队伍为主，一定程度上还缺乏自主創新性，在日常管理和运营过程中也存在诸多不足，结合这一情况提出相应的解决措施如下：

针对脱硫原料的质量验收，应该由电厂或厂矿负责监督和检查，并按照层次明确构建运营维护工作的责任主体，确保责任到人，以严格的运营维护规范促进工作质量的提升。为了保证供货商和运营商提供有效服务，针对运营维护监管工作也应该加以完善。

针对脱硫烟气连续在线多污染物监测系统运营维护中CEMS的数据分析工作，一方面应该综合观察温度、压力、流速、含氧量等烟气参数与污染物浓度的变化关系；另一方面还应该观察实测浓度、折算浓度、排放总量之间的变化关系；观察历史数据的变化趋势。

为了保障脱硫烟气连续在线多污染物监测系统运营维护工作的有序化进行，还应当细化日常巡检工作内容，主要包含了督促巡检管理人员定期进行备件更换记录、维护工作记录、维修工作记录等多方面数据的录入更新等多方面工作。通过这一方式，能够有效提高日常巡检工作质量，从而确保运营维护工作井井有条。

此外，在运营维护管理工作的其他方面，还应当尽快提高设备运营管理的覆盖率，促进运营维护管理工作的贯彻落实，在运营管理维护体系基础上配合科学合理进行完善发展，并配合人工记录等方式提高手工监测

能力。

6 脱硫烟气连续在线多污染物监测系统CEMS数据分析

针对脱硫烟气连续在线多污染物监测系统CEMS数据应该有着较为全面的分析，主要分析项目包含如下三个方面：

首先，温度、流量、含氧量变化趋势的分析以及入口烟气数据与出口数据对比两个部分的重要数据分析，属于CEMS数据分析中的常见模式，对于系统日常运营维护管理具有一定的参考作用。

其次，硫剂投放的水量、pH值、风量等参数的历史变化趋势和旁路烟道的阀门控制记录两个部分。前者是为了对脱硫烟气连续在线多污染物变化情况实现较为全面分析，从而为实际工作提供参考。而后者则属于日常巡检记录工作的一部分，之所以单独进行，是为了检测系统的长远可持续化发展。

最后，脱硫烟气连续在线多污染物监测系统CEMS数据还应进行现场对比测试，主要工作内容包含现场对比测试等工作内容。具体工作内容包含了调节工况观察CEMS数据变化规律；手工便携设备现场抽测比对；重点不合格或超标现场技术分析和核查；脱硫前后NOx、SO2、O2，脱硫系统对NOx浓度没有影响等数据的因素分析。通过前后NOx变化的相关性判断CEMS是否正常工作，借助含氧量、NOx等其他参数判断CEMS数据与实际是否相关，通过检测同时段脱硫系统pH值是否变化、水量是否变化，可判断出脱硫后SO2测量存在问题；当然，也可以借助其他多样化手段实现对脱硫烟气连续在线多污染物监测系统CEMS数据的监控，如图像监控、边界测量、区域监测等。

7 结语

随着脱硫烟气连续在线多污染物监测技术的普遍应用，该技术已经逐渐成为了电厂、钢厂等处采取脱硫措施进行排气控制的重要组成部分，同时也成为了环保管理部门对工厂等存在烟气污染的企业进行监督管理的重要手段之一。在实际应用过程中，这一检测技术系统还具有复杂性和不稳定性，容易出现故障，本文就部分内容进行了分析探讨，并总结了相应的解决措施，希望为其他工作提供有力参考。

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作者简介：刘婧艳（1983-），女，山西原平人，神华陕西国华锦界能源有限责任公司工程师，研究方向：电厂热控自动化。