氨法脱硫装置污染源在线比对监测异常原因分析

2015-02-03陈国强

油气田环境保护 2015年1期

关键词：氨法滤筒测试仪

陈国强

（中国石油乌鲁木齐石化公司）

氨法脱硫装置污染源在线比对监测异常原因分析

陈国强

（中国石油乌鲁木齐石化公司）

烟气排放连续监测系统比对监测是环境监测工作的一项重要内容，氨法脱硫装置由于运行工况复杂，现场比对监测时诸多因素会造成比对监测的偏差。文章针对烟气比对监测数据异常和烟尘比对监测数据异常，从几个方面分析造成偏差的原因，并提出相应的质控措施，以减少数据偏差，提高在线比对监测的准确性。

烟气在线比对监测；异常原因；质控措施

0 引言

根据《污染源自动监控管理办法》（原国家环保总局令第28号）、《国家重点监控企业污染源自动监测数据有效性审核办法》和HJ／T75—2007《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》［1］等标准规范的要求，必须对固定污染源烟气连续排放监测系统（ContinuousEmissionMonitoringSystem，CEMS）进行在线比对监测。氨法脱硫装置由于运行工况复杂，烟气湿度大，脱硫过程中会产生大量气溶胶颗粒［2］，腐蚀性强，烟气分布不均匀，对于未装GGH（GasGasHeater，烟气换热器）的氨法脱硫装置，脱硫装置系统处于微正压状态，这对于烟气排放连续监测系统的正常运行和在线比对监测的顺利开展提出了较高的要求。对在线比对监测过程中存在的异常原因进行分析，采取有效质控措施，探讨其对应的解决途径和方法，提高在线比对监测的准确性。

1 CEMS监测条件

烟气排放连续监测系统由数据采集处理系统、样气采集系统、样气预处理系统、烟气气体分析仪（SO2、O2、NOx）、粉尘监测仪以及温度、压力、流速监测仪等组成。采样探头、仪表安装位置均符合HJ／T 75—2007《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》［1］要求。

2 手工监测条件

手工监测烟气采用参比法，即GB／T16157—1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》［2］中所列方法。手工监测的4个采样点在烟气监测断面下游约0.5m处。比对监测前，使用与CEMS的同类型标气进行标定。监测时，机组平均运行负荷≥85%，引风机、送风机、磨煤机等设备按照机组负荷自动跟踪运行；脱硫装置的增压风机、浆液循环泵、浆液输送泵等设备正常运行。因此，手工监测的基本条件符合HJ／T75—2007《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》要求。

在例行的污染源在线比对监测前，实验室开展例行的质控措施，如烟气测试仪进行SO2和氮氧化物等参数校准、皮托管和烟气采样系统进行气密性检验、颗粒物采样装置进行流量校准、颗粒物收集滤筒烘干恒重等。

3 烟气比对监测数据异常原因分析及措施

3.1 校准标气和仪表量程导致的比对不合格

3.1.1 原因分析

在某次氨法脱硫装置烟气出口的在线比对监测中，该锅炉没有烟气脱硝设施，氮氧化物浓度比较高，在线监测仪表显示氮氧化物平均值为529mg／m3，手工烟气测试仪监测氮氧化物平均值为650mg／m3，比对结果相对准确度为19.0%（指标≤15%），比对不合格，比对结果见表1。

从CEMS和手工烟气测试仪查找偏差原因，CEMS是采用非分散红外多组分分析仪，比对前，使用613mg／m3的氮氧化物标气进行CEMS校准，仪器示值偏差不高于±5%，手工烟气测试仪是采用定电位电解法测试仪，按照HJ／T693—2014《固定污染源排气中氮氧化物的测定定电位电解法》［3］，在烟囱监测孔采样监测氮氧化物数据比对前，使用405mg／m3的氮氧化物标气进行仪器校准，仪器示值偏差不高于±5%，但是手工烟气测试仪氮氧化物的校准没有包含比对监测烟气的浓度范围，导致比对不合格，因此，使用613mg／m3的氮氧化物标气进行烟气校准，仪器示值偏差不高于±5%。

表1 污染源在线比对监测氮氧化物结果（一）

再次开展比对监测，在线监测仪表显示氮氧化物平均值为521mg／m3，手工烟气测试仪监测氮氧化物平均值为609mg／m3，比对结果为15.4%（指标≤15%），比对不合格，比对结果见表2。

表2 污染源在线比对监测氮氧化物结果（二）

从CEMS查找不合格原因，发现CEMS氮氧化物量程为0～2000mg／m3，将其量程改为0～1000 mg／m3，再次使用613mg／m3的氮氧化物标气进行CEMS校准，仪器示值偏差不高于±5%。重新开展比对监测，在线监测仪表显示氮氧化物平均值为572 mg／m3，手工烟气测试仪监测氮氧化物平均值为607 mg／m3，比对结果相对准确度为6.7%（指标≤15%），比对合格，比对结果见表3。

表3 污染源在线比对监测氮氧化物结果（三）

3.1.2 质控措施

为了进一步提高比对准确性，首先，确定比对仪器的测量量程是否合适，然后采用仪器量程20%～30%，50%～60%，80%～90%处浓度或与待测物相近浓度的标准气体校准，若仪器示值偏差不高于±5%，校准合格，定电位电解法烟气（SO2、NOx、CO）测定仪应在每次使用前校准。其次，气态污染物比对监测结果判定时，应用至少6个数据的手工测试5min平均值与同时段烟气自动在线监测仪器的分钟平均值进行准确度计算［4］。最后继续加强CEMS仪表维护管理。设备维护人员严格按照《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》进行定期校准、校验工作，保证仪表正常稳定运行。

3.2 烟气湿度导致的比对不合格

3.2.1 原因分析

在一次氨法脱硫烟气出口的在线比对监测中，在线监测仪表显示SO2平均值为40mg／m3，手工烟气测试仪监测SO2平均值为0，比对不合格。

从CEMS和手工烟气测试仪查找偏差原因，比对前，CEMS和手工烟气测试仪均进行了57mg／m3SO2浓度的校准，仪器示值偏差不高于±5%，按照HJ／T57—2000《固定污染源排气中二氧化硫的测定定电位电解法》［5］，在烟囱监测孔采样监测SO2数据。分析表明，手工烟气测试仪采样枪连接烟气测试仪管线比较长，火电厂烟气经氨湿法脱硫后温度52℃，较低、湿度15%，较大，用便携式烟气测试仪直接测量烟气中污染物浓度时，由于采样气体中的水分和仪器中冷凝水吸收了SO2，对测定值影响较大，造成测试结果偏低，甚至无法测出。

通过使用加热烟枪，加热温度为150℃，缩短烟气采样枪至烟气测试仪的连接管线，再次开展比对监测，在线监测仪表显示SO2平均值为46mg／m3，手工烟气测试仪监测SO2平均值为37mg／m3，比对绝对误差为9mg／m3（指标≤±17mg／m3），比对合格，比对结果见表4。

表4 污染源在线比对监测二氧化硫结果

3.2.2 质控措施

在氨法脱硫装置比对监测过程中，为了防止所采集气体中的水分在采集管内冷凝，避免待测污染物溶于水中产生误差，需将采样管加热，SO2所需加热的最低温度为120℃，但考虑到温度对气体成分的影响以及防止连接管的损坏，加热温度应不超过160℃。同时配置烟气预处理装置，对采集的烟气进行过滤、除湿和气液分离，以减少测试误差［6］。

3.3 CO导致的比对不合格

3.3.1 原因分析

比对监测时，锅炉机组运行异常，CEMS监测烟囱烟气中氧含量为4.18%，CO浓度为3016μmol／mol，SO2浓度为58mg／m3；手工烟气测试仪监测SO2浓度为151mg／m3，相对误差最高达到－62%。通过锅炉调整工艺，供给足够的空气量，CO结果为31 μmol／mol，手工烟气测试仪监测SO2结果为66mg／m3，比对结果相对误差为－12.1%（指标≤±20%），比对合格。由此可见，CO浓度达到一定限值时，对SO2测试将产生严重的正干扰［7］。

3.3.2 质控措施

为了降低CO浓度，首先保持锅炉炉膛出口烟气含氧量为3.5%～4.3%，以供给足够的空气量，保证水煤浆能完全燃烧；其次燃烧器的投入应尽可能做到均匀对称，配风适当，以减弱切圆的旋扭残余，维持锅炉两侧烟温差不超过25℃；其次合理调整风量、水煤浆配比，调整各层、各角的浆量，降低火焰中心的高度；采用正宝塔配风增加煤粉燃尽率，提高锅炉燃烧效率，在不影响锅炉燃烧稳定性的前提下，适当增加下层二次风风量，提高锅炉燃烧效率［8］；最后对CO浓度及时监控，减少CO对SO2监测的干扰。

4 颗粒物比对监测数据异常原因分析及措施

4.1 脱硫系统微正压造成比对不合格

4.1.1 原因分析

对于未装GGH的氨法脱硫装置，脱硫装置系统处于微正压状态，采样规范规定采样断面应设置气流稳定和颗粒物均匀分布的断面，脱硫系统微正压造成所测断面气体流量波动大，脱硫系统微正压将造成所测断面气体流量波动大［9］，还有气体湍流的影响，尤其是颗粒物的惯性运动将明显降低测试数据的准确性，导致比对监测误差变大。

4.1.2 质控措施

首先，采样断面应设置在距弯头、阀门变径管下游不小于6倍烟道直径，断面距弯头、阀门变径管上游不小于3倍烟道直径。在按照规范布点的基础上，增加60%的布点数量，通过加密布点，减少比对监测误差。其次，比对监测采样位置应尽可能与自动在线监测设备保持一致，采样位置应满足HJ／T75—2007《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》规定，颗粒物比对监测采样断面和颗粒物CEMS测定断面不重合，确保互不影响测量，并且两个监测位置尽可能靠近。在垂直断面和水平断面中应优先考虑水平断面。最后监测过程中密切关注流速的变化，保证流速稳定。

4.2 滤筒质量和前处理造成比对不合格

4.2.1 原因分析

氨法脱硫装置烟气湿度非常大，约为13%～15%，水对滤筒的膨胀效应较大，在湿度较大的采样环境中，加上抽气量较大，质量较差的滤筒很容易破裂；如果在脱硫装置入口监测颗粒物，一般情况下，烟气温度140～180℃，按照规范要求，采样滤筒要在105℃烘至恒重，而在140～180℃高于恒重温度条件下采样45～60min，滤筒都会减重，并导致测量结果偏低，对于高效除尘器，例如电除尘加布袋除尘混合除尘装置，因为出口颗粒物往往低于30mg／m3，滤筒减重的误差相当大。

4.2.2 质控措施

首先，滤筒应选用质量好的加厚滤筒，防止滤筒破裂以提高颗粒物的捕集率，每一批次的滤筒都应该进行验收。一是滤筒的检查和筛选：首先是外观检查，对于采样前的滤筒，应用专用刷子刷去表面的“毛刺”，最大程度的保证滤筒表面在称量和采样过程中不出现“掉渣”现象，以免影响数据的准确性。其次是对滤筒进行针孔检查，一般的超细玻璃纤维滤筒对尘粒捕集率可达99%，但由于有的滤筒上存在着可以直接通透的针孔，导致滤筒的捕集效率降低，应将滤筒罩于眼睛上对着光源进行检查。最后是规格统一检查、质量筛选和阻力筛选。二是规格检查：目前广泛使用的是70mm×25mm规格的滤筒，但不同厂家的产品还会有尺寸上的差别，要根据自己设备的情况选用与其相匹配的滤筒，规格不符以及在放入、取出烟枪时给操作带来不便的滤筒都应剔除。质量筛选：根据实际工作的经验，规格为70mm×25mm的玻璃纤维滤筒的标准质量为1±0.2g，若滤筒质量超出此范围，则应考虑剔除。这是因为：低于质量下限会因滤筒壁薄，使滤筒的强度降低，易造成滤筒破裂；高于质量上限，则会因滤筒壁厚使抽气阻力增大，降低捕集效率。阻力筛选：将滤筒放人采样枪中，当烟尘测试仪处于正常工作状态，空载调节流量为50L／min时，负压应不大于10.0kPa。

其次，制作和使用标准空白滤筒。为进一步提高称量的准确性和精密性，对样品的烘干、冷却、称量的全过程进行控制，及时了解质控情况，可采用制作和使用标准空白滤筒的方法。制作标准空白滤筒：预先仔细挑选一批滤筒并将其编号，经105℃高温烘烤，恒重处理，并按标准方法进行称量，经过10d的称量，求出每个滤简各自的平均值和相对标准偏差（S），选取绝对误差＜0.5mg和S≤5%的滤筒作为标准空白滤筒，各滤筒的平均值作为各自的真值。使用标准空白滤筒：在烟尘样品的分析过程中，根据样品多少随机抽取1个或多个标准滤筒，同该批样品一起烘干、冷却、称至恒重。若标准空白滤简的稳定值与真值之差在±0.0004g，则视为合格［10］。

最后，每批监测留2个滤筒不采样，采样结束后和其他滤筒一起送回实验室分析，作为现场全程序空白滤筒。通过现场空白滤筒的分析，掌握采样过程中环境条件和运输过程对样品质量影响的状况。滤筒在高湿度的烟气条件下最容易与管壁黏连，采样完成后必须用镊子仔细取下滤筒且保存完好，样品滤筒称量时，应注意检查滤筒包装袋内有无残留的滤筒屑、尘粒，并将其一起称量。

4.3 颗粒物比对监测其他质控措施

采样仪器设备须有专人管理及维护，每次使用前后应对仪器校准、全面检查和清洁。每次采样结束后，采样器继续通电源，通干燥清洁空气15min左右，去除采样路径中存在的含湿废气。为保证颗粒物等速采样，采样时皮托管和采样嘴必须对准气流，偏差不得超过10°，采样过程中，应经常检查和调节流量，采样后应重复测定流速，当采样前和采样后流速相差大于20%时，样品作废，应重新采样。颗粒物各点采样时间应不少于3min，各点采样时间应相等，每个滤筒采尘量不低于20mg，当采集低浓度工业粉尘时，采尘量不低于5mg。每个断面采样总体积不少于500L。通过现场全程序空白样的检验，掌握采样过程中环境条件和运输过程对样品质量影响的状况。必要时可以采用人员比对、仪器比对和方法比对等质控措施。

5 结论

氨法脱硫装置运行工况复杂，CEMS系统进行在线比对监测的难度相对较大，把握好比对监测每一个质量控制环节，如采样断面的代表性，增加监测布点的密度，工况保持相对稳定，烟气电化学传感器每次使用前校准合格后方可使用，采用加热烟枪减少高湿烟气比对监测的相对误差，避免高浓度CO气体对SO2监测的干扰，颗粒物收集滤筒验收、使用标准空白滤筒和现场空白滤筒等。因此质控措施的正确实施对污染源在线比对监测的质量保证意义重大，是节能减排工作顺利开展的有力保障。

［1］ HJ／T75—2007固定污染源烟气排放连续监测技术规范［S］.

［2］张文武，沙志强，朱忠益，等.氨法脱硫工艺参数对气溶胶排放特性的影响［J］.热能动力工程，2013（3）：281.

［3］ GB／T16157—1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法［S］.

［4］ HJ／T693—2014固定污染源排气中氮氧化物的测定定电位电解法［S］.

［5］ HJ／T57—2000固定污染源排气中二氧化硫的测定定电位电解法［S］.

［6］ HJ／T373—2007固定污染源监测质量保证与质量控制技术规范［S］.

［7］汪楠，王同健等，定电位电解法测定烟道气SO2过程中的干扰和对策［J］.城市环境与城市生态，2009（4）：47.

［8］郑权.正交网格下配风对四角切圆锅炉燃烧效率影响的数值模拟［J］.长沙理工大学学报（自然科学版），2012（4）：89.

［9］李鹏，范例.固定污染源监测对二氧化硫总量统计的影响分析［C］／／第十四届二氧化硫氮氧化物、细颗粒物污染控制技术与管理国际交流会论文集，2012.

［10］张冬云.污染源烟尘浓度采样滤筒后续处理的改进及滤筒的质量控制［J］.北方环境，2013（12）：180-181.

（编辑王薇）

10.3969／j.issn.1005-3158.2015.01.011