固定污染源烟气排放连续监测系统问题探讨

梅昌利

（中石化沧州分公司，河北沧州061000）

1 引言

CEMS即“Continuous Emission Monitoring System”的简称，意即“烟气连续排放监测系统”。其主要作用是监测燃煤、燃油、燃气以及脱硫脱硝装置等释放的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、湿度和流量等污染物，为环境管理、环境监测、排污收费、污染物治理、改善大气质量以及实施污染物总量排放控制提供可靠的依据。

沧州炼化全厂主要有2种CEMS系统，如表1所示。

表1 沧州炼化全厂2种CEM S系统对比

从2014年第一套CEMS安装以来，出现了选型、安装、维护及工艺运行等各方面问题，希望这些问题的发现和解决对石油化工行业其他CEMS系统使用有借鉴意义。

2 CEM S系统的问题及解决办法

2.1 数据传输信号不稳定

一段时间以来，CEMS系统运行正常，但是上传到环保部门平台的数据经常偶发性丢失。经过检查确认，发现数采仪天线安装在分析仪机柜内部，造成移动网络信号衰减严重，通信间歇中断，这是数据丢失的主要原因。将数采仪天线更换为2m以上延长线的天线后，安装到小屋外露天处，此问题大幅度降低，基本不再出现。

2.2 数据偏差大

2.2.1 远程执法监测数据偏差大

初步判断管路中水汽对SO2吸附，造成校准结果误差大。可以采取以下措施：（1）加配全系统反吹管路，定期对整条管路反吹，减少管路内水分残存；（2）安装样气除水系统，样气采出后先进行脱水处理；（3）远程标定厂家重新敷设独立样气管路。

通过这些措施，基本解决了远程监测数据与CEMS系统SO2数据偏差大的问题。

2.2.2 CEMS系统数据异常偏高

某CEMS系统某日发现SO2含量逐步升高到约130mg/m3，其他值如NOx、氧含量等没有明显变化。通过便携式烟气测量仪直接测量烟气SO2含量，显示约10mg/m3，排除了工艺原因。更换分析仪，另一台分析仪也显示约130mg/m3，排除了分析仪的问题。然后降低电伴热温度，从120℃降低到80℃，SO2逐步降低到约100mg/m3；继续降低到60℃，SO2降低到约30mg/m3，找到了SO2升高的主要因素，逐项排查发现汽水分离器是造成此次SO2异常的原因。此设备的功能是将烟气中水和杂质分离。将此设备拆除后，分析仪SO2迅速从约100mg/m3恢复到20mg/m3。此设备已工作4年，累积了大量烟气中的杂质，当烟气温度低时，对烟气测量影响不大；当烟气温度升高时，这些杂质（主要是硫化物）气化后带入分析仪，造成分析仪测量数值变大。

2.3 采样管堵塞

冬季温度低，容易发生采样管路堵塞，主要表现氧含量异常，各项数据折算值偏高，疏通后数据恢复正常。堵塞的主要原因是伴热线伴热效果不足（至少全管路120℃）或者伴热线未完整覆盖整个取样管。同时，分析仪排液口保温不到位也容易造成分析仪发生堵塞故障。日常检查十分关键，可以采用红外成像仪检查伴热管路工作情况，提前做出预防性整改。

2.4 SO2示值在氧含量低时异常偏高

焦化装置F102加热炉因热效率提升项目，氧含量控制从约2%降到1%，CO含量从0升高到1×10-4，热效率提高了约0.5%，效果显著。但安装CEMS系统后，发现氧含量不能低于3%，不然必然出现SO2超标，但是通过多次手工测量发现此时SO2并不超标。

通过标准气体标定CEMS系统后，发现系统对标准气体反应正常。研究发现CEMS系统利用红外吸收光谱原理来测定各类气体，一般情况下比较准确、反应迅速。当加热炉氧含量降低到2%以下时，炉膛内即会产生CO，同时，瓦斯燃料中会残留CH4，这2种气体都会对SO2测量有干扰，造成SO2含量偏大。

为了证实以上判断，对焦化装置F102加热炉CEMS系统进行测量比对试验。将一台紫外差分吸收光谱原理的CEMS系统串联到红外吸收光谱原理的CEMS系统中，通过调节加热炉进风量来调节炉膛氧含量，图1是2台系统不同氧含量下对应SO2测量值。

图1 红外吸收与紫外吸收原理CEM S系统SO2示值在不同氧含量下差异

由图1可知，当氧含量降低时，红外吸收光谱原理的CEMS系统SO2测量值直线上升，很快到达排放标准线（100mg/m3），这样就造成加热炉氧含量控制范围小，而且效率不是最优化（约1%为最优）。紫外吸收原理CEMS系统SO2测量值变化不大，从4.26 mg/m3增加到15.1mg/m3都在正常范围内，允许加热炉继续降低氧含量，直到达到最优效率。同时，紫外吸收原理CEMS系统对水蒸气干扰表现良好，能极大地降低因烟气预处理系统除水效果变差引起的测量问题。

通过比较2种分析仪的测量效果，确定采购CEMS系统时选用紫外吸收原理CEMS系统。目前，国内有很多厂家都能研制、生产、集成此类CEMS系统，满足使用需要。

2.5 设备验收不通过

此问题主要出现在CEMS系统提标改造后。因原CEMS系统部分关键仪器不满足超低排放检测要求，需更新改造。此时，若新更新的设备与原设备型号偏差较大时，容易出现改造不能通过环保部门验收的情况。所以更新改造最好先取得环保部门同意，并且更新的设备型号取得独立的环保认证或与未更新的设备组成的CEMS系统一起取得环保认证[1]。

2.6 其他环保检查发现的问题

2.6.1 站房及采样平台不符合面积要求

根据规范要求检测站房若仅放置单台机柜，面积应≥2.5m×2.5m。若要放置多套分析仪表的，每增加一台机柜，站房面积应至少增加3m2。

在选型、采购阶段最好就确定站房面积，考虑到分析仪至少一台机柜，环保部门会安装远程执法检查系统，可设置为12m2。

2.6.2 全部CEMS系统小屋及采样平台增设视频监控

这也是规范及管理所要求的必要措施，在追溯问题时必须使用的工具。一般要求视频记录周期在半年以上，具有联网功能。

2.6.3 除水或除杂质的设备对测量数值影响较大

此项问题涉嫌数据作假并违法，所以选择除水或除杂质的方案时一定要慎重。尽量选择成熟、可靠，且经过环保部门认可的方案，如冷凝法。或者不用除水设施，直接采用全程高温方案测量，避免出现水汽对测量数值有影响。

3 结语

CEMS系统的稳定运行不只是要在设备运维上做工作，还要研究选型、安装、更新等各项工作。同时，在做任何运维时一定要依法合规，且留下记录。只有这样才能做好CEMS系统管理工作。