烟气在线数据在非现场检查中的应用探讨

孙代华，闫 莹

（1.临淄区生态环境技术服务中心，山东 淄博 255400；2.淄博市生态环境局经济开发区分局，山东 淄博 255000）

0 引言

烟气在线监测作为环境管理的一项重要手段，成为越来越重要的环境管理耳目，其重要性日益突显。按照上级生态环境部门的要求，重点排污单位主要污染源的污染物排放情况要安装在线自动监测设备，实施自动监控，做到应安尽安，应联尽联。临淄区作为工业强区，行业类别众多，重点企业林立，环境管理难度大，污染物排放总量大。目前已安装联网烟气在线监测设备170余台套，挥发性有机化合物（VOC）在线监测设备70余套。在监测设备多、监管人员少、监管难到位的情况下，为保证烟气在线监测设备连续稳定运行，本文主要探讨烟气在线监测设备的非现场检查，部分替代和减少现场检查频次的方法，使其成为现场检查的辅助手段，既能保证烟气在线监测设备的正常运行，减少人力物力的消耗，又能保证烟气在线监测设备及时提供污染源排放的有效监测数据，为环境管理及污染治理提供基础数据。

1 烟气在线监测设备非现场检查的主要内容

非现场检查主要先熟悉各类监测因子及有关参数的基本情况和特性，根据现场检查时掌握的企业生产基本情况、污染设施治理水平，并结合烟气在线监测设备的工作原理、基本情况、特性、运行状况，通过环境自动监测监控系统平台，仔细查看小时值和分钟值（尤其是分钟值）数据，详细了解主要监测因子及辅助参数的实时变化情况，从变化中寻找判断烟气在线监测设备运行中出现的异常和超标数据是设备故障产生的，还是污染治理设施运行不正常产生的。若烟气在线监测设备造成的故障和异常数据，就会有针对性地要求设备运维人员立即到现场处理修复；若污染治理设施故障造成的数据超标，就会通知企业及时修复污染治理设施，保证污染物达标排放，保证烟气在线监测数据是真实、准确、有效的，始终处于受控状态。

1.1 SO2数据的查看

烟气在线监测设备分析查看SO2数据方法有非分散红外法、傅里叶红外法、紫外差分吸收法等，烟气脱硫方法主要有石灰石-石膏法、双碱法、钠法、镁法、氨法等。以上脱硫方法技术比较成熟，效率较高，脱硫后烟气中真实的SO2浓度可以很低，加之烟气在线监测设备在低浓度条件下可以存在较大的测量误差，若SO2浓度偶尔或短时间内为零应为正常。《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》（HJ 75—2017）规定，排放浓度小于57 mg/m3时，绝对误差不超过17 mg/m3[1]，也就是说烟气中SO2的真实值为17 mg/m3时，烟气在线监测数据为零也在误差范围内；若SO2浓度长期为零、恒值、波动很小的值、负值等，则可能是烟气在线监测设备出现问题；若SO2浓度连续明显升高或满量程（有的设备可超量程显示），可能是烟气在线监测设备出现故障，也可能是脱硫设备出现故障，这要结合生产情况确定；若生产及治理设施正常，SO2浓度异常波动高出合理范围，可能是烟气在线监测设备故障；若氧量不正常上升、SO2不正常下降，可能是采样预处理系统中有漏气点；当烟气中的CO含量较高时可能干扰非分散红外法测定SO2，造成数据偏高，需要仔细识别。

1.2 NO X数据的查看

NOX数据的查看方法有非分散红外法、傅里叶红外法、紫外差分吸收法等，烟气脱硝方法有低氮燃烧、选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）等。只要浓度在一定范围内波动即可视为正常，具体浓度的高低要结合生产工艺、炉膛燃烧室的温度及持续时间、脱硝方法等进行判断，燃烧温度越高，持续时间越长，初始NOX浓度越高。采用SCR脱硝工艺的效率较高，SNCR次之，低氮燃烧技术效率较低，但以上几种技术组合的效率较高。若NOX为零、恒值、波动很小的值、负值等，可能是烟气在线监测设备存在问题；若NOX浓度连续明显升高或满量程，可能是烟气在线监测设备出现故障，也可能是脱硝设备出现故障，也要结合生产情况进行确定；若NOX浓度高出合理范围，可能是设备出现故障[2]。

1.3 颗粒物数据的查看

颗粒物数据的查看方法主要有β射线法、前向散射法等，除尘方法主要有布袋除尘、静电除尘、湿电除尘及上述方法的组合。光学法分析仪可实时测量颗粒物浓度，β射线法20～30 min测定一组数据，浓度是该时间段内的平均值。若颗粒物数据为零、恒值、长期异常偏低，可能是烟气在线监测设备出现问题；若颗粒物数据突然异常升高又恢复正常、超常规升高、异常波动、满量程[2]等，大概率是颗粒物分析仪出现问题，如主板损坏等；若颗粒物数据慢慢持续升高，可能是除尘设备出现故障；若烟尘监测数据达满量程，可能是光学法烟尘分析仪镜面污染；若烟尘分析仪监测值超常规升高，可能是烟尘分析仪光源老化；若烟尘监测数据异常波动，可能是测量装置异常振动，或烟尘分析仪光源温度波动[2]。

1.4 氧气数据的查看

氧气数据的查看方法主要有氧化锆法、电化学法等，安装位置分为现场在位式安装和非现场安装，使用中必须保证测量烟气通过氧分析仪。氧气是显示生产状态并进行排放标准折算的一项重要指标，若数值恒定不变，可能是安装位置不对，烟气未通过氧分析仪，也可能是仪器损坏，需要调整安装位置或者进行维修；若氧分析仪显示偏高，可能是管道漏气、炉温过低、量程电势偏低、固体电解质管产生微小裂缝导致电极部分短路或泄漏、仪器老化等[2]；若氧分析仪显示偏低，可能是炉温过高、可燃性气体太多、量程电势偏高等。

1.5 流量数据的查看

流量数据测量方法有S型皮托管法、超声波法等。流速是一个很重的参数，测量的准确性直接决定了污染物排放速率的准确性。S型皮托管法适用于烟气流速大于5 m/s的点位，若流速较低只能选择超声波等方法，流速决定测量方法，如果流速仪选择不当会产生较大的测量误差。若流速为零或接近零，说明流速仪出现故障或管路堵塞，或者测量点位选择不当，如烟道直径太大实际烟气排放量较少，流速较低由此产生的动静压差小，皮托管流速仪测量不出流速；若流速剧烈波动，说明测量点位选择不当，存在明显湍流，不符合点位应设置在距弯头、阀门、变径管等下游方向大于4倍烟道直径以及距上述部件上游方向大于2倍烟道直径处的要求[1]；若流速异常偏大或偏小，可能是皮托管堵塞或控制反吹电磁阀漏气；若流速异常，静压值长时间不变或满量程显示，可能是静压管路积水堵塞；若超声波存在明显湍流流速达最大值，可能是测速仪表面污染或法兰孔堵塞、积水[2]。

1.6 湿度数据的查看

湿度数据的测量方法主要有阻容法、干湿球法等。湿度的大小与生产工艺及污染治理方法有关，主要分为3种情况：①生产过程只是简单的物理过程如粉碎，此时湿度是空气湿度与物料中水分蒸发增加的湿度之和；若物理加工的同时还带有加热烘干，这要结合物料中待烘干水分含量确定。②烟气带有湿法处理工艺如湿法脱硫，这时排放烟气的湿度通常认为是饱和的，其大小与湿法处理之前烟气中水分的含量多少无关，只与排放烟气的温度有关，其大小就是该温度下烟气的饱和含水量。例如，排烟温度为40℃时湿度约为7%；排烟温度为50℃时湿度约为12%，排烟温度为60℃时湿度约为20%[3]。③以气体为燃料，没有配备末端脱硫脱硝等治理设备的加热炉类，其烟气湿度的大小主要与燃料气的含氢量有关，再结合排放烟气中剩余氧含量等计算出湿度的大体范围。湿度的大小主要依据以上3条判断计算，若实际测量数据偏离较大，说明湿度计存在问题故障；若湿度值为零或满量程，可能是传感器电容腐蚀、探杆腐蚀导致信号线短路或开路；若湿度值漂移大，不稳定，可能是传感器故障[2]。出现以上问题需要查明原因并及时修复，若放任不管会导致污染物的排放浓度和排放总量数据产生偏差。

1.7 温度数据的查看

实际测量排烟温度多使用PT100铂热电阻，PT后的100即表示它在0℃时阻值为100Ω，在100℃时它的阻值约为138.5Ω，它的阻值会随着温度的变化而改变，温度与阻值有一定的对应关系。可以现场测量铂热电阻的阻值，再通过查阅PT100铂电阻分度特性对照表中温度与阻值的对应关系，或者通过温度与阻值的计算公式[3]，计算出烟气的理论温度，进一步验证实际比对方法测量的温度，若误差超出规范要求范围，就应该查找原因并及时处理。若温度值为零或满量程，可能是传感器损坏、探杆腐蚀导致信号线短路或开路[2]。

1.8 压力数据的查看

压力数据是否异常的判断相对困难一些，前期要了解掌握清楚企业的生产状况、生产负荷，烟气流速，排气筒的高度直径，监测点位在排气筒上的位置等信息，综合判断排放烟气是正压还是负压及程度。若压力变化是平稳的，基本上是正常的；若压力监测数据异常波动，可能是压力取样装置（或压力变送器）异常振动；若压力异常偏大或偏小，可能是压力取样管堵塞，或控制反吹电磁阀漏气[2]。

2 烟气在线监测数据在非现场检查中的具体应用

在日常的远程监控工作中，根据平台数据的变化趋势来判断出异常数据和超标数据的性质，并有针对性地进行处理，防止出现小时值和日均值超标，增加污染物排放量。

2.1 及时发现在线超标数据的处理

某炼油企业常减压装置加热炉烟气中二氧化硫明显上升、波动并超标，监控人员发现后通过查看分钟数据，分析有关监测因子及辅助参数的合理关联性，排除烟气在线监测设备故障，在确认烟气在线监测数据正常后，及时告知企业查明超标原因。经仔细排查，发现是加热炉使用的瓦斯气脱硫系统出现故障，脱硫液的喷淋量不足，脱硫效率下降，造成瓦斯气脱硫不达标，使得二氧化硫超标8 h，由于及时采取措施未造成日均值超标，减少了污染物的排放。2021年9月该装置也曾发生过类似问题，由于是在夜间，加之超标量大，未及时发现并处理，造成了日均值超标，增加了污染物的排放量，该企业因此受到了重罚。

2.2 颗粒物突然跃升又恢复数据的处理

在监控管理实践中，多次遇到颗粒物浓度突然规律或不规律地上升几倍甚至十几倍，但很快又恢复正常，运维人员标定设备的零点和量程，均显示烟气在线监测设备运行正常，此时运维人员往往将原因归结到除尘设施出现了故障，放弃了对在下设备的检查维护，企业会组织维修人员详细检查生产及除尘设施的运行情况，甚至更换为效率更高的布袋除尘器，但这一问题也并未消除。后经多方检查、比对、咨询，终于查明该问题的主要原因是烟气在线监测设备长期使用，分析仪主板上的某个或多个元器件损坏，而运维人员又很难及时排查，加之部分运维公司备品、模块等储备不足，无法及时更换维修损坏的备件。后来整体更换了主板，该问题立即迎刃而解。这类问题在多台设备上发生过，如果努力方向不对，只能事倍功半，不能及时解决问题。

2.3 流量剧烈波动数据的处理

从监控平台发现某石化企业烟气流量波动大，范围在几百到几万m3/s，其他参数正常，经运营公司工作人员检查，流量计运行正常，怀疑是安装位置不符合要求，并要求立即整改。经运维、监控、企业3方现场仔细检查后发现，在流量计安装位置上方1 m处有一个隐蔽的蝶阀，用于调节烟气排放量，由于其干扰了烟气的平稳流动，造成流速测量处呈湍流状态，严重影响了流速的测量，造成流量明显波动，调整测量点位后，流量数据平稳未出现明显波动，恢复了正常。

2.4 流量为零数据的处理

某大型炼油企业由于历史原因，建有很多直径很大、高度很高的排气筒，而实际排放的烟气量却很少，造成烟气流速过低甚至为零。以前安装的是S型皮托管流速仪，由于烟气流速明显低于S型皮托管流速仪使用范围，测量的烟气流速显示为零或在零附近波动，造成烟气排放数据严重失真，此种情况靠更改测量点位无法解决，只能选择测量流速更低的超声波流量计。经督促企业改造，将6根大直径排气筒的流速仪由S型皮托管法改为超声波法后，流量数据恢复了正常，烟气排放量与实际生产情况相匹配，保证了烟气在线监测设备提供的污染物排放速率是可信的。

3 结语

通过仔细查看环境自动监测监控系统平台，结合现场检查时掌握的一手资料，可以及时准确判断烟气在线监测设备运行中产生的异常数据和超标数据根据数据种类性质，及时分类处理。若烟气在线监测设备的故障数据，应增加现场检查的力度和频次，责令企业及运维公司立即查明原因并排除故障，缩短运维周期，举一反三防止类似问题重复出现，并在监测监控信息平台及时合理标识说明异常数据；若生产工艺和治理设施出现问题，则对企业发出严厉警告甚至处罚，要求其加强污染治理设施的运行、维护、管理，提升污染治理水平，保证污染物达标排放，全面改善环境空气质量。通过自动监测监控系统平台的非现场远程检查，可以相对准确快速地发现烟气在线监测设备现场运行的状况，大幅减少现场检查的频次和时间，减少监察人员和车辆的无谓消耗，将精力和工作重点放到更需要的地方，更好地服务于绿色低碳的工作和生活。