烟气在线监测设备现场的质量保证与控制

孙代华

（临淄区生态环境技术服务中心，山东 淄博 255400）

0 引言

随着环境管理要求日益严格，污染物排放标准限值逐步趋严，这要求企业必须采用更先进的脱硫、脱硝和除尘等治理工艺和技术。虽然污染物排放浓度显著降低，但污染源排放烟气环境条件却变得更为恶劣。例如，采用湿法脱硫治理工艺后，烟气湿度明显上升，温度下降，腐蚀性增强，这就导致在线监测设备在低温、高湿和强腐蚀性条件下进行连续自动监测，使其不能长期稳定可靠运行，故障率上升，有效数据率下降。基于此，只有加大现场运维中的质量保证与控制，才能有效控制各个环节，保证在线监测设备能够提供真实、准确、有效的数据，始终处于受控状态。

1 固定污染源烟气排放连续监测系统（在线监测设备）的基本组成

在线监测设备一般由颗粒物测量、气态污染物测量、烟气辅助参数测量和数据采集与处理等单元组成，能够实时准确地测量烟气中的颗粒物浓度，二氧化硫、氮氧化物等气态污染物浓度，温度、压力、流速、湿度、氧气等烟气辅助参数，通过测量计算出烟气中污染物的排放速率和排放总量，并显示和记录各种数据和参数，生成相关图文表格，以数据、图文等方式传输至生态环境管理部门[1]。

2 在线监测设备现场安装条件的质量保证与控制要求

设备安装位置是否符合有关技术规范和标准，是保证测量结果准确性的最基础、最重要的保证条件。安装点位必须要有代表性，保证位于固定污染源治理设备的下游，确保采样断面满足前4 后2 的技术要求[1]，并且是稳定的层流；当无法找到满足安装采样要求的直管段时，尽可能选择在烟气和颗粒物分布相对均匀稳定的断面，保证不产生紊流；流速是一个很重要的参数，直接决定了污染物排放速率的准确性，烟气流速决定测量方法，如果流速仪选择不当会产生较大测量误差，S 型皮托管法应安装在烟道内流速大于5 m/s 的位置[1]，如流速较低可选择超声波流速仪；监测点位的设备要保证不受光线和电磁辐射的明显影响，烟道的振动越小越好，还应尽量避开烟气中雾滴的干扰；在互不影响测量的前提下，参比方法采样孔应尽可能靠近在线监测设备的监测断面[1]，便于准确开展比对监测。只有安装位置符合技术规范，才能为以后的稳定运行创造基础条件。

3 标准物质的质量保证与控制要求

标准物质的质量是影响测量结果的重要条件。校准、检验在线监测设备的标气必须由国家计量行政部门批准的国家一级或二级标准气体，能溯源到国家级标准气体，并载明标准气体的浓度值、生产厂商、有效期、不确定度等信息，且要有出厂合格证。零点标准气体通常为含二氧化硫、氮氧化物浓度均小于0.1 μmol/mol 的气体，含有其他气体的浓度不得干扰仪器的读数；量程标准气体是浓度为满量程（80%～100%）范围内的气体，其不确定度不超过±2.0%[1]，并在有效使用期内使用。

4日常运维的质量保证与控制要求

4.1日常巡检维护的质量保证与控制要求

在线监测设备长期连续运行中会产生一定的偏差，在偏差未达到有关技术规范允许的误差范围之前，根据在线监测设备不同模块、组件、部件的运行维护保养周期要求，对其进行一次有效的标准气体校准、维护、保养，提前消除可能存在的误差，使误差始终在技术规范允许的范围之内。运营公司对设备维护、保养、维修、更换部件等活动，都要填写记录，留存照片、电子文件等，记录要完整、清晰、准确，以备检查和溯源。生态环境检查人员按照有关技术规范要求，对在线监测设备的运行情况进行现场检查，查阅有关记录资料时，对发现的不符合技术规范要求的行为，按照轻重程度出具限期整改、警告、处罚等决定意见。对不按照技术规范运维保养，造成设备故障率高、管理混乱、问题多的点位，必须加大现场执法检查的力度和频次，必要时，环境检查人员可以对在线监测设备进行现场比对，发现问题及时处置，保证在线监测设备正常运行。

4.2 校准的质量保证与控制要求

不同原理的仪器校准方法和周期不同，应依据技术规范、说明书、操作技术规范、技术标准和管理规定进行，校准结果应详细记录，确保能在数采仪中找到，以备查验。对在线监测设备进行零点和量程校准、系统响应时间和示值误差测试，如不能满足技术指标，应及时查找出原因，采取有效纠正措施，并缩短下一次校准、维护的时间间隔。随着脱硫技术的不断进步，二氧化硫浓度明显下降，甚至降低到了零，但排放烟气中的水分却明显上升，烟气条件恶劣。实际操作中用二氧化硫做全量程校准时容易出现较大偏差，这时应重点检查伴热管线温度是否过低，管内是否结露形成水珠，或者是否有其他结晶物吸附二氧化硫，造成结果偏低。必要时，采用冷干法脱水的采样系统，可考虑在冷凝器或者伴热管中添加磷酸稀溶液，以抑制烟气中二氧化硫被冷凝水或其他物质吸收。

4.3 校验的质量保证与控制要求

通常情况下，只要经过校验合格的在线监测设备，运行是正常的，符合技术规范规定的技术指标，其数据是合法有效的。但是在实际运行过程中，有少数的运维人员工作责任心不强，当在线监测设备出现不明显问题时，为了减少运维工作量，不按照技术规范规定的频次和内容要求，对在线监测设备认真维护保养，积极查找原因，甚至采取修改部分数据的方式让校验数据看起来与在线监测数据相匹配，误差范围也符合技术规范要求；也有的运维人员使用未经校验合格或超过有效使用期的设备，这些均会导致人工比对数据的可信度下降，掩盖在线监测设备运行中产生的问题，容易造成在线监测数据的失控，产生大量无效数据，不利于生态环境管理部门对污染源排放情况进行监管。为此，可以通过以下方法验证在线监测数据是否与实际生产工艺、生产状况、污染治理水平等相匹配，进一步判断、验证在线监测数据的准确性、合理性。

4.3.1 验证烟气温度准确性的辅助方法

目前污染源烟气温度的测量多使用铂热电阻、铜热电阻法等，如PT-100 铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而变化，温度与阻值有一一对应关系。在现场很容易测量铂热电阻的阻值，通过查阅PT-100 铂电阻的温度与阻值之间的对应关系，或者阻值与温度之间的计算公式[2]，计算出烟气的理论温度，再与在线监测设备监测的温度值比对，进一步验证在线监测设备测量的温度，如果两者温度值接近，说明在线监测设备测量的温度是准确的，否则可以判断测量温度是不准确的，要及时查找原因。

4.3.2 验证烟气湿度准确性的辅助方法

烟气湿度影响污染物排放的浓度和总量，实际运行中容易出现偏差，且平常的关注度不高，需要重点关注、判断。不同行业污染源烟气中的湿度变化非常大，通常从百分之几到百分之几十不等，这主要与企业的生产工艺及污染治理方法有关。如果以含氢气体为燃料，没有配备末端脱硫脱硝等治理设备的直排加热类炉，其烟气湿度的大小主要与燃料气的含氢量有关。结合烟气中剩余氧含量，适当考虑空气的湿度，就可以计算出烟气中湿度的大概范围。此类烟气中的含湿量较大，最大能达到百分之几十；如果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加物料中水分蒸发增加的湿度之和，湿度通常只有几个百分点；如果排放的烟气带有湿法污染治理工艺，如湿法脱硫，由于气液充分接触，吸收液中的水分蒸发大，此时烟气的湿度一般认为是饱和的，大小与湿法处理之前烟气中水分含量无关，只与排放烟气的温度有关，即该温度下烟气的饱和蒸气压，如烟气温度为40 ℃，其湿度约为7%，烟气温度为50 ℃，其湿度约为12%，烟气温度为60 ℃，其湿度约为20%[3]。在线监测设备测得湿度的大小可以依据以上几种情况验证，如果实际测量数据偏离较大，说明湿度测量结果有误差，湿度在线监测分析仪存在问题。

4.3.3 验证烟气二氧化硫浓度准确性的辅助方法

二氧化硫的浓度是否准确，要结合原料燃料的含硫量、生产工艺、脱硫设备、脱硫方法、脱硫剂种类、运行状况，根据污染源废气的排放量、单位时间脱硫剂的消耗量、初始烟气中二氧化硫浓度等已知条件，结合平时的脱硫效率，计算出烟气中二氧化硫的实际排放浓度，再辅以长期的经验积累与在线监测设备的数据进行对比判断。若在线监测设备出现二氧化硫浓度值长期为零、恒值、异常高、异常低等情况，而生产状况又没有发生明显的变化，且脱硫设施运行正常，可以判定在线监测设备测得的数据不准确，不符合逻辑关系，应及时分析查找原因。另外，当烟气中的一氧化碳含量较高时，可能会干扰非分散红外法测定二氧化硫，造成数据偏高，这也需要引起足够的重视。

4.3.4 验证烟气氮氧化物浓度准确性的辅助方法

氮氧化物的浓度是否准确，也要结合生产工艺、脱硝方法、脱硝剂种类、运行状况，根据废气排放量、脱硝剂的消耗量、初始烟气氮氧化物含量等条件，计算出烟气中氮氧化物的排放浓度，并与在线监测数据对比判断。若在线监测设备测得氮氧化物浓度长期为恒值、异常高、异常低、波动大、零等，而生产状况没有发生明显的变化，脱硝设施运行正常，说明在线监测设备测得的数据是不准确的。

4.3.5 验证烟气颗粒物浓度准确性的辅助方法

颗粒物浓度是否准确，要结合生产工艺、除尘方法及种类、运行状况等条件判断，若颗粒物浓度长期为零、异常偏低，则一定是在线监测设备出现问题，测量不准确，这种情况在实际运行中经常出现；若颗粒物突然异常升高又恢复正常、超常规升高、异常波动、满量程显示等，而生产状况又没有发生较大变化，也说明颗粒物在线分析仪出现问题，应及时查找、分析原因，不要只从生产上找原因。

4.3.6 验证烟气氧气浓度准确性的辅助方法

氧气是显示生产状态并进行排放标准折算的重要指标。如果数值恒定不变，可能是安装位置不对，烟气未通过氧分析仪，或者氧分析仪损坏，需要调整安装位置或者维修；如果氧分析仪显示值偏高，明显偏离基准氧含量，与生产状况不匹配，可能是采样管道漏气或氧气在线分析仪出现故障。

4.3.7 验证烟气流速准确性的辅助方法

流速数据是否准确，完全可以通过产品产量、生产负荷、排气筒直径、排烟温度、排烟湿度、排烟压力等条件计算出来，并与在线监测数据比对，只要生产平稳，烟气流速会在这一计算值附近波动。S 型皮托管法适用于烟气流速大于5 m/s 的点位，超声波流速仪适用于流速更低的点位，什么样的流速选择什么样的测量方法，否则会产生较大误差。若流速为零或接近零，说明流速仪出现故障或管路堵塞，或者流速仪的选择不当；若流速剧烈波动，说明测量点位选择不当，可能存在明显湍流，不符合技术规范规定的监测点位要求；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。

5 第三方比对监测的质量保证与控制要求

第三方比对监测是企业委托有资质的社会检测机构，采用国家或行业发布的现行有效的标准分析方法，运用手工监测方法与在线监测设备同步监测，用手工监测结果作为抽查、验证在线监测设备准确度的依据，其使用的手工监测仪器性能指标符合要求并在检定或校准合格有效期内[4]。仪器在测量前要进行流量和气密性等运行检查，保证采样器功能正常。颗粒物采样器应具有等速跟踪功能，手工监测方法和在线监测设备必须采集同点位、同时段、同状态的烟气。对颗粒物、二氧化硫、氮氧化物及辅助参数的准确度进行测试时，其比对组数、时长、采气量等均应符合有关技术规范和标准要求，否则数据无效。

第三方比对检测是检验在线监测设备数据是否准确可靠的最有效证明，当发现在线监测设备的监测污染因子和辅助参数超出技术规范要求的误差范围时，运维人员和企业管理人员应当仔细查找在线监测设备产生误差的原因，并对有关参数进行校正，如颗粒物的相关系数、气态污染物的准确度、流速的速度场系数等，始终保证在线监测设备测量数据准确、可靠、受控。

6 结语

通过安装、维护、保养、校准、校验、比对等全过程全面的质量保证与控制管理，就能及时发现在线监测设备运行中产生的偏差、错误，减少故障，并有针对性地采取有效措施加以消除，这样在线监测设备就可以长期稳定运行，确保技术指标符合固定污染源烟气排放连续监测技术规范。在线监测设备的故障率会明显下降，数据的有效性会显著上升，确保生态环境管理部门接收的污染源数据是有效受控的，这样政府才能真正掌握企业污染物排放浓度和排放总量，逐步减少区域污染物总量，有效配置污染物总量控制指标，为经济的可持续发展及环境空气质量的不断改善创造条件，为绿色低碳生活做出贡献。