烟尘烟气连续自动监测系统研究

摘要：固定污染源排放的烟尘烟气会对环境造成污染, 对其进行科学监测至关重要。本文对现有烟尘烟气连续自动监测系统展开了详细的研究，介绍了烟尘烟气连续自动监测系统国内外发展状况，技术特征现状及其发展状况，安装使用过程中出现的技术问题及应对措施，为相关的环境监测工作提供参考借鉴。

目前，很多行业在工作流程中都会排出大量对环境以及人体有害的烟尘、烟气。随着人们环境保护意识的不断增强,国内外对于大气污染的监测特别是对烟尘、烟气排放的连续监测日益重视起来。其中，烟尘烟气排放连续连续监测系统是一种新型的电力环保自动化控制设备,通过提供烟尘烟气流速、压力、温度、湿度等数据的测定，自动进行数据的运算、分析，记录污染物排放总量和排放时间，并通过污染源监控网络系统上传到管理部门，为环保管理部门加强监管力度，实行总量控制提供科学依据。

1 烟尘烟气连续自动监测系统概述

系统组成如图（1）所示。

2 烟尘烟气连续自动监测系统国内外发展状况

2.1 烟尘烟气连续自动监测系统在国外的发展状况

20世纪60年代末，德国、美国设计生产了测量高浓度气体的环境分析仪及将探头直接插入烟道测量的现场分析仪，德国的不透明度光学系统和美国的荧光检测等技术，为实现烟尘烟气连续自动监测系统奠定了技术基础。

美国第一台烟尘烟气连续自动监测系统出现于1971年，随后烟尘烟气连续自动监测系统制造业停滞不前，直到1975年末美国国家环保局制定了烟尘烟气连续自动监测系统性能的技术指标，并规定在某些排放源安装CEMS后，才逐渐得以广泛应用。一般认为原联邦德国对大气污染物的控制始于1974年4月1日《联邦扩散防治法》的实施，同年8月24日《大气质量控制技术指南》的发布标志着SO2排放管理具体实施的开始，该指南明确规定SO2排放量超过100kg/h的装置需安装一套SO2连续测量仪。

2.2 烟尘烟气连续自动监测系统在国内的发展状况

我国在20世纪70年代初期，认识到需要采用比手工采样更方便、快捷的方法来测量烟气中的污染物，1986年广东沙角B发电厂从日本引进了首台火电厂烟气连续监测系统。20世纪80年代末和90年代初期，我国开始着手烟尘烟气连续自动监测系统的自主研制和生产。1996年修订颁布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-1996）要求Ⅲ时段及部分特定地区的火电厂安装CEMS；2003年修订颁布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2003）规定所有火力发电锅炉都必须按照《火电厂烟气排放连续监测技术规范》（HJ/T75-2001）现修订为《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》（HJ/T75-2007）的要求，装设烟气排放连续监测仪器。在此背景下，国内涌现出南京国电环保设备有限公司、上海发电设备成套设计研究院、中绿环保技术有限公司等具有烟尘烟气连续自动监测系统研制和生产能力的机构和企业，开发出具有自主知识产权的烟尘烟气连续自动监测系统设备，推动了国产烟尘烟气连续自动监测系统的发展与应用。

3 烟尘烟气连续自动监测系统主要技术特征现状

烟尘烟气连续自动监测系统依靠多种技术支撑，主要包括:分析和监测技术、取样技术、分析仪器技术、数据处理技术。

3.1 分析和监测技术特征

分析和监测技术主要是针对9个部分进行分析和监测的，主要包括:二氧化硫和氮氧化物、颗粒物、流速、含氧量以及湿度。在分析和监测的过程中，在二氧化硫和氮氧化物的监测中采用了光谱分析技术，该技术具有较好的抗干扰能力，能够将光谱谱宽减小至10～20nm数量级。为了有效测定颗粒物，采用了浊度法和散射法来进行，具体技术应用了抽取β射线法，这种技术不用光电信号来回转换，降低了难度，在目前得了很好的应用。流速监测方法主要应用了皮托管法，含氧量的监测主要采取了顺磁原理的电化学法，湿度的监测方法主要应用了电容法和干湿氧法。

3.2 取样技术特征

在取样过程中，取样方法分为两种，主要为稀释取样法和直接取样法，这两种方法是针对不同的烟气条件进行的，所以在应用的时候要根据烟气的特征进行选取。在取样的过程中，对样气的处理十分关键，如果处理不当，不但无法得出烟气测量分析数据，还容易对取样系统造成较大的影响。目前我国采用直接取样法较多，对烟气的取样达到了预期目的。

3.3 分析仪器技术特征

分析仪器是烟尘烟气连续自动监测系统中的核心部件，在目前的应用中，烟尘烟气连续自动监测系统的分析仪器主要采用了非分散红外技术，分析仪器的主要结构为充气－微音薄膜或充气－微流检测器，我国自主研制的烟尘烟气连续自动监测系统分析仪主要采用了半导体技术，将半导体技术和非分散红外技术结合在一起，提高了分析的稳定性和抗干扰能力。从国外的分析仪器发展情况来看，多数都采用了紫外荧光技术，目前国内该技术处于起步阶段，还没有大规模的得到应用，相信未来会朝着此方向发展。

3.4 数据处理技术特征

数据处理是烟尘烟气连续自动监测系统中的重要环节，只有实现了对数据的有效处理，才能保证监测系统得出正确的监测和分析结果。数据处理技术主要包括数据加标、干湿浓度折算、参数和场系数校准及权限设定4个部分。数据加标主要是对分钟数据进行标记，保证分钟数据准确计入小时数值统计。干湿浓度折算主要是利用计算软件对取样数据进行浓度计算，并得出正确的折算结果。参数和场系数校准主要是将超声波法测出的线上流速进行调整和校正。权限设定主要是保证烟尘烟气连续自动监测系统的稳定性，防止系统被恶意篡改。

4 烟尘烟气连续自动监测系统主要技术的发展

目前烟尘烟气连续自动监测系统在国内已经得到了广泛的应用，该系统的分析和监测技术、取样技术、分析仪器技术、数据处理技术也得到了较大程度的发展。

4.1 监测技术的发展

烟尘烟气连续自动监测系统的监测技术，目前已经实现了连续测量，并取得了一定的效果。但是连续测量结果的准确性无法保证。在未来的发展中，监测技术主要是朝着连续测量现场数据校准方向发展，以提高现场数据准确性为主。此外，监测技术还将重点解决湿度测量仪适用性问题，并降低其故障的发生率。

4.2 取样技术的发展

在目前的烟尘烟气连续自动监测系统中，主要应用了直接取样法，通过实践应用发现，直接取样法出现了许多问题，虽然可以有效解决高温高浓度的二氧化硫取样问题，但是对待低温和低湿度的二氧化硫无法实现正常取样。所以，未来取样技术的发展趋势主要是朝着提高取样效果方向发展，有效解决直接取样产生的问题。

4.3 分析仪器技术的发展

考虑到分析仪器对烟尘烟气连续自动监测系统的重要性，其发展受到了广泛的关注。目前分析仪器技术国外的发展速度较快，国内对于分析仪器先进技术的引用也达到了一定的深度。国内分析仪器技术的主要缺点是无法实现有效的低浓度污染气体测量，因此在未来的发展中该技术应该会得到突破。

4.4 数据处理技术的发展

对于烟尘烟气连续自动监测系统数据处理技术的发展来说，最主要的是符合监测系统的实际需要。烟尘烟气连续自动监测系统数据处理技术应与配套的技术标准和规范相结合，保证数据处理软件的有效性和实用性。从目前的发展情况来看烟尘烟气连续自动监测系统的数据处理技术正在处于标准和规范结合阶段，未来将能实现数据处理技术的完全标准化。

5 烟尘烟气连续自动监测系统常见问题、原因和应对措施

烟尘烟气连续自动监测系统最常见的问题是测量数据不准，主要原因有烟尘探头污染、冷凝装置故障、管路泄漏，由此引起污染物浓度测量值过低、氧量过高等。

5.1 烟尘探头污染

烟尘浓度测试不准，浓度值不稳定，数值偏低，是烟尘烟气连续自动监测系统维护中经常出现的问题。遇到这样的情况，需要优先排查烟尘探头污染问题。这是由于烟囱入口处烟气含有一定量的水分，而水滴中又溶有二氧化硫、硫酸、硫酸盐等物质，在烟气经过烟尘烟气连续自动监测系统探头时，探头易被污染。由于烟尘测量采用的是双端安装，维护后需进行光路对中，因此安装时要求较高，当烟道振动较大时，探测光束可能会偏离探测器，也会导致测量数据不准。

通过对烟尘烟气连续自动监测系统进行改造，加装烟尘探头的反吹装置；加大探头的清洗频率；注意光学窗口的清洁，定期使用擦镜纸擦拭；拆解后组装时，安装要对位一致。

5.2 冷凝装置故障

SO2测量浓度偏低是测量中常见问题，这可能是烟气冷凝装置故障所引起。因为一是一旦烟气冷凝装置发生故障，热烟气通过自然降温，导致烟气内水汽在取样管壁吸附凝结，因无法排出而越积越多；二是由于冷凝器内玻璃热交换管道堵塞或冷凝液泵（蠕动泵）故障以及排水管路堵塞造成抽水不畅，使烟气通过冷凝装置产生的冷凝水不能及时排出，都会造成烟气中的SO2溶解于水，致使SO2浓度测量值偏低。凝水量越多，SO2浓度损失越大。特别是在低排放浓度时，由于SO2被凝水完全吸收而使显示浓度为零。要避免上述问题，应经常检查热敏交换单元排水管是否堵塞，冷凝液泵（蠕动泵）排水是否正常。

5.3 管路泄漏故障

烟尘烟气连续自动监测系统运行中，常出现氧含量数据大于正常值，同时测定的污染物浓度偏低，甚至为零，这是由于管路泄漏。虽然泄漏现象与上述的凝水溶解现象都有可能致使SO2浓度偏低或显示为零，但后者的烟气含氧量不会发生变化。

管路泄漏排查包括整个取样系统，从取样探管、法兰垫圈到机柜内部的各管路连接接头，都可能成为泄漏点。由于直接抽取法在取样泵之前的管路为负压系统，因此，取样泵之前管路的微小泄漏，都会使氧量发生很大变化。

6 结束语

综上，烟尘烟气排放连续监测系统是监测大气中烟尘烟气污染物排放、实现环境监管的现代化方式。文章对烟尘烟气排放连续监测系统及其在应用上存在的问题做了一定的论述与分析。下一步，我们应从探头污染、冷凝装置故障、管路泄漏等问题，对监测系统结构进行优化设计,以改进监测系统，提高系统的运行可靠性，提高其在工作环境中的实用性。