如何查找认定烟气CEMS存在的问题.docx
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如何查找认定烟气CEMS存在的问题
如何查找、认定烟气 CEMS 存在的问题
环境保护部印发的《关于加强“十二五”主要污染物总量减排监测体系建设运行情况考核工作
的通知》要求,各地要高度重视监测体系建设运行情况考核工作,全面加强国家重点监控企业自动
监控系统的运行管理。
经过多年发展,我国污染源自动监控系统建设取得很大成绩,但仍有一些问题需要完善。
经过
近 3 年的调查研究,环境保护部华东环保督查中心对固定污染源烟气 CEMS 现场端常见问题、对系统
和数据的影响、规范要求和现场核查方法等进行了归纳总结,撰写此文。
本报特分两期连载,以飨
读者。
目前,国内实际安装应用的固定污染源烟气 CEMS 系统中,监控颗粒物和烟气参数(温度、压力、
流量、湿度)的仪器均以原位直接测量法为主,监控气态污染物的仪器以完全抽取法为主。
本文对上述常用仪器进行重点介绍,对应用较少的气态污染物稀释抽取法和直接测量法仪器的
一些常见问题也进行了简要分析。
一、采样和预处理单元
1.1 采样点位
常见问题:
流速和颗粒物采样点位于烟道弯头、阀门、变径管处、弯道或前后直管段不足。
影响:
这些位置流场不稳定,流速和颗粒物浓度无规律剧烈波动。
规范要求:
1.应优先选择在垂直管段和烟道负压区域。
2.距弯头、阀门、变径管下游方向不小于 4 倍烟道直径,距上述部件上游方向不小于两倍烟道
直径处(HJ/T75—2007)。
核查方法:
现场观察。
备注:
采样点位对气态污染物的影响较小,但也应尽量满足 HJ/T 75—2007 规范中“距弯头、
阀门、变径管下游方向不小于两倍烟道直径,以及距上述部件上游方向不小于 0.5 倍烟道直径处”
的要求。
(如图 1)
采样点位于烟囱入口处,直管段不足(图 1)
常见问题:
采样点设置在净烟道,但旁路烟道未安装烟气流量和烟温监测装置。
影响:
旁路开启情况无法有效监控。
规范要求:
1.固定污染源烟气净化设备设置有旁路烟道时,应在旁路烟道内安装烟气流量连续计量装置
(HJ/T75—2007)。
2.应在旁路烟道加装烟气温度和流量采样装置(环办〔2009〕8 号)。
核查方法:
1.现场观察旁路烟道是否安装了流量和烟温测量装置。
2.开启旁路,观察 DCS 和 CEMS 上流量和烟温变化情况,净烟道流量应下降,旁路流量应上升,
旁路烟温应接近原烟气温度。
备注:
目前,许多燃煤电厂不设旁路或已取消旁路,不存在此问题。
但烧结机脱硫等仍设有旁
路,需予以关注。
(如图 2)
脱硫烟气旁路挡板门(图 2)
常见问题:
参比方法采样孔设置在 CEMS 采样孔上游,或距离 CEMS 采样孔较远。
影响:
测定结果可比性差。
规范要求:
在烟气 CEMS 监测断面下游应预留参比方法采样孔,采样孔数目及采样平台等按《固定污染源
排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》要求确定,以供参比方法测试使用。
在互不影响测量的
前提下,应尽可能靠近(HJ/T 75—2007)。
核查方法:
现场观察。
备注:
参比方法采样孔与 CEMS 采样孔距离一般控制在 1 米以内。
常见问题:
颗粒物采样孔设在气态污染物采样孔的上游。
影响:
颗粒物监测时需连续吹扫,吹扫空气会使气态污染物被稀释,监测结果偏低。
核查方法:
现场观察。
备注:
采样孔的正确布置顺序为:
沿烟气流动方向,依次布置气态污染物、温度压力流速、颗
粒物采样孔。
相互距离最好不小于 0.5 米。
(如图 3)
正确的采样探头布置顺序(图 3)
1.2 采样管路
常见问题:
1.采样管线未全程伴热。
2.采样探头加热温度或采样管线伴热温度不足。
影响:
导致采样管内烟气温度低于露点,水汽结露,二氧化硫溶于水中,加大测量误差,使测定结果
偏低。
核查方法:
1.观察采样管线,是否全程伴热。
2.用手触碰采样管线,感觉是否有温度异常偏低的部分。
3.检查采样管两端,恒功率伴热管是否预留 1 米伴热带。
4.检查探头加热温度(温度显示仪表在采样探头旁或分析仪机柜内),一般加热温度不低于
160℃。
5.检查伴热管伴热温度(温度显示仪表在分析仪机柜内),一般伴热温度不低于 120℃。
备注:
1.只有完全抽取法(包括热湿法和冷干法)仪器使用伴热管。
稀释抽取法不需要伴热,但探
头需要加热。
2.采样探头加热温度和伴热管伴热温度需根据烟气露点温度确定,必须保证能够将烟气加热到
露点温度以上。
对垃圾焚烧尾气等露点温度较高的烟气,采样探头加热温度和伴热管温度宜设置更
高的温度,一般不低于 180℃。
3.根据对某型伴热管实际试验,裸露管段长在 30 厘米时,烟气温度降低可达 70℃左右;裸露
管段长在 60 厘米时,可达 90℃左右。
也就是说,裸露管段长度超过 60 厘米时,烟气温度已经降低
至接近室温。
在此过程中,将产生大量冷凝水,吸收烟气中的二氧化硫,使测定结果偏低。
在二氧
化硫浓度较低时,对测定结果的影响更大(如普通湿法脱硫烟气浓度低于 50ppm 时,二氧化硫损失
率可达 10%甚至更高)。
因此,在安装过程中,应尽量缩短采样管裸露管段的长度。
(如图 4~9)
伴热管伴热温度不足 120℃
(图 4)
探头加热温度不足 160℃ (图 5)
伴热管截面图(图 6)
未预留 1 米伴热带,伴热管最后 1 米无法加热 (图
7)
预留 1 米伴热带,正确(图 8)
有裸露管段,产生大量冷凝水 (图 9)
常见问题:
采样管形成 U 型管段。
影响:
冷凝水易蓄积在 U 型管段,加大测量误差,使气态污染物测定结果偏低。
核查方法:
现场观察。
(如图 10)
U 型管段,易蓄积冷凝水 (图 10)
1.3 预处理
常见问题:
颗粒物测量仪镜片、气态污染物采样探头、皮托管探头未正常反吹。
影响:
不正常反吹将导致颗粒物测试仪镜片污染,使浓度偏大;气态污染物采样探头和皮托管探头堵
塞,数据异常,严重时设备无法运行。
核查方法:
1.观察平台上颗粒物测量仪反吹风机叶片是否转动,听风机是否有运转的声音,用手感觉风机
是否振动,判断风机是否正常运行。
2.观察平台上气态污染物探头和皮托管探头反吹管是否正常连接,平台上反吹气阀门是否打开。
3.观察监测站房内或平台上反吹气源压力表,压力一般在 0.4~0.7MPa。
备注:
1.需反吹的部件包括 3 个:
颗粒物测量仪镜片、气态污染物采样探头、皮托管探头。
2.颗粒物测量仪镜片采用连续反吹。
3.气态污染物采样探头、皮托管探头为脉冲式反吹,反吹周期一般为 4~8 小时,每次反吹时间
为 2~5 分钟。
4.气态污染物探头反吹时,二氧化硫和氮氧化物浓度降低,氧含量增高。
5.皮托管全压反吹时,压力显示为满量程。
静压反吹时,压力显示为零。
6.目前一般均对反吹时数据进行了屏蔽。
如屏蔽,在 CEMS 和 DCS 历史数据中查询分钟数据时,
可观察到反吹期间浓度、流速保持一固定值(如前 5 分钟均值)。
如未屏蔽,可观察到有二氧化硫
和氮氧化物浓度、流速(静压反吹)周期性波谷,氧含量、流速(全压反吹)周期性波峰。
7.反吹气源一般由监测站房内的空压机提供,压缩空气经管路输送至平台后分 3 路,分别供给
颗粒物测量仪镜片、气态污染物采样探头、皮托管探头进行反吹。
部分企业有自备气源,不需配备
空压机。
部分颗粒物测量仪镜片吹扫由平台上风机直接反吹。
反吹气源压力在 0.4~0.7MPa。
(如图
11~16)
反吹正常连接,正确。
(图 11)
平台上反吹气柜阀门成打开状态,正确。
( 图 12)
手放在颗粒物测量仪反吹风机叶轮外,如感到振动,则风机在运行。
反吹气源压力表读数 0.4~0.7MPa,正确。
(图 14)
观察分析小屋内的反吹气源反吹气压力是否正常。
(图 15)
系统正常反吹,左图中,氧含量出现周期性波峰,右图中,二氧化硫含量出现
周期性波谷。
( 图 16)
常见问题:
气态污染物采样探头内滤芯、预处理机柜内滤芯长期未更换,导致滤芯失效。
影响:
滤芯堵塞,导致采样流量降低,严重时设备无法运行。
规范要求:
一般不超过 3 个月更换一次采样探头滤芯(HJ/T 76—2007)。
核查方法:
1.查看气态污染物采样探头滤芯表面是否粉尘过大。
2.查看机柜滤芯是否变形、变色,表面有无大量粉尘。
备注:
被测气体进入分析仪表前,需过滤去除粉尘和水蒸气,依次为:
气态污染物采样探头内
的陶瓷或不锈钢过滤器,预处理机柜内 1~2 处过滤器。
正常情况下,分析仪采样流量一般在 1~2L/
分钟。
(如图 17~20)
清洁的滤芯,乳白色,无水渍、无褶皱。
(图 17)
污损的滤芯,淡黄色,表面有黑色积灰。
(图 18)
采样探头内滤芯应定期更换,确保无大量粉尘堆积。
(图
19)
采样探头内部结构(图 20)
常见问题:
1.冷凝器冷凝温度过高或过低。
2.冷凝温度不稳定。
影响:
1.冷凝温度过高,导致烟气中的水分不能充分析出,分析仪表损坏。
2.冷凝温度过低,尤其在低于 0℃时,可能会导致冷凝管排水口结冰,无法正常排水。
核查方法:
1.查看冷凝器上的显示温度,一般冷凝温度应在 3~5℃。
2.观察抽气泵,如果除湿不好,抽气泵易腐蚀。
备注:
完全抽取法测量气态污染物一般包括冷干法和热湿法两类,国内应用的主要是冷干法仪
器。
只有冷干法仪器才需要使用冷凝器,目的是使烟气中的水分迅速结露冷凝析出。
热湿法仪器和
稀释法仪器不需要冷凝器。
(如图 21)
冷凝温度 4℃,正常(图 21)
常见问题:
1.冷凝器排水蠕动泵泵管老化。
2.蠕动泵损坏。
3、蠕动泵泄漏。
影响:
冷凝水无法正常排出,严重时导致冷凝器不能正常工作。
规范要求:
每 3 个月至少检查一次气态污染物 CEMS 的过滤器、采样探头和管路的结灰和冷凝水情况、气体
冷却部件、转换器、泵膜老化状态(HJ/T 75—2007)。
核查方法:
1.查看蠕动泵电机是否按标识方向转动,观察蠕动泵管是否有水柱顺利排出。
2.查阅运维记录,检查是否定期更换蠕动泵管(一般 3 个月至少更换一次)。
3.将蠕动泵管拆卸下来,观察其是否有裂纹、能否恢复原状。
如拆卸后不能恢复原状、泵管表
面有裂纹,则需要更换。
(如图 22~24)
新的蠕动泵管
(图 22)
蠕动泵(图 23)
正常运行时,蠕动泵排出的冷凝水呈酸性。
(图 24)
二、分析单元
目前,国家标准中仅规定了调试检测期间判定 CEMS 是否合格的技术指标,定期校准、定期校验
以及不定期比对监测期间判定数据是否失控的技术指标,但未明确日常检查中判定 CEMS 系统数据是
否准确的方法和技术指标。
在日常检查中,受时间、设备等限制,一般不采用参比方法对气态污染物进行比对监测,而是
参考 HJ/T 76—2007 第 5.8.2 条“气态污染物 CEMS(含 O2 或 CO2)主要技术指标”作为判定标准,
即:
相对误差不超过±5%,响应时间不大于 200 秒,零点漂移和量程漂移不超过满量程的±2.5%。
对颗粒物和流速准确性的判定,必须采用参比方法,在日常检查时一般不具备比对监测的条件。
因此,检查重点应放在设备实际状况。
对颗粒物,重点检查光路是否准直、光学镜面是否清洁、安
装位置是否剧烈振动;对流速/流量,重点检查安装位置是否合理、探头是否堵塞。
在用参比方法测定二氧化硫时,要注意一氧化碳对测定仪器的干扰。
试验表明,一氧化碳对电
化学原理测定二氧化硫的仪器有较大程度的正干扰,对 CEMS 系统基本无影响。
用国内某型电化学法
仪器和国外某型光学法仪器进行比对,烟气中 4000ppm 一氧化碳会对电化学二氧化硫产生 606mg/m3
正干扰,8000ppm 一氧化碳会对电化学二氧化硫产生 1170mg/m3 正干扰。
钢铁厂、焦化厂烟气中一
氧化碳浓度在 5000ppm 以上,垃圾焚烧废气一氧化碳含量在 3000ppm 左右,在二氧化硫比对监测时,
应注意一氧化碳的干扰。
常见问题:
仪器未及时进行校准或校验。
影响:
测量误差增大,降低仪器准确度,严重时仪器精度无法满足标准要求。
规范要求:
对现有仪器,一般应该满足:
1.零点校准:
气态污染物(二氧化硫、氮氧化物和氧)24 小时一
次;颗粒物和流速每 3 个月一次。
2.跨度校准:
气态污染物(二氧化硫、氮氧化物和氧)15 天一
次;颗粒物和流速每 3 个月一次。
3.全系统校准:
抽取式气态污染物 CEMS 每 3 个月至少进行一次
全系统校准,要求零气和标准气体与样品气体通过的路径(如采样探头、过滤器、洗涤器、调节器)
一致,进行零点和跨度、线性误差和响应时间的检测。
4.定期校验:
每 6 个月一次(HJ/T 75—
2007)。
核查方法:
1.对气态污染物,现场测定零点漂移和跨度漂移,应不超过±2.5%F.S.。
2.如零点漂移和跨度漂移符合要求,则用接近被测气体浓度的标准气体进行全系统检验,误差
不超过±5%。
3.查看 CEMS 或 DCS 中校准和校验期间的历史数据,如未屏蔽,则应能够找到相应的浓度值。
如
已屏蔽,则应保持一固定值。
备注:
跨度漂移即为量程漂移。
常见问题:
量程设置过高或过低。
影响:
1.量程设置过高,测量的烟气实际浓度远低于测量量程时(如低于 20%),可能导致测量误差过大,
影响数据的准确性。
2.量程设置过低,烟气实际浓度超过量程上限时,测量数据无效,排放情况无法得到有效监控。
核查方法:
1.查阅仪表历史数据,观察污染物实际排放浓度范围。
2.通常,实际排放浓度应该在量程的 20~80%范围内。
3.如实际排放浓度低于量程的 20%,通入与实际排放浓度接近的标准气体进行测定,相对误差
应不超过±5%。
4.观察历史数据中是否经常发生超出仪器量程范围的数据。
常见问题:
采用修改测量仪器标准曲线的斜率和截距、不正确设置校准系数、设定数据上下限等方式,对
测定数据进行修饰。
影响:
人为作假,数据不真实。
核查方法:
分别用低、中、高浓度的标准气体进行全系统检验,误差不超过±5%。
常见问题:
标气实际浓度与仪器设定的标气浓度不一致。
影响:
1.如果标气实际浓度低于仪器设定浓度,将使实际测定浓度接近等比例增高。
2.如果标气实际浓度高于仪器设定浓度,将使实际测定浓度接近等比例降低。
如仪器设定的标
气浓度为 1000ppm,但标气的实际浓度为 2000ppm,实际浓度为 500ppm,则测定结果将显示为
250ppm。
核查方法:
1.使用自备标准气体进行测定,相对误差应不超过±5%。
2.使用快速测定仪或将现场标气带回实验室测定,其浓度应与仪器设定的标气浓度一致。
(如
图 25)
本报将继续连载核查方法:
三、数据采集与传输单元;四、公用工程
(作者单位:
环境保护部华东督查中心)
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