固定污染源废气在线比对监测常见问题探讨

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　　摘要：固定污染源废气在线比对监测是反映在线监测设备数据准确性的主要手段之一。根据现行有效技术规范，分析了固定污染源废气在线比对监测工作中的参比方法选择、监测点位选取、仪器设备维护、比对参數设置和现场干扰消除等环节常见的问题，并有针对性提出了相应的解决方法和思路，为提高在线比对监测数据的准确性、有效性和一致性提供参考。
　　关键词：污染源废气;CEMS系统;比对监测;一致性
　　Abstract：The comparison monitoring of stationary sources waste gas is one of the main means to reflect the data accuracy of continuous emission monitoring system（CEMS）.Common problems during work，such as reference method， monitoring points，instruments and equipment， parameter setting， as well as interference elimination were discussed according to the effective technical specifications.The countermeasures and suggestions were put forward to improve the accuracy，effectiveness and consistency of the comparison monitoring data.
　　Key words：Waste gas of pollution source;CEMS;Comparison monitoring;Consistency
　　固定污染源烟气排放连续监测系统是指连续监测固定污染源颗粒物和（或）气态污染物排放浓度和排放量所需要的全部设备，简称CEMS [1]，其产生的数据是计算排污企业主要污染物排放量和确定达标排放的重要依据[2]。固定污染源烟气比对监测是在企业正常生产条件下用参比方法与自动监测法进行同步采样分析[3]，并对监测结果进行比较，是保证在线监测数据准确性的重要环节和有效措施之一[4，5]。中共中央办公厅、国务院办公厅于2017年印发《关于深化环境监测改革提高环境监测数据质量的意见》，对于污染源自动监测，特别强调要求重点排污单位自行开展污染源自动监测的手工比对监测，确保监测数据完整有效。
　　《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》（ HJ/T 75）和《固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法》（ HJ/T 76） 两个标准首次发布于2001年，2007年第一次修订，2017年第二次修订。其中（ HJ 75） 主要规定了固定污染源废气在线监测系统的性能、安装、调试、验收运行等要求，（ HJ 76） 规定了固定污染源废气在线监测系统的技术要求、检测项目和检测方法。固定污染源烟气比对监测项目包含气态污染物（SO2、NOx）实测干基浓度、颗粒物实测干基浓度、烟气流速、湿度、烟气温度和氧含量等。固定污染源废气在线比对监测涉及环节多，影响因素广，如何确保环境监测数据全面、准确、客观、真实显得尤为重要，本文根据现行的国家标准及技术规范分析了污染源废气比对监测存在的典型问题，并有针对性提出解决对策，旨在提高比对监测数据的准确性、有效性和一致性，更好地为环境管理提供技术支撑。
　　1 固定污染源废气在线比对监测常见问题
　　1.1 参比方法选择不合理
　　固定污染源烟气排放连续监测技术规范《HJ 75—2017》没有规定颗粒物和气态污染物的比对监测方法，只规定了参比测量方法应采用国家或行业发布的标准分析方法，但烟气的成分比较复杂，对不同监测方法的影响因素也不一样，在比对监测过程中就可能导致参比方法选择不合理。如SO2的测定方法有《固定污染源废气 二氧化硫的测定 非分散红外吸收法》（HJ 629-2011）、《固定污染源废气 二氧化硫的测定 定电位电解法》（HJ 57-2017）等，烟气中一氧化碳对定电位法干扰影响较大;颗粒物的测定法有《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T 16157-1996）及其修改单、《固定污染源废气 低浓度颗粒物的测定 重量法》（HJ 836-2017），不同方法对颗粒物浓度的适用范围不一样，用不同参比方法测量烟气中相同污染物时结果往往会有差异。
　　1.2 监测点位设置不规范
　　《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》（HJ 75-2017）中对在烟气CEMS监测断面和参比监测断面进行了规定，烟气 CEMS 监测断面下游应预留参比方法采样孔，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。但在实际监测工作中，部分在线设备安装位置不规范，或参比监测位置和在线监测探头安装的位置不一致，此外，由于历史原因，企业废气监测孔安装不规范。监测点位设置不规范主要影响流速和颗粒物等对断面位置有较高要求的因子。
　　1.3 仪器设备维护不到位
　　在线仪器维护不到位，对在线数据的准确率造成很大影响。如部分在线设备运营者在使用标气对在线设备进行校准时，使用的流量与正常测量时使用的流量不一致，将会导致测试结果与真实值出现偏差;部分在线设备的颗粒物探头清洗不及时，对颗粒物超低排放监测精度有很大的影响。参比监测仪器维护不到位，对参比监测数据的准确率和在线监测数据的一致性造成很大影响。如冷凝器、伴热管未正常运行，不能消除水蒸气对监测项目的干扰;传感器未按规范进行零点校准和量程校准等，均会对监测结果的准确性产生影响。
　　1.4 比对参数设置不一致
　　固定污染源烟气比对监测要保证在线设备与参比设备监测的一致性，对于监测结果才有可比性。在实际监测过程中，在线监测设备系统时间与数采仪、采样仪器设备不一致;CEMS参数与上传平台参数设置不一致或与实际不符;烟道、烟囱尺寸（截面积）、烟气含湿量、标准曲线参数和速度场系数、皮托管系数、NO和NO2、NOX之间的换算系数不一致都将影响比对结果。在线监测系统测量的结果中有湿基值、干基值和折算值，个别在线监测仪器以湿基值作为实测值上传，其数值会比实测干基值偏小，而参比监测的结果为实测的干基值，这就有可能导致最终监测结果比对不合格。此外，企业工况不稳定会导致监测结果波动，而在线设备和手工监测仪器的响应时间不同，会导致瞬时值的监测结果比对不一致。 　　1.5 现场监测干扰未排除
　　1.5.1 烟气湿度的影响
　　高湿烟气会对颗粒物和气态污染物监测产生影响，参比设备采集颗粒物时，高湿烟气会造成玻璃纤维滤筒潮湿，增大采样系统阻力，阻力增加到一定程度可能出现颗粒物不能在等速情况下进行采集，参比设备负荷过高采样过程中断，滤筒承压破裂湿烂无法正常取出等问题。另外，在SO2测试过程中，烟气从温度相对高的烟道中抽出，在常温或低温环境下水蒸气凝结成水，SO2溶于水中形成不易挥发的硫酸从烟气中分离出去，造成测试数据普遍偏低。
　　1.5.2 高负压的影响
　　烟气在管道内的流动是由炉膛、除尘器、脱硫脱硝设施、鼓风引风、管道组成的运行系统，高负压不仅仅是由于测试点位区域烟气流速过快造成，其流体力学参数由多项因素形成，高负压对于烟气的比对有直接影响。如定电位电解法测试烟气中SO2、NOx等成分的浓度会受到流过传感器烟气流量大小的影响，而负压大小会直接影响吸入传感器烟气流速的大小，从而影响浓度测定的大小。
　　1.5.3 监测孔密封不好
　　监测探头应尽量安装在微负压的断面，如果监测孔密封不好，或者管道出现漏气现象，就会导致空气通过监测孔进入烟道，最终影响氧含量的测试结果，使测量值较真实值偏大。
　　2 固定污染源废气在线比对监测主要对策
　　2.1 合理选择参比方法
　　在选择参比方法时，要充分考虑待测烟气成分，以及方法的适用范围和主要干扰物质，合理选择监测方法，常见在线监测和参比监测方法见表1。
　　固定污染源废气中SO2的参比测定方法有定电位电解法、非分散红外吸收法等。用定电位电解法测试SO2时，烟气中氨、硫化氢、氯化氢、氟化氢、二氧化氮对测定会产生一定干扰，可采用磷酸吸收、乙酸铅棉吸附、气体过滤器滤除等措施减小干扰;而CO干扰显著，在使用此法测定SO2时须同时测定CO。当CO浓度超过50 μmol/mol时，SO2测定仪还需开展CO干扰试验（在干扰试验确定的二氧化硫浓度最高值和一氧化碳浓度最高值范围内，可用定电位电解法测定SO2）。而使用非分散红外吸收法测试SO2相对于定电位电解法干扰因素较少，特别是在室温下，样品含水量或水蒸气低于饱和湿度时对测定结果无干扰，但更高的含水量或水蒸气对测定结果有负干扰，可采用除湿装置进行前处理。有条件下优先选择非分散红外吸收法，如使用定电位电解法时，在做好CO干扰试验的前提下，还应加装前处理装置消除干扰。
　　2.2 规范设置监测点位
　　排气筒应设置便于采样、监测的采样口，采样口的设置应符合《污染源监测技术规范》要求。正确设置CEMS系统安装位置与参比监测位置。CEMS系统测定位置应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位，设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于4倍直径，和距上述部件上游方向不小于2倍直径处。当安装位置不能满足要求时，应选择气流稳定的断面，但安装位置前直管段的长度必须大于安装位置后管段的长度。参比监测位置在CEMS系统监测断面下游方向，颗粒物、气态污染物参比方法采樣位置按照GB/T 16157和HJ/T 397等要求设置。气态污染物参比方法采样位置与CEMS系统测定位置靠近但不干扰CEMS系统正常取样，不能从CEMS系统排气装置处直接采样监测。
　　2.3 定期维护监测设备
　　环境监管部门加大对在线监测仪器运维的巡查力度，针对日常巡检记录、仪器校准记录、标准气体有效期等进行检查。重点查看校准时使用的流量与实际测量时的流量一致性;CEMS系统颗粒物探头是否定期清洗等，确保在线设备正常运行。环境监测部门加强参比监测仪器的维护，二氧化硫、氮氧化物比对结果的准确与否与多项条件有关，除应经常标定，或检测器发生故障，需更换检测器外，还应定期维护保证冷凝器、伴热管的正常运行。
　　2.4 核对各项参数设置
　　2.4.1 核对监测时间一致性
　　比对监测现场要核准烟尘采样器、烟气分析仪、CEMS系统、数采仪等相关仪器设备的显示时间并与上传平台端保持一致。
　　2.4.2 核对参数设置一致性
　　现场核实烟道、烟囱尺寸（截面积）尺寸、NO和NO2、NOX之间的换算系数，并与上传平台端比较是否一致。根据《污染源自动监测设备比对监测技术规定（试行）》（总站统字〔2010〕192号）规定，实际比对监测项目为各污染物的实测干基浓度，调整上传和面板显示的实测值，以干基值作为实测值上传。进入CEMS设置系统，检查烟气含湿量设置是否符合现场实际情况;核实CEMS的调试报告或验收报告中的标准曲线参数和速度场系数与CEMS管理系统参数设置是否一致;核实检定证书或校准证书中的皮托管系数和K值与CEMS管理系统参数设置是否一致。
　　2.4.3 核实企业工况稳定性
　　比对监测时段保证工况相对稳定，稳定生产设备工况，同时环保处理设施稳定运行，尽可能不出现较大波动，手工和自动同步采样，确保监测数据的代表性。
　　2.5 消除现场监测干扰
　　2.5.1 高湿度烟气的处理
　　在高湿度烟气条件下测量易溶于水的气态污染物，一般采取制冷脱水或高温加热这两种方式对烟气进行预处理。我国现有监测方法HJ 57-2017和HJ 836-2017，采用高温加热法对测量前的烟气进行处理，要求用具有加热功能的采样管进行采样，此种取样管在现场比对中效果比较理想，不足之处在于取样管的重量和体积要相应增加。如测定SO2的采样管，要求采样管加热及保温温度在120～160℃ 可设、可调;测定颗粒物的采样管，要开启采样管上采样头固定装置的加热功能，温度不超过110 ℃，保证滤筒的相对干燥。
　　2.5.2 高负压的干扰处理
　　为了减少高负压烟道对比对的影响，可利用烟尘采样系统的大泵来克服烟道的负压阻力，在气体的通道中设计一种多通路装置，可使采尘泵连接到烟气采样枪上，再用烟气采样的小泵连接到多通路装置上采集进入装置中的气体。各仪器间连接时不能漏气，连接管路不宜过长。
　　2.5.3 重视监测孔密封性
　　排查监测孔和管路是否出现漏气，烟气参数测定时，烟囱、烟道采样口一定要用棉纱等堵死，采样枪尽可能接近烟道中心。
　　3 结语
　　固定污染源废气在线比对监测需要环境管理部门、企业和运维公司、监测部门相互配合才能完成，是在线监测设备验收的必经环节，也是反映在线监测设备是否正常运行的主要手段，其监测数据的准确性和一致性直接影响着环境管理的决策。因此，在监测过程中，加强监测工作的全过程质量控制，提高数据准确性，才能保证在线监测数据真实反映污染源排放状况，为企业的排污申报核定、排污总量控制、企业达标排放等环境管理环节提供科学依据。
　　参考文献
　　[1]HJ 75-2017，固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测技术规范[S].北京：中国环境出版社，2017.
　　[2]杨威.烟气在线监测系统（CEMS）在环境管理中的应用研究[D].大连：大连理工大学，2013.
　　[3]王成敏.废气CEMS在线比对监测中的问题及解决方案[J].环境监控与预警，2016，8（06） ：68-70.
　　[4]吴海华.废气国控重点污染源比对监测技术[J].环境与发展，2018，30（02）：181+183.
　　[5]岳菲菲，方燕.影响烟气CEMS比对监测准确性因素分析[J].资源节约与环保，2016（02）：117.
　　收稿日期：2020-06-29
　　基金项目：成渝地区大气重污染形成过程与时空分布研究（2018YFC0214001）
　　作者简介：夏志雄（1969-），男，本科，研究方向为环境监测。
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