朱秀梅

（中国石油天然气股份有限公司 乌鲁木齐石化分公司，乌鲁木齐 830019）

CEMS即固定污染源排放连续监测系统，国内称之为烟气排放连续监测系统。CEMS用于监测外排烟囱中污染物的排放浓度。

1 烟气排放连续监测系统组成

CEMS由颗粒物监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气排放参数测量子系统、数据采集传输与处理子系统4部分组成，如图1所示[1]。

2 气态污染物监测子系统与烟气参数监测子系统间的关系

气态污染物排放限值以其折算值计，气态污染物折算值计算需要引入烟气参数监测子系统中的氧气测量值，具体计算公式为：气态污染物折算值=气态污染物干值×（21—6）/（21—氧气测量值）[2]。由以上计算公式可知，氧气测量值升高，气态污染物折算值势必会增大，一旦氧气测量值升高到空气中氧含量（约20.6%）后，气态污染物折算值将比实际测量的干值高出37.5倍，出现仪表指示超标的无效数据，造成在政府环保监测平台上的气态污染物数据显示排放超标。

表1 CEMS主要分析方法、采样及预处理方式统计表Table 1 Statistical table of main analysis methods, sampling and pretreatment methods of CEMS

3 CEMS分析及采样预处理系统介绍

3.1 国内主要CEMS分析及采样预处理系统介绍

目前，国内在用CEMS气态污染物（二氧化硫、氮氧化物）主要的测量方法有：紫外差分吸收法、非分散红外法、紫外荧光法/化学发光法，每种分析方法配套不同的采样分析方式及预处理方式，具体统计分析见表1。

3.2 本公司热电厂CEMS分析及采样预处理系统

本公司热电厂CEMS采用的是非分散红外法测量气态污染物、氧电池法测量烟气中的氧含量，对应的采样方式及预处理系统采用的是完全抽取式、冷—干法[3]。这种预处理系统是将工艺烟道内的烟气通过几十米长度不等的一体化采样伴热管线后抽取到分析站房内，进行除水、除尘、降温处理后烟气进入分析测量单元（U23），在U23内进行二氧化硫、氮氧化物、氧气的监测[3]。具体预处理系统结构示意图如图2所示。

4 本公司热电厂CEMS存在的主要问题及解决方案

4.1 热电厂CEMS存在的主要问题及原因

4.1.1 氧含量频繁异常

对2020年12月以前的热电厂CEMS故障进行统计，发现故障后引起气态污染物指示超标后果的，其中有80%是由于氧含量测量值升高造成的。因氧含量的测量值最终参与气态污染物及颗粒物折算值的计算，所以一旦氧气测量值高就会引起外排污染物折算值误显示超标。故氧含量频繁异常是热电厂CEMS存在的主要问题之一。

图1 CEMS系统组成图[1]Fig.1 CEMS System composition diagram[1]

图2 预处理系统结构示意图[3]Fig.2 Structure diagram of pretreatment system[3]

氧含量频繁异常的原因：采样预处理系统堵塞，系统憋压，空气倒吸入测量仪表内，导致氧含量测量升高。通过本文第2及第3部分的分析介绍可见，热电厂氧气测量是在烟气小屋内的U23上完成的，氧气到达测量部件的过程经过了复杂的采样预处理系统。首先，烟气通过几十米的一体化集成采样伴热管线到达测量仪表，一体化集成采样伴热管线内有￠6和￠8两根聚四氟乙烯采样、标定管、一根伴热带，伴热温度大于120℃。采样、标定管及伴热带外有保温层及电缆胶皮层，采样伴热管线外径40mm[3]。连续堵塞均出现在电厂3号炉脱硫出口，与4、5号炉脱硫出口进行对比分析，发现4、5号炉脱硫出口的采样管线是在2018年夏季敷设的，而3号炉脱硫出口的采样管线是在2018年11月敷设的，施工时环境温度低，管线低温下硬度比较大，低温环境敷设容易造成一体化采样伴热管敷设过程中有折痕，烟气中的硫酸铵容易在折痕处结晶聚集堵塞管线。

4.1.2 二氧化硫经常回零

二氧化硫经常回零的原因：基于非分散红外法的分析仪表检出下限值相对较高，在目前电厂污染物超低排放的环境下，污染物排放浓度比较低，低出了仪表的检出限值，所以经常测不到气态污染物数据；加之完全抽取式冷—干法对烟气进行预处理，冷—干过程及烟气中有液态冷凝水，二氧化硫极易溶于水，造成被测二氧化硫气体溶于水或被硫酸铵吸附后损失，导致二氧化硫测量结果偏低或回零。

4.1.3 二氧化硫长时间回零后，突然升高甚至超标

二氧化硫长时间回零后，突然升高甚至超标的原因：热电厂烟气脱硫装置采用的是湿式氨法脱硫（FGD）工艺，是基于碱性脱硫剂（NH3）与酸性SO2之间的化学反应，经过复杂的化学反应最终生成硫酸铵，硫酸铵会夹杂在烟气中吸附烟气中的二氧化硫，吸附的过程中就表现为二氧化硫测量值长时间回零的现象；吸附聚集到极限浓度后二氧化硫再次被释放，释放过程就表现为二氧化硫测量值突然升高甚至超标的现象。

4.2 相应问题短期的解决方案

4.2.1 针对采样预处理系统堵塞，导致氧含量测量升高问题，采取的有效解决方案

1）由于硫酸铵易溶于水，所以为解决硫酸铵结晶堵塞仪表的采样管线的有效手段是每周至少一次用除盐水加压后润洗采样管线一次，根据工况变化加大润洗频次。

2）将一体化采样管伴热管内￠6和￠8两根聚四氟乙烯管线作用互换，将￠8管线用于采样、￠6管线用于标定，通过增加采样管线的内径，增大流通能力，解决3号炉脱硫出口￠6采样管线存在折痕堵塞问题。

3）敷设备用采样管，当出现采样管线不畅或者加热失效后及时切换到备用管线，避免造成长时间环保数据异常。

4.2.2 针对二氧化硫经常回零和二氧化硫长时间回零后突然升高甚至超标问题，采取的有效方案

1）在烟气被冷凝前，引入浓度为5%的磷酸来抑制SO2的溶解及被铵盐吸附。

烟气冷凝除水过程，SO2会在液态水中溶解，发生平衡反应为：SO2＋H2O<=>H++ HSO3-。若烟气中存在NH3，则NH3在液态水中会变成NH4+和OH-，与H+反应，会增加SO2的溶解度。因此，对于常规的冷凝除水方法，SO2的损失非常大，但是若在冷凝器之前加入磷酸，则冷凝器中增加了大量的 H+，一方面可以抑制SO2的溶解，另一方面与溶液中的OH-反应吸收NH3。从这一原理出发，目前电厂的CEMS采用在冷凝器之前增加磷酸滴定，可以在一定程度上避免二氧化硫溶于水及被硫酸铵吸附、释放过程造成的二氧化硫回零和回零后突然升高的问题。但要求维护人员及时了解根据工艺NH3逃逸的量，根据NH3逃逸量及时调整磷酸浓度及加入量。

2）硫酸铵易溶于水，每周至少一次用除盐水加压后润洗采样管线一次，避免硫酸铵结晶聚集吸附二氧化硫。

4.3 相应问题长期的技术改进策略

1）彻底解决采样预处理系统堵塞、泄漏引起氧测量指示偏高，最终导致污染物排放折算值超标问题，长期的技术解决策略是改变氧气测点位置。将目前的氧气测量在CEMS预处理系统后，改到氧气测量在CEMS预处理系统前，即将氧气测量仪表安装在烟道上，只将氧测量值的4mA～20mA信号传输到CEMS中进行显示和参与计算。这样氧检测过程彻底抛开CEMS采样及预处理环节，采样预处理系统出现堵塞、泄漏等问题后不会影响到氧气的测量值，彻底消除因采样管线堵塞、泄漏引起的氧含量升高，最终造成的颗粒物及气态污染物折算值超标。此方案需要给地方环保部门备案，地方环保部门同意后方可现场实施改造工作。建议仪表生产厂商考虑在设备出厂时将氧气测量放在烟囱上，进行原位测量，并完成系统的环保认证工作。

2）针对电厂氨法脱硫这种特殊的工况，彻底解决二氧化硫经常回零和二氧化硫长时间回零后突然升高问题，长期的技术解决策略是重新对测量仪表进行选型。否则，即使加大维护频次，一旦工况变化，随时都有预处理堵塞引起环保数据异常的风险；同时，由于测量原理及氨法脱硫工况烟气中水、硫酸铵吸附二氧化硫等问题存在，在目前超低排放实际污染物浓度比较低的情况下，二氧化硫测量长时间回零问题始终无法避免。

5 结论

超低排放烟气中污染物监测的相对适合方法是紫外荧光法/化学发光法配合稀释抽取的取样方式测量。紫外荧光法/化学发光监测精度极高，检出下限可达ppb级，可以解决超低排放工况下非分散红外法检测下限高，长时间测不到二氧化硫问题；此外，这种方法的线性范围非常广，应用中意味着可以有多重量程和很大的量程比，同时，这种方法是用洁净的仪表风对烟气进行稀释处理后进行测量的，可以有效避免烟气中夹带的水汽、烟尘、气溶胶等物质堵塞预处理系统，相对适用于超低排放的工况，但是如果烟气中颗粒物含量较高，要慎重选择，防止颗粒物堵塞稀释采样探头。