王召鹏，李大鹏，尹海鹏

（神华国华寿光发电有限责任公司，山东 潍坊 262714）

0 引言

烟气排放连续在线监测系统（CEMS）包括烟气参数（温度、压力、流速或流量、氧量、湿度等）测量模块、气态污染物测量模块（SO2和NOx）和烟尘浓度测量模块等。CEMS系统主要包括取样系统、测量分析仪和其他辅助设备。取样系统对烟气进行采样，样气进行必要的预处理后进入测量模块。CEMS系统通常配有自动吹扫装置、零点及量程校准功能、压缩空气过滤减压功能、排水排气功能等。CEMS系统不仅具备对测量数据的采集和记录功能，还具备计算功能，例如烟气污染物排放量、污染物折算值等。CEMS系统通过数采仪等方式将测量数据实时上传至环保监管部门，包括分钟数值及小时均值等。CEMS系统具备故障报警功能，提醒运维人员及时处理故障，提高系统运行的可靠性[1-2]。

1 烟气排放连续监测系统应用现状

燃煤电站超低排放改造后使用的烟气污染物监测仪表的主要品牌有北京雪迪龙、北京西克、上海华川、上海何如、赛默飞、重庆川仪、杭州聚光等。各种品牌CEMS设备测量仪表核心分析仪和主要部件为进口，其他辅助系统及配件为国内配套。进口的核心分析仪主要为：德国西门子、德国西克、美国API、美国赛默飞世尔、日本HORIBA等[3]。

从分析仪功能区分，气态污染物测量模块分为单组分和多组分两种。单组分分析仪是指每种气态污染物采用不同设备分别测量，例如美国赛默飞采用42i分析仪测量NOx，采用43i分析仪测量SO2。多组分分析仪可以同时测量多种气态污染物及其他烟气成分，例如德国西门子ULTRAMAT 23（以下简称U23）仪表，可以同时测量SO2、NOX、CO、O2等。多组分分析仪采用非分散红外吸收法（NDIR），单组分分析仪采用紫外荧光测量SO2，采用化学发光法测量NOx[4-5]。

2 不同原理烟气排放连续监测系统对比分析

某国产1000MW超低排放机组采用两套不同原理CEMS分析仪测量同一烟囱的污染物浓度，通过对两套设备测量数据和运行情况的分析，找到测量误差的来源，提高测量准确性。一套分析仪表为北京雪迪龙公司的SCS-900系统，CEMS小间设计在烟囱66米平台，取样位于烟囱100米。另外一套分析仪表采用美国赛默飞Model 200系统，CEMS小间设计在烟囱100米平台，取样点位于CEMS小间上方。

2.1 气态污染物取样方式对比分析

SCS-900型CEMS系统气态污染物取样方法为直接冷干抽取法，探头结构简单，烟气在进入分析仪之前先进行冷凝和除湿，测量的气态污染物为干基浓度下的数值。在设备日常使用中，为了避免样气结露导致SO2测量数值跳变，系统对整个样气管路的伴热要求较高，包括取样探头、取样管路以及分析仪机柜内管路。烟气SO2浓度较低时，当出现部分管路伴热故障的情况，容易导致SO2频繁变零。取样方式为负压取样，这要求取样管理无泄漏，否则会导致测量精度降低。

Model 200型CEMS系统气态污染物取样方法为稀释抽取法，将除尘后的样气按照设计比例进行稀释，降低了污染物的浓度。经过预处理设备后到达分析仪，从而降低了样气露点，无需进行冷凝和除湿，避免了长距离输送产生测量偏差。测量的关键技术是控制稀释比，取样为正压取样，样气泄漏对测量结果影响小。测量误差来源主要包括烟气温度、压力、湿度等，系统对稀释用的压缩空气品质要求较高。

2.2 气态污染物分析仪测量技术对比分析

SCS-900型CEMS系统气态污染物分析仪采用德国西门子公司的U23仪表，测量的原理为非分散红外吸收法。U23分析仪可以测量多种组分，SO2和NO检出下限相对较高，最小可设置量程相对较大。在设备日常使用过程中，分析仪抗干扰能力一般，受样气中水分影响较大。当机组气态污染物排放量浓度较低时，测量容易出现误差。为避免U23分析仪零点漂移，需进行自动零点校准。U23分析仪测量结果受温度影响会出现测量误差，保持CEMS小间温度在相对温度的范围内可减少测量误差。

Model 200型CEMS系统采用两种仪表对两种气态污染物分别测量，采用42i分析仪测量NOx，采用43i分析仪测量SO2。42i和43i测量的灵敏度相对较高，检出下限相对较低，抗干扰能力好，不易受到样气中其他成分（如水分、粉尘、CO2等）的影响。当机组气态污染物排放量浓度较低时，测量误差相对较小。

两种原理NOx测量数据曲线如图1所示，同时参考第三方机构数据比对结果，可以对比分析出，化学发光法测量准确性更高，数据波动较小，不易受背景气影响。

图1 两种原理NOx测量曲线

2.3 含氧量测量

SCS-900型CEMS系统U23分析仪内包括氧电池，采用电化学法测量氧量。这种方法成本较低，维修更换简单，但测量误差相对较大，寿命较短。设备运行过程中需定期更换氧电池，避免因氧电池损坏导致环保数据异常。

Model 200型CEMS系统采用TXO-1000型氧化锆测量氧量。氧化锆探头插入在烟道内，传感器电极涂制了专门针对烟气的防护涂层，可以降低烟气中其他成分气体对传感器的腐蚀，直接接触地测量烟气中的氧量。测量精度为1%FS，量程偏移和零点漂移每月小于0.5%，精度相对较高。

两种原理O2测量数据曲线如图2所示，同时参考第三方机构数据比对结果，可以对比分析出，氧化锆测量准确性更高，数据更加稳定。

图2 两种原理O2测量曲线

2.4 温度、压力、流速和湿度测量

SCS-900型和Model 200型CEMS系统温度、压力、流速均采用一体化设计，测量原理相同。Model 200型采用安荣信生产的ATP2000，功能比较丰富，可以进行温度、压力补偿计算。两种设备测量准确度高，适合于超低排放机组。

SCS-900型CEMS系统采用Model 2061型湿度仪，测量原理为阻容式，在烟气湿度大于5%时，相对误差不超过±20%。Model 200型CEMS系统采用维萨拉(芬兰)生产的DMT143湿度仪，测量原理同样为阻容法，准确度为3%。两种湿度仪均能较好地避免高温烟气中粉尘、酸性物质对测量精度的影响，适合于超低排放机组湿度测量。

3 结语

通过对同一烟囱污染物排放口的两种不同原理CEMS系统对比分析，两种CEMS系统均能满足1000MW超低排放机组对测量精度的要求。为进一步提高低浓度污染物测量准确性，SO2测量宜采用紫外荧光法，NOx测量宜采用化学发光法，O2测量宜采用氧化锆，取样宜采用稀释抽取法。同时应综合考虑设备成本，选择合适的CEMS设备。