煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）比對(duì)監(jiān)測(cè)實(shí)例及準(zhǔn)確度淺析

（福建省勁安節(jié)能監(jiān)測(cè)技術(shù)有限公司 福建石獅 362700）

煙氣連續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS，Continues Emission Monitoring System）是指用于連續(xù)監(jiān)測(cè)固定污染源顆粒物氣態(tài)污染物排放濃度和排放量所需要的全部設(shè)備［1］。CEMS適用于連續(xù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)顆粒物濃度、二氧化硫（SO2）濃度、氮氧化合物（NOx）濃度、氧氣（O2）含量、煙氣流速、煙氣溫度、煙氣濕度及其他氣態(tài)污染物等參數(shù)。CEMS能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高效、便捷地對(duì)污染物排放情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有助于生態(tài)環(huán)境部門(mén)及時(shí)掌握污染源污染物排放情況，為主要污染物總量減排、環(huán)境監(jiān)察、環(huán)境統(tǒng)計(jì)、排污收費(fèi)等提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)［2］。因此，CEMS數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性和準(zhǔn)確性至關(guān)重要，比對(duì)監(jiān)測(cè)是保證CEMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的有效措施。

CEMS比對(duì)監(jiān)測(cè)是采用國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為參比，在企業(yè)正常生產(chǎn)工況下，參比方法與自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)施同步采樣分析，驗(yàn)證自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度。根據(jù)要求，具有資質(zhì)的監(jiān)測(cè)單位經(jīng)手工比對(duì)合格后，CEMS系統(tǒng)方可進(jìn)行驗(yàn)收和投入使用；驗(yàn)收后應(yīng)定期對(duì)儀器進(jìn)行比對(duì)，使其滿(mǎn)足日常監(jiān)測(cè)需要［3］。

實(shí)際比對(duì)中，部分CEMS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和參比方法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在一定差異，或超出技術(shù)要求的誤差范圍。因此，需用參比監(jiān)測(cè)方法比對(duì)校驗(yàn)。比對(duì)監(jiān)測(cè)有利于提高CEMS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使其更好地服務(wù)于環(huán)境管理。

本文通過(guò)對(duì)福建省晉江市內(nèi)8家建筑陶瓷制品制造企業(yè)干燥塔廢氣CEMS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中顆粒物濃度、SO2濃度、NOx濃度、O2含量、流速、溫度和濕度7個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行比對(duì)監(jiān)測(cè)，淺析影響CEMS系統(tǒng)準(zhǔn)確度的原因，以期為生態(tài)環(huán)境部門(mén)與CEMS運(yùn)行企業(yè)提供技術(shù)支持。

1 監(jiān)測(cè)方法比對(duì)

1.1 企業(yè)概況及樣品采集

樣品來(lái)自福建省晉江市內(nèi)8家建筑陶瓷制品制造企業(yè)干燥塔煙囪排放口廢氣，采集于2019年10～11月份，企業(yè)煙氣排放規(guī)律均為連續(xù)排放。

1.2 CEMS檢測(cè)方法與參比方法

（1）比對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。對(duì)各企業(yè)干燥塔煙囪排放口顆粒物濃度、SO2濃度、NOx濃度、O2含量、流速、溫度和濕度7個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行比對(duì)監(jiān)測(cè)。

（2）執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及分析方法。比對(duì)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ 75-2017）。參比方法采用HJ 75-2017、《固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法》（GB/T 16157-1996）、《固定污染源廢氣 低濃度顆粒物的測(cè)定 重量法》（HJ 836-2017）及《固定污染源廢氣 氮氧化物的測(cè)定 定電位電解法》（HJ 693-2014）中所列方法。

8家企業(yè)CEMS系統(tǒng)分別來(lái)自4家不同儀器廠(chǎng)家，參比方法檢測(cè)采用自動(dòng)煙塵煙氣綜合檢測(cè)儀，儀器型號(hào)ZR-3260。

（3）比對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)要求。用參比方法開(kāi)展CEMS準(zhǔn)確度抽檢（即比對(duì)監(jiān)測(cè)）時(shí)，抽檢顆粒物、流速、溫度、濕度等指標(biāo)至少獲取3個(gè)平均值數(shù)據(jù)對(duì)（代表整個(gè)煙道斷面的平均值），抽檢氣態(tài)污染物（SO2、NOx）和O2含量至少獲取6個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)。

CEMS系統(tǒng)和參比方法所采用方法詳見(jiàn)表1。

表1 CEMS檢測(cè)方法與參比方法

（4）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按照《固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ 75-2017）中表2準(zhǔn)確度驗(yàn)收技術(shù)要求進(jìn)行，如表2所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 比對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

對(duì)福建省晉江市內(nèi)8家建筑陶瓷制品制造企業(yè)干燥塔煙囪排放口廢氣CEMS系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì)監(jiān)測(cè)，比對(duì)顆粒物濃度、SO2濃度、NOx濃度、O2含量、流速、溫度和濕度7個(gè)項(xiàng)目。8家企業(yè)比對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均有發(fā)現(xiàn)誤差超過(guò)表2所要求的考核指標(biāo)限值，超限值項(xiàng)目包含所有7項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目 （顆粒物濃度、SO2濃度、NOx濃度、O2含量、流速、溫度和濕度）。各企業(yè)超限值檢測(cè)項(xiàng)目為1-4項(xiàng)，合格率介于43%～86%，其中2家企業(yè)超限值檢測(cè)項(xiàng)目達(dá)到4項(xiàng)，這2家企業(yè)準(zhǔn)確度合格率僅為43%，詳見(jiàn)表3。

表2 CEMS比對(duì)監(jiān)測(cè)考核指標(biāo)

表3 CEMS比對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

對(duì)7個(gè)比對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目合格率情況進(jìn)行分析，比對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目合格率為25%～88%。其中4家企業(yè)CEMS系統(tǒng)顆粒物比對(duì)監(jiān)測(cè)不合格，合格率為50%；1家企業(yè)CEMS系統(tǒng)二氧化硫比對(duì)監(jiān)測(cè)不合格，合格率為88%；2家企業(yè)CEMS系統(tǒng)氮氧化物比對(duì)監(jiān)測(cè)不合格，合格率為75%；1家企業(yè)CEMS系統(tǒng)O2含量比對(duì)監(jiān)測(cè)不合格，合格率為88%；6家企業(yè)CEMS系統(tǒng)流速比對(duì)監(jiān)測(cè)不合格，合格率為25%；1家企業(yè)CEMS系統(tǒng)溫度比對(duì)監(jiān)測(cè)不合格，合格率為88%，2家企業(yè)CEMS系統(tǒng)濕度比對(duì)監(jiān)測(cè)不合格，合格率為75%。這些企業(yè)主要超限值檢測(cè)項(xiàng)目為流速與顆粒物，詳見(jiàn)圖1。

2.2 原因與對(duì)策

通過(guò)對(duì)福建省晉江市內(nèi)8家建筑陶瓷制品制造企業(yè)干燥塔煙囪排放口廢氣CEMS系統(tǒng)7個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目（顆粒物濃度、SO2濃度、NOx濃度、O2含量、流速、溫度和濕度）進(jìn)行比對(duì)監(jiān)測(cè)，8家企業(yè)CEMS系統(tǒng)檢測(cè)項(xiàng)目均有個(gè)別項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)不合格情況，由此可見(jiàn)，CEMS系統(tǒng)需要定期比對(duì)并進(jìn)行校準(zhǔn)，才能使其滿(mǎn)足日常在線(xiàn)監(jiān)測(cè)需要。

（1）設(shè)置斷面因素。按照HJ 75-2017規(guī)范要求，參比方法監(jiān)測(cè)位置應(yīng)盡量靠近CEMS系統(tǒng)安裝位置，但在實(shí)際比對(duì)監(jiān)測(cè)工作中，參比斷面設(shè)置點(diǎn)位實(shí)際上無(wú)法與CEMS系統(tǒng)斷面點(diǎn)位完全重合，CEMS系統(tǒng)與參比方法比對(duì)監(jiān)測(cè)位置差異大是共性問(wèn)題，影響7個(gè)項(xiàng)目比對(duì)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度，尤其影響流速和顆粒物比對(duì)的一致性［4］。

對(duì)于這種情況，可在互不影響前提下，將CEMS監(jiān)測(cè)斷面旁的備用監(jiān)測(cè)孔打開(kāi)，使2種檢測(cè)方法的監(jiān)測(cè)斷面最大程度接近；還可聯(lián)合生態(tài)環(huán)境主管部門(mén)，要求企業(yè)對(duì)參比斷面或CEMS監(jiān)測(cè)斷面按照規(guī)范要求進(jìn)行限期整改，排除了位置差異的影響，CEMS比對(duì)工作才有意義。

（2）CEMS檢測(cè)方法與參比方法因素。8家企業(yè)比對(duì)監(jiān)測(cè)主要超限值檢測(cè)項(xiàng)目為流速與顆粒物，這與之前研究論述廢氣CEMS比對(duì)監(jiān)測(cè)主要問(wèn)題集中在顆粒物和流速中相符［4-7］。除了監(jiān)測(cè)斷面位置差異大外，主要原因還有CEMS方法和參比方法差異較大。

目前監(jiān)測(cè)CEMS系統(tǒng)煙氣流速的主要方法為皮托管差壓法，6家流速比對(duì)監(jiān)測(cè)不合格的企業(yè)中有3家采用了皮托管差壓法，而參比方法采用壓力法。CEMS系統(tǒng)測(cè)定流速須保證皮托管正對(duì)氣流方向，同時(shí)須防止煙道震動(dòng)影響皮托管方向；需用高壓空氣定期反吹皮托管，保持清潔無(wú)堵塞。皮托管容易出現(xiàn)部分阻塞或完全阻塞情況，在煙氣水分含量與顆粒物較大時(shí)，皮托管上易形成固體阻塞物，很難被高壓空氣吹掃干凈。當(dāng)CEMS系統(tǒng)長(zhǎng)期沒(méi)有維護(hù)時(shí)，流速測(cè)量出現(xiàn)偏差。

此外，顆粒物比對(duì)監(jiān)測(cè)中CEMS檢測(cè)方法和參比方法差異也較大，CEMS系統(tǒng)采用激光前散射法，參比方法使用的是經(jīng)典的重量法。激光前散射法利用光強(qiáng)與顆粒物濃度比例關(guān)系得出顆粒物濃度，屬于間接法，該方法光路需經(jīng)常清潔，否則會(huì)有較大偏差，其監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性往往不如重量法。重量法是等速?gòu)臒煹乐谐槿∫欢w積含顆粒物的煙氣，通過(guò)已知重量的濾筒捕集顆粒物，從而計(jì)算顆粒物濃度，屬于直接法。2種方法檢測(cè)原理不同，造成檢測(cè)結(jié)果存在較大誤差。

因此，選擇合適的CEMS檢測(cè)方法及參比方法，保證比對(duì)監(jiān)測(cè)CEMS與參比方法原理相近，對(duì)于保證比對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性尤為重要。

（3）濕度因素。煙氣濕度對(duì)CEMS系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在對(duì)SO2和顆粒物檢測(cè)的干擾。

比對(duì)監(jiān)測(cè)SO2參比方法采用定電位電解法，該方法受濕度影響較大。當(dāng)企業(yè)除水系統(tǒng)運(yùn)行異常時(shí)，一方面，水分易在滲透膜表面凝結(jié)，影響透氣性；另一方面，由于SO2易溶于水，煙氣含水量高時(shí)，水霧在相對(duì)較冷的金屬采樣器上及管路中凝結(jié)，煙氣中SO2被水氣吸收，導(dǎo)致參比方法監(jiān)測(cè)結(jié)果低，且隨濕度的上升，SO2測(cè)量值顯著下降；CEMS系統(tǒng)采用的是受濕度影響較小的紫外差分吸收光譜法，且由于加入伴熱管，伴熱系統(tǒng)會(huì)將煙氣中的水氣化成水霧，再通過(guò)裝置將水霧去除掉，相對(duì)參比方法監(jiān)測(cè)的結(jié)果較為準(zhǔn)確。本文中1家企業(yè)CEMS系統(tǒng)二氧化硫比對(duì)監(jiān)測(cè)不合格，參比方法所測(cè)定SO2濃度6個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)分別為7mg/m3、5mg/m3、＜3mg/m3、＜3mg/m3、＜3mg/m3、＜3mg/m3，低于CEMS系統(tǒng)所測(cè)濃度23.20mg/m3、23.77mg/m3、23.24mg/m3、22.82mg/m3、23.88mg/m3、22.34mg/m3，絕對(duì)誤差為20.2mg/m3，超過(guò)規(guī)定的≤±17mg/m3限值。而該企業(yè)煙氣濕度達(dá)到17%，高于其他7家企業(yè)（8%～16%），說(shuō)明煙氣濕度偏高是造成SO2參比方法檢測(cè)值偏低原因之一。

此外，煙氣中水霧會(huì)含有無(wú)機(jī)鹽成分，采用參比方法檢測(cè)時(shí)，其被濾筒捕集后會(huì)導(dǎo)致顆粒物檢測(cè)濃度偏高。

因此，比對(duì)監(jiān)測(cè)濕度較大的煙氣時(shí)，在控制出口煙氣溫度基本不變的情況下，應(yīng)采用煙氣預(yù)處理裝置對(duì)煙氣進(jìn)行降溫除濕處理，同時(shí)可采用帶有加熱裝置的采樣槍進(jìn)行采樣，防止高濕煙氣在采樣槍上形成冷凝水。

（4）CEMS監(jiān)測(cè)設(shè)備因素。在比對(duì)監(jiān)測(cè)中，1家企業(yè)CEMS系統(tǒng)O2含量比對(duì)監(jiān)測(cè)不合格，其他6個(gè)比對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均合格。該企業(yè)CEMS系統(tǒng)所測(cè)O2含量6個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)分別為18.51%、18.50%、18.51%、4.56%、17.23%、0.26%，參比方法所測(cè)定 O2含量分別為18.5%、18.5%、18.5%、18.5%、18.4%、18.5%，相對(duì)準(zhǔn)確度為77.1%，超過(guò)相對(duì)準(zhǔn)確度≤15%限值。可以看出，CEMS系統(tǒng)有2個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)值突然下降，這很可能是由于該企業(yè)CEMS系統(tǒng)O2含量監(jiān)測(cè)設(shè)備不穩(wěn)定，沒(méi)有及時(shí)維護(hù)校準(zhǔn)。

目前國(guó)內(nèi)CEMS監(jiān)測(cè)設(shè)備品牌較多，且第三方運(yùn)行維護(hù)單位技術(shù)能力參差不齊，這種情況下，會(huì)出現(xiàn)CEMS設(shè)備維護(hù)不及時(shí)現(xiàn)象。建議出臺(tái)CEMS監(jiān)測(cè)設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)家及第三方運(yùn)維單位更新淘汰機(jī)制。

綜上所述，CEMS監(jiān)測(cè)與參比方法監(jiān)測(cè)比對(duì)結(jié)果受多種因素影響，當(dāng)比對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生差異時(shí)應(yīng)及時(shí)查找原因，排除影響因素，使CEMS系統(tǒng)能夠更加準(zhǔn)確地反映企業(yè)排污實(shí)況，更好地為環(huán)境管理服務(wù)。