試論當(dāng)前CEMS顆粒物監(jiān)測(cè)技術(shù)

（佛山市南華儀器股份有限公司，廣東佛山 528251）

0.引言

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備的建設(shè)和運(yùn)用，是我國(guó)對(duì)節(jié)能減排方面的重要建設(shè)，位于我國(guó)節(jié)能減排三大體系之中，并占據(jù)著重要的地位。過(guò)去幾年，我國(guó)投資近10億元，各地方投資近90億元，全部用于建設(shè)重度污染源方面的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。如今我國(guó)的污染源監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到初步的完善，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也已經(jīng)完成最基本的目標(biāo)，初步構(gòu)建了四位一體的四級(jí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這一動(dòng)作是我國(guó)在環(huán)境保護(hù)方面的巨大進(jìn)步[1]。根據(jù)我國(guó)對(duì)環(huán)境管理方面的制度更新，排放濃度的規(guī)定轉(zhuǎn)變?yōu)榭偱欧帕康囊?guī)定，因此在最近幾年當(dāng)中，我國(guó)多家燃煤企業(yè)已經(jīng)將監(jiān)測(cè)煙氣排放的系統(tǒng)安裝在脫硫裝置上。CEMS是“Continous Emission Monitoring System”的簡(jiǎn)稱。翻譯為“煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”。能夠?qū)︻w粒物以及煙氣排放濃度、煙氣流速、溫度等參數(shù)行相關(guān)的監(jiān)測(cè)，是及其便利且重要的監(jiān)測(cè)設(shè)備。

1.CEMS系統(tǒng)的組成和主要作用

據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煙塵污染物排放量70%來(lái)源于工業(yè)鍋爐、燃煤電廠和工業(yè)爐窯，全國(guó)各地大型煙囪總數(shù)約為200多萬(wàn)個(gè)。隨著加強(qiáng)環(huán)境污染綜合治理的力度不斷加大，污染總量控制政策和排污收費(fèi)制度的逐步落實(shí)，工業(yè)煙塵排放作為主要污染源之一已經(jīng)納入監(jiān)管范圍。而能夠定量連續(xù)測(cè)定煙塵濃度的在線監(jiān)測(cè)儀是環(huán)境監(jiān)測(cè)必不可少的手段，而CEMS系統(tǒng)的應(yīng)用正是有效的解決途徑，應(yīng)用該產(chǎn)品必須有國(guó)家環(huán)保部門(mén)的認(rèn)證證書(shū)以及計(jì)量生產(chǎn)許可證等，主要應(yīng)用于各種工業(yè)廢氣排放源的連續(xù)監(jiān)測(cè)中，包括火力電廠、垃圾焚燒電廠、化工廠、造紙廠等行業(yè)，具有很強(qiáng)的適用性，能夠在線測(cè)量SO2濃度、NOx濃度、CO濃度、NO濃度、HC濃度、顆粒物濃度、含氧量、溫濕度、壓力和流速等多項(xiàng)氣體參數(shù)。

1.1 CEMS系統(tǒng)的組成部分

CEMS的總稱叫做Continous Emission Monitoring System，譯為煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。是一個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)。是我國(guó)在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的重要設(shè)備。本文主要對(duì)CEMS顆粒物監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要內(nèi)容進(jìn)行淺析。

1.2 CEMS系統(tǒng)的主要作用

CEMS系統(tǒng)中的顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是能夠?qū)煹乐蓄w粒物濃度進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)相關(guān)校準(zhǔn)，轉(zhuǎn)換為有關(guān)煙氣濃度參數(shù)。它的氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)煙道中排放中的SO2、NO、NOx、HC、CO等氣態(tài)污染物的濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比較常用的處理方法是紅外吸收法。煙氣排放參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)煙氣溫度、壓力、濕度、含氧量等參數(shù)，并且通過(guò)煙氣的流動(dòng)速度和煙道直徑計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)煙道煙氣排放流量的多少，還可以根據(jù)當(dāng)時(shí)煙道中煙氣的溫度、壓力和濕度等，得出標(biāo)準(zhǔn)干煙氣量。經(jīng)過(guò)一定的換算，能夠規(guī)定出過(guò)剩空氣系數(shù)下的煙氣濃度。通過(guò)流量、氣態(tài)污染物濃度、顆粒物濃度，可計(jì)算出污染物的實(shí)際排放總量?？刂葡到y(tǒng)則可以通過(guò)采樣的方式來(lái)進(jìn)行煙氣的控制數(shù)據(jù)采集處理，可以對(duì)煙氣中的信號(hào)進(jìn)行采集，通過(guò)電子數(shù)據(jù)的處理，生成出一張報(bào)表，以供環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)使用[2]。CEMS系統(tǒng)配備的電源可以為整個(gè)系統(tǒng)提供相對(duì)穩(wěn)定的電壓，以保證系統(tǒng)的良好運(yùn)行。它的通訊系統(tǒng)則可以進(jìn)行數(shù)據(jù)上的傳輸與通信。

2.CEMS系統(tǒng)運(yùn)作

CEMS系統(tǒng)總的運(yùn)行方式可以分成3大部分，分別是系統(tǒng)進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行時(shí)和系統(tǒng)維護(hù)檢修時(shí)。在啟動(dòng)系統(tǒng)前一段時(shí)間，負(fù)責(zé)人應(yīng)當(dāng)對(duì)要進(jìn)行采樣的探頭和采樣管進(jìn)行一定時(shí)間的加熱處理，過(guò)后使得溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，完成后才可以開(kāi)啟電源系統(tǒng)。采樣管加熱是為了避免煙氣在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生冷凝水，對(duì)機(jī)器造成一定的腐蝕，從而損壞儀器?；蛘咭?yàn)椴蓸託怏w中濕氣的濃度影響到分析數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。如果采樣中煙氣的濕度太高，在進(jìn)入系統(tǒng)儀器當(dāng)中的時(shí)候，也會(huì)對(duì)儀器造成一定的損壞。煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為一個(gè)比較重要的監(jiān)控系統(tǒng)，它的復(fù)雜程度比較高，系統(tǒng)內(nèi)部也是環(huán)環(huán)相扣的，因此要更加重視日常的維護(hù)和修復(fù)。當(dāng)系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、濕度數(shù)據(jù)異常時(shí)，應(yīng)該檢查相應(yīng)的測(cè)量元件是否正常，取樣管路是否暢通。當(dāng)樣氣流量異常，一般是流量低于正常值或無(wú)流量顯示。需要檢查轉(zhuǎn)子流量計(jì)是否存在卡塞；如果轉(zhuǎn)子流量計(jì)正常，則檢查整個(gè)取樣管路是否漏點(diǎn)或堵塞。出現(xiàn)顆粒物測(cè)量值異常時(shí)，需要檢查粉塵儀電源是否正常、粉塵儀是否損壞；檢查探頭鏡片是否潔凈，否則進(jìn)行清潔處理；吹掃壓縮空氣是否正常投入。

3.CEMS顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)技術(shù)

CEMS顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)作為CEMS系統(tǒng)中的重要組成部分，在整個(gè)CEMS系統(tǒng)中有著非常重要的作用。下面講述一下CEMS顆粒物監(jiān)測(cè)的主要分析方法。現(xiàn)在市場(chǎng)上的CEMS顆粒物監(jiān)測(cè)儀主要是“對(duì)穿法”和“散射法”兩種。

3.1 對(duì)穿法

光學(xué)透射法是利用煙塵對(duì)入射光的吸收，通過(guò)測(cè)量接收光與入射光的比值來(lái)測(cè)定煙塵的濁度，經(jīng)過(guò)濃度標(biāo)定后，可以同時(shí)測(cè)定煙塵濃度，原理是光通過(guò)煙氣時(shí)，光強(qiáng)因煙塵的吸收、散射作用而減弱，通過(guò)測(cè)定光束的衰減來(lái)測(cè)量煙塵濃度。此法又分為兩種:雙端法(一端發(fā)射，另一端接收)、單端法(一端發(fā)射/接收，另一端反射)。光學(xué)透射法根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)不同分為單光程測(cè)塵儀和雙光程測(cè)塵，從光源不同又分為鎢燈、石英鹵素?zé)艉图す夤庠礈y(cè)塵儀，鎢燈光源壽命較短，半導(dǎo)體激光器由于具有穩(wěn)定性高和使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)已經(jīng)在測(cè)塵儀上得到廣泛應(yīng)用。其中激光煙塵濁度儀是透射法的代表產(chǎn)品。

3.2 光散射法

光學(xué)散射法是利用煙塵對(duì)入射光的散射作用，被光束照射的顆粒物對(duì)光散射，向某一方向散射的光被聚焦后經(jīng)檢測(cè)器檢測(cè)，在一定范圍內(nèi)檢測(cè)信號(hào)與顆粒物濃度成比例。煙塵測(cè)量?jī)x直接安裝在煙道上，就地檢測(cè)，將監(jiān)測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)電纜傳到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其具有更高的分辨率，靈敏度更高，可以用于監(jiān)測(cè)更低排放濃度的排放源。其中，后向散射法測(cè)塵儀是散射法的代表產(chǎn)品，它的光源也采用激光二極管，該儀器在煙道采用單面安裝，直接測(cè)量煙塵濃度，使得安裝條件大大改善而且安裝調(diào)試勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。但也需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行濃度標(biāo)定。隨著煙氣凈化設(shè)備技術(shù)的提升，很多企業(yè)排放的煙氣中顆粒物濃度越來(lái)越低，超凈排放的顆粒物監(jiān)測(cè)儀器也開(kāi)始被應(yīng)用。超凈排放的顆粒物監(jiān)測(cè)儀主要應(yīng)用的是光學(xué)前向散射原理。儀器通過(guò)測(cè)量煙氣的流速，在等速采樣的情況下將煙氣抽進(jìn)儀器測(cè)量室中進(jìn)行測(cè)量。

4.結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前我國(guó)對(duì)CEMS監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛，在各種原理之下的顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，光學(xué)應(yīng)用還是最為普遍[3]。我國(guó)的CEMS系統(tǒng)根本構(gòu)造還是建立在光學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，由于光學(xué)技術(shù)本身也存在一定的缺點(diǎn)，這就要求了在系統(tǒng)運(yùn)行期間，需要時(shí)刻關(guān)注煙道中顆粒物的變動(dòng)趨勢(shì)，以保證普遍的曲線。為此，我國(guó)在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面付出巨大心力。

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備的建設(shè)和運(yùn)用，是我國(guó)對(duì)節(jié)能減排方面的重要建設(shè)，屬于我國(guó)節(jié)能減排三大體系之中，并占據(jù)著重要的地位?，F(xiàn)如今，我國(guó)的污染源監(jiān)測(cè)技術(shù)已達(dá)到初步的完善，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也已經(jīng)完成最基本的目標(biāo)，初步構(gòu)建了四位一體的四級(jí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這一舉措是我國(guó)在環(huán)境保護(hù)方面的巨大進(jìn)步。為了督促全國(guó)企業(yè)對(duì)煙氣排放的自覺(jué)性，我國(guó)環(huán)境保護(hù)的相關(guān)部門(mén)要求開(kāi)展定期對(duì)企業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行考核的活動(dòng)，通過(guò)云端技術(shù)的分析處理，對(duì)比各企業(yè)在污染物排放中的指數(shù)，達(dá)到環(huán)境監(jiān)管的目的。通過(guò)本文分析與討論得出，隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)方面的重視不斷提高、新發(fā)展理念的提出和實(shí)施，目前在顆粒物CEMS技術(shù)的應(yīng)用上已經(jīng)初步達(dá)到目標(biāo)，但在技術(shù)應(yīng)用方面還有待進(jìn)步。隨著顆粒物CEMS技術(shù)在未來(lái)的逐漸普及，我國(guó)工業(yè)的發(fā)展將逐步提高。