氨法脫硫裝置污染源在線比對監測異常原因分析

陳國強

（中國石油烏魯木齊石化公司）

氨法脫硫裝置污染源在線比對監測異常原因分析

陳國強

（中國石油烏魯木齊石化公司）

煙氣排放連續監測系統比對監測是環境監測工作的一項重要內容，氨法脫硫裝置由于運行工況復雜，現場比對監測時諸多因素會造成比對監測的偏差。文章針對煙氣比對監測數據異常和煙塵比對監測數據異常，從幾個方面分析造成偏差的原因，并提出相應的質控措施，以減少數據偏差，提高在線比對監測的準確性。

煙氣在線比對監測；異常原因；質控措施

0 引 言

根據《污染源自動監控管理辦法》（原國家環保總局令第28號）、《國家重點監控企業污染源自動監測數據有效性審核辦法》和HJ／T75—2007《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》［1］等標準規范的要求，必須對固定污染源煙氣連續排放監測系統（ContinuousEmissionMonitoringSystem，CEMS）進行在線比對監測。氨法脫硫裝置由于運行工況復雜，煙氣濕度大，脫硫過程中會產生大量氣溶膠顆粒［2］，腐蝕性強，煙氣分布不均勻，對于未裝GGH（GasGasHeater，煙氣換熱器）的氨法脫硫裝置，脫硫裝置系統處于微正壓狀態，這對于煙氣排放連續監測系統的正常運行和在線比對監測的順利開展提出了較高的要求。對在線比對監測過程中存在的異常原因進行分析，采取有效質控措施，探討其對應的解決途徑和方法，提高在線比對監測的準確性。

1 CEMS監測條件

煙氣排放連續監測系統由數據采集處理系統、樣氣采集系統、樣氣預處理系統、煙氣氣體分析儀（SO2、O2、NOx）、粉塵監測儀以及溫度、壓力、流速監測儀等組成。采樣探頭、儀表安裝位置均符合HJ／T 75—2007《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》［1］要求。

2 手工監測條件

手工監測煙氣采用參比法，即GB／T16157—1996《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法》［2］中所列方法。手工監測的4個采樣點在煙氣監測斷面下游約0.5m處。比對監測前，使用與CEMS的同類型標氣進行標定。監測時，機組平均運行負荷≥85%，引風機、送風機、磨煤機等設備按照機組負荷自動跟蹤運行；脫硫裝置的增壓風機、漿液循環泵、漿液輸送泵等設備正常運行。因此，手工監測的基本條件符合HJ／T75—2007《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》要求。

在例行的污染源在線比對監測前，實驗室開展例行的質控措施，如煙氣測試儀進行SO2和氮氧化物等參數校準、皮托管和煙氣采樣系統進行氣密性檢驗、顆粒物采樣裝置進行流量校準、顆粒物收集濾筒烘干恒重等。

3 煙氣比對監測數據異常原因分析及措施

3.1 校準標氣和儀表量程導致的比對不合格

3.1.1 原因分析

在某次氨法脫硫裝置煙氣出口的在線比對監測中，該鍋爐沒有煙氣脫硝設施，氮氧化物濃度比較高，在線監測儀表顯示氮氧化物平均值為529mg／m3，手工煙氣測試儀監測氮氧化物平均值為650mg／m3，比對結果相對準確度為19.0%（指標≤15%），比對不合格，比對結果見表1。

從CEMS和手工煙氣測試儀查找偏差原因，CEMS是采用非分散紅外多組分分析儀，比對前，使用613mg／m3的氮氧化物標氣進行CEMS校準，儀器示值偏差不高于±5%，手工煙氣測試儀是采用定電位電解法測試儀，按照HJ／T693—2014《固定污染源排氣中氮氧化物的測定定電位電解法》［3］，在煙囪監測孔采樣監測氮氧化物數據比對前，使用405mg／m3的氮氧化物標氣進行儀器校準，儀器示值偏差不高于±5%，但是手工煙氣測試儀氮氧化物的校準沒有包含比對監測煙氣的濃度范圍，導致比對不合格，因此，使用613mg／m3的氮氧化物標氣進行煙氣校準，儀器示值偏差不高于±5%。

表1 污染源在線比對監測氮氧化物結果（一）

再次開展比對監測，在線監測儀表顯示氮氧化物平均值為521mg／m3，手工煙氣測試儀監測氮氧化物平均值為609mg／m3，比對結果為15.4%（指標≤15%），比對不合格，比對結果見表2。

表2 污染源在線比對監測氮氧化物結果（二）

從CEMS查找不合格原因，發現CEMS氮氧化物量程為0～2000mg／m3，將其量程改為0～1000 mg／m3，再次使用613mg／m3的氮氧化物標氣進行CEMS校準，儀器示值偏差不高于±5%。重新開展比對監測，在線監測儀表顯示氮氧化物平均值為572 mg／m3，手工煙氣測試儀監測氮氧化物平均值為607 mg／m3，比對結果相對準確度為6.7%（指標≤15%），比對合格，比對結果見表3。

表3 污染源在線比對監測氮氧化物結果（三）

3.1.2 質控措施

為了進一步提高比對準確性，首先，確定比對儀器的測量量程是否合適，然后采用儀器量程20%～30%，50%～60%，80%～90%處濃度或與待測物相近濃度的標準氣體校準，若儀器示值偏差不高于±5%，校準合格，定電位電解法煙氣（SO2、NOx、CO）測定儀應在每次使用前校準。其次，氣態污染物比對監測結果判定時，應用至少6個數據的手工測試5min平均值與同時段煙氣自動在線監測儀器的分鐘平均值進行準確度計算［4］。最后繼續加強CEMS儀表維護管理。設備維護人員嚴格按照《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》進行定期校準、校驗工作，保證儀表正常穩定運行。

3.2 煙氣濕度導致的比對不合格

3.2.1 原因分析

在一次氨法脫硫煙氣出口的在線比對監測中，在線監測儀表顯示SO2平均值為40mg／m3，手工煙氣測試儀監測SO2平均值為0，比對不合格。

從CEMS和手工煙氣測試儀查找偏差原因，比對前，CEMS和手工煙氣測試儀均進行了57mg／m3SO2濃度的校準，儀器示值偏差不高于±5%，按照HJ／T57—2000《固定污染源排氣中二氧化硫的測定定電位電解法》［5］，在煙囪監測孔采樣監測SO2數據。分析表明，手工煙氣測試儀采樣槍連接煙氣測試儀管線比較長，火電廠煙氣經氨濕法脫硫后溫度52℃，較低、濕度15%，較大，用便攜式煙氣測試儀直接測量煙氣中污染物濃度時，由于采樣氣體中的水分和儀器中冷凝水吸收了SO2，對測定值影響較大，造成測試結果偏低，甚至無法測出。

通過使用加熱煙槍，加熱溫度為150℃，縮短煙氣采樣槍至煙氣測試儀的連接管線，再次開展比對監測，在線監測儀表顯示SO2平均值為46mg／m3，手工煙氣測試儀監測SO2平均值為37mg／m3，比對絕對誤差為9mg／m3（指標≤±17mg／m3），比對合格，比對結果見表4。

表4 污染源在線比對監測二氧化硫結果

3.2.2 質控措施

在氨法脫硫裝置比對監測過程中，為了防止所采集氣體中的水分在采集管內冷凝，避免待測污染物溶于水中產生誤差，需將采樣管加熱，SO2所需加熱的最低溫度為120℃，但考慮到溫度對氣體成分的影響以及防止連接管的損壞，加熱溫度應不超過160℃。同時配置煙氣預處理裝置，對采集的煙氣進行過濾、除濕和氣液分離，以減少測試誤差［6］。

3.3 CO導致的比對不合格

3.3.1 原因分析

比對監測時，鍋爐機組運行異常，CEMS監測煙囪煙氣中氧含量為4.18%，CO濃度為3016μmol／mol，SO2濃度為58mg／m3；手工煙氣測試儀監測SO2濃度為151mg／m3，相對誤差最高達到－62%。通過鍋爐調整工藝，供給足夠的空氣量，CO結果為31 μmol／mol，手工煙氣測試儀監測SO2結果為66mg／m3，比對結果相對誤差為－12.1%（指標≤±20%），比對合格。由此可見，CO濃度達到一定限值時，對SO2測試將產生嚴重的正干擾［7］。

3.3.2 質控措施

為了降低CO濃度，首先保持鍋爐爐膛出口煙氣含氧量為3.5%～4.3%，以供給足夠的空氣量，保證水煤漿能完全燃燒；其次燃燒器的投入應盡可能做到均勻對稱，配風適當，以減弱切圓的旋扭殘余，維持鍋爐兩側煙溫差不超過25℃；其次合理調整風量、水煤漿配比，調整各層、各角的漿量，降低火焰中心的高度；采用正寶塔配風增加煤粉燃盡率，提高鍋爐燃燒效率，在不影響鍋爐燃燒穩定性的前提下，適當增加下層二次風風量，提高鍋爐燃燒效率［8］；最后對CO濃度及時監控，減少CO對SO2監測的干擾。

4 顆粒物比對監測數據異常原因分析及措施

4.1 脫硫系統微正壓造成比對不合格

4.1.1 原因分析

對于未裝GGH的氨法脫硫裝置，脫硫裝置系統處于微正壓狀態，采樣規范規定采樣斷面應設置氣流穩定和顆粒物均勻分布的斷面，脫硫系統微正壓造成所測斷面氣體流量波動大，脫硫系統微正壓將造成所測斷面氣體流量波動大［9］，還有氣體湍流的影響，尤其是顆粒物的慣性運動將明顯降低測試數據的準確性，導致比對監測誤差變大。

4.1.2 質控措施

首先，采樣斷面應設置在距彎頭、閥門變徑管下游不小于6倍煙道直徑，斷面距彎頭、閥門變徑管上游不小于3倍煙道直徑。在按照規范布點的基礎上，增加60%的布點數量，通過加密布點，減少比對監測誤差。其次，比對監測采樣位置應盡可能與自動在線監測設備保持一致，采樣位置應滿足HJ／T75—2007《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》規定，顆粒物比對監測采樣斷面和顆粒物CEMS測定斷面不重合，確保互不影響測量，并且兩個監測位置盡可能靠近。在垂直斷面和水平斷面中應優先考慮水平斷面。最后監測過程中密切關注流速的變化，保證流速穩定。

4.2 濾筒質量和前處理造成比對不合格

4.2.1 原因分析

氨法脫硫裝置煙氣濕度非常大，約為13%～15%，水對濾筒的膨脹效應較大，在濕度較大的采樣環境中，加上抽氣量較大，質量較差的濾筒很容易破裂；如果在脫硫裝置入口監測顆粒物，一般情況下，煙氣溫度140～180℃，按照規范要求，采樣濾筒要在105℃烘至恒重，而在140～180℃高于恒重溫度條件下采樣45～60min，濾筒都會減重，并導致測量結果偏低，對于高效除塵器，例如電除塵加布袋除塵混合除塵裝置，因為出口顆粒物往往低于30mg／m3，濾筒減重的誤差相當大。

4.2.2 質控措施

首先，濾筒應選用質量好的加厚濾筒，防止濾筒破裂以提高顆粒物的捕集率，每一批次的濾筒都應該進行驗收。一是濾筒的檢查和篩選：首先是外觀檢查，對于采樣前的濾筒，應用專用刷子刷去表面的“毛刺”，最大程度的保證濾筒表面在稱量和采樣過程中不出現“掉渣”現象，以免影響數據的準確性。其次是對濾筒進行針孔檢查，一般的超細玻璃纖維濾筒對塵粒捕集率可達99%，但由于有的濾筒上存在著可以直接通透的針孔，導致濾筒的捕集效率降低，應將濾筒罩于眼睛上對著光源進行檢查。最后是規格統一檢查、質量篩選和阻力篩選。二是規格檢查：目前廣泛使用的是70mm×25mm規格的濾筒，但不同廠家的產品還會有尺寸上的差別，要根據自己設備的情況選用與其相匹配的濾筒，規格不符以及在放入、取出煙槍時給操作帶來不便的濾筒都應剔除。質量篩選：根據實際工作的經驗，規格為70mm×25mm的玻璃纖維濾筒的標準質量為1±0.2g，若濾筒質量超出此范圍，則應考慮剔除。這是因為：低于質量下限會因濾筒壁薄，使濾筒的強度降低，易造成濾筒破裂；高于質量上限，則會因濾筒壁厚使抽氣阻力增大，降低捕集效率。阻力篩選：將濾筒放人采樣槍中，當煙塵測試儀處于正常工作狀態，空載調節流量為50L／min時，負壓應不大于10.0kPa。

其次，制作和使用標準空白濾筒。為進一步提高稱量的準確性和精密性，對樣品的烘干、冷卻、稱量的全過程進行控制，及時了解質控情況，可采用制作和使用標準空白濾筒的方法。制作標準空白濾筒：預先仔細挑選一批濾筒并將其編號，經105℃高溫烘烤，恒重處理，并按標準方法進行稱量，經過10d的稱量，求出每個濾簡各自的平均值和相對標準偏差（S），選取絕對誤差＜0.5mg和S≤5%的濾筒作為標準空白濾筒，各濾筒的平均值作為各自的真值。使用標準空白濾筒：在煙塵樣品的分析過程中，根據樣品多少隨機抽取1個或多個標準濾筒，同該批樣品一起烘干、冷卻、稱至恒重。若標準空白濾簡的穩定值與真值之差在±0.0004g，則視為合格［10］。

最后，每批監測留2個濾筒不采樣，采樣結束后和其他濾筒一起送回實驗室分析，作為現場全程序空白濾筒。通過現場空白濾筒的分析，掌握采樣過程中環境條件和運輸過程對樣品質量影響的狀況。濾筒在高濕度的煙氣條件下最容易與管壁黏連，采樣完成后必須用鑷子仔細取下濾筒且保存完好，樣品濾筒稱量時，應注意檢查濾筒包裝袋內有無殘留的濾筒屑、塵粒，并將其一起稱量。

4.3 顆粒物比對監測其他質控措施

采樣儀器設備須有專人管理及維護，每次使用前后應對儀器校準、全面檢查和清潔。每次采樣結束后，采樣器繼續通電源，通干燥清潔空氣15min左右，去除采樣路徑中存在的含濕廢氣。為保證顆粒物等速采樣，采樣時皮托管和采樣嘴必須對準氣流，偏差不得超過10°，采樣過程中，應經常檢查和調節流量，采樣后應重復測定流速，當采樣前和采樣后流速相差大于20%時，樣品作廢，應重新采樣。顆粒物各點采樣時間應不少于3min，各點采樣時間應相等，每個濾筒采塵量不低于20mg，當采集低濃度工業粉塵時，采塵量不低于5mg。每個斷面采樣總體積不少于500L。通過現場全程序空白樣的檢驗，掌握采樣過程中環境條件和運輸過程對樣品質量影響的狀況。必要時可以采用人員比對、儀器比對和方法比對等質控措施。

5 結 論

氨法脫硫裝置運行工況復雜，CEMS系統進行在線比對監測的難度相對較大，把握好比對監測每一個質量控制環節，如采樣斷面的代表性，增加監測布點的密度，工況保持相對穩定，煙氣電化學傳感器每次使用前校準合格后方可使用，采用加熱煙槍減少高濕煙氣比對監測的相對誤差，避免高濃度CO氣體對SO2監測的干擾，顆粒物收集濾筒驗收、使用標準空白濾筒和現場空白濾筒等。因此質控措施的正確實施對污染源在線比對監測的質量保證意義重大，是節能減排工作順利開展的有力保障。

［1］ HJ／T75—2007固定污染源煙氣排放連續監測技術規范［S］.

［2］ 張文武，沙志強，朱忠益，等.氨法脫硫工藝參數對氣溶膠排放特性的影響［J］.熱能動力工程，2013（3）：281.

［3］ GB／T16157—1996固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法［S］.

［4］ HJ／T693—2014固定污染源排氣中氮氧化物的測定定電位電解法［S］.

［5］ HJ／T57—2000固定污染源排氣中二氧化硫的測定定電位電解法［S］.

［6］ HJ／T373—2007固定污染源監測質量保證與質量控制技術規范［S］.

［7］ 汪楠，王同健等，定電位電解法測定煙道氣SO2過程中的干擾和對策［J］.城市環境與城市生態，2009（4）：47.

［8］ 鄭權.正交網格下配風對四角切圓鍋爐燃燒效率影響的數值模擬［J］.長沙理工大學學報（自然科學版），2012（4）：89.

［9］ 李鵬，范例.固定污染源監測對二氧化硫總量統計的影響分析［C］／／第十四屆二氧化硫氮氧化物、細顆粒物污染控制技術與管理國際交流會論文集，2012.

［10］張冬云.污染源煙塵濃度采樣濾筒后續處理的改進及濾筒的質量控制［J］.北方環境，2013（12）：180-181.

（編輯 王薇）

10.3969／j.issn.1005-3158.2015.01.011

：1005-3158（2015）01-0031-04

2014-06-19）

陳國強，1996年畢業于新疆大學環境工程專業，現在中國石油烏魯木齊石化公司環境監測站從事環保監督監測和環保治理研究工作。通信地址：新疆烏魯木齊市中國石油烏魯木齊石化公司研究院，830019