紅外煙氣分析儀CEMS系統測量誤差原因分析

徐如學

（貴州粵黔電力有限責任公司 貴州盤縣 553505）

紅外煙氣分析儀CEMS系統測量誤差原因分析

徐如學

（貴州粵黔電力有限責任公司 貴州盤縣 553505）

介紹了紅外煙氣分析儀CEMS系統的組成，對該系統在應用過程中出現的誤差進行了分類分析并提出了日常維護建議。

紅外煙氣分析儀；CEMS；測量誤差

環境是人類賴以生存和發展的基本前提，保護環境是我國的一項基本國策。近年來，隨著國家對大氣污染防治等環保工作力度的加大，CEMS系統在火電、鋼鐵、化工、水泥等行業得到迅速的普及。CEMS不僅用于將大氣污染源排放情況連續監測并實時傳輸到環保主管部門作為國家減排工作提供重要數據，同時也用于脫硫、脫硝電價的結算以及脫硫、脫硝自身裝置進、出口煙氣參數的測定而作為污染物防治設施運行控制的重要依據參數。因此，了解和掌握CEMS系統誤差產生的原因，提高該系統在實際運行中的測量精確度是非常必要的。本文根據作者多年來對紅外煙氣分析儀CEMS系統的運行維護經驗，對其產生誤差的可能原因進行了詳細分析并提出了日常維護建議。

1 紅外煙氣分析儀的測量原理及其預處理系統典型氣路圖

紅外煙氣分析儀是基于被測介質對紅外光具有選擇性吸收而建立的一種分析方法，使紅外線通過充滿一定長度容器的被測氣體，然后測定通過氣體后的紅外線輻射強度來測量被測氣體濃度。

紅外法煙氣分析儀測量氣態污染物是通過專用的加熱采樣探頭將煙氣從煙道中抽取出來，經過伴熱傳輸管路送至CEMS分析控制機柜，在樣氣進入采樣泵和煙氣分析儀表前，先對采樣煙氣進行快速冷卻除水，然后通過粉塵過濾裝置出去粉塵。

紅外光譜吸收原理的氣體分析儀CEMS預處理系統主要構件有采樣探頭、取樣管、伴熱帶、氣水分離器、電子冷凝器、除塵過濾器、采樣泵及加熱器等，典型氣路圖如圖1。

圖1

2 紅外煙氣分析儀CEMS系統測量誤差原因分析

2.1 取樣位置不具代表性所引起的誤差

采用紅外煙氣分析儀的CEMS其取樣位置應避開渦流區，選擇在煙氣混合比較均勻的地方。一般設置在距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于2倍煙道直徑或距上述部件上游不小于0.5倍煙道直徑處，矩形煙道的當量直徑D=2AB/（A+B），式中A、B分別為邊長[1]。完全符合以上要求的斷面往往位于煙囪1/4高度以上，而對于建設年代較早的工廠來說污染防治設施的進、出口煙氣CEMS系統取樣點往往由于場地的限制很難滿足上述要求，由于取樣點不具有代表性，因此測量結果就會出現誤差。

2.2 CEMS預處理系統異常引起的誤差

（1）探頭及取樣管路伴熱溫度達不到要求。一般排放的煙氣中都含有一定量的水分，特別是采用“石灰石——石膏法煙氣脫硫”工藝后的脫硫凈煙氣更是有大量的水汽存在。若煙氣在取樣管路傳輸過程中的伴熱達不到要求（注：通常將采樣探頭及取樣管路加熱到110℃以上），則煙氣中的水汽將會進一步冷卻而凝結成大量的液態水，凝結的水反過來會溶解煙氣中的SO2和NOX等污染物，從而造成系統的測量誤差。

（2）取樣管路漏氣。從采樣探頭到抽氣泵入口的取樣氣路皆為負壓運行，由于中間存在除水、除塵、反吹等多個連接部件，如果有一接口不夠嚴密就會造成抽取的樣氣漏入空氣，稀釋采樣煙氣，使SO2、NOX的測量濃度值降低，O2測量值反而比實際值偏高。

（3）冷凝除水裝置異常或故障。冷凝除水裝置包括電子冷凝器和除液蠕動泵。如果系統運行中電子冷凝器工作不正常，會使進入氣體分析儀內的樣氣含有大量的水分和酸霧，從而腐蝕氣體分析儀的內部器件，造成分析儀的損壞和測量精度的下降；如果用于除水的排液蠕動泵出現故障或排水管路堵塞，煙氣通過電子冷凝器裝置降溫過程所產生的水汽就不能及時排除，從而溶解一部分煙氣里的SO2，致使SO2的測量濃度降低。

（4）除塵裝置故障。紅外煙氣分析儀是基于不同氣體對紅外線有選擇性吸收這一原理進行設計的。儀器內置兩路紅外線吸收的信號光譜氣路，一路作為參比信號，一路為需要測量氣體的信號，紅外輻射光束通過參比室、測量室后進入檢測器的接收室。如果預處理系統中的除塵裝置發生故障就會使進入分析儀內的煙氣粉塵污染儀器，干擾光源發射和接收的真實強度，從而影響分析儀的測量精度和測量結果。

2.3 分析儀表零點或量程漂移引起的誤差

零點或量程漂移普遍存在各類電子計量儀器中，它反映了在規定的條件下，測量儀器計量特性隨時間的慢變化，諸如在幾分鐘、幾十分鐘或幾小時內，保持其計量特性恒定的能力。究其原因，漂移往往是由于溫度、壓力、濕度等外界變化所致，或由于儀器本身性能的不穩定所致。因此，紅外煙氣分析儀應定期進行零點和量程的校準，以保證分析儀測量的準確性。

2.4 標定氣體分析儀所引起的誤差

紅外煙氣分析儀在運行中由于多方面的原因會發生零點和量程漂移，所以應使用標準氣體對其進行定期校準。通常使用的標準氣體其有效期（有效期指濃度變化率不超過規定指標的時間間隔）是根據穩定性試驗結果來加以確定的。標氣生產廠家一般把能夠保證標準值的有效期定為半年至一年。所以校準分析儀表時千萬不要使用已經超過使用有效期的標氣。另外，隨著標準氣體的消耗而導致殘壓變化時，被吸附在容器內壁上的各種成分氣體便解吸下來，使濃度值發生變化。一般規定，高壓鋼瓶標準氣體的殘壓低于0.1MPa[2]時停止使用。

3 日常維護建議

（1）加強日常巡檢工作。日常巡檢時主要查看取樣探頭及伴熱管路的溫度是否控制在要求范圍之內、反吹系統是否正常工作、冷凝器的工作情況（煙氣中的水分是否被完全除去）、蠕動泵是否排水正常、進入煙氣分析儀的流量是否在規定的范圍之內，發現問題時要及時處理。

（2）加強易損易耗品的定期更換。對系統的易損易耗品如取樣探頭濾芯、蠕動泵管、粉塵過濾器濾芯等要進行定期更換。

（3）為保證儀器測量的準確性，除系統自身的自動校準功能外，還必須使用合格的標氣定期校驗校準其零點與量程。

[1]《固定污染源煙氣排放連續檢測技術規范（試行）》（HJ/T75-2007）.

[2]巍山峰，主編.國家重點監控企業污染源自動監測數據有效性審核教程.北京：中國環境科學出版社，2010，3.

X851

A

1004-7344（2016）18-0239-01

2016-6-1

徐如學（1980-），男，侗族，貴州石阡人，助理工程師，本科，主要從事火力發電廠脫硫、除塵設備的運行維護工作。