煙氣在線監測設備現場的質量保證與控制

孫代華

（臨淄區生態環境技術服務中心，山東 淄博 255400）

0 引言

隨著環境管理要求日益嚴格，污染物排放標準限值逐步趨嚴，這要求企業必須采用更先進的脫硫、脫硝和除塵等治理工藝和技術。雖然污染物排放濃度顯著降低，但污染源排放煙氣環境條件卻變得更為惡劣。例如，采用濕法脫硫治理工藝后，煙氣濕度明顯上升，溫度下降，腐蝕性增強，這就導致在線監測設備在低溫、高濕和強腐蝕性條件下進行連續自動監測，使其不能長期穩定可靠運行，故障率上升，有效數據率下降。基于此，只有加大現場運維中的質量保證與控制，才能有效控制各個環節，保證在線監測設備能夠提供真實、準確、有效的數據，始終處于受控狀態。

1 固定污染源煙氣排放連續監測系統（在線監測設備）的基本組成

在線監測設備一般由顆粒物測量、氣態污染物測量、煙氣輔助參數測量和數據采集與處理等單元組成，能夠實時準確地測量煙氣中的顆粒物濃度，二氧化硫、氮氧化物等氣態污染物濃度，溫度、壓力、流速、濕度、氧氣等煙氣輔助參數，通過測量計算出煙氣中污染物的排放速率和排放總量，并顯示和記錄各種數據和參數，生成相關圖文表格，以數據、圖文等方式傳輸至生態環境管理部門[1]。

2 在線監測設備現場安裝條件的質量保證與控制要求

設備安裝位置是否符合有關技術規范和標準，是保證測量結果準確性的最基礎、最重要的保證條件。安裝點位必須要有代表性，保證位于固定污染源治理設備的下游，確保采樣斷面滿足前4 后2 的技術要求[1]，并且是穩定的層流；當無法找到滿足安裝采樣要求的直管段時，盡可能選擇在煙氣和顆粒物分布相對均勻穩定的斷面，保證不產生紊流；流速是一個很重要的參數，直接決定了污染物排放速率的準確性，煙氣流速決定測量方法，如果流速儀選擇不當會產生較大測量誤差，S 型皮托管法應安裝在煙道內流速大于5 m/s 的位置[1]，如流速較低可選擇超聲波流速儀；監測點位的設備要保證不受光線和電磁輻射的明顯影響，煙道的振動越小越好，還應盡量避開煙氣中霧滴的干擾；在互不影響測量的前提下，參比方法采樣孔應盡可能靠近在線監測設備的監測斷面[1]，便于準確開展比對監測。只有安裝位置符合技術規范，才能為以后的穩定運行創造基礎條件。

3 標準物質的質量保證與控制要求

標準物質的質量是影響測量結果的重要條件。校準、檢驗在線監測設備的標氣必須由國家計量行政部門批準的國家一級或二級標準氣體，能溯源到國家級標準氣體，并載明標準氣體的濃度值、生產廠商、有效期、不確定度等信息，且要有出廠合格證。零點標準氣體通常為含二氧化硫、氮氧化物濃度均小于0.1 μmol/mol 的氣體，含有其他氣體的濃度不得干擾儀器的讀數；量程標準氣體是濃度為滿量程（80%～100%）范圍內的氣體，其不確定度不超過±2.0%[1]，并在有效使用期內使用。

4日常運維的質量保證與控制要求

4.1日常巡檢維護的質量保證與控制要求

在線監測設備長期連續運行中會產生一定的偏差，在偏差未達到有關技術規范允許的誤差范圍之前，根據在線監測設備不同模塊、組件、部件的運行維護保養周期要求，對其進行一次有效的標準氣體校準、維護、保養，提前消除可能存在的誤差，使誤差始終在技術規范允許的范圍之內。運營公司對設備維護、保養、維修、更換部件等活動，都要填寫記錄，留存照片、電子文件等，記錄要完整、清晰、準確，以備檢查和溯源。生態環境檢查人員按照有關技術規范要求，對在線監測設備的運行情況進行現場檢查，查閱有關記錄資料時，對發現的不符合技術規范要求的行為，按照輕重程度出具限期整改、警告、處罰等決定意見。對不按照技術規范運維保養，造成設備故障率高、管理混亂、問題多的點位，必須加大現場執法檢查的力度和頻次，必要時，環境檢查人員可以對在線監測設備進行現場比對，發現問題及時處置，保證在線監測設備正常運行。

4.2 校準的質量保證與控制要求

不同原理的儀器校準方法和周期不同，應依據技術規范、說明書、操作技術規范、技術標準和管理規定進行，校準結果應詳細記錄，確保能在數采儀中找到，以備查驗。對在線監測設備進行零點和量程校準、系統響應時間和示值誤差測試，如不能滿足技術指標，應及時查找出原因，采取有效糾正措施，并縮短下一次校準、維護的時間間隔。隨著脫硫技術的不斷進步，二氧化硫濃度明顯下降，甚至降低到了零，但排放煙氣中的水分卻明顯上升，煙氣條件惡劣。實際操作中用二氧化硫做全量程校準時容易出現較大偏差，這時應重點檢查伴熱管線溫度是否過低，管內是否結露形成水珠，或者是否有其他結晶物吸附二氧化硫，造成結果偏低。必要時，采用冷干法脫水的采樣系統，可考慮在冷凝器或者伴熱管中添加磷酸稀溶液，以抑制煙氣中二氧化硫被冷凝水或其他物質吸收。

4.3 校驗的質量保證與控制要求

通常情況下，只要經過校驗合格的在線監測設備，運行是正常的，符合技術規范規定的技術指標，其數據是合法有效的。但是在實際運行過程中，有少數的運維人員工作責任心不強，當在線監測設備出現不明顯問題時，為了減少運維工作量，不按照技術規范規定的頻次和內容要求，對在線監測設備認真維護保養，積極查找原因，甚至采取修改部分數據的方式讓校驗數據看起來與在線監測數據相匹配，誤差范圍也符合技術規范要求；也有的運維人員使用未經校驗合格或超過有效使用期的設備，這些均會導致人工比對數據的可信度下降，掩蓋在線監測設備運行中產生的問題，容易造成在線監測數據的失控，產生大量無效數據，不利于生態環境管理部門對污染源排放情況進行監管。為此，可以通過以下方法驗證在線監測數據是否與實際生產工藝、生產狀況、污染治理水平等相匹配，進一步判斷、驗證在線監測數據的準確性、合理性。

4.3.1 驗證煙氣溫度準確性的輔助方法

目前污染源煙氣溫度的測量多使用鉑熱電阻、銅熱電阻法等，如PT-100 鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而變化，溫度與阻值有一一對應關系。在現場很容易測量鉑熱電阻的阻值，通過查閱PT-100 鉑電阻的溫度與阻值之間的對應關系，或者阻值與溫度之間的計算公式[2]，計算出煙氣的理論溫度，再與在線監測設備監測的溫度值比對，進一步驗證在線監測設備測量的溫度，如果兩者溫度值接近，說明在線監測設備測量的溫度是準確的，否則可以判斷測量溫度是不準確的，要及時查找原因。

4.3.2 驗證煙氣濕度準確性的輔助方法

煙氣濕度影響污染物排放的濃度和總量，實際運行中容易出現偏差，且平常的關注度不高，需要重點關注、判斷。不同行業污染源煙氣中的濕度變化非常大，通常從百分之幾到百分之幾十不等，這主要與企業的生產工藝及污染治理方法有關。如果以含氫氣體為燃料，沒有配備末端脫硫脫硝等治理設備的直排加熱類爐，其煙氣濕度的大小主要與燃料氣的含氫量有關。結合煙氣中剩余氧含量，適當考慮空氣的濕度，就可以計算出煙氣中濕度的大概范圍。此類煙氣中的含濕量較大，最大能達到百分之幾十；如果生產過程只是簡單的物理過程，如粉碎，此時濕度是空氣濕度加物料中水分蒸發增加的濕度之和，濕度通常只有幾個百分點；如果排放的煙氣帶有濕法污染治理工藝，如濕法脫硫，由于氣液充分接觸，吸收液中的水分蒸發大，此時煙氣的濕度一般認為是飽和的，大小與濕法處理之前煙氣中水分含量無關，只與排放煙氣的溫度有關，即該溫度下煙氣的飽和蒸氣壓，如煙氣溫度為40 ℃，其濕度約為7%，煙氣溫度為50 ℃，其濕度約為12%，煙氣溫度為60 ℃，其濕度約為20%[3]。在線監測設備測得濕度的大小可以依據以上幾種情況驗證，如果實際測量數據偏離較大，說明濕度測量結果有誤差，濕度在線監測分析儀存在問題。

4.3.3 驗證煙氣二氧化硫濃度準確性的輔助方法

二氧化硫的濃度是否準確，要結合原料燃料的含硫量、生產工藝、脫硫設備、脫硫方法、脫硫劑種類、運行狀況，根據污染源廢氣的排放量、單位時間脫硫劑的消耗量、初始煙氣中二氧化硫濃度等已知條件，結合平時的脫硫效率，計算出煙氣中二氧化硫的實際排放濃度，再輔以長期的經驗積累與在線監測設備的數據進行對比判斷。若在線監測設備出現二氧化硫濃度值長期為零、恒值、異常高、異常低等情況，而生產狀況又沒有發生明顯的變化，且脫硫設施運行正常，可以判定在線監測設備測得的數據不準確，不符合邏輯關系，應及時分析查找原因。另外，當煙氣中的一氧化碳含量較高時，可能會干擾非分散紅外法測定二氧化硫，造成數據偏高，這也需要引起足夠的重視。

4.3.4 驗證煙氣氮氧化物濃度準確性的輔助方法

氮氧化物的濃度是否準確，也要結合生產工藝、脫硝方法、脫硝劑種類、運行狀況，根據廢氣排放量、脫硝劑的消耗量、初始煙氣氮氧化物含量等條件，計算出煙氣中氮氧化物的排放濃度，并與在線監測數據對比判斷。若在線監測設備測得氮氧化物濃度長期為恒值、異常高、異常低、波動大、零等，而生產狀況沒有發生明顯的變化，脫硝設施運行正常，說明在線監測設備測得的數據是不準確的。

4.3.5 驗證煙氣顆粒物濃度準確性的輔助方法

顆粒物濃度是否準確，要結合生產工藝、除塵方法及種類、運行狀況等條件判斷，若顆粒物濃度長期為零、異常偏低，則一定是在線監測設備出現問題，測量不準確，這種情況在實際運行中經常出現；若顆粒物突然異常升高又恢復正常、超常規升高、異常波動、滿量程顯示等，而生產狀況又沒有發生較大變化，也說明顆粒物在線分析儀出現問題，應及時查找、分析原因，不要只從生產上找原因。

4.3.6 驗證煙氣氧氣濃度準確性的輔助方法

氧氣是顯示生產狀態并進行排放標準折算的重要指標。如果數值恒定不變，可能是安裝位置不對，煙氣未通過氧分析儀，或者氧分析儀損壞，需要調整安裝位置或者維修；如果氧分析儀顯示值偏高，明顯偏離基準氧含量，與生產狀況不匹配，可能是采樣管道漏氣或氧氣在線分析儀出現故障。

4.3.7 驗證煙氣流速準確性的輔助方法

流速數據是否準確，完全可以通過產品產量、生產負荷、排氣筒直徑、排煙溫度、排煙濕度、排煙壓力等條件計算出來，并與在線監測數據比對，只要生產平穩，煙氣流速會在這一計算值附近波動。S 型皮托管法適用于煙氣流速大于5 m/s 的點位，超聲波流速儀適用于流速更低的點位，什么樣的流速選擇什么樣的測量方法，否則會產生較大誤差。若流速為零或接近零，說明流速儀出現故障或管路堵塞，或者流速儀的選擇不當；若流速劇烈波動，說明測量點位選擇不當，可能存在明顯湍流，不符合技術規范規定的監測點位要求；流速異常，靜壓值長時間不變或滿量程顯示，可能是靜壓管路積水堵塞。

5 第三方比對監測的質量保證與控制要求

第三方比對監測是企業委托有資質的社會檢測機構，采用國家或行業發布的現行有效的標準分析方法，運用手工監測方法與在線監測設備同步監測，用手工監測結果作為抽查、驗證在線監測設備準確度的依據，其使用的手工監測儀器性能指標符合要求并在檢定或校準合格有效期內[4]。儀器在測量前要進行流量和氣密性等運行檢查，保證采樣器功能正常。顆粒物采樣器應具有等速跟蹤功能，手工監測方法和在線監測設備必須采集同點位、同時段、同狀態的煙氣。對顆粒物、二氧化硫、氮氧化物及輔助參數的準確度進行測試時，其比對組數、時長、采氣量等均應符合有關技術規范和標準要求，否則數據無效。

第三方比對檢測是檢驗在線監測設備數據是否準確可靠的最有效證明，當發現在線監測設備的監測污染因子和輔助參數超出技術規范要求的誤差范圍時，運維人員和企業管理人員應當仔細查找在線監測設備產生誤差的原因，并對有關參數進行校正，如顆粒物的相關系數、氣態污染物的準確度、流速的速度場系數等，始終保證在線監測設備測量數據準確、可靠、受控。

6 結語

通過安裝、維護、保養、校準、校驗、比對等全過程全面的質量保證與控制管理，就能及時發現在線監測設備運行中產生的偏差、錯誤，減少故障，并有針對性地采取有效措施加以消除，這樣在線監測設備就可以長期穩定運行，確保技術指標符合固定污染源煙氣排放連續監測技術規范。在線監測設備的故障率會明顯下降，數據的有效性會顯著上升，確保生態環境管理部門接收的污染源數據是有效受控的，這樣政府才能真正掌握企業污染物排放濃度和排放總量，逐步減少區域污染物總量，有效配置污染物總量控制指標，為經濟的可持續發展及環境空氣質量的不斷改善創造條件，為綠色低碳生活做出貢獻。