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【摘要】：本文阐述了以某火电厂为例，通过污染源的在线实时监控和基本数据的采集,及时了解污染源排污状况。
【关键词】：烟气分析 电厂 比对监测 烟气排放连续监测系统
中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
污染源自动监控系统,俗称“环保电子警察”,能够自动收集各种监测数据,并对污染物超标告警、设备故障等作出反应,为业务系统和决策支持提供基础数据。通过污染源的在线实时监控和基本数据的采集,及时了解污染源排污状况。防止排污企业偷排和漏排,最大限度地降低污染造成的危害,有利于提高监管的科学性,强化执法监督力度,促进污染源达标排放,为提高环境执法效能以技术支持。
某电力有限公司总装机容量435MW（3×55MW+2×135MW）。目前该公司五台机组均安装了脱硫装置和对应的CEMS系统，系统数据已上传至省、市、县三级环保部门及南京电监办。受该公司的委托，于2010年9月26日对该公司3#炉的烟气CEMS进行了比对监测。
2.验收比对监测依据
2.1监测依据
（1）HJ/T75-2007固定污染源烟气排放连续监测技术（试行）
（2）HJ/T76-2007固定污染源排放烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法（试行）
（3）GB/T16157-1996 固定污染源排氣中颗粒物测定与气态污染物采样方法
（4）GB/T5468-1991锅炉烟尘测试方法
（5）HJ/T47-1999 烟气采样器技术条件
（6）HJ/T48-1999 烟尘采样器技术条件
（7）HJ/T57-2000 固定污染源排气中二氧化硫的测定定电位电解法
（8）《空气和废气分析监测方法》（第四版）中氮氧化物的测定定电位电解法
（9）GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准
（10）GB13271-2001锅炉大气污染物排放标准
2.2试验仪器
本次试验所采用测试仪器和仪表均已按规定经过计量部门的检验并已取得检定证书，并在有效期内。烟气分析仪器在每次试验前进行现场校准。
3.污染源基本情况
该公司现有3台220吨高温高压煤粉锅炉（WGZ-220-9.8-4），配以3台高温高压55MW（QFQ-55-2-B）抽凝式汽轮发电机，55MW机组锅炉采用炉内喷钙炉内脱硫工艺。另有2台440吨循环硫化床锅炉（WGF440/13.2-4），配有2台135MW（QF-135-2）抽凝式汽轮发电机，135MW机组锅炉采用循环流化床锅炉炉内脱硫技术，可以有效阻止和抑制SO2、NOX的生成，使各项污染物均能够达标排放。
4.CEMS基本情况
BLTD-06系列烟气连续监测系统（Continuous Emission Monitoring Systems，以下简称CEMS）是一种大型的在线分析成套系统，它由颗粒物监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气参数（流量、温度、湿度、压力、O2）监测子系统和数据采集与控制系统组成。它可以连续取样、自动分析火电厂及其它固定工业污染源排放烟气中的颗粒物和气态污染物SO2，NOX、的浓度，同时还可以监测流量、温/湿度、压力、O2等烟气参数。数据采集与控制系统（以下简称DAS系统）采集各监测子系统测量的实时数据，并对这些数据进行处理和运算并生成时平均值日报表、日平均值月报表、月平均值年报表。上述报表中的数据已按环保法规的要求换算成过量空气系数为1.4状况下标准干烟气的数据，符合国家环保标准的要求。此外DAS系统配置数字量输出接口（DO）和数字量输入接口（DI），前者对气态污染物CEMS取样探头的取样及吹扫进行控制，后者接受各监测子系统的状态信号，如分析故障、自动校准、超限报警，实现整个系统的自诊断功能。
本项目的烟气连续监测系统由以下四个部分组成：分别是气态污染物监测子系统，FGAS-06型号；颗粒物监测子系统，P-5C型号；流量/温度监测仪，HSPT-01型号；数据采集处理系统，HE-DAS-2007型号。
4.1工作原理及流程
被分析的烟气经过GSP-04型探头后，被该探头内装的过滤器所过滤；样气过滤后成为较纯净的气体，经过电伴热管线进入反吹扫装置，然后经过冷凝器除水、二次过滤和精细过滤后最终到达分析仪表。GSP-04型取样探头带有电加热器，从取样探头出口到分析仪表柜入口的取样管采用电加热取样管，可将被分析气体加热到130 ~ 150C，
从而避免烟气中所含水份在输运过程中冷凝或结冻，确保易溶于水的气体组份（如SO2）的分析精度。
仪表柜由气样预处理系统、分析仪器和校准系统三部份组成。到达分析仪表柜的气样经过手动球阀减到一定压力，再经过冷凝器对气样脱水,将样气冷却到3C左右，水份冷凝成液体后流入贮水槽中。如此，样气成为露点为3C的干气，再经过二次过滤器过滤和汽水分离器之后进入针型阀，用针型阀调节气样的流量，使它保持在40 60升/小时之间，当四通阀接通至“测量气”流向时，样气经过精细膜式过滤器进行第三次过滤，此时，气样成为无尘、无水的气体，最终经流量计进入红外线分析仪，测定样气中SO2、NOX、的浓度，并将测得的浓度以420mA的直流信号输出。
校准系统由标气瓶、压力表、针型阀和四通阀组成。校准气体经稳压阀稳定再经针型阀转换成压力为0.1MPa的低压校准气。零点气、各分析组分跨度校准气由四通阀切换，依次进入分析仪器进行零点和跨度校准。
4.2颗粒物监测子系统
CPM700粉尘监测仪是一种先进的用于检测粉尘浓度变化的装置，它采用独特的光闪烁测量技术。CPM700检测光源采用LED（1500Hz，波长660nm），能检测背景外界光线强度，并自动补偿，以保持测量精度。其检测原理是利用粉尘颗粒通过探测光线时，会吸收光线，引起接收的光线强度迅速变化，接收器通过检测光线变化的调制信号，将这种变化量反映为粉尘浓度的变化。粉尘的浓度越大，则调制信号越强，因此CPM只对管道或烟囱中移动的粉尘作出响应，而实质上并不受镜头积灰及不良连接或老化等因素的干扰，这是CPM独特的优点，不同于传统的浊度仪，只测量接受到的光线强度的衰减，而探测头不能区分出在管道中移动的粉尘和积聚在镜头上的粉尘。
5、比对测试与测试频次
5.1比对测试。颗粒物、SO2、NOX、流量、氧量的比对测试。
5.2测试频次。颗粒物、SO2、NOX、流量、氧量CEMS同时间区间同步测试6次，共获取6个数据对。
6CEMS比对技术指标
表CEMS比对技术指标
验收监测项目 考核指标
颗粒物 准确度 排放浓度 ≤50mg/m3时，绝对误差≤± 15 mg/m3
排放浓度﹥50mg/m3~≤100 mg/m3时，相对误差≤±25%
排放浓度﹥100mg/m3~≤200mg/m3时，相对误差 ≤±20%
排放浓度 ﹥ 200mg/m3时，相对误差 ≤±15%
二氧化硫 相对
准确度 ≤20umol/mol(57 mg/m3)时，绝对误差不超过6 umol/mol(17mg/m3）
﹥20umol/mol(57 mg/m3)~ ≤250 umol/mol(714 mg/m3)时
相对误差 不超过±20%
﹥250 umol/mol(714 mg/m3)时，相对准确度≤15%
氮氧化物 准确度
≤20umol/mol(41 mg/m3)时，绝对误差不超过6 umol/mol(12mg/m3）
﹥20umol/mol(41 mg/m3)~ ≤250 umol/mol(513 mg/m3)时
相对误差不超过 ±20%
﹥250 umol/mol(513 mg/m3)时，相对准确度≤15%
流量 相对误差 流速﹥10m/s时，≤±10%
流速≤10m/s时，≤±12%
氧含量 相对
准确度 ≤15%
注：比对技术指标引用《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》（试行）HJ/T75-2007中7.4
7参比方法及原理
7.1烟尘采样方法及原理
采样规范：GB/T16157-1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》
采样原理：重量法，按等速原则从烟道中抽取一定体积的含颗粒物烟气，通过已知重量的滤筒，烟气中的尘粒被捕集，根据滤筒在采样前后的重量差和采气体积，计算颗粒物排放浓度。
7.2气态污染物SO2、NOX、O2采样方法及测试原理
采样规范：GB/T16157-1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》； HJ/T57-2000固定污染源排气中二氧化硫的测定；《空气和废气分析监测方法》（第四版）中氮氧化物的测定及定电位电解法。
测试仪测试原理：气态污染物（SO2、NOX）、O2均采用了定电位电解法。定电位电解传感器主要由电解槽、电解液和电极组成，传感器的三个电极分别称为敏感电极、参比电极、对电极。被测气体由进气孔通过渗透膜扩散到敏感电极表面，在敏感电极、电解液、对电极之间进行氧化反应，参比电极在传感器中不暴露在被分析气体之中，用以为电解液中的工作电极提供恒定的电化学电位，電化学反应产生的电流信号大小与被测气体浓度成正比。
7.3烟气排放参数测试方法及原理
温度测试方法及原理
测试方法：根据《空气和废气分析监测方法》（第四版），采用热电偶温度计测试。
测试原理：与CEMS测试原理相同。
8比对监测结果
验收比对期间锅炉运行负荷为95%，运行稳定，除尘器装置正常运行。
9比对监测结论
依据《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》（试行）HJ/T75-2007，该电力有限责任公司锅炉烟囱入口处CEMS显示污染物浓度等参数比对监测结果：
颗粒物监测结果不合格;二氧化硫监测结果合格;氮氧化物监测结果合格;烟气流量监测结果合格;氧量监测结果合格。根据比对监测结果 ，该公司3#锅炉烟囱入口处CEMS系统除颗粒物监测结果不合格外其余均能达到《固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法》中规定的校验检测中的技术要求。
随着CEMS管理日趋严格,CEMS的比对测试方法要求也必然更加严谨。在进行现场比对监测时采取相应的质控措施,就可以减少数据偏差,提高在线比对监测工作的准确性,这样才能使CEMS有更高的可靠性、稳定性和准确性,更好的为环境管理服务。
CEMS比对监测结果
使用单位：某电力有限责任公司3#炉 污染源名称（编号）：高温高压煤粉锅炉（WGZ-220-9.8-4）测试日期2010-9-26
生产单位：厦门格瑞斯特环保有限公司参比方法仪器型号、编号：3012H型自动烟尘（气）测试仪、063#
【关键词】：烟气分析 电厂 比对监测 烟气排放连续监测系统
中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
污染源自动监控系统,俗称“环保电子警察”,能够自动收集各种监测数据,并对污染物超标告警、设备故障等作出反应,为业务系统和决策支持提供基础数据。通过污染源的在线实时监控和基本数据的采集,及时了解污染源排污状况。防止排污企业偷排和漏排,最大限度地降低污染造成的危害,有利于提高监管的科学性,强化执法监督力度,促进污染源达标排放,为提高环境执法效能以技术支持。
某电力有限公司总装机容量435MW（3×55MW+2×135MW）。目前该公司五台机组均安装了脱硫装置和对应的CEMS系统，系统数据已上传至省、市、县三级环保部门及南京电监办。受该公司的委托，于2010年9月26日对该公司3#炉的烟气CEMS进行了比对监测。
2.验收比对监测依据
2.1监测依据
（1）HJ/T75-2007固定污染源烟气排放连续监测技术（试行）
（2）HJ/T76-2007固定污染源排放烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法（试行）
（3）GB/T16157-1996 固定污染源排氣中颗粒物测定与气态污染物采样方法
（4）GB/T5468-1991锅炉烟尘测试方法
（5）HJ/T47-1999 烟气采样器技术条件
（6）HJ/T48-1999 烟尘采样器技术条件
（7）HJ/T57-2000 固定污染源排气中二氧化硫的测定定电位电解法
（8）《空气和废气分析监测方法》（第四版）中氮氧化物的测定定电位电解法
（9）GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准
（10）GB13271-2001锅炉大气污染物排放标准
2.2试验仪器
本次试验所采用测试仪器和仪表均已按规定经过计量部门的检验并已取得检定证书，并在有效期内。烟气分析仪器在每次试验前进行现场校准。
3.污染源基本情况
该公司现有3台220吨高温高压煤粉锅炉（WGZ-220-9.8-4），配以3台高温高压55MW（QFQ-55-2-B）抽凝式汽轮发电机，55MW机组锅炉采用炉内喷钙炉内脱硫工艺。另有2台440吨循环硫化床锅炉（WGF440/13.2-4），配有2台135MW（QF-135-2）抽凝式汽轮发电机，135MW机组锅炉采用循环流化床锅炉炉内脱硫技术，可以有效阻止和抑制SO2、NOX的生成，使各项污染物均能够达标排放。
4.CEMS基本情况
BLTD-06系列烟气连续监测系统（Continuous Emission Monitoring Systems，以下简称CEMS）是一种大型的在线分析成套系统，它由颗粒物监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气参数（流量、温度、湿度、压力、O2）监测子系统和数据采集与控制系统组成。它可以连续取样、自动分析火电厂及其它固定工业污染源排放烟气中的颗粒物和气态污染物SO2，NOX、的浓度，同时还可以监测流量、温/湿度、压力、O2等烟气参数。数据采集与控制系统（以下简称DAS系统）采集各监测子系统测量的实时数据，并对这些数据进行处理和运算并生成时平均值日报表、日平均值月报表、月平均值年报表。上述报表中的数据已按环保法规的要求换算成过量空气系数为1.4状况下标准干烟气的数据，符合国家环保标准的要求。此外DAS系统配置数字量输出接口（DO）和数字量输入接口（DI），前者对气态污染物CEMS取样探头的取样及吹扫进行控制，后者接受各监测子系统的状态信号，如分析故障、自动校准、超限报警，实现整个系统的自诊断功能。
本项目的烟气连续监测系统由以下四个部分组成：分别是气态污染物监测子系统，FGAS-06型号；颗粒物监测子系统，P-5C型号；流量/温度监测仪，HSPT-01型号；数据采集处理系统，HE-DAS-2007型号。
4.1工作原理及流程
被分析的烟气经过GSP-04型探头后，被该探头内装的过滤器所过滤；样气过滤后成为较纯净的气体，经过电伴热管线进入反吹扫装置，然后经过冷凝器除水、二次过滤和精细过滤后最终到达分析仪表。GSP-04型取样探头带有电加热器，从取样探头出口到分析仪表柜入口的取样管采用电加热取样管，可将被分析气体加热到130 ~ 150C，
从而避免烟气中所含水份在输运过程中冷凝或结冻，确保易溶于水的气体组份（如SO2）的分析精度。
仪表柜由气样预处理系统、分析仪器和校准系统三部份组成。到达分析仪表柜的气样经过手动球阀减到一定压力，再经过冷凝器对气样脱水,将样气冷却到3C左右，水份冷凝成液体后流入贮水槽中。如此，样气成为露点为3C的干气，再经过二次过滤器过滤和汽水分离器之后进入针型阀，用针型阀调节气样的流量，使它保持在40 60升/小时之间，当四通阀接通至“测量气”流向时，样气经过精细膜式过滤器进行第三次过滤，此时，气样成为无尘、无水的气体，最终经流量计进入红外线分析仪，测定样气中SO2、NOX、的浓度，并将测得的浓度以420mA的直流信号输出。
校准系统由标气瓶、压力表、针型阀和四通阀组成。校准气体经稳压阀稳定再经针型阀转换成压力为0.1MPa的低压校准气。零点气、各分析组分跨度校准气由四通阀切换，依次进入分析仪器进行零点和跨度校准。
4.2颗粒物监测子系统
CPM700粉尘监测仪是一种先进的用于检测粉尘浓度变化的装置，它采用独特的光闪烁测量技术。CPM700检测光源采用LED（1500Hz，波长660nm），能检测背景外界光线强度，并自动补偿，以保持测量精度。其检测原理是利用粉尘颗粒通过探测光线时，会吸收光线，引起接收的光线强度迅速变化，接收器通过检测光线变化的调制信号，将这种变化量反映为粉尘浓度的变化。粉尘的浓度越大，则调制信号越强，因此CPM只对管道或烟囱中移动的粉尘作出响应，而实质上并不受镜头积灰及不良连接或老化等因素的干扰，这是CPM独特的优点，不同于传统的浊度仪，只测量接受到的光线强度的衰减，而探测头不能区分出在管道中移动的粉尘和积聚在镜头上的粉尘。
5、比对测试与测试频次
5.1比对测试。颗粒物、SO2、NOX、流量、氧量的比对测试。
5.2测试频次。颗粒物、SO2、NOX、流量、氧量CEMS同时间区间同步测试6次，共获取6个数据对。
6CEMS比对技术指标
表CEMS比对技术指标
验收监测项目 考核指标
颗粒物 准确度 排放浓度 ≤50mg/m3时，绝对误差≤± 15 mg/m3
排放浓度﹥50mg/m3~≤100 mg/m3时，相对误差≤±25%
排放浓度﹥100mg/m3~≤200mg/m3时，相对误差 ≤±20%
排放浓度 ﹥ 200mg/m3时，相对误差 ≤±15%
二氧化硫 相对
准确度 ≤20umol/mol(57 mg/m3)时，绝对误差不超过6 umol/mol(17mg/m3）
﹥20umol/mol(57 mg/m3)~ ≤250 umol/mol(714 mg/m3)时
相对误差 不超过±20%
﹥250 umol/mol(714 mg/m3)时，相对准确度≤15%
氮氧化物 准确度
≤20umol/mol(41 mg/m3)时，绝对误差不超过6 umol/mol(12mg/m3）
﹥20umol/mol(41 mg/m3)~ ≤250 umol/mol(513 mg/m3)时
相对误差不超过 ±20%
﹥250 umol/mol(513 mg/m3)时，相对准确度≤15%
流量 相对误差 流速﹥10m/s时，≤±10%
流速≤10m/s时，≤±12%
氧含量 相对
准确度 ≤15%
注：比对技术指标引用《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》（试行）HJ/T75-2007中7.4
7参比方法及原理
7.1烟尘采样方法及原理
采样规范：GB/T16157-1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》
采样原理：重量法，按等速原则从烟道中抽取一定体积的含颗粒物烟气，通过已知重量的滤筒，烟气中的尘粒被捕集，根据滤筒在采样前后的重量差和采气体积，计算颗粒物排放浓度。
7.2气态污染物SO2、NOX、O2采样方法及测试原理
采样规范：GB/T16157-1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》； HJ/T57-2000固定污染源排气中二氧化硫的测定；《空气和废气分析监测方法》（第四版）中氮氧化物的测定及定电位电解法。
测试仪测试原理：气态污染物（SO2、NOX）、O2均采用了定电位电解法。定电位电解传感器主要由电解槽、电解液和电极组成，传感器的三个电极分别称为敏感电极、参比电极、对电极。被测气体由进气孔通过渗透膜扩散到敏感电极表面，在敏感电极、电解液、对电极之间进行氧化反应，参比电极在传感器中不暴露在被分析气体之中，用以为电解液中的工作电极提供恒定的电化学电位，電化学反应产生的电流信号大小与被测气体浓度成正比。
7.3烟气排放参数测试方法及原理
温度测试方法及原理
测试方法：根据《空气和废气分析监测方法》（第四版），采用热电偶温度计测试。
测试原理：与CEMS测试原理相同。
8比对监测结果
验收比对期间锅炉运行负荷为95%，运行稳定，除尘器装置正常运行。
9比对监测结论
依据《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》（试行）HJ/T75-2007，该电力有限责任公司锅炉烟囱入口处CEMS显示污染物浓度等参数比对监测结果：
颗粒物监测结果不合格;二氧化硫监测结果合格;氮氧化物监测结果合格;烟气流量监测结果合格;氧量监测结果合格。根据比对监测结果 ，该公司3#锅炉烟囱入口处CEMS系统除颗粒物监测结果不合格外其余均能达到《固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法》中规定的校验检测中的技术要求。
随着CEMS管理日趋严格,CEMS的比对测试方法要求也必然更加严谨。在进行现场比对监测时采取相应的质控措施,就可以减少数据偏差,提高在线比对监测工作的准确性,这样才能使CEMS有更高的可靠性、稳定性和准确性,更好的为环境管理服务。
CEMS比对监测结果
使用单位：某电力有限责任公司3#炉 污染源名称（编号）：高温高压煤粉锅炉（WGZ-220-9.8-4）测试日期2010-9-26
生产单位：厦门格瑞斯特环保有限公司参比方法仪器型号、编号：3012H型自动烟尘（气）测试仪、063#