我國(guó)現(xiàn)階段CEMS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀
煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)是用于實(shí)時(shí)、連續(xù)地測(cè)定工業(yè)排放的煙氣中多種污染物濃度的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),一般由氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)單元、顆粒物監(jiān)測(cè)單元、煙氣參數(shù)監(jiān)測(cè)單元、數(shù)據(jù)采集與處理傳輸單元組成。可以通過(guò)連續(xù)采樣和分析,測(cè)定煙氣中的氣體濃度,顆粒物濃度,煙氣溫度、流速、壓力、濕度、含氧量等,同時(shí)通過(guò)計(jì)算得到污染物的濃度和排放總量。
一 CEMS中煙氣分析儀測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀
直接測(cè)量法主要是由直接安裝在煙道上的煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)煙氣進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量,一般分為二種:電化學(xué)法和差分吸收光譜法。
電化學(xué)法是將煙氣傳感器安裝在探頭端部,探頭直接插入煙道,使用電化學(xué)或光電傳感器測(cè)量小范圍內(nèi)的污染物濃度(相當(dāng)于點(diǎn)測(cè)量);而差分吸收光譜法是傳感器和探頭直接安裝在煙道或管道上,利用煙氣的特征光譜(紅外/紫外/差分吸收)對(duì)污染物進(jìn)行分析并測(cè)量污染物的濃度(相當(dāng)于線測(cè)量)。
目前直接測(cè)量的技術(shù)主要是紫外波段的差分吸收光譜技術(shù)(DOAS)、可協(xié)諧調(diào)半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)、以及差分吸收激光技術(shù)。直接測(cè)量法的特點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單,既沒(méi)有采樣預(yù)處理裝置,也沒(méi)有采樣管線,避免了被測(cè)煙氣會(huì)被前端干擾或破壞,同時(shí)可以避免組分之間的干擾,其監(jiān)測(cè)數(shù)值響應(yīng)速度快,且為實(shí)時(shí)數(shù)值,具有代表性。并且其測(cè)量精度高,可以用于低濃度數(shù)值的測(cè)量。
其缺點(diǎn)是該方法受到煙氣溫度壓力等因素的限制,需要經(jīng)常進(jìn)行修正,使用維護(hù)不是很方便,而且由于存在水分和振動(dòng)等因素的干擾,測(cè)量精度會(huì)很低。由于系統(tǒng)直接安裝在煙道上,很難實(shí)現(xiàn)線性標(biāo)定。
分析儀表與未經(jīng)過(guò)預(yù)處理的煙氣直接接觸,很容易遭到煙氣的腐蝕以及煙氣中雜質(zhì)的堵塞,從而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在我國(guó)已安裝的煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備中,使用直接測(cè)量法的較少,約有5%。
直接抽取法是采用專(zhuān)門(mén)的加熱探頭將煙氣從煙道內(nèi)抽取出來(lái),煙氣經(jīng)過(guò)溫度120-130℃的伴熱管線,然后經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的預(yù)處理進(jìn)行除塵、除水等步驟,進(jìn)入煙氣分析儀進(jìn)行氣體檢測(cè)分析。現(xiàn)階段常用的直接抽取法主要分為二種:稀釋采樣法、*抽取法。
①稀釋采樣法
稀釋采樣法是根據(jù)直接抽取的方法,用干凈的空氣將煙氣稀釋至可以直接測(cè)量的干煙氣,而后通入煙氣分析儀進(jìn)行測(cè)量。二氧化硫采用的是紫外熒光法測(cè)量、氮氧化物采用的是化學(xué)發(fā)光法測(cè)量。
由于零氣的預(yù)處理在前,消除了空氣中水分對(duì)測(cè)量的干擾,無(wú)須加熱和保溫,大大減少了維護(hù)量,后期的煙氣監(jiān)測(cè)采用通用的物理光譜測(cè)試技術(shù),監(jiān)測(cè)精度高,實(shí)時(shí)性好,因而被列為美國(guó)EPA的方法。
此種方法目前安裝比例大約占25.5%。其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的采氣量較小,不受煙氣溫度的限制,連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng),測(cè)量度高,可全程標(biāo)定,采樣管線無(wú)需進(jìn)行加熱及除濕,可防止在氣體傳輸及測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)水分凝結(jié)和管路堵塞的現(xiàn)象。
其缺點(diǎn)為系統(tǒng)復(fù)雜,尤其是采樣探頭系統(tǒng),對(duì)維護(hù)人員的要求較高;煙氣經(jīng)過(guò)稀釋?zhuān)璨捎镁容^高的分析儀器進(jìn)行測(cè)量,因此對(duì)分析儀的要求較高;煙氣經(jīng)過(guò)稀釋?zhuān)瑫?huì)造成檢測(cè)的靈敏度降低,系統(tǒng)測(cè)量誤差變大,不適宜低濃度的煙氣測(cè)量;煙氣經(jīng)過(guò)稀釋?zhuān)蛐枰呒兌葰怏w對(duì)氣體過(guò)濾要求較高,需經(jīng)常更換氣體過(guò)濾裝置,使得耗材及維護(hù)量增多。
②*抽取法
*抽取法是煙氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法,煙氣通過(guò)采樣探頭與加熱管線進(jìn)入系統(tǒng)預(yù)處理,再通過(guò)冷凝器、干燥器,進(jìn)入煙氣分析儀進(jìn)行測(cè)試,二氧化硫、氮氧化物的測(cè)量方法主要采用紅外光譜法、紫外光譜法、熱導(dǎo)法。煙氣采樣過(guò)程需全程加熱,進(jìn)入系統(tǒng)預(yù)處理后需立刻冷凝,對(duì)系統(tǒng)所有設(shè)備的質(zhì)量要求較高,儀器維護(hù)的工作量較大,整個(gè)系統(tǒng)造價(jià)成本偏高。
*抽取法又可分為冷干法和熱濕法,其主要區(qū)別在于冷干法測(cè)量的氣態(tài)污染物無(wú)水分,而熱濕法測(cè)量的氣態(tài)污染物含水分,所以冷干法氣態(tài)污染物濃度為干基值,熱濕法氣態(tài)污染物濃度為濕基值。在我國(guó)冷干法被廣泛的應(yīng)用約占測(cè)量設(shè)備的90%,其測(cè)量原理主要是非分散紅外技術(shù)。其他還有紅外分析、化學(xué)發(fā)光分析、紫外熒光分析等技術(shù)。
*抽取法的優(yōu)點(diǎn)是具有很強(qiáng)的適應(yīng)性,可以分析各類(lèi)煙氣組分的氣體,在各個(gè)污染行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用;該方法對(duì)煙氣進(jìn)行預(yù)處理后,煙氣比較干凈,對(duì)分析儀器的污染較小,不會(huì)損壞分析儀器,整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性較高,便于運(yùn)行,且后期維護(hù)成本較低、維護(hù)量較少;
該方法的分析儀器均在專(zhuān)門(mén)的監(jiān)測(cè)室內(nèi),安裝了空調(diào),恒溫環(huán)境,了分析儀器的工作環(huán)境,延長(zhǎng)了分析儀器的使用壽命。
缺點(diǎn)在于因采樣探頭與煙氣長(zhǎng)時(shí)間接觸,采樣探頭容易腐蝕,且煙氣中的水分和粉塵會(huì)附在采樣探頭上,容易造成采樣探頭堵塞,更有甚者會(huì)造成伴熱管堵塞,從而影響氣體的抽??;
因分析儀器對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的煙氣要求較高,需去除水分和粉塵,所以必須有一套完整的加熱、除水除塵、冷凝系統(tǒng),煙氣經(jīng)過(guò)的管理接頭較多,容易出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象,從而影響測(cè)量;由于該方法預(yù)處理系統(tǒng)復(fù)雜,且分析儀器精度較高,一套完整的煙氣測(cè)量系統(tǒng)造價(jià)較高,投資成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他系統(tǒng)。
流速測(cè)量分為皮托管式測(cè)量、熱導(dǎo)式測(cè)量、超聲波法測(cè)量。皮托管式測(cè)量主要是測(cè)量煙氣的總壓和靜壓,計(jì)算煙氣差壓,依照伯努利方程,得出煙氣流速。通常使用的皮托管式測(cè)量有S型和L型二種。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝方便,易于維護(hù),運(yùn)行可靠,缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生堵塞。煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大部分采用的就是皮托管式測(cè)量。
煙氣含氧量是作為判斷鍋爐燃燒時(shí)過(guò)剩空氣是否稀釋煙氣濃度的重要指標(biāo),也是對(duì)濃度進(jìn)行折算時(shí)的重要依據(jù)。煙氣含氧量測(cè)量方法主要是氧化鋯法和氧電池電化學(xué)法。
氧化鋯法是利用二氧化鋯在高溫時(shí)的電解催化作用,形成煙氣一側(cè)的電極和與含有氧氣的標(biāo)準(zhǔn)氣體(通常為空氣)接觸的參考電極產(chǎn)生電位的不同,從而測(cè)量出煙氣中的含氧量。一般測(cè)量探頭壽命約為1~2年,且測(cè)量的含氧量數(shù)值為濕氧數(shù)值。
而氧電池電化學(xué)法運(yùn)用的是電化學(xué)傳感器原理,一般使用壽命是1~3年,且測(cè)量的含氧量數(shù)值為干氧數(shù)值。目前,煙氣含氧量的測(cè)量技術(shù)較為成熟,存在的問(wèn)題較小。
主要采用的是鉑電阻溫度傳感器,溫度大致為-200℃~650℃電阻約為100歐姆,并配合-50℃~350℃量程的溫度變送器進(jìn)行測(cè)量。
濕度測(cè)量一般有干濕球法,濕度傳感器法,紅外吸收法等。由于濕度只是用于計(jì)算干基值和濕基值的轉(zhuǎn)換,目前在CEMS的技術(shù)要求規(guī)范中,沒(méi)有嚴(yán)格地對(duì)濕度的連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)作出特定要求,所以可采用手工測(cè)量其數(shù)值,并輸入儀器采用特定值得方法。