熱濕法CEMS應用中的注意事項

熱濕法CEMS具有系統(tǒng)結構簡單，測量過程未對樣品進行除水操作，待測組分損失率低的特點，尤其是在一些高濕的超低排放場合應用較多，以下結合熱濕法DOAs煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)原理特點及應用中常見問題進行分析，希望能為運維人員、設備廠家及管理人員提供一些參考。

熱濕法CEMS原理

       煙氣經(jīng)過高溫加熱采樣器采集，并對顆粒物進行過濾，由高溫伴熱管線輸送至分析柜，經(jīng)處于高溫區(qū)內(nèi)的NOx轉換器、二級過濾器后進入測量室進行測量，采樣動力多為處于高溫區(qū)域內(nèi)的射流泵。分析儀主要采用DOAs、高溫FTIR原理，其中常見的DOAs分析儀采用樣氣測量氣室處于高溫區(qū)域，經(jīng)光纖將氣室內(nèi)的光譜信號輸送至常溫區(qū)域進行處理分析的方式。熱濕法CEMS特點是整個系統(tǒng)的樣品采集、過濾、輸送、測量和抽取器件均處于高溫狀態(tài)，系統(tǒng)未對煙氣進行預處理（顆粒物過濾除外），降低了除水過程中液態(tài)水對待測組分的吸附損失，測量濃度為工作狀況下的濕煙氣濃度，測量后的污染物濃度需要折算為標準狀況下干煙氣中污染物的濃度。

紫外差分吸收光譜法（DOAs）分析儀測量原理

      光源發(fā)出的紫外光通過光纖傳輸?shù)綔y量室，測量室樣氣在特定波段吸收紫外光譜能量，被吸收后的光束通過光纖傳輸?shù)焦庾V儀，在光譜儀內(nèi)部經(jīng)過光柵分光，由二極管陣列檢測器將分光后的光信號轉換為電信號，獲得氣體的連續(xù)吸收光譜信息，最后根據(jù)特定算法計算待測氣體濃度。其結構示意圖如下：

       基本原理就是利用待測氣體中氣體分子的窄帶吸收特性來鑒別氣體成分,并根據(jù)窄帶吸收強度來推演出待測氣體的濃度，根據(jù)郎伯一比耳定理對特定吸收波長帶寬內(nèi)監(jiān)測光的吸收光譜的變化來監(jiān)測待測氣體的濃度。考慮到瑞利(Rayleigh) 散射、米氏(Mie) 散射以及煙氣中其它物質的消光因素, 由Rayleigh散射和Mie散射等引起的光譜變化隨波長緩慢變化，而由分子吸收特性引起的光譜的變化隨波長快速變化。為此將散射引起的光譜變化稱為“寬帶”光譜（慢變），將分子吸收引起的光譜變化稱為“窄帶”光譜（快變）。算法計算過程中使用高通濾波器將隨波長快速變化的“窄帶”光譜分離出來，被分離出來的分子吸收光譜用參考光譜進行擬合，計算出待測氣體的濃度。

       紫外差分吸收光譜法核心技術在于算法，即如何從測量光譜中分離出窄帶吸收光譜，屏蔽到寬帶光譜的干擾，計算中使用的高通濾波器是出廠前設置在軟件內(nèi)的算法程序，由于米氏散射主要由氣溶膠、小水滴等引起，在煙氣中水滴和水溶性離子形成的氣溶膠隨著生產(chǎn)及治理設施運行狀況的不同而有所不同，米氏散射引起的光譜變化也會有所不同，采用常規(guī)算法不一定完全滿足光譜分離的要求，在測量數(shù)據(jù)上易形成誤差。

熱濕法DOAs CEMS應用常見問題及分析

1.系統(tǒng)采樣過程的加熱盲點，造成待測組分的損失。完全抽取式熱濕法CEMS在高濕低濃度場合使用時由于安裝時采樣器和伴熱管線、伴熱管線和NOx轉換器或加熱盒接口處未進行伴熱保溫，伴熱管線多采用分段加熱方式，長時間運行存在老化的現(xiàn)象，形成部分位置不加熱的情況，高濕場合管線內(nèi)或接口處形成液態(tài)水，對SO2的吸附較為明顯，致使測量SO2濃度較實際濃度偏低。

2.部分場合應用采樣管路經(jīng)常性堵塞。在濕法脫硫及氨法脫硝的場合，由于煙氣中水分較高，同時水中溶解有脫硫脫硝產(chǎn)物，抽取的樣氣加熱后水溶性鹽類在高溫管路內(nèi)形成結晶，長時間運行堵塞管路。

3.測量標氣正常，測量煙氣數(shù)據(jù)與比對測試數(shù)據(jù)誤差較大。DOAs分析儀的測量核心是軟件算法，其軟件算法中多為實驗室數(shù)據(jù)和部分行業(yè)特定工藝工況下的測試數(shù)據(jù)計算后的算法，由于標氣成分單一，干擾因素少，且軟件內(nèi)算法多根據(jù)標氣進行擬合，所以測量標氣普遍沒問題。由于不同行業(yè)不同工藝工況下，煙氣中水、氣溶膠和背景氣濃度不定，出廠前分析儀內(nèi)擬定的光譜吸收圖譜和算法與實際工況下測量出來的圖譜不能完全擬合，造成測量數(shù)據(jù)的偏低或者偏高。

4.設備正常測量時，突然出現(xiàn)污染物濃度跳變，且跳變數(shù)據(jù)較大不符合工藝排放實際情況。主要表現(xiàn)在正常測量數(shù)據(jù)SO2在50mg/m3以下，突然數(shù)據(jù)跳躍至幾千，甚至上萬。分析主要為分析儀軟件算法存在缺陷，煙氣中氣溶膠濃度較高或者煙氣成分、密度劇烈變化時，造成分析氣室內(nèi)米氏散射和瑞利散射光譜增強，軟件算法無法處理較大的寬帶光譜，形成超大數(shù)據(jù)，分析儀無相關報警。環(huán)境管理部門現(xiàn)場核實，無法說明情況的問題，對排污單位和運維單位形成責任隱患。

5.監(jiān)測數(shù)據(jù)為工況濃度，需要進行標況、干濕基換算，監(jiān)測數(shù)據(jù)準確性依賴溫度、壓力和濕度的測量。熱濕法DOAs分析儀測量數(shù)據(jù)為加熱狀態(tài)下濕煙氣中污染物的濃度，測量時應對測量氣室的溫度和氣室內(nèi)的壓力進行測量，同時對煙氣的濕度進行測量，在DAS軟件內(nèi)進行補償換算，換算后的數(shù)據(jù)方可使用。濕度測量采用原位式測量的，抽取至分析儀氣室煙氣的濕度和原位式測量濕度可能存在較大誤差，采用抽取式濕度進行測量的，抽取過程中濕度可能存在損失，干濕基換算后污染物濃度可能存在較大偏差。

6.光譜能量衰減頻繁，維護及更換氣室頻率增加，運行穩(wěn)定性降低，運行成本升高。在超低排放后煙氣中氣態(tài)污染濃度較低，為保證測量精度，分析儀量程變小，測量光程和氣室長度加長，光譜能量衰減變大，同時氣室內(nèi)體積增大，氣流流速變低，煙氣中氣溶膠及水對光譜的影響加大，測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準確性更易受煙氣中其他因素的影響。運行中經(jīng)常發(fā)生監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差或響應時間變長，需要更換氣室的情況，增加了運行成本。

7.部分行業(yè)超低排放后煙氣中含有高濃度的HC化合物，分析儀測量氣室經(jīng)常性污染，監(jiān)測數(shù)據(jù)受干擾影響較大。部分行業(yè)受工藝影響，排放煙氣中含有HC化合物，高溫加熱后部分有機物得到分解，部分揮發(fā)性有機物加熱后揮發(fā)，在氣室內(nèi)體積膨脹后，壓力變化明顯，揮發(fā)性有機物轉化為液態(tài)，附著在內(nèi)壁和鏡片上污染氣室。同時部分揮發(fā)性有機物，在測量波長內(nèi)存在光譜吸收，軟件算法無法得到有效補償修正，造成測量數(shù)據(jù)偏高或者偏低。

熱濕法DOAs CEMS應用建議

1.對于高濃度的原煙氣中污染物濃度的測量，經(jīng)過簡單顆粒物過濾的熱濕法DOAs CEMS具有可靠的穩(wěn)定性及準確性，同時由于煙氣中窄帶吸收光譜與干擾寬帶吸收光譜易于分離，測量數(shù)據(jù)有所保證。

2.超低排放改造后的煙氣中污染物濃度較低，但煙氣中其它干擾物種類和數(shù)量增多，主要表現(xiàn)在煙氣中的水分、氨逃逸、水溶性鹽類以及HC化合物對熱濕法DOAs CEMS系統(tǒng)的影響，現(xiàn)場應用時需要對工藝工況進行深入的了解調查，綜合評定工況中各種因素的影響，對特殊行業(yè)及工況的，應根據(jù)現(xiàn)場實際工藝工況的影響調整分析儀內(nèi)部軟件算法，以滿足熱濕法DOAs CEMS對超低排放后污染物濃度的穩(wěn)定可靠監(jiān)測。

3.現(xiàn)場應用中設備廠家和供應商對熱濕法設備的配置和選型負責，排污單位如實向廠家和供應商提供現(xiàn)場相關參數(shù)和數(shù)據(jù)，并對提供參數(shù)和數(shù)據(jù)負責；管理部門制定不同行業(yè)不同工藝下CEMS的適用性要求，為相關排污單位設備選型提供技術支持。避免排污單位選擇CEMS時形成不必要的重復性投入，降低企業(yè)負擔。
山東新澤儀器有限公司研發(fā)的煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)環(huán)保要求，可與環(huán)保部門聯(lián)網(wǎng)，實時監(jiān)測煙氣中SO2、NOx、O2、溫度、壓力、流速、濕度等參數(shù)!