烟气排放连续监测系统（CEMS）运维浅析

沈太宁

摘 要：本篇文章对烟气排放连续监测系统的发展阶段和定义以及工作原理进行了简单的介绍，并对检测过程中出现的数据异常的原因进行了分析和处理。然后展望CEMS系统在中国的应用和将来的发展前景。

关键词：CEMS;检查;标定

中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）06-0013-02

0引言

科学技术不断发展，全球经济化趋势越来越明显，环境却遭到了严重的破坏，大气被污染的很严重，为了防治大气污染，企业使用烟气排放连续监测系统（简称CEMS系统）监测污染物排放量，为了保证监测数据准确性及系统的稳定运行，系统日常的维护和故障解决就尤其重要。

1 CEMS在中国发展的三个阶段

改革开放后中国比较重视重要农业的发展，对于环保产业的重视程度不够。所以CEMS在中国的使用也比较晚，可以分为三个阶段。

1.1 CEMS从无到有的阶段

我国在1980年首次引进了第一套自动烟气连续监测系统，是CEMS开始出现在国内的时期，我国人民对CEMS的探索时期是在1980年到1996年期间。那个时候我们对于污染物的检测仅仅是对颗粒物，二氧化硫，一氧化碳的监测。之后中国也开始自己研发产品，其中就有北京分析仪器厂。但在我国进行自主研发之前，对于烟气排放的检测都是人工取样，这就出现了工作量大并且不能够实时检测的问题。对于CEMS的引进，很大程度上改善了这个问题，但是我们不太重视对自动连续烟气检测装置的保护，对于它的使用操作步骤也不准确专业，并且缺乏维修工作者，导致当时引进的装置并没有发挥多大的作用。

1.2 从1997年到2000年

直到1997年，一部关于《火电厂大气污染物排放标准》的法律性文件被发布。在文件中，我们可以明确的知道，CEMS连续检测装置对于火电厂污染物排放的重要性。之后在1998年2月6日，《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》的出台，进一步要求对在线式连续监测计量装置进行安装。在这个时期，CEMS逐渐应用于各种污染源的检测，并且，产品的种类也相对比较多。但是大多数是依赖外国的技术和手段，所以在这个阶段，中国所研发的产品都质量良莠不齐，所以测得的数据相对来说也不具备权威性。只起到为烟气检测系统将来的发展奠定基础的作用。

1.3 2001年到今天

在第三阶段，相关政策的完善和对应文件的发布，使中国CEMS的应用得到规范，这些文件对CEMS的使用做出规范说明。并且随着信息技术的不断发展，装置自动化水平的不断提高，CEMS在中国的使用得到不断的完善，并且形成一套完整的体系，符合中国的基本国情，基本完成了对污染物如颗粒物，二氧化硫，一氧化碳等污染物的监测，也可以对烟气参数的指标进行检测，比如对烟气的温度、湿度、压力以及氧流量的测定。环保部门也要定期对CEMS进行实时的检测，监测所得数据和表格格式也被规范，数据完成后，要上报给环保监测部门，CEMS系统得到了最大程度上的利用。

2 CEMS现状

2.1 CEMS的技术现状

固定污染源烟气排放的在线连续监测是由CEMS装置完成的，其重要组成部分分别为颗粒物监测子系统、烟气参数监测子系统、气态污染物监测子系统和数据处理与通讯子系统组成。还有烟气分析技术、烟尘分析技术、流量测量技术、数据控制采集技术和采样技术等共同组成了排放烟气连续监测统。

2.2 采样技术

参数法、直接测量法、抽取法是CEMS采样方法的3个种类，其中抽取法中包括稀释法和直接测量法，然而直接测量法又可以分为点测试测量和管路测量两种方法，物理参数的测量是参数法的主要测量手段，比如测量估计排放量时可以依赖于对于压力，温度，湿度的测量。一般来讲，反应性气体和可压缩性气体由于自身的性质原因对于测定時非常不利的，在烟道流动时，这些性质的气体在一定情况下会发生反应或者在一定条件下被压缩成液体或固体，这大大加大了测定的难度。所以，要想使测定结果更加精确，采取合适的采样方式是必要的。

2.3 烟气分析技术

随着科学技术的飞速发展，气体分析技术已经发展的相对比较完善，其中有紫外线气体分析、化学荧光气体分析、非分散红外气体分析、焰离子检测分析、磁氧气体分析、傅立叶变换红外分析等等分析方法。但是这些分析方法并非适应所有气体的检测，它们通常有一定的局限性，对应着几种气体的检测。比如红外吸收和紫外荧光法通常适合检测烟气中的二氧化硫。其中CEMS检测方法中比较重要的是化学发光法和紫外荧光法，它们所占的价格比例约为全部检测方法的20%，其中主要检测氮氧化物的化学发光法和检测二氧化硫的紫外荧光法是HJ 1044-2019中规定的。

2.4 烟气测量技术

在我国，烟气测量技术相对来说比较完善和独立。光学检测和电学检测是如今连续监测系统的比较重要并且最常使用的方法。而浊度作为烟气测量技术的单位再合适不过了。在电学方法和光学方法中应用质量分数对称法是特别适合的，但也存在一些问题。

3 CEMS系统主要功能的应用范围

烟尘质量分数、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、硫化物、氮氧化物、氨气等的体积分数，同时CEMS系统监测数据包括烟气流速、烟气湿度、烟气温度、烟气中氧气所占总体积的比例等数据。火电行业、建材行业、化学化工行业等是使用CEMS的主要的行业。我国许多主要的工业工厂是主要的污染源，还有一些主要的区域，比如一些酸雨，二氧化硫超标的城市与地区[1]。

4 运行过程中比较常见故障及解决方法

CEMS系统是十分复杂的，在检测过程中，任何一个步骤都有可能出现问题，这些问题的出现将会使最后的数据存在很大的错误。所以如果数据与预期有差距，我们应该根据相关数据去判断最可能出现故障的部位，并且逐一排查，直到找到故障发生的部位，将其维修并使装置恢复正常。

4.1分析仪量程或零点出现漂移

CEMS装置的分析仪出现零点或者量程漂移时，肉眼并看不出来，一般可以采用对比分析的方法来判断零点或量程的漂移现象是否出现。

4.2分析仪显示氧量低于或者高于正常值

当分析仪显示氧量超出正常值时，检测管路是否出现漏洞是必要的;若是氧量低于正常值，则应该对氧量传感器进行相应的检测，观察其功能是否正常，若不正常，应该及时更换。

4.3气路中的水分含量大

对于取样探头和伴热管线加热装置的检测是重要的，为了排除管路中所含有的水分，我们应该对取样管路进行反吹。

4.4 分析仪故障

分析仪老化和样气预处理系统出现问题是分析仪出现故障的两大原因。因此，需要及时维修或者更换分析仪，不仅如此，对于提前处理装置工作的状况和查看采样管线的加热情况是必要的。

4.5 样气流量出现问题

样气流量低于正常值或者没有流量显现是流量异常的两大表现形式。为了解决这些问题，我们应该对转子流量计的堵塞情况进行检测，如果转子流流量是正常的，我们需要对整个取样的管路进行检测，观察是否存在少许片段堵塞的情况。

4.6 温度、压力、流量数据异常

如果出现温度、压力、流量数据异常的现象，应该对相应元件进行检测，观察取样管路的通畅程度。

4.7 氨逃逸测量数值异常

对氨逃逸分析仪能量值、探头、对光、密封风机进行检测，观察是否可以正常的使用。

4.8 颗粒物测量值异常

如果颗粒物测量值异常，那我们应该对粉尘仪电源是不是正常、粉尘仪是不是损毁、探头镜片的洁净程度进行相应的检测，如果出现问题，我们应该采取相应措施。除此之外，还应该对吹扫压缩空气能否正常使用进行检测。

5维护过程中的注意事项

要想得到精确的CEMS装置的监测数据，对于CEMS各设备的工作情况，历史数据和数据报表的仔细查阅是必不可少的，除此之外，还需要对出现故障的设备进行实时的排查并且更换，以便使系统的可靠性加以提高。做好以下日常维护保养工作是必要的[2]。

5.1 对分析仪进行定期标定

分析仪定期的量程标定、零点标定是重要的工作。高中低三种浓度的被测介质因子标准气体和高纯氮在CEMS小室中都被配有，在标定完成后，将另一浓度的标准气通进去并进行对比，就分析仪而言，不到半年就要进行一次标定。根据实际情况，自动零点的校正大约每8-12小时进行一次，从而使零点漂移的现象得以避免，使分析数据更加精确。

5.2 参数量程的一致性

选择分析仪和标准气体时，我们应该十分注意，烟气中所测介质因子的设计浓度决定了分析仪的量程，一般情况下，量程小于等于污染源排放最大量的两倍，使分析仪监测数据的精确性在一定情况下得到保证。除此之外，分析仪的量程和所测介质因子一般浓度也决定了对于标准气体的选择，所以标准气体选择的浓度应该适宜。并且在设置上位机、DCS及数据采集仪的量程时，应该遵循一致性的原则。

5.3 加热设备和制冷设备检查

用来保护分析仪的重要设备是加热设备和制冷设备，日常巡查和维护时，应该着重查看。130℃左右对于加热生活设备来说是比较合适的，在不加热时，分析仪中会进入一些水气，滤芯堵塞，分析仪损坏等问题将会出现，不仅如此，酸雾也会在管路中出现，检测结果将会出现偏差;4℃左右是制冷设备的合适温度，如果冷凝器温度一直高于6℃，则需要对其进行维修或者更换。

5.4 反吹系统检查

在检测反吹系统时，应着重检查反吹气源压力的范围。除此之外，手动反吹可能会损坏仪器，所以应该将仪器切换到维护状态再进行反吹，而自动反吹则不会出现仪器和设备受到损坏的情况。

5.5 蠕动泵检查

对于制冷器冷凝筒内的水和密封取样气路的排出主要依赖蠕动泵。在蠕动泵长时间没有工作的情况下，冷凝水会进入采样泵和分析仪，从而使设备遭到损毁。在蠕动泵泵管损坏时，取样管路会出现密封不严的现象，使检测数据不准确。

5.6 采样泵的检查

CEMS中的主要装置之一是采样泵，为了使采样泵的负荷得到降低，可以在采样泵上额外装上旁路阀，这样的话，采用泵可以使用更长的时间。还有，采样泵的膜片由于长期使用会发生变形，使采样泵的密封性变得不好。

5.7 过滤器的检查

过滤掉样气中的杂质和水分由一級过滤器、二级过滤器及疏水过滤器发挥作用。当然，定期更换过滤器滤芯也是必要的，一个季度或者半年为一个更换的周期。

5.8 检查采样探头

探头滤芯的堵塞情况和采样探头加热器的工作情况应该被定期检查。除此之外，应及时对采样探头滤芯进行清灰。当发生堵塞情況时，应及时的更换，大约半年为一个周期。

6 中国CEMS现状和前景展望

自1990年至今，陆续引进了不同型号的CEMS大约有上百套，其中引进较早的应该是电力行业、火力行业、化学化工行业。随着中国经济水平的不断提高，人们越来越重视对于环境的保护，所以我们应该科学技术在环境方面的应用，使环境得到改善。就烟气连续排放监测系统来说，伴随着人类环保意识的不断加强和国家对于环境治理的积极做法，相信烟气连续排放系统的应用将更加的广泛。

7 结语

CEMS装置是十分复杂的，各个部件都有可能出现故障，所以在使用过程中，精准排查出现故障的原因，以便迅速找到故障并进行相应的处理。最后希望烟气连续排放系统能够广泛应用，我们的环境变得越来越好。

参考文献

[1] 赵延萍.烟尘在线监测开发与应用[J].工业安全与环保，2004（8）：4-5.

[2] 梅玲强.烟尘在线分析系统的应用[J].仪器仪表用户，2019（3）：30-31.