如何查找认定烟气CEMS存在的问题

如何查找、认定烟气CEMS存在的问题？

作者单位：环境保护部华东督查中心 摘自中国环境报2013-12-10期、11期

编者按

环境保护部印发的《关于加强“十二五”主要污染物总量减排监测体系建设运行情况考核工作的通知》要求，各地要高度重视监测体系建设运行情况考核工作，全面加强国家重点监控企业自动监控系统的运行管理。

经过多年发展，我国污染源自动监控系统建设取得很大成绩，但仍有一些问题需要完善。经过近3年的调查研究，环境保护部华东环保督查中心对固定污染源烟气CEMS现场端常见问题、对系统和数据的影响、规范要求和现场核查方法等进行了归纳总结，撰写此文。本报特分两期连载，以飨读者。

目前，国内实际安装应用的固定污染源烟气CEMS系统中，监控颗粒物和烟气参数（温度、压力、流量、湿度）的仪器均以原位直接测量法为主，监控气态污染物的仪器以完全抽取法为主。 本文对上述常用仪器进行重点介绍，对应用较少的气态污染物稀释抽取法和直接测量法仪器的一些常见问题也进行了简要分析。

如何查找、认定烟气CEMS存在的问题？

环境保护部华东督查中心归纳总结固定污染源烟气CEMS现场核查方法

一、采样和预处理单元

1.1 采样点位

常见问题：

流速和颗粒物采样点位于烟道弯头、阀门、变径管处、弯道

或前后直管段不足。

影响：

这些位臵流场不稳定，流速和颗粒物浓度无规律剧烈波动。

规范要求：

1.应优先选择在垂直管段和烟道负压区域。

2.距弯头、阀门、变径管下游方向不小于4倍烟道直径，距

上述部件上游方向不小于两倍烟道直径处（HJ/T75—2007）。

核查方法：现场观察。

备注：采样点位对气态污染物的影响较小，但也应尽量满足

HJ/T 75—2007规范中“距弯头、阀门、变径管下游方向不小于

两倍烟道直径，以及距上述部件上游方向不小于0.5 倍烟道直径

处”的要求。（如图1）

常见问题：

采样点设臵在净烟道，但旁路烟道未安装烟气流量和烟温监

测装臵。

影响：

旁路开启情况无法有效监控。

规范要求：

1.固定污染源烟气净化设备设臵有旁路烟道时，

应在旁路烟道内安装烟气流量连续计量装臵（HJ/T75

—2007）。

2.应在旁路烟道加装烟气温度和流量采样装臵

（环办„2009‟8号）。

核查方法：

1.

现场观察旁路烟道是否安装了流量和烟温测量

装臵。

2.开启旁路，观察DCS和CEMS上流量和烟温变化情况，净烟道流量应下降，旁路流量应上升，旁路烟温应接近原烟气温度。

备注：目前，许多燃煤电厂不设旁路或已取消旁路，不存在此问题。但烧结机脱硫等仍设有旁路，需予以关注。（如图2）

常见问题：

参比方法采样孔设臵在CEMS采样孔上游，或距离CEMS采样孔较远。

影响：

测定结果可比性差。

规范要求：

在烟气CEMS 监测断面下游应预留参比方法采样孔，采样孔数目及采样平台等按《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》要求确定，以供参比方法测试使用。在互不影响测量的前提下，应尽可能靠近（HJ/T 75—2007）。

核查方法：现场观察。

备注：参比方法采样孔与CEMS采样孔距离一般控制

在1米以内。 常见问题： 颗粒物采样孔设在气态污染物采样孔的上游。 影响：颗粒物监测时需连续吹扫，吹扫空气会使气态污染物被稀释，监测结果偏低。

核查方法：现场观察。

备注：采样孔的正确布臵顺序为：沿烟气流动方向，

依次布臵气态污染物、温度压力流速、颗粒物采样孔。相

互距离最好不小于0.5米。（如图3）

1.2 采样管路

常见问题：

1.采样管线未全程伴热。

2.采样探头加热温度或采样管线伴热

温度不足。

影响：

导致采样管内烟气温度低于露点，水汽

结露，二氧化硫溶于水中，加大测量误差，

使测定结果偏低。

核查方法：

1.观察采样管线，是否全程伴热。

2.用手触碰采样管线，感觉是否有温度

异常偏低的部分。

3.检查采样管两端，恒功率伴热管是否

预留1米伴热带。

4.检查探头加热温度（温度显示仪表在

采样探头旁或分析仪机柜内），一般加热温

度不低于160℃。

5.检查伴热管伴热温度（温度显示仪表

在分析仪机柜内），一般伴热温度不低于

120℃。

备注：1.只有完全抽取法（包括热湿法和冷干法）仪器使用伴热管。稀释抽取法不需要伴热，但探头需要加热。

2.采样探头加热温度和伴热管伴热温度需根据烟气露点温度确定，必须保证能够将烟气加热 到露点温度以上。对垃圾焚烧尾气等露点温度较高的烟气，采样探头加热温度和伴热管温度宜设臵更高的温度，一般不低于180℃。

3.根据对某型伴热管实际试验，

裸露管段长在30厘米时，烟气温度

降低可达70℃左右；裸露管段长在

60厘米时，可达90℃左右。也就是

说，裸露管段长度超过60厘米时，

烟气温度已经降低至接近室温。在此

过程中，将产生大量冷凝水，吸收烟

气中的二氧化硫，使测定结果偏低。

在二氧化硫浓度较低时，对测定结果

的影响更大（如普通湿法脱硫烟气浓度低于50ppm时，

10%甚至更高）。

因此，在安装过程中，应尽量缩短采样管裸露管段的长度。（如图4-9

）

常见问题：

采样管形成U型管段。

影响：

冷凝水易蓄积在U

型管段，加大测量误差，使气态污染物测定

结果偏低。

核查方法：现场观察。（如图10）

1.3 预处理

常见问题：

颗粒物测量仪镜片、气态污染物采

样探头、皮托管探头未正常反吹。

影响：

不正常反吹将导致颗粒物测试仪镜

片污染，使浓度偏大；气态污染物采样

探头和皮托管探头堵塞，数据异常，严

重时设备无法运行。（如图11-12） 核查方法：

1.观察平台上颗粒物测量仪反吹风

机叶片是否转动，听风机是否有运转的

声音，用手感觉风机是否振动，判断风

机是否正常运行。（如图13）

2.观察平台上气态污染物探头和皮

托管探头反吹管是否正常连接，平台上

反吹气阀是否打开。 3.观察监测站房内或平台上反吹气

源压力表，压力一般在0.4-0.7MPa。 （如图14-15）

备注：

1.需反吹的部件包括3个：颗粒物测量仪镜片、气态污染物采样

探头、皮托管探头。

2.颗粒物测量仪镜片采用连续反吹。

3.气态污染物采样探头、皮托管探头为脉冲式反吹，反吹周期一般为4-8小时，每次反吹时间为2-5分钟。

4.气态污染物探头反吹时，二氧化硫和氮氧化物浓度降低，氧含量增高。

5.皮托管全压反吹时，压力显示为满量程。静压反吹时，压力显示为零。

6.目前一般均对反吹时数据进行屏蔽。如屏蔽，在CEMS和DCS历史数据中查询分钟数据时，可观察到反吹期间浓度、流速保持固定值（如前5分钟均值）。如未屏蔽，可观察到有二氧化硫和氮氧化物浓度、流速（静压反吹）周期性波谷，氧含量、流速（全压反吹）周期性波峰。(图16)

7.反吹气源一般由监测站房

内的空压机提供，压缩空气经管

路输送至平台后分3路，分别供

给颗粒物测量仪镜片、气态污染

物采样探头、皮托管探头进行反

吹。部分企业有自备气源，不需

配备空压机。部分颗粒物测量仪镜片吹扫由平台上风机直接反

吹。反吹气源压力在0.4-0.7MPa。

常见问题：

气态污染物采样探头内滤

芯、预处理机柜内滤芯长期未

更换，导致滤芯失效。

影响：滤芯堵塞，导致采

样流量降低，严重时设备无法运

行。

规范要求：一般不超过3

个月更换一次采样探头滤芯

（HJ/T 76—2007）。

核查方法：

1.查看气态污染物采样探头滤芯表面是否粉尘过大。

2.查看机柜滤芯是否变形、变色，表

面有无大量粉尘。

备注：被测气体进入分析仪表前，需

过滤去除粉尘和水蒸气，依次为：气态污

染物采样探头内的陶瓷或不锈钢过滤器，

预处理机柜内1-2处过滤器。正常情况下，

分析仪采样流量一般在1-2L/分钟。（如图

17-20）

常见问题：

1.冷凝器冷凝温度过高或过低。 2.冷凝温度不稳定。

影响：

1.冷凝温度过高，导致烟气中的水分不能充分析出，分析仪表损坏。

2.冷凝温度过低，尤其在低于0℃时，可能会导致冷凝

管排水口结冰，无法正常排水。

核查方法：（如图21）

1.查看冷凝器上的显示温度，一般冷凝温度在3-5℃。

2.观察抽气泵，如果除湿不好，抽气泵易腐蚀。

备注：

热湿法两类，国内应用的主要是冷干法仪器。

器才需要使用冷凝器，目的是使烟气中的水分迅速结露冷凝析出。热湿法仪器和稀释法仪器不需要冷凝器。

常见问题：

1.冷凝器排水蠕动泵泵管老化。

2.蠕动泵损坏。3、蠕动泵泄漏。

影响：

冷凝水无法正常排出，严重时导致

冷凝器不能正常工作。

规范要求：

每3个月至少检查一次气态污染

物CEMS的过滤器、采样探头和管路的

结灰和冷凝水情况、气体冷却部件、转

换器、泵膜老化状态（HJ/T 75—2007）。

核查方法：

1.查看蠕动泵电机是否按标识方向转动，观察蠕动泵管是否有

水柱顺利排出。

2.查阅运维记录，检查是否定期更换蠕动泵管（一般3个月至

少更换一次）。

3.将蠕动泵管拆卸下来，观察其是否有裂纹、能否恢复原状。

如拆卸后不能恢复原状、泵管表面有裂纹，则需要更换。（如图22-24） 二、分析单元

目前，国家标准中仅规定了调试检测期间判定CEMS是否合格的技术指标，定期校准、定期校验以及不定期比对监测期间判定数据是否失控的技术指标，但未明确日常检查中判定CEMS系统数据是否准确的方法和技术指标。

在日常检查中，受时间、设备等限制，一般不采用参比方法对气态污染物进行比对监测，而是参考HJ/T 76—2007第5.8.2条“气态污染物CEMS（含O2或CO2）主要技术指标”作为判定标准，即：相对误差不超过±5%，响应时间不大于200秒，零点漂移和量程漂移不超过满量程的±

2.5%。

对颗粒物和流速准确性的判定，必须采用参比方法，在日常检查时一般不具备比对监测的条件。因此，检查重点应放在设备实际状况。对颗粒物，重点检查光路是否准直、光学镜面是否清洁、安装位臵是否剧烈振动；对流速/流量，重点检查安装位臵是否合理、探头是否堵塞。 在用参比方法测定二氧化硫时，要注意一氧化碳对测定仪器的干扰。试验表明，一氧化碳对电化学原理测定二氧化硫的仪器有较大程度的正干扰，对CEMS系统基本无影响。用国内某型电化学法仪器和国外某型光学法仪器进行比对，烟气中4000ppm一氧化碳会对电化学二氧化硫产生606mg/m3正干扰，8000ppm一氧化碳会对电化学二氧化硫产生1170mg/m3正干扰。钢铁厂、焦化厂烟气中一氧化碳浓度在5000ppm以上，垃圾焚烧废气一氧化碳含量在3000ppm左右，在二氧化硫比对监测时，应注意一氧化碳的干扰。

常见问题：

仪器未及时进行校准或校验。

影响：

测量误差增大，降低仪器准确度，严重时仪器精度无法满足标准要求。

规范要求：

对现有仪器，一般应该满足：1.零点校准：气态污染物（二氧化硫、氮氧化物和氧）24 小时一次；颗粒物和流速每3 个月一次。2.跨度校准：气态污染物（二氧化硫、氮氧化物和氧）15 天一次；颗粒物和流速每3 个月一次。3.全系统校准：抽取式气态污染物CEMS 每3个月至少进行

一次全系统校准，要求零气和标准气体与样品气体通过的路径（如采样探头、过滤器、洗涤器、

调节器）一致，进行零点和跨度、线性误差和响应时间的检测。4.定期校验：每6个月一次（HJ/T 75—2007）。

核查方法：

1.对气态污染物，现场测定零点漂移和跨度漂移，应不超过±2.5%F.S.。

2.如零点漂移和跨度漂移符合要求，则用接近被测气体浓度的标准气体进行全系统检验，误差不超过±5%。

3.查看CEMS或DCS中校准和校验期间的历史数据，如未屏蔽，则应能够找到相应的浓度值。如已屏蔽，则应保持一固定值。

备注：跨度漂移即为量程漂移。

常见问题：量程设臵过高或过低。

影响：

1.量程设臵过高，测量的烟气实际浓度远低于测量量程时（如低于20%），可能导致测量误差过大，影响数据的准确性。

2.量程设臵过低，烟气实际浓度超过量程上限时，测量数据无效，排放情况无法得到有效监控。

核查方法：

1.查阅仪表历史数据，观察污染物实际排放浓度范围。

2.通常，实际排放浓度应该在量程的20～80%范围内。

3.如实际排放浓度低于量程的20%，通入与实际排放浓度接近的标准气体进行测定，相对误差应不超过±5%。

4.观察历史数据中是否经常发生超出仪器量程范围的数据。

常见问题：

采用修改测量仪器标准曲线的斜率和截距、不正确设臵校准系数、设定数据上下限等方式，对测定数据进行修饰。

影响：人为作假，数据不真实。

核查方法：

分别用低、中、高浓度的标准气体进行全系统检验，误差不超过±5%。

常见问题：

标气实际浓度与仪器设定的标气浓度不一致。

影响：

1.如果标气实际浓度低于仪器设定浓度，

将使实际测定浓度接近等比例增高。

2.如果标气实际浓度高于仪器设定浓度，

将使实际测定浓度接近等比例降低。如仪器设

定的标气浓度为1000ppm，但标气的实际浓度

为2000ppm，实际浓度为500ppm，则测定结果

将显示为250ppm。

核查方法：

1.使用自备标准气体进行测定，相对误差

应不超过±5%。

2.使用快速测定仪或将现场标气带回实

验室测定，其浓度应与仪器设定的标气浓度一

致。（如图25）

三、数据采集与传输单元

本文所指的数据采集与传输单元，主要包括工控机和数采仪。通常，各种一次仪表测定的数

据（如实测气态污染物浓度，含氧量、温度、压力和流速等）首先被传输至工控机上，由工控机完成各种实测数据的采集、储存和处理，然后再传输至数采仪，由数采仪传输至监控平台。目前，部分地区要求数据直接由一次仪表传输至数采仪，不再保留工控机。

常见问题：

采用模拟信号传输时，分析仪、工控机和数采仪之间传输量程设臵不一致。

影响：

导致传输数据等比例增大或缩小，不能真实传输数据。如采用4-20mA电流模拟信号传输时，

33分析仪器模拟信号输出设臵为0-1000mg/m，数采仪设臵为0-500mg/m，工控机设臵为

0-2000mg/m3，当分析仪器上监测数据为500mg/m3，则数采仪上数据将为250mg/m3，工控机上为1000mg/m3。

规范要求：

1.数据采集传输仪数据采集误差≤0.1%（HJ 477—2009）。

2.自动分析仪、数据采集传输仪及上位机接收到的数据误差大于1%时，上位机接收到的数据为无效数据（HJ/T 356—2007）。

核查方法：

1.调阅分析仪、工控机和数采仪模拟信号量程设臵，观察是否一致。

2.查阅分析仪、数采仪和工控机同一时刻的数据，误差不应超过1%。

备注：HJ/T 75—2007标准中并未明确传输过程中允许的数据误差，此处引用了HJ/T 356—2007标准中对传输误差的控制要求。

常见问题：

在工控机或数采仪上设臵传输上限或下限。

影响：

人为作假，使数据在设臵的范围内变化，超过

量程上限或下限的数值无法正常显示和上传。

核查方法：

1.查阅历史数据，观察数据是否总在某一浓度

范围内变化，如存在一个高限或低限，则需进一步

检查。

2.采用超出显示数据范围的标准气体进行测

试，检查数采仪能否正常采集和上传数据。（如图

26）

常见问题：

采用模拟信号传输时，在传输电路中添加电阻等电气元件，使传输电流发生变化。比如，用某型仪器进行试验，测量仪器信号输出允许的最大负载（保持信号传输过程中稳流允许的电阻值，实际数据传输过程中超过一定范围也能保持稳流）为750Ω，

作为负载的数采仪实际电阻100Ω。试验中，仪器输出12mA

电流时，在仪器至数采仪的传输线路上分别串联和并联不同

大小的电阻，数采仪输入端电流变化情况如下表（如图表）：

由上表可以看出，串联时，传输电流随阻值增大变小，

但阻值低于仪器最大输出负载时，电流变化较缓慢，只有当

串联的阻值超过仪器最大输出负载较多时，电流才显著变化。

并联时，传输电流随阻值减小而变小，但阻值高于数采仪输

入标准电阻很多时，电流变化较缓慢，只有当并联的阻值接

近或小于数采仪输入标准电阻阻值时，电流才显著变化。

影响：

人为作假，数据不真实。

规范要求：

1.数据采集传输仪数据采集误差≤0.1%（HJ 477—2009）。

2.自动分析仪、数据采集传输仪及上位机接收到的数据误差大于1%时，上位机接收到的数据为无效数据（HJ/T 356—2007）。

核查方法：

1.查阅分析仪、数采仪和工控机同一时刻的数据，误差不应超过0.1%。

2.使用万用表测量分析仪输出端电流和数采仪输入端电流是否一致。

3.使用回路校准仪直接向数采仪发送电流信号，观察数采仪采集的数据是否合理。当采用4-20mA电流信号传输时，输入电流I，采集的数据应为（I-4）×（Nmax-Nmin）/（20-4）。式中，Nmax和Nmin分别表示数采仪传输量程上限和下限。

备注：一般可输入12mA电流，此时数采仪采集的数据应为半量程值。

常见问题：

在工控机或数采仪上模拟生

成数据上传。

影响：人为作假，上传虚假数

据。

核查方法：

断开一次仪表与工控机、数采

仪之间的信号线，观察工控机、数

采仪是否仍正常上传数据。

（如图27-28）

常见问题：

工控机或数采仪内截面积设臵不准确。

影响：测量的流量不准确。

核查方法：

查看截面积的设臵数值是否与实际烟囱或烟道截

面积一致。（如图29）

常见问题：

工控机或数采仪内当地大气压力设臵不准确。

影响：

导致标态干烟气流量测定不准确，输入值大于

实际值时，使测定的标态干烟气流量偏大。

核查方法：

查看输入的大气压力值是否与当地实际大气

压力值一致。

备注：在海拔较低的地区，当地实际大气压力

与标准大气压相差不大，误差会较小。但在高海拔

地区，实际大气压力小于标准大气压，此时需通过

实际测定，输入当地的大气压。（如图30）

常见问题：

工控机或数采仪内标准过量空气系数设臵不准确。

影响：

使气态污染物折算浓度不准确。

核查方法：

现场查阅工控机或数采仪内设臵的标准

过量空气系数。此系数需根据不同行业的排放

标准确定。常见的包括：燃煤电厂为1.4（GB

13233—2011），生活垃圾焚烧厂为2.1（GB

19218—2011），水泥行业为 1.91（GB 4915

—2004）。（如图31）

常见问题：

工控机或数采仪内速度场系数设臵不准

确。

影响：

速度场系数设定小于实际值，导致测定的流速和流量偏小。 核查方法：

查阅工控机或数采仪内设臵的速度场

系数并与调试检测报告中的速度场系数对

比，是否一致。实际的速度场系数值一般在

1左右，但不等于1。

备注：速度场系数需在调试检测时通过

参比方法测定取得 （HJ/T/75—2007）。（如

图32）

常见问题：

氮氧化物转换系数设臵不正确。

（如图33）

影响：

导致测定的氮氧化物浓度不准确。

核查方法：

查阅工控机或数采仪内设臵的氮氧化物转

换系数，并与实际情况进行比对。

备注：

1.转换系数应满足：（1）对配有氮氧化物

转换器的仪器，由测定的一氧化氮体积浓度

（ppm）转换为氮氧化物质量浓度（mg/m3）时，

可直接乘以2.05。对没有氮氧化物转换器的仪

器，由测定的一氧化氮体积浓度（ppm）转换为

氮氧化物质量浓度（mg/m3）时，需要先除以0.95

（烟气中一氧化氮占氮氧化物的比例约95%），

然后再乘以2.05。（2）如果一次仪表显示的是

一氧化氮质量浓度（mg/m3），且配有氮氧化物转

换器，则转换为氮氧化物质量浓度（mg/m3）时，

需乘以1.53；如无氮氧化物转换器，还需除以

0.95。

2.由于不同烟气中一氧化氮占氮氧化物的

比例可能不同，部分自动监控系统安装氮氧化

物转换器的目的是提高氮氧化物测量精度。

常见问题：

分析仪、工控机、数采仪和环保监控平台接收数据时间不一致。 影响：

在工控机上的历史数据和环保监控平台上的对应不起来。 规范要求：

环保平台上的数据和现场的数据需要一致（HJ/T 75—2007）。 核查方法：

对工控机和环保监控平台同一时段的数据进行抽样对照检查。

四、公用工程

常见问题：

采样平台及爬梯不规

范。如采样平台面积不足

（如图34）；平台高于5

米时设臵直爬梯；采样平

台和爬梯无护栏等（如图

35）。

影响：

不便于维护和比对监

测。

规范要求：

1.平台面积应不小于1.5平方米，并设有1.1米高的护栏，采样孔距平台面约为1.2-1.3米（GB16157—1996）。

2.当采样平台设臵在离地面高度≥5 米的位臵时，应有通往平台的Z字梯/旋梯/升降梯，爬梯宽度应不小于0.9米（HJ/T 75—2007）（如图36）。

核查方法：

现场观察。

常见问题：

监测站房周边有高温、高尘、强电磁干扰等（如图37）。 影响：

影响设备正常运行。如环境温度过高，易使设备零漂、量漂变大，缩短仪器寿命。高尘环境易使设备发生漏电、短路等故障。受到强电磁干扰时，易产生数据丢包、乱码等。

规范要求：

1.不受环境光线和电磁辐射的影响（HJ/T 75—2007）。

2.站房内应安装空调，并保证环境温度：5℃～40℃，相对湿度≤85%（环发„2008‟25 号）。

核查方法：

现场观察。如水泥厂分析小屋应避免设臵在回转窑窑尾平台，因为此处温度较高，影响分析小屋空调运行。