试论当前CEMS颗粒物监测技术

（佛山市南华仪器股份有限公司，广东佛山 528251）

0.引言

烟气排放连续监测设备的建设和运用，是我国对节能减排方面的重要建设，位于我国节能减排三大体系之中，并占据着重要的地位。过去几年，我国投资近10亿元，各地方投资近90亿元，全部用于建设重度污染源方面的自动监测系统中。如今我国的污染源监测技术已经达到初步的完善，监测系统也已经完成最基本的目标，初步构建了四位一体的四级监测系统。这一动作是我国在环境保护方面的巨大进步[1]。根据我国对环境管理方面的制度更新，排放浓度的规定转变为总排放量的规定，因此在最近几年当中，我国多家燃煤企业已经将监测烟气排放的系统安装在脱硫装置上。CEMS是“Continous Emission Monitoring System”的简称。翻译为“烟气排放连续监测系统”。能够对颗粒物以及烟气排放浓度、烟气流速、温度等参数行相关的监测，是及其便利且重要的监测设备。

1.CEMS系统的组成和主要作用

据有关部门统计，我国烟尘污染物排放量70%来源于工业锅炉、燃煤电厂和工业炉窑，全国各地大型烟囱总数约为200多万个。随着加强环境污染综合治理的力度不断加大，污染总量控制政策和排污收费制度的逐步落实，工业烟尘排放作为主要污染源之一已经纳入监管范围。而能够定量连续测定烟尘浓度的在线监测仪是环境监测必不可少的手段，而CEMS系统的应用正是有效的解决途径，应用该产品必须有国家环保部门的认证证书以及计量生产许可证等，主要应用于各种工业废气排放源的连续监测中，包括火力电厂、垃圾焚烧电厂、化工厂、造纸厂等行业，具有很强的适用性，能够在线测量SO2浓度、NOx浓度、CO浓度、NO浓度、HC浓度、颗粒物浓度、含氧量、温湿度、压力和流速等多项气体参数。

1.1 CEMS系统的组成部分

CEMS的总称叫做Continous Emission Monitoring System，译为烟气排放连续监测系统。是一个自动监测分析系统。是我国在环境监测方面的重要设备。本文主要对CEMS颗粒物监测技术的主要内容进行浅析。

1.2 CEMS系统的主要作用

CEMS系统中的颗粒物监测系统是能够对烟道中颗粒物浓度进行监控，通过相关校准，转换为有关烟气浓度参数。它的气态污染物监测系统可以对烟道中排放中的SO2、NO、NOx、HC、CO等气态污染物的浓度进行监测，气态污染物监测系统比较常用的处理方法是红外吸收法。烟气排放参数监测系统可以监测烟气温度、压力、湿度、含氧量等参数，并且通过烟气的流动速度和烟道直径计算出一定时间内烟道烟气排放流量的多少，还可以根据当时烟道中烟气的温度、压力和湿度等，得出标准干烟气量。经过一定的换算，能够规定出过剩空气系数下的烟气浓度。通过流量、气态污染物浓度、颗粒物浓度，可计算出污染物的实际排放总量。控制系统则可以通过采样的方式来进行烟气的控制数据采集处理，可以对烟气中的信号进行采集，通过电子数据的处理，生成出一张报表，以供环境监测部门使用[2]。CEMS系统配备的电源可以为整个系统提供相对稳定的电压，以保证系统的良好运行。它的通讯系统则可以进行数据上的传输与通信。

2.CEMS系统运作

CEMS系统总的运行方式可以分成3大部分，分别是系统进行启动时，系统进行运行时和系统维护检修时。在启动系统前一段时间，负责人应当对要进行采样的探头和采样管进行一定时间的加热处理，过后使得温度达到标准，完成后才可以开启电源系统。采样管加热是为了避免烟气在传输过程中产生冷凝水，对机器造成一定的腐蚀，从而损坏仪器。或者因为采样气体中湿气的浓度影响到分析数据的精准度。如果采样中烟气的湿度太高，在进入系统仪器当中的时候，也会对仪器造成一定的损坏。烟气监测系统作为一个比较重要的监控系统，它的复杂程度比较高，系统内部也是环环相扣的，因此要更加重视日常的维护和修复。当系统的温度、压力、流量、湿度数据异常时，应该检查相应的测量元件是否正常，取样管路是否畅通。当样气流量异常，一般是流量低于正常值或无流量显示。需要检查转子流量计是否存在卡塞；如果转子流量计正常，则检查整个取样管路是否漏点或堵塞。出现颗粒物测量值异常时，需要检查粉尘仪电源是否正常、粉尘仪是否损坏；检查探头镜片是否洁净，否则进行清洁处理；吹扫压缩空气是否正常投入。

3.CEMS颗粒物监测子系统技术

CEMS颗粒物监测子系统作为CEMS系统中的重要组成部分，在整个CEMS系统中有着非常重要的作用。下面讲述一下CEMS颗粒物监测的主要分析方法。现在市场上的CEMS颗粒物监测仪主要是“对穿法”和“散射法”两种。

3.1 对穿法

光学透射法是利用烟尘对入射光的吸收，通过测量接收光与入射光的比值来测定烟尘的浊度，经过浓度标定后，可以同时测定烟尘浓度，原理是光通过烟气时，光强因烟尘的吸收、散射作用而减弱，通过测定光束的衰减来测量烟尘浓度。此法又分为两种:双端法(一端发射，另一端接收)、单端法(一端发射/接收，另一端反射)。光学透射法根据光学系统不同分为单光程测尘仪和双光程测尘，从光源不同又分为钨灯、石英卤素灯和激光光源测尘仪，钨灯光源寿命较短，半导体激光器由于具有稳定性高和使用寿命长的特点已经在测尘仪上得到广泛应用。其中激光烟尘浊度仪是透射法的代表产品。

3.2 光散射法

光学散射法是利用烟尘对入射光的散射作用，被光束照射的颗粒物对光散射，向某一方向散射的光被聚焦后经检测器检测，在一定范围内检测信号与颗粒物浓度成比例。烟尘测量仪直接安装在烟道上，就地检测，将监测结果转换为电信号，通过电缆传到数据处理系统。其具有更高的分辨率，灵敏度更高，可以用于监测更低排放浓度的排放源。其中，后向散射法测尘仪是散射法的代表产品，它的光源也采用激光二极管，该仪器在烟道采用单面安装，直接测量烟尘浓度，使得安装条件大大改善而且安装调试劳动强度大大降低。但也需要在现场进行浓度标定。随着烟气净化设备技术的提升，很多企业排放的烟气中颗粒物浓度越来越低，超净排放的颗粒物监测仪器也开始被应用。超净排放的颗粒物监测仪主要应用的是光学前向散射原理。仪器通过测量烟气的流速，在等速采样的情况下将烟气抽进仪器测量室中进行测量。

4.结语

当前我国对CEMS监测技术的应用比较广泛，在各种原理之下的颗粒物监测系统中，光学应用还是最为普遍[3]。我国的CEMS系统根本构造还是建立在光学技术的基础之上，由于光学技术本身也存在一定的缺点，这就要求了在系统运行期间，需要时刻关注烟道中颗粒物的变动趋势，以保证普遍的曲线。为此，我国在环境监测方面付出巨大心力。

烟气排放连续监测设备的建设和运用，是我国对节能减排方面的重要建设，属于我国节能减排三大体系之中，并占据着重要的地位。现如今，我国的污染源监测技术已达到初步的完善，监测系统也已经完成最基本的目标，初步构建了四位一体的四级监测系统，这一举措是我国在环境保护方面的巨大进步。为了督促全国企业对烟气排放的自觉性，我国环境保护的相关部门要求开展定期对企业监测数据进行考核的活动，通过云端技术的分析处理，对比各企业在污染物排放中的指数，达到环境监管的目的。通过本文分析与讨论得出，随着我国对环境保护方面的重视不断提高、新发展理念的提出和实施，目前在颗粒物CEMS技术的应用上已经初步达到目标，但在技术应用方面还有待进步。随着颗粒物CEMS技术在未来的逐渐普及，我国工业的发展将逐步提高。