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摘要：随着我国经济的发展，气体排放物二氧化硫及氮氧化物的不断增加，造成更为严重的环境污染，国家环保部对烟气排放加大监管和审核的力度，因此CEMS的稳定性和准确性显得极为重要，直接关系到企业的经济效益和社会形象。CEMS是烟道烟气排放连续监测系统，是对烟气中NOX、SO2、O2、烟尘的浊度、烟气流速、烟气温度、烟气压力、烟气湿度等重要参数的监视，最终保障烟气中排放到大气中的烟气的各参数浓度达到国家环境保护的标准。本分析仪采用非分光型红外线法（NDIR）对烟气中SO2、NOX等重要参数进行采样分析。本文通过对分析仪测试原理的介绍，分析了样气预处理系统及其它方面的常见故障，并对其提出解决方法。CEMS的连续的正常检测为锅炉生产装置的可靠安稳运行提供了有力保障。
关键词：CEMS；故障分析；样气预处理
引言
CEMS是英文Continuous Emission Monitoring System的缩写，是指对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测并将信息实时传输到主管部门的装置，被称为"烟气自动监控系统"，亦称"烟气排放连续监测系统"或"烟气在线监测系统"。
1非分光型红外线分析仪测试原理
红外线分析仪是基于物质对光辐射的选择性吸收原理来工作的。锅炉燃烧产生的烟气是混合气体，该混合气体中，不同组分吸收不同的红外线波带，组分浓度不同，吸收的红外线辐射能大小也不同。当红外线通过样气时，辐射能被样气吸收，自身能量发生变化，根据这种变化，进行不同组分的浓度检测。非分光型分析仪是通过使用电容扩大筒检测器，对测试气体和比较气体以一定周期交互导入，测试检测池所产生的吸收红外线的差进行检测。就原理上而言，在本方式上不发生零点漂移，另外，因没有使用旋转扇形片，所以不需要光学调整。因此，本方式对于要求连续运转以及测量精度的烟道排气测量分析仪非常有效。本装置还使用了光分离器，通过将来自光源的红外光分为反射光和透射光，使得一个光学系统内最多可以有4个成分的光学构成，实现了模块的小型化。根据分析仪型号不同，本装置只需要测试NOx、SO2这两种测试成分，其测试原理图如图1所示。
2故障分析与处理方法
2.1样气预处理系统
分析仪的样气预处理系统承担着除尘、除水和温度、压力、流量调节等任务，预处理后应使样气的温度、压力、流量恒定，以满足仪表装置的长周期安稳运行，所以预处理系统的良好维护对样气能否正确的检测至关重要。
2.1.1样气中水分的危害分析
生产运行中，进入分析仪进行检测的样气一般要求是较干的不带水分的气体，这种较干的气体中，各组分含量检测准确合理。若样气中含有大量水分，不仅影响测量的准确性还对仪表装置有较大的损害，会存在的主要危害如下：
1）样气中存在较大水分，若伴热效果不好，在寒冬季节，气路被冻，分析仪无法采样。
2）若水分随着样气进入分析仪，有可能冷凝在测量晶片上，影响测量准确性。
3）样气中的水分较多，会加大测量组分如SO2等气体的溶解度，从而腐蚀管路，还会使测量结果偏小，实际排到大气的有害成分偏大，污染环境。
2.1.2水分处理方法
在样气进入分析仪之前，样气先通过一系列的预处理系统进行处理，待样气合格后，再进入分析仪表进行检测。虽然测量结果最终由分析仪而得，但样气的预处理系统至关重要。它的完好处理直接影响了样气的检测结果。在生产运行中，环境温度，压力都在不断变化，烟气中各类组分也在不断地变化。随着温度、压力的变化，各类组分溶解于水的程度及含量也在随着变化。在压力不稳定的情况下，样气流速自然随着压力变化而发生变化。在样气预处理系统运行中，不稳定的样气流速会引起气室中的气体密度发生变化，从而产生测量误差，不利于结果的真实可靠。为了降低样气含水的危害，在样气进入分析仪之前，先对抽取的样气伴热保温，保证在管道的输送中没有冷凝，经过汽水分离器后，用电子冷却器进行初期预冷却，使样气温度低于机柜温度10℃（机柜温度为15℃以上时），然后经过一系列过滤和转换后，由主冷却器对样气冷却至5℃，再进行排水分离，最后送到分析仪进行分析。
2.2典型案例分析
案例1
故障表现：分析仪机柜内的过滤纸明显带水，驱雾器吸水后变黄，分析仪无法正常工作。问题分析：滤纸是用来过滤样气中的粉尘的，驱雾器是收集样气中的硫酸喷雾。从故障表现看来，样气中明显含有大量水分。一般情况下，分析仪正常运行时，经过预处理系统后的样气在进入分析仪前已经达到合格标准，这种大量带水的情况几乎不可能发生，预处理系统处理水分的能力是稳定可靠的。观察了其它参数变化，发现负压达到最大值-2500Pa，相对应工艺的烟道负压参数已达到-3800Pa，烟道负压大于采样负压，样气探头无法采样，同时排水分离器中的密封水被反吸，有一部分水随原先的样气进入驱雾器和滤纸，从而使分析仪无法正常工作。处理方法：经过分析，样气带水是由于工艺烟道负压过大引起的，短时间内，烟道负压不会改变，分析仪无法投用，将其停运，等到工艺条件允许再投运。
案例2
故障表现：传送实时数据给环保监测部门的远传机上的流速、压力、温度数值保持不变，根据工艺负荷变化，该参数无任何波动。问题分析：这3个参数是通过流速测试仪一次探头取样测量，经过PLC中的多参数功能盒将信号进行接收和发射的，通过信号转换将实时数据传送到远传机上。经查看，采样探头没有堵塞，气路也无泄露，测量多功能参数盒的参数输出电压后，发现其小于限定值，传感器故障，多功能参数盒不能正常工作。处理方法：更换多功能参数盒，远传机上的流速、温度、压力恢复正常，在限定范围内进行波动。
2.3故障统计
自分析仪装置安装使用后，近3年来，分析仪故障发生及处理方法统计如表1。
由表1看出，各类故障情况发生，直接表现就是监控参数不准确。样气容易带水，大量的水对分析仪危害较大，影响生产监控，发生次数相对较多，所以良好的样气预处理系统很重要。硬件如隔膜泵、多参数盒等发生故障的概率较低，进行定期更换即可。一般日常维护及检修期间，定时对分析仪备件及易耗品等的更换不在本次统计之内。由统计可见，在良好的日常维护下，分析仪的故障率是较低的。
2.4注意事项
1）样气探头内装有初级过滤器，当粉尘浓度较高时，过滤器的滤芯表面就会附着一层飞灰，从而影响过滤效率，甚至堵塞。虽然该采样探头有定时反吹，但还是需要定期将其拆下进行吹扫清洗。
2）在分析仪的故障处理或易耗品更换时，要把开关打到维护档，使得不同规格浓度信号保持输出。
3）长时间不使用装置（1个月以上），要停止装置；并将排水捕捉器中的水排干。如果残留有水，内部的水会变质，产生水藻或者弄脏捕捉器。另外，冬季排水捕捉器有可能会发生破裂，如果接有校正气体，要确认活塞已经关闭。
结束语
在石油化工行业中，为了使烟气中的污染物排放符合国家环保要求，各参数达到国家环保标准，CEMS是污染物中各参数含量检测的必备设备。红外线分析仪具有能测量多种气体、测量范围宽、反应快、测量精度高等优点，使其在CEMS中得到广泛应用。定期对相关备件、易耗品及时更换，CEMS的故障率还是很低的，良好的日常维护将为装置的长周期稳定运行提供有力保障。
参考文献
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[2]张佐民.CEMS-2000运行中存在的问题和解决方法[J].电力安全技术.2011（01）：111-111.
[3]邹正伟，董文娴.直接抽取采样式CEMS的测量误差分析[J].电力环境保护.2009（02）79-79.
论文作者:方春明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/29
标签：分析仪论文; 烟气论文; 测量论文; 参数论文; 气体论文; 水分论文; 装置论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;