维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年９月 无锡商业职业技术学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗｕｘｉ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｐ．￣２ｏｏ２ Ｖｏ１．２ ＮＯ．３ 第２卷第３期 【科学技术研究与应用】 发展锅炉烟气排放连续监测系统（ＣＥＭＳ） 的若干关键问题① 韩宏峰 （中国航天科工集团二院四部，北京１００８５４） ［摘要】ＣＥＭＳ在国内发展之路是曲折的，因此在今后的发展过程中应特别注意适应性问题，政策法规、标准 与验收问题，安装位置问题，在线标校问题，参与方法（设备）的性能提高问题，运行与维护问题。 ［关键词】烟气排放连续监测系统；ＣＥＭＳ；产业化；问题 【中图分类号】ＴＫ２２７．６ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１６７１—４８０６（２００２）０３—００１—０４ Ｓｏｍｅ Ｋｅｙ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ Ｂｏｉｌｅｒ Ｆｌｕｅ Ｇａｓ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ＨＡＮ Ｈｏｎｇ—ｆｅｎｇ ｆ Ｔｈｅ ４ｔｈ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ２ｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ Ｓｐａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐｌｅｘ，Ｂｅ ｎｇ １００８５４，Ｃｈｉａ）ｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｏｆ ｎｏ ｅａｓｙ ｊｏｂ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｈａｓ ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ：ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ；ｌｏｃａｌ ｌａｗｓ ａｎｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ，ｓｔａｎｄａｒｄ ａｎｄ ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ｃｈｅｃｋ；ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｐｏｓｉｉｔｏｎ；ｏｎ— ｌｉｎｅ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｕｓｅｄ ｔｏ ｔａｋｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｆｏｒ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｆｌｕｅ ｇａｓ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ＣＥＭＳ；ｓｃａｌｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；ｐｒｏｂｌｅｍｓ ＣＥＭＳ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）又称为“烟气排放连续监测系统”，它是对大气固定污染 源（如锅炉等）排放的烟尘、气态污染物（包括ＳＯ：、ＮＯｘ等）进行排放浓度连续监测，同时还连续测量烟气温 度、烟气压力、烟气流速、烟气含氧量等参量，用于浓度折算和排放总量计算。 ＣＥＭＳ最早是从西方工业国家发展起来的，至今已有３Ｏ多年的历史，从上个世纪９Ｏ年代开始，逐渐进 入到我国，目前在国内正处于迅猛发展之中。 一、国内ＣＥＭＳ的发展回顾 我国能源的７０％来源于燃煤，燃煤释放的烟尘、二氧化硫构成了污染大气环境的首要污染物，其中二 氧化硫的排放量居世界前列。 虽然我国的环境污染问题比较严重，但国内对于大气污染的管理和防治比起 欧美等国滞后了许多年，其中很重要的原因是管理和立法没有跟上。尽管国外先进国家在这方面已经有了 多年实践经验和可操作性极强的法规与标准，但其涉及多学科领域，技术难度很大，在国内基本上还是空 白，中国的’ＣＥＭＳ走了一条曲折的道路。大致可分成：市场调研阶段、全套引进进口设备阶段、匆忙上马阶 段及统一认识和法规完善等四个阶段。 在市场调研阶段，北京航天益来公司于１９９４年中标获得联合国环保基金２５万美元赠款，开始研究论 证ＣＥＭＳ项目的可行性，他们得出的结论是：我国技术落后，ＣＥＭＳ尚属空白，没有市场需求，引进技术的投 资太大，可以进行预先研究，等待市场成熟。 在全套设备引进阶段，从１９９６开始的三年内火电厂共安装了约４０套ＣＥＭＳ进口设备，经调查发现使 用情况不尽人意：三分之一能运行，三分之一间断运行，三分之一根本无法运行。 【收稿日期】２００２—０３—１０ 【作者简介】韩宏峰（１９６２一），男，北京人，中国航天科工集团研究员。中国电机工程学会热电专委会自动化分专业委 员会主任。 ①本文受到国家８６３计划ＣＥＭＳ项目课题资助，本刊发表时有删节。 维普资讯 http://www.cqvip.com 在匆忙上马阶段的１９９９年，北京市政府强调制定四环路以内２０ｔ／ｈ以上锅炉必须安装ＣＥＭＳ。它的出 台，使１９９９年北京ＣＥＭＳ市场异常火爆，当年安装的ＣＥＭＳ有数十套之多，生产厂家涉及十几个。但是由 于可操作法规与标准的不完善，使得１９９９年在北京市安装的全部ＣＥＭＳ中，只有航天益来的ＣＹＡ一 ２００ＣＥＭＳ通过了国家环保局的检定。 在统一认识和法规完善阶段，国家出台了许多相关的法律法规，其中１９９９年，国家环保局发布新的标 准《锅炉大气污染物排放标准》，并于２０００年３月１日实施，规定全国新上２０ｔ／ｈ以上锅炉必须安装 ＣＥＭＳ。２００１年９月，全国实行新的国家大气法，规定超标违法、总量控制和零点排污收费。同时国家环保 总局对于ＣＥＭＳ技术的推荐性标准近期颁布，北京市也相应出台了ＣＥＭＳ验收的暂行规定，这些都对 ＣＥＭＳ的规范和发展起到了积极的促进作用。全国各地方政府也在国家标准的基础上逐步完善本地的相 关法规，虽然进展速度不同，但是大家统一了认识：ＣＥＭＳ的发展没有捷径可走；必须制定可操作性极强的 法规与标准，国外技术并不一定都适应中国的国情；必须在大量资金的支持下，由有雄厚技术实力的公司 来进行ＣＥＭＳ的国产化，并进行大批量的生产，提供规模化的服务。 从ＣＥＭＳ发展的情况看，ＣＥＭＳ在国内发展之路是曲折的，中间经历了许多的反反复复，所幸的是目前 已经慢慢走向正轨。在ＣＥＭＳ的国内应用中暴露的许多严重问题，应该引起我们的注意，这其中有技术方 面的原因，也有政策法规的原因，如果在今后的工作中不对其加以注意，那么ＣＥＭＳ在国内的发展还要走 一些弯路。 二、ＣＥＭＳ发展中的若干关键问题 １．适应性问题 ＣＥＭＳ在国内应用面临的首要也是最大的问题就是适应性问题，ＣＥＭＳ必须具备在国内烟气中高尘、 高湿的恶劣环境下连续稳定工作的性能，同时又要求ＣＥＭＳ有规范的服务体系。 目前ＣＥＭＳ从技术上分为直接测量法、完全抽取法和稀释测量法，这三种方法在西方发达国家都行得 通，但是到了国内，直接测量法、完全抽取法却遇到了棘手的问题——国内高尘、高湿的烟气。由于国内的 烟尘排放超标浓度大约在１５０ｍｇ／ｍ 一２００ｍｇ／ｍ ，而西方国家的烟尘排放超标浓度在５０ｍｇ／ｍ 左右，实际 他们的排放浓度绝大多数是在２０ｍｇ／ｍ 一３０ｍｇ／ｍ ，甚至更低。在这种情况下如果直接测量法和完全抽取 法在西方国家连续运行时间是３个月，在国内则可能会是２个星期，如果不进行维护则ＣＥＭＳ会出现很大 误差，甚至停止工作，而这种维护的工作量是非常大的。而稀释法的最大特点是采样量极小，同时因为它是 将高尘、高湿的烟气和稀释气按照恒定的比例进行混合，典型的比例是１：１００，也就是说将烟气中的烟尘 浓度降低了１００倍，同时含湿量也降低了１００倍，这样就较好地解决了国内高尘、高湿烟气带来的一系列 问题。 ２．政策法规、标准与验收问题 对照ＣＥＭＳ最发达的美国，我们发现ＣＥＭＳ广泛应用是在美国环保局强制规定在某些排放源安装 ＣＥＭＳ后才开始的，也就是说ＣＥＭＳ的发展必定和行政性的政策法规紧密相连，即首先是政府的行为才能 推动它的发展。不仅是美国，其他西方国家的情况也是如此，我国也不例外。 从ＣＥＭＳ在国内缓慢的发展情况看，可以毫不夸张的说，政策法规的滞后严重阻碍了ＣＥＭＳ的发展。 国内对ＣＥＭＳ的深入研究是在９０年代以后，大家学习和参考的对象主要是美国。虽然有单位已经进行样 机的引进和试制，但由于没有相应的政策支持，觉得市场前景不大而停止了研制工作。直到１９９６年我国才 开始制定《火电厂大气污染排放标准》，并第一次明确地提出安装ＣＥＭＳ，以后又陆续颁布了一些政策法规， ＣＥＭＳ的现状才发生改变，这些都得益于政府部门对环境保护的日益重视。在符合条件的固定污染源上安 装ＣＥＭＳ，国家的这些强制性要求，促进了ＣＥＭＳ在国内的安装。 随着ＣＥＭＳ在国内的安装应用，我们又遇到了新的问题：政府规定了在固定污染源上安装，但是没有 相应的技术标准来规定ＣＥＭＳ应该包含哪些仪器设备、测量哪些参数、如何安装、安装完成以后应该怎样 进行验收，致使早期安装的一些ＣＥＭＳ鱼目混珠。幸好最近颁布了两个行业标准，一个是Ｉ－／Ｊ／Ｔ７６－－２００１ 《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》，另一个是ＨＪ／Ｔ７５－－２００１（火电厂烟气排放连 ２ 维普资讯 http://www.cqvip.com 续监测技术规范》，这两个标准将为规范ＣＥＭＳ的技术和发展起到关键作用。遗憾的是，这两个标准由同一 部门同时发布、同时执行，适用范围有重叠，却在技术要求上不一致，将导致执行上的困难。 行政性的政策法规和ＣＥＭＳ的技术标准之间是相辅相成的，两者的发展若不同步则会严重阻碍ＣＥＭＳ 的发展，国外的历史也证明了可操作性的法规与标准对它的重要性。ＣＥＭＳ在发展的过程中，政策法规的 相应变动会促进技术标准的修订，从而导致技术上和工程上的改进，反之亦然。 ３．安装位置问题 美国ＥＰＡ标准除了对安装的对象、测量参数、系统的技术性能做了详尽的规定，还对安装的位置和方 式有详细的说明。针对Ｉ时段和ＩＩ时段的锅炉，美国对于这两者的各种组合进行了分别的说明，对于全部 是Ｉ时段或ＩＩ时段的锅炉可以安装在烟囱上，而对于两者交叉的情况分不同种类可以安装在烟囱或烟道 上，在美国ＥＰＡ标准４０ＣＦＲ第一章第７５部分第１６节对上述情况作了详细的说明。 另一个问题是烟道或烟囱直行程段长度不符合要求时，如何处理。美国ＥＰＡ标准４０ＣＦＲ ７５的规定 是：业主或营运者应就本项问题向地方主管部门提出特殊申请，而地方主管部门的答复应是下列方式之 一：安装整流系统；增加测点；重建一个新的烟道或烟囱。 ４．在线标校问题 ＣＥＭＳ中的测量仪器属于一种计量器具，最终目的是为了测量排污量并进行收费，所以测量仪器的准 确性是非常重要的。同时ＣＥＭＳ中的大部分仪器都是应用光学原理进行测量的，在实际应用的过程中，这 些仪器每天必然会出现零点和量程漂移，这些漂移与一般的测量温度、压力、流量的计量仪表相比，不在一 个数量级上，后者的漂移是每年１％的水平，而前者是每周（甚至每天）１％的水平，从而导致测量出现误 差。如果不进行标校，最终的排污收费是建立在一个错误的测量结果上，这对安装ＣＥＭＳ的用户来说是不 公平的，所以ＣＥＭＳ必须进行标校，即对测量系统进行零点和满量程的校准。美国保护局对此有一套关于 ＣＥＭＳ在线标校的规定，对于系统标校的方法、时间等作了详细的规定。下文就是摘自美国ＥＰＡ标准 ４０ＣＦＲ第７５部分附录Ａ中２．２．１小节（７—１—９８版）的内容： “设计各安装污染物浓度和ＣＯ：或Ｏ：的监测系统，必须留有标气人口以便通过标气对全部的测量系 统进行校准。对于完全抽取法和稀释法，所有的测量元件必须充满标气（例如采样管线、过滤器、调节器以 及实际用到的所有探头部分）。对于直接测量法，校准必须用标气来对所有实际测量中用到的电子和光学 的元件进行校准（例如传感器、探测器、分析仪等）。设计各安装污染物浓度和ＣＯｚ或Ｏｚ的监测系统，必须 能够每天进行零点和满量程的校准误差，这些规定详见本附录的５．２部分。” 从上述文字中，我们可以很清楚地得出两点结论：第一，无论什么方法标校必须用标气来完成；第二， 标校是对测量系统的全系统进行校准，而不是其中的一部分。对于有些直接测量法的标校是用光学器件进 行标校，对此ＥＰＡ的标准是否定的，同时否定的还有在测量路径上安装一个样气单元进行标校，因为这些 方式都不符合上述两点。 ５．参比方法（设备）的性能提高问题 目前国内的参比方法还是沿用传统的方式，用人工的方法进行采样和测定，通过实验和计算才能得出 结果，不仅耗费大量的人力和物力，而且参比试验的结果不能马上出来，缺乏实时性，同时实验的设备也是 多年不变。用人工的方法进行参比，与ＣＥＭＳ相比最终的结果会存在较大误差：由于工作人员用手动的方 法进行采样，所以不能做到长期的连续监测；同时试验的结果必须在试验室测试并经过计算才能得出。用 测量精度较差的仪器来检验测量精度高的仪器，用无法连续监测的仪器来检验连续监测的仪器，本身就存 在很多问题。而在美国，ＥＰＡ是用连续监测的方法来检验ＣＥＭＳ，这样得出的结果更有说服力。 ６．运行与维护问题 对于一套设计良好的ＣＥＭＳ，不仅能够准确地测量参数，还能够在各种条件下连续稳定地运行，设备可 靠，操作简便，维护工作简单，维护量小。比如发生停电事故，在供电恢复以后系统应能自动恢复正常工作， 而不需要任何人工辅助。任何系统的运行都是需要维护的，对于ＣＥＭＳ来说也不例外。只有维护简单、维护 量小的ＣＥＭＳ才更有生命力。 ３ 维普资讯 http://www.cqvip.com 但是维护量小并不是不需要维护，对比国内早期在电厂安装的设备，稀释法没有正常运行的很大原因 是运行管理中的问题，缺乏有效的维护。对于用户，只有制定相关的运行和维护程序，才能更好地、更长期 地使ＣＥＭＳ正常地运行。 国家环保局发布的新标准《锅炉大气污染物排放标准》于２０００年３月１日实施，规定全国新上２０ｔ／ｈ 以上锅炉必须安装ＣＥＭＳ，老的锅炉应逐步安装。人大通过的《大气污染防治法》，于２０００年９月１日起实 施，它的核心归结为三点：超标违法、总量控制和零点排污收费。这些都为ＣＥＭＳ带来发展的良好契机。 今后五年内，ＣＥＭＳ的市场容量大约在１００套／年一１０００套／年的水平上，高峰期预计不会超过２０００ 套／年。“规模出效益”，所以ＣＥＭＳ肯定要进行产业化，这只有在一个良好的环境下才能完成。现在国内 ＣＥＭＳ的政策法规、技术标准、市场需求在逐步完善，正是发展的良好阶段。以往国内的一些企业走的是两 条对立的技术路线，一种是全部独立开发，由于缺乏资金和技术实力，结果是低水平、走弯路、产品至今不 能使用；另一种是是搞科研成果，而不是搞商品化。这两种方法在实际的应用中都行不通。我们应该是学 习、消化、吸收、改进、提高国外的先进技术，尽可能避免相同的错误，尽量缩短我们和国外发达国家之间的 差距，同时不宜一味降低我们自己的技术要求和标准，迁就自己的产品，这样只能增大同国外的差距。正因 为如此，国家将ＣＥＭＳ课题列入“十五”８６３高技术计划，提出了研制具有国际先进水平的新一代ＣＥＭＳ并 形成国家级研发生产基地的目标。 由于ＣＥＭＳ是一种高科技产品，前期的研究开发费用比较高，ＣＥＭＳ要进行产业化之路肯定需要大量 资金的注入。“人世”之后，国内的企业将会面临国外企业的激烈竞争，不论是从资金还是从技术实力上我 们都处于劣势。我们必须承认国外先进的技术和完善的政策法规，应该正视我们和国外的差距，只有瞄准 国外领先我们的地方，才能不断完善自己，在以后的竞争中占据一席之地。 ［ 参考文 献 】 【１］国家环境保护局．固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法【Ｓ］．１９９６—０３—０６发布． 【２］国家环境保护局．火电厂大气污染物排放标准【ｓ］．１９９６—０３—０７发布． 【３］国家环境保护总局．锅炉大气污染物排放标准【Ｓ］．１９９９—１２—０３发布． 【４］国家环境保护总局．ＨＪ／Ｔ７６—２ＯＯ１《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》【ｓ］．２００２—０１—０１实施 【５］国家环境保护总局．ＨＪ／Ｔ７５—２ＯＯ１《火电厂烟气排放连续监测技术规范》【ｓ］．２００２—０１—０１实施． ［编辑：林钢】 ４