CEMS比对监测和质量控制

1、固定污染源烟气排放连续监测系统（Continuous Emission Monitoring System ） （CEMS ）比对监测技术和质量保证 目 录CEMS比对监测的主要工作内容和技术依据 CEMS的组成以及监测分析原理简单介绍开展CEMS比对监测的前提条件开展CEMS比对监测的原则进行CEMS比对监测前的准备工作CEMS比对监测现场采样和测试工作CEMS比对监测数据汇总处理分析CEMS比对监测全过程的质量控制和质量保证 CEMS比对监测的工作内容和技术依据（1）CEMS比对监测的定义 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 （

2、2）CEMS比对监测的目的（3）CEMS比对监测的主要工作内容 一定时间段的比对 CEMS比对监测的工作内容和技术依据（4）CEMS比对监测的完成主体 地方各级环境监测部门（5）CEMS比对监测的技术依据 HJ/T 75-2007固定污染源烟气排放连续监测技术规范（试行） CEMS的组成和监测分析原理固定污染源CEMS组成： 颗粒物排放连续自动监测单元 气态污染物（通常包括SO2和NOX）排放连续自动监测单元 烟气参数（包括烟气流速、温度、压力、含氧量、湿度）连续自动监测单元 数据采集、处理、分析、记录和传输单元组成。 CEMS的组成和监测分析原理（1）颗粒物排放连续自动监测单元 国内目前主要

3、仪器的分析方法： 激光透射法、光散射法、其他方法 CEMS的组成和监测分析原理（2）气态污染物排放连续自动监测单元 采样方法：完全抽取、稀释抽取、直接测量 分析方法： 吸收光谱技术：非分散红外（NDIR）、非分散紫外（NDUV）、紫外差分吸收（DOAS）、气体过滤相关（GFC）等 激发发光技术：紫外荧光、化学发光等 说明： CEMS的组成和监测分析原理（3）烟气参数连续自动监测单元 烟气流速：差压传感器法、热平衡法、超声波法、其他方法烟气温度：铂电阻法等烟气压力：压力传感器烟气湿度：干/湿氧法、高温电容法等含 氧 量：电化学法、氧化锆法、顺磁法 说明： CEMS的组成和监测分析原理（4）CEM

4、S测试数据的几种数据状态 比对是在同一状态、同一条件下的比对 CEMS实测浓度 CEMS标态干基浓度（0，101.325kPa） CEMS的组成和监测分析原理（4）CEMS测试数据的几种数据状态 CEMS标况下折算浓度 CEMS的组成和监测分析原理（4）CEMS测试数据的几种数据状态 说明： HJ/T 75-2007考核技术指标中规定的颗粒物和气态污染物各浓度范围（分段标准）均指的是污染源标态干基浓度值 开展CEMS比对监测的前提条件（1）CEMS出具有效数据的质控过程 烟尘烟气CEMS仪器质量、安装调试和日常运行使用及维护维修的全过程的外部质控程序 CEMS仪器研发生产后的适用性检测 CEM

5、S安装调试后的调试检测和验收检测 CEMS正式运行使用后，日常的运营维护、校准维修和不定期的“比对监测” 开展CEMS比对监测的前提条件（1）CEMS出具有效数据的质控过程 “比对监测”作为这个质量控制过程中的末端控制环节，对控制CEMS数据质量，提高数据有效性起到至关重要的作用；同时，CEMS“比对监测”必须以完成前两个阶段的适用性检测和调试、验收检测的工作为前提条件，如果前两个阶段的质量控制不合格或没有前面的过程，那么“比对监测”也就失去意义了。 开展CEMS比对监测的前提条件（2）人员、仪器设备和分析方法 CEMS比对监测人员：各级环境监测部门的技术人员 CEMS比对监测仪器设备： 现场

6、仪器设备：烟尘采样器、烟气采样器、烟气分析仪等。 实验室分析仪器设备 开展CEMS比对监测的前提条件 （2）人员、仪器设备和分析方法 CEMS比对监测分析方法： CEMS比对监测中各目标物质均有比较成熟的采样和检测分析方法（国标A和行业标准B），其中有些方法还没有完全上升为国家标准分析方法，与之对应的相关仪器的技术要求也不完全，这些标准将逐步陆续出台。 CEMS比对监测中采用的采样和分析测试方法 比对监测遵循原则（1） 监测期间，生产设备要正常稳定运行； （2） 监测前，首先要核准烟尘采样器、烟气分析仪、烟气CEMS等相关仪器的显示时间并保持一致； （3） 参比方法测定湿法脱硫后的烟气，使用的

7、烟气分析仪必须配有符合国家标准规定的烟气前处理装置（如加热采样枪和快速冷却装置等），（污染源自动监测设备比对监测技术规定、固定源废气监测技术规范等）；比对监测遵循原则（4） 监测前，参比方法使用的烟气分析仪必须现场使用标准气体检查准确度，并记录现场校验值；（5） 每个监测项目的数据需记录采样起止时间；（6） 比对监测期间不允许在线监测设备运营单位调试仪器。 进行CEMS比对监测前的准备工作 （1）掌握对比监测所在污染源的基本情况 A. 污染源所在的地理位置 B. 排污企业的类型 C. 排污企业的生产情况和近期生产计划 D. 污染物处理设施的情况 进行CEMS比对监测前的准备工作 （1）掌握对比

8、监测所在污染源的基本情况 E.污染源正常生产工况下的排放情况 污染物种类 排放浓度 烟气流速 烟气温度 烟气静压 烟气湿度 进行CEMS比对监测前的准备工作 （1）掌握对比监测所在污染源的基本情况 F. 排放口的基本情况 G. 参比方法检测环境条件 H. 比对监测现场的安全性 进行CEMS比对监测前的准备工作 （2）了解安装在该污染源的CEMS的基本情况 A. CEMS的型号、品牌、配置、安装、调试完成时间等基本信息 B. CEMS的采样和分析测试原理 C. CEMS的日常工作运行状态 进行CEMS比对监测前的准备工作 （3）手工参比仪器设备的准备校准维护 A. 采样用品的准备 B. 烟尘（烟

9、气）采样器 进行CEMS比对监测前的准备工作（3）手工参比仪器设备的准备校准维护 流量计量装置校准内容：相关压力传感器的校准（静压、动压、流量计前压力等）相关温度传感器的校准（烟温、流量计前温度等）流量计的采样流量校准（烟气采样器也适用）S形皮托管流速测量的校准校准需要使用主要仪器设备校准周期 进行CEMS比对监测前的准备工作 （3）手工参比仪器设备的准备校准维护 C. 烟气分析仪（电化学、光学） 仪器采样的气密性 标准气体校准（系统误差、漂移） 标准气体的选择：零点气、量程标气 校准标气流量 （控制其校准标气的进样流量与实际检测中的采 样流量一致或尽量接近） 进行CEMS比对监测前的准备工作

10、 （3）手工参比仪器设备的准备校准维护 校准流程操作： 校准周期 如果现场条件具备（有相应浓度并合格有效的标气）标 准气体校准工作也可考虑在检测现场完成 进行CEMS比对监测前的准备工作 （4）监测人员安全防护装备和通讯设备 A. 安全装备： 安全帽、安全带（平台较高、较窄）、工作 服、隔热手套、防护口罩（烟道正压情况）等 B. 通讯设备：现场对讲机、笔记本电脑等 进行CEMS比对监测前的准备工作 （5）“CEMS比对监测现场实施方案” “方案”的内容主要包括： 比对监测污染源基本情况、CEMS系统安装、配置、主要工作原理等情况、现场测试时间安排、人员安排、比对测试内容和指标要求、基本操作过程

11、要求、使用的仪器设备、标准物质、安全防护通讯设备以及相关的记录表格等等内容。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （1）现场安装的CEMS仪器的检查 到达CEMS比对监测现场后，首先应该对现场安装的CEMS仪器的运行情况和运行状态进行检查；以确认CEMS是在正常、稳定（非故障）的状态下运行，从而保证CEMS比对监测结果有效。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （1）现场安装的CEMS仪器的检查 主要的检查内容： 检查CEMS仪器整体运行状态 查看CEMS仪器操作软件的相关设置 查看现场CEMS运营维护、维修、校准记录（如果有） CEMS比对监测现场采样和测试工作 （1）现场安装的CEMS仪器

12、的检查 说明： 了解现场CEMS的相关参数设定也有助于我们对比对监测数据的综合汇总分析和对比对监测结果的总体判定。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （2）颗粒物CEMS的比对监测 这部分的操作要求参见GB 16157-1996中的第8部分内容 采样点布设 颗粒物参比方法的采样测试断面的平均浓度，其采样是整个断面的采样（与CEMS不同，CEMS是单点测试） 矩形（长方形、正方形）烟道断面参比测孔和测点圆形烟囱或烟道断面参比测孔和测点 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （2）颗粒物CEMS的比对监测 采样时间的确定 每个采样点位的采样时间长短一般应根据监测污染源颗粒物排放浓度高低来确定，颗粒

13、物排放浓度高则可缩短每点的采样时间，反之则加长采样时间，正常情况下每点的采样时间在35分钟左右。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （2）颗粒物CEMS的比对监测 采样嘴的选择和方向 采样嘴的选择依据是烟囱或烟道内的烟气流速（预测流速），一般来说应是烟气流速越大所选取的采样嘴直径越小。 国内目前使用的烟尘采样仪器提供直径5mm12mm的不同采样嘴，而且均可以通过预测流速来提示选择使用多大的采样嘴。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （2）颗粒物CEMS的比对监测 采样嘴的选择和方向 说明： 输入采样器时一定与之对应 采样嘴的方向： 采样嘴必须对准气流方向，其与气流方向的偏差不得大于10。

14、CEMS比对监测现场采样和测试工作 （2）颗粒物CEMS的比对监测 采样方式方法 采样方法应采用等速跟踪采样的原理方法，也就是采样器采样嘴的吸引速度与测点处的实际烟气流速相等。 等速采样：颗粒物具有一定的质量，在烟道中由于本身运动的惯性作用，不能完全随气流改变方向，为了从烟道中取得有代表性的烟尘样品，需等速采样，即气体进入采样嘴的速度应与采样点的烟气速度相等，其相对误差应在 10%以内。气体进入采样嘴的速度大于或小于采样点的烟气速度都将使采样结果产生偏差。 等速采样的原理和采样结果影响 等速跟踪率的概念 CEMS比对监测现场采样和测试工作皮托管平行测速自动烟尘采样仪： 原理：仪器的微处理测控系

15、统根据各种传感器检测到的静压、动压、温度及含湿量等参数，计算烟气流速，选定采样嘴直径，采样过程中仪器自动计算烟气流速和等速跟踪采样流量，控制电路调整抽 气泵的抽气能力，使实际流量与计算的采样流量相等，从而保证了烟尘自动等速采样。不同采样速度时颗粒物进入采样嘴的运行轨迹VnVs时，颗粒物测量结果偏小；VnVs时，颗粒物测量结果偏大；VnVs时，颗粒物测量结果准确。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （2）颗粒物CEMS的比对监测 采样方式方法 GB 16157要求采样嘴吸引速度与测点实际烟气流速相对误差（等速吸引误差）要10% 采样方式一般使用移动采样的方式，用于测定烟道断面的颗粒物平均浓度

16、移动采样：用一个滤筒在已确定的采样点上移动采样，各点的采样时间相同，求出采样断面的平均浓度。定点采样：每个测点上采一个样，求出采样断面的平均浓度，并可了解烟道断面上颗粒物浓度变化情况。间断采样：对有周期性变化的排放源，根据工况变化及其延续时间，分段采样，然后求出其时间加权平均浓度。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （2）颗粒物CEMS的比对监测 样品的数量和空白样 颗粒物CEMS比对监测样品数量为至少3对（烟道断面的平均值） 空白样品：了解采样中系统误差的影响 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （2）颗粒物CEMS的比对监测 滤筒的烘干称重 滤筒采样完成后放105烘箱烘烤至少1小时，用干

17、燥器干燥并冷却至室温，用最小刻度0.1mg的天平称量至恒重。 说明：滤筒失重 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （2）颗粒物CEMS的比对监测 其它需要说明的问题 A. 现场静电干扰 轻微的造成测试信号的干扰或采样器不停重起或死机；严重时则会击穿采样器内部电路板使采样器无法工作。 一般采取在烟枪上接地线的方法可有效避免静电对参比仪器的干扰。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （2）颗粒物CEMS的比对监测 其它需要说明的问题 B. 比对监测同一时间段问题 CEMS比对监测中，颗粒物参比方法样品的采样一定注意要与CEMS测试在同一时间段进行，也就是采样前参比采样器和CEMS仪器的时间设置必须

18、保持一致，否则测试结果不具备可比性（这个同时间段比对对气态污染物以及烟气参数也是一样的）。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （2）颗粒物CEMS的比对监测 其它需要说明的问题 C. 湿度较大情况 烟气含湿量较大的情况，对干燥器中硅胶的使用量和更换频次提出了较高的要求； CEMS比对监测现场采样和测试工作 （2）颗粒物CEMS的比对监测 其它需要说明的问题 检查系统是否漏气，如发现漏气，应再分段检查，堵漏，直至合格。 含湿量测量。干球温度达到烟气温度。 CEMS比对监测中颗粒物的参比测试采样通常是在相对恶劣的高空条件下进行的，是一项非常辛苦的工作，如果遇到正压烟道，对操作人员的身体健康甚至都

19、有危害，因此更应该注意采样操作中的各项工作细节，加强个人的防护意识，进而提高比对监测的工作效率。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （3）气态污染物CEMS（含O2）的比对监测 两种方式:通过烟气采样器采样-化学分析（分光光度法 等）的方法 使用烟气分析仪直接测量的方法烟气采样器采样-化学分析 CEMS比对监测现场采样和测试工作烟气分析仪直接测量 目前使用较多的是电化学法和光学法的烟气分析仪 采样点位的选择 气态污染物的采样是单点采样（与CEMS相同） 比对监测手工参比方法采样点应选择距离气态污染物CEMS采样点尽量较近，且位于颗粒物参比方法测试孔上游的点位 CEMS比对监测现场采样和测试工

20、作 样品数量和测试时间 气态污染物CEMS比对监测样品数量为至少6对 如果该污染源气态污染物排放较为稳定，建议气态污染物比对测试每个样品测试时间5min，整个气态污染物的比对测试时间在1h左右。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 采样探头和导气管线 按照GB 16157-1996的要求，烟气测试采样管和连接导气管应该具备加热保温功能，以防止采集的气体中的水分在管路中冷凝从而导致测试误差。 采样管、导气管的材料 （硅胶、特氟龙） CEMS比对监测现场采样和测试工作 过滤和除湿 过滤材料必须是不吸附也不于烟气中的气态污染物（SO2、NOX）起化学反应的材料，是烟气分析仪的消耗材料，长期使用应该定

21、期检查必要时及时更换。 烟气中含湿量的由小到大，可逐级采用自然空气冷却、气水分离冷却（7%）、干燥剂脱水、电子冷却脱水（15%）等除湿脱水方式。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 流量控制 既克服了可能由于烟道负压大抽气不足的问题，又对烟气分析仪的流量控制单元进行了有效保护，提高了其使用寿命。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 现场比对的情况分析 一般现场使用参比烟气分析仪（电化学/光学）的仪器均可实现在检测现场直接读数，那么也就是说我们可以在检测现场通过简单计算同时间段参比数据与CEMS数据的相对或绝对误差，来对比对监测数据进行一个初步的判定。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 现场比

22、对的情况分析 A. 参比测试采样点位置是否合理，与CEMS烟气采样点比对测试是否具有可比性； B. 比对测试中参比测试与CEMS测试获取数据同步性变化情况。 如果浓度变化剧烈，可增加比对测试时间。 C. 标准气体校准的一致性 D. 观察比对监测数据中双方烟气测试中O2含量的数据CEMS比对监测现场采样和测试工作E. 如果SO2比对数据差别较大 浓度低的一方应考虑管路、过滤装置、冷凝水对SO2的吸附F. 如果NO比对数据差别较大 浓度高的一方应考虑除水效果不理想，水分对NO测试产生正干扰，尤其是光化学参比仪器。CEMS比对监测现场采样和测试工作G. 如果参比测试气态污染物SO2、NO比对数据突然

23、升高或降低 除了工况的变化以外，有可能是抽气量的变化造成。H. 如果排除了参比测试系统和CEMS系统的全部可能出现的问题，气态污染物SO2、NO比对数据始终有恒定的或有规律的偏差。 有可能是参比方法和CEMS方法原理上差别产生的系统误差，需要从软件上进行相关设置调整。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （4）烟气流速、温度CEMS的比对监测 烟气流速和烟气温度的参比比对测试一般都是在颗粒物采样的同时来完成 组合式的采样管 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （4）烟气流速、温度CEMS的比对监测 测试点位和时间 烟气流速和烟温参比测试的结果也是烟囱或烟道整个断面的平均浓度（与CEMS不同，C

24、EMS是单点测试） 测试点位确定方法与上述颗粒物采样点位确定方法相同；而测试时间可适当缩短。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （4）烟气流速、温度CEMS的比对监测 样品数量 按照HJ/T 75-2007固定污染源烟气排放连续监测技术规范中有关CEMS比对监测的要求，烟气流速、温度CEMS比对监测样品数量为至少3对（与颗粒物相同），也就是手工参比采样测试与CEMS在同一时间段内各自测试至少3个样品进行比对。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （4）烟气流速、温度CEMS的比对监测 流速测量S形皮托管 通过测量烟囱或烟道中烟气的全压和静压的压差来计算出烟气流速 克服可能由于颗粒物堵塞造成的

25、流速测量问题 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （4）烟气流速、温度CEMS的比对监测 流速测量S形皮托管 S形皮托管的皮托管系数：符合标准加工要求的新的S形皮托管相对于标准L形皮托管其皮托管系数（修正系数）为0.840.01 皮托管的方向：按照GB 161578-1996要求，皮托管全压测孔应正对气流方向，偏差不超过10 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （4）烟气流速、温度CEMS的比对监测 烟温测量 参比烟尘采样器测试烟温的两种模式： 固定输入模式（烟温数值不变） 采样测量模式（时时变化，给出采样过程的平均烟温值） CEMS比对监测现场采样和测试工作 （4）烟气流速、温度CEMS的比

26、对监测 烟温测量 固定输入模式的使用： 高度较高的烟道参比测试孔较多（单侧810个），采样枪需要在多个测试孔之间拔插来回移动 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （4）烟气流速、温度CEMS的比对监测 现场比对情况分析 烟气流速和烟气温度的参比测试一般是同颗粒物的采样同时进行，但不同的是烟气流速和温度可以在检测现场直接读出参比测试同时间段内的烟气流速和烟温的断面平均值；从而可以通过与CEMS同一时间测试均值的比较计算流速的相对误差和烟温的绝对误差来进行现场比对。 （类似于上述的气态污染物的现场比对） CEMS比对监测现场采样和测试工作 （4）烟气流速、温度CEMS的比对监测 现场比对情况分析

27、A. 参比测试采样点位置是否合理，与CEMS烟气采样点比对测试是否具有可比性 （虽然颗粒物、烟气流速、烟温可以同时测量比对，但有些现场条件不满足要求时，也应该采取分别测量比对的方式） CEMS比对监测现场采样和测试工作 （4）烟气流速、温度CEMS的比对监测 现场比对情况分析 B. 速度场系数的影响 参比方法测试（断面的平均流速）与CEMS流速测定（点流速）一般是不会完全相同的，两者存在着正比例线性关系，比例系数即为速度场系数； CEMS比对监测现场采样和测试工作 （4）烟气流速、温度CEMS的比对监测 现场比对情况分析 B. 速度场系数的影响 流速的校准工作应该是在CEMS验收前的调试检测中

28、完成，有关调试检测的内容和操作可参见HJ/T 75-2007标准中相关规定 。 烟温也存在同样的温度（绝对误差），同样应在调试检测中加以校准。 CEMS比对监测现场采样和测试工作 （4）烟气流速、温度CEMS的比对监测 现场比对情况分析 C烟气流速较低（5m/s） 当烟囱或烟道中烟气流速较低（5m/s）时，这时参比仪器皮托管差压传感器测试灵敏度下降，这样可能导致比对测试系统误差增大。 目前没有较好的解决方法，只能尽量找到符合要求切截面积相对较小的位置。 CEMS比对监测数据汇总处理分析 （1）CEMS比对监测技术指标要求 全部满足表中各项要求才能判定为合格；如某一项指标不合格，应就该项指标测试

29、查找原因、重新调试并检测直到符合表中要求为止。 CEMS比对监测技术指标要求 CEMS比对监测数据汇总处理分析 （2）颗粒物CEMS比对监测数据处理 计算每个样品的颗粒物浓度：将滤筒中颗粒物质量除以烟尘采样器中记录的标态干基采样体积即可得到颗粒物的标态干基浓度值 计算至少3个参比样品颗粒物浓度的平均值 查找到同一时间段CEMS中记录的颗粒物浓度值（分钟均值）的平均值，并记录数值状态（实测值/标态干基值） 对照技术要求中不同分段，计算同一状态下比对数据的相对误差或绝对误差 CEMS比对监测数据汇总处理分析 （2）颗粒物CEMS比对监测数据处理 颗粒物相关关系曲线的影响： 目前安装使用的颗粒物CE

30、MS仪器一般不能直接给出烟气中颗粒物的质量浓度值，且其测试是单点测量，并且也很难找到象气态污染物标准气体一样的标准浓度颗粒物（即便找到价格很昂贵且保存运输条件苛刻）对其进行校准；因此在比对监测前必须与手工参比方法进行相关关系校准 。 CEMS比对监测数据汇总处理分析 （2）颗粒物CEMS比对监测数据处理 颗粒物CEMS校准工作应该是在CEMS验收前的调试检测中完成，有关调试检测的内容和操作可参见HJ/T 75-2007标准中相关规定。 相关校准曲线的影响（未做、未输入、排放情况或条件变化使曲线发生变化等），校准完成后方可进行流速CEMS的比对监测。 CEMS比对监测数据汇总处理分析 （3）气态

31、污染物（含O2）CEMS比对监测数据处理 计算每个样品（数据对）的标态干基浓度值 计算至少6个参比样品浓度的平均值 查找到同一时间段CEMS中记录的数据对浓度值（分钟均值）的平均值，并记录数值状态（标态干基值） 对照技术要求中不同分段，计算比对数据的绝对误差、相对误差或相对准确度 CEMS比对监测数据汇总处理分析 （3）气态污染物（含O2）CEMS比对监测数据处理 技术指标要求： 当气态污染物浓度250ppm时，相对准确度15% 氧量相对准确度15% 相对准确度的计算公式为： （比对监测的系统误差） （置信系数-随机误差） CEMS比对监测数据汇总处理分析 （4）烟气流速和烟温CEMS比对监测数据处理 计算每个样品（数据对）的测试值 计算至少3个参比样品测量值的平均值 查找到同一时间段CEMS中记录的数据对数值（分钟均值）的平均值 对照技术要求中不同分段，计算流速比对数据的相对误差和烟温比对监测数据的绝对误差 CEMS比对监测全过程的质量控制和质量保证 （1）CEMS比对监测数据审核、报告和结果判定 CEMS比对监测数据的审核：根据“比对监测放方案”对本次CEMS比对监测的全部采样和测试原理记录、实验室准备和称重记录、参比仪器设备的校准和使用记录以及各种标准物质的使用情况、数据处理和