發電廠脫硫脫硝CEMS標氣管理和使用方法的探討

1. 概述

2014年起江蘇省對于火力發電廠煙氣的排放指標提出了更高的考核標準，這關系到國家減排總任務的完成，也是為保護我們賴以生存的大氣環境的基礎。。而隨著今后火力發電廠超低排放要求的自覺實施和強制實施，每個電廠在選好和維護好CEMS儀表和系統設備的同時，除了對分析儀的分析量程大小、各物質相互干擾影響和煙氣采樣的原成分的完整性，還需要分析影響CEMS正確測量的其它因素，特別需要對作為標定、比對分析儀用的標準---標準氣體（目前電廠用的標氣有對應分析儀不同量程SO2、NO、O2）加強管理并研究制定標氣符合科學原理的使用方法，來保證污染物含量的測量真實性。

2. 標準氣體的采購驗收要求

標準氣體是：“具有足夠均勻并已經很好地確定某一種或多種特性的物質或材料，用于標準儀器、評價測量方法或確定物質的量值”。CEMS所使用的標氣，要從具有有效《制造計量器具許可證》、標準物質定級證書和編號的標氣生產廠家購買。

標準氣體配制方法：靜態配氣法是把一定量的氣態或蒸氣態的原料氣加入到已知容積的容器中，再充入稀釋氣體混勻制得。其原料可以是純氣，也可以是已知濃度的混合氣。標準氣的濃度根據加入的原料氣和稀釋氣體積及容器容積計算得知。這種配氣法的特點是設備簡單，操作容易。但因有些氣體化學性質較活潑，長時間與容器壁接觸可能發生化學反應，同時，容器壁也有吸附作用，故會造成配制氣體濃度不準確或其濃度隨放置時間而變化，特別是配制低濃度標準氣，常引起較大的誤差。對活潑性較差且用量不大的標準氣，用該方法配制較簡便。
這就要求在使用前對到現場的標氣檢查：a. 生產廠家是否具有有效《制造計量器具許可證》，是否具有該種標準物質生產許可是合格標氣的首要條件。b. 生產廠家生產的該種標準物質是否是國家質量監督檢驗檢疫總局標準物質制造計量器具許可證目錄中列入的物質。C.生產廠帶的該瓶標氣的“標準物質合格證”，分別核對生產廠商：名稱、地址、聯系電話、網址等，蓋有標準物質質檢專用章的標準物質合格證，氣瓶編號，充氣壓力，生產日期，有效期，組份濃度值是否齊全；對于以上任何一點有疑問的標準氣體都不能用作CEMS的標定。這是在標定比對的源頭做好最基本的控制，保證標準氣體是符合國家規定標準的。

3.標準氣體的日常管理

標準氣體的特殊性，對保管和使用過程有著特殊的要求，很多使用者由于對標氣的管理混亂及操作的不規范，使得數據偏差很大。在日常管理中需要：a.按規定的不同地點、位置存放滿瓶標氣和使用中標氣。b.標氣的壓力檢查：由于當標準氣體的壓力減少時，被吸附在容器上的各種成分氣體便解吸，其濃度會發生變化，因此一般規定，高壓鋼瓶標準氣體的殘壓低于0.1Mpa時，應停止使用。C.使用的減壓裝置是否完好，其針型閥、減壓閥是否腐蝕或漏氣，使用完后是否關嚴隔離閥。d.對每一瓶合格進入現場使用的標準氣體，必須登記在冊。

4.標準氣體濃度的科學計算

大部分氣體檢測儀器測得的氣體濃度都是體積濃度（ppm）。而按我國規定，特別是環保部門，則要求氣體濃度以質量濃度的單位（如：mg/m3）表示，我們國家的標準規范也都是采用質量濃度單位（如：mg/m3）表示。

4.1兩種氣體濃度單位mg/m3與ppm有何關系：使用質量濃度單位（mg/m3）作為空氣污染物濃度的表示方法，可以方便計算出污染物的真正量。但質量濃度與檢測氣體的溫度、壓力環境條件有關，其數值會隨著溫度、氣壓等環境條件的變化而不同；實際測量時需要同時測定氣體的溫度和大氣壓力。而在使用ppm作為描述污染物濃度時，由于采取的是體積比，不會出現這個問題。 
濃度單位ppm與mg/m3的換算，按下式計算： 
質量濃度mg/m3=M氣體分子量/22.4*ppm數值*[273/(273+T氣體溫度)]*（Ba壓力/101325）M為氣體分子量，ppm為測定的體積濃度值，T為溫度、Ba為壓力。 

在一般的計算時，ppm與mg/m3之間的轉換將溫度和壓力的影響忽略不計

例如：   二氧化硫     1ppm=32+16x2）/22.41mg/m3=2.86mg/m3----（1式）

一氧化氮   1ppm=（14+16）/22.4mg/m3=1.34 mg/m3-----（2式）

一氧化碳     1ppm=（12+16）/22.4mg/m3=1.25mg/m3-----（3式）

二氧化氮     1ppm=（14+16x2）/22.4mg/m3=2.05mg/m3---（4式）

這是基于標準氣體在環境溫度為0攝氏度壓力為標準大氣壓下的數值。

4.2電廠中各CEMS小屋的環境壓力基本符合標準大氣壓，而在空調房間溫度為20攝氏度，溫度一般都偏離0攝氏度較大。如果分析儀是顯示ppm為濃度單位，標準氣體的標志濃度與分析儀上的顯示值之間的相對誤差就是分析儀的誤差，用此誤差就可確定分析儀是否有超標。但有部分分析儀濃度單位是直接顯示mg/m3，這種情況如果按上述一般的計算的系數進行標準氣體濃度的轉換后標定，則將出現分析儀顯示值與煙氣污染物的真實含量有很大的誤差：在按環境溫度實際值T=273+20=293K  Ba壓力=101325Pa的計算時，ppm與mg/m3之間的轉換系數：

二氧化硫     1ppm=[32+16x2）/22.41]273/(273+T氣體溫度)]*（Ba壓力/101325）mg/m3=2.66 mg/m3------------------（1a式）

一氧化氮     1ppm=[14+16）/22.4]273/(273+T氣體溫度)]*（Ba 壓力/101325）mg/m3=1.25 mg/m3------------------（2a式）

一氧化碳  1ppm=[12+16）/22.4]273/(273+T氣體溫度)]*（Ba壓力/101325mg/m3=1.16 mg/m3------（3a式）

二氧化氮     1ppm=[14+16x2）/22.4]273/(273+T氣體溫度)]*（Ba壓力/101325）mg/m3=1.91 mg/m3-------------（4a式）

4.3目前在現場使用的情況是只按固定的系數進行轉換，對于煙氣中排放成分的分析最后結果離實際的真實含量的誤差如下：

二氧化硫[（2.86-2.66）/2.66]*100%=7.5%

一氧化氮[（1.34-1.25）/1.25]*100%=7.2%

一氧化碳[（1.25-1.16）/1.16]*100%=7.7%

二氧化氮[（2.05-1.91）/1.91]*100%=7.3%

從上述誤差的計算結果可以看出，如果標準氣體在室溫變化的情況下，都采樣恒定的室溫0攝氏度的轉換系數，那其分析儀顯示值與煙氣中的真實含量誤差會非常大，達到大于7%以上，這是按制造標準氣體時環境溫度為0攝氏度時的極端的完成，遠超過儀表漂移大于2.5%標準值不合格的規定。

5. 目前現場存在的問題與改進