煙氣排放連續監測系統在水泥廠中的應用前景

為了控制水泥工業的大氣污染物排放，促進水泥工業產業結構調整，國家環境保護總局組織中國環境科學研究院、合肥水泥研究設計院、中國材料工業科工集團公司起草了新的《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB4915-2004）。新的排放標準要求從2005年1月1日起，新、改、擴建水泥生產線，水泥窯排氣筒應當安裝煙氣顆粒物、二氧化硫和氮氧化物連續監測裝置；烘干機、烘干磨、煤磨及冷卻機排氣筒應當安裝煙氣顆粒物連續監測裝置；對現有水泥生產線，應當逐步安裝連續監測裝置，各省、自治區、直轄市人民政府環境保護部門應當根據水泥工業結構調整和達標進展情況制定安裝計劃。近年來國內企業也日益重視環境監測問題和完善監測系統，越來越多的電廠、石化、冶金企業已率先開始進行煙塵和SO2濃度監測，而國內水泥生產企業則相對開始的較晚，但隨著新的水泥行業大氣排放標準的頒布實行，水泥企業也日益重視環境監測問題和完善監測系統，所以煙氣排放連續監測系統（CEMS）在水泥廠的應用前景很好。

歐美發達國家環境治理、保護的實施與優化得益于環境參數的檢測或監測水平的提高，不僅大量采用了先進的測控儀表與計算機系統，而且各企業在環境監測與保護方面投入巨資進行全方位的檢測、監控與管理。上個世紀90年代，我國也開始環境監測自動在線監測儀的開發研制。目前，仍處在發展中，國產化進程較慢，煙氣排放在線監測系統（CEMS）使用成功與否的關鍵在于檢測儀表的選型設計與系統的集成，因過程分析面對的困難與問題很多：高溫、高粉塵、高水份、負壓及腐蝕性等惡劣氣體條件；應保證必要的檢測準確度；應有較快的反應速度；應易安裝、易標定；防塵、防濺、防腐等防護要求；應有較高的自動化程度，較少的維護工作量。

一、水泥廠污染源的主要分布與特點水泥廠的污染源主要分布在以下幾個生產環節中：
1.水泥回轉窯窯尾是水泥生產環節中粉塵排放量最大的排放點，窯外分解窯尾煙塵濃度為60g/m3～80g/m3，這一環節的污染物成分復雜，除粉塵、煙塵外，還有二氧化硫、氮氧化物、氟化物等有害氣體。

2.烘干機、烘干磨、煤磨、冷卻機、破碎機、磨機、包裝機及其他通風生產設備污染物主要為固體顆粒物排放濃度大。

二、分析氣體成分針對水泥廠污染源的特點，新標準只要求對水泥窯及窯磨一體機需進行氣體分析。一般可以有幾種分析氣體成分的方法，過去主要采用傳統的分析方法，如化學分析法、氣相色譜法；其缺點是必須對煙氣進行人工取樣，在實驗室進行分析，其中操作者的操作技能對分析的精度有很大影響；而且傳統方法只能單一成分地逐個進行檢測分析，不具備多重輸入和信號處理功能；分析費時，響應速度慢，效率低，難以實現在線監測。

而現在主要采用最新光學技術，在不影響被測氣體本身狀態時于煙道上進行實時的直接測量。該方法具有以下特點：利用SO2對一定波長紫外光的強吸收特性消除其他成分影響；可測范圍大。但采用此類檢測方式的儀表價格很高，關鍵部件往往需要進口。而另一種紅外線式較適合水泥廠的應用，它基于非分光紅外吸收測量法的原理，具有理想的抗干擾能力；其性能指標優越，重復性好，性價比較高。

三、測量粉塵濃度國家環保總局頒布的《水泥工業大氣污染物排放標準》中規定水泥廠幾大污染環節都必須進行粉塵濃度的在線監測。因為新標準對粉塵濃度這一指標要求較高，所以對于連續監測系統（CEMS）的準確度要求也就更高。目前國外主要采用光透射原理——當可控光源穿過帶有微小顆粒的氣體時，一個高靈敏的傳感器可檢測出被微小顆粒吸收的光能，并將其與參比光進行比較，從而確定透射值或濁度值，再進一步得出粉塵濃度值。國內在該領域的技術也比較成熟，國產化程度較高。

此類儀表具有以下特點：以光學技術為基礎，自動完成測量、控制、線性測試以及污染物檢測功能，反應速度快、無采樣處理過程；帶有反吹裝置，防止光學鏡頭面不受污染；具備快速切斷閥，可在吹掃裝置失效后自動保護儀器；安裝簡便，發射與檢測單元可通過法蘭安裝在煙管兩側。

四、水泥廠安裝監測系統的建議監測系統設計應考慮開放性、低成本、高可靠性和良好的擴充性。因此，針對不同測量對象特征，采用最適用的自動測量儀表，在通訊解決方案上有多種方式可選：無線通訊方案有其優點，如易解決通訊問題，可降低成本，可簡化安裝，采用大功率天線可增加通訊距離等，但利小于弊，一是水泥廠現場環境惡劣，大量房屋和爐窯等設施會阻塞或影響調頻信號的傳輸；二是電氣、電力設施多會產生復雜多樣的電磁干擾，受約束因素多。因此在通訊方面還要進行不斷改進，以便更好地進行監控。

隨著光學技術、計算機技術與自動檢測等新技術的發展，許多以前難以檢測的非電量（如實現水泥廠爐窯、塔罐煙氣排放點的自動采樣與預處理，粉塵與SO2等主要污染因子和煙氣流量的在線監測）均得以解決，這將有利于促使崗位作業人員及時調整與監控脫硫、除塵等環保設施的運行狀態，加強達標排放管理，這對于水泥廠排放點的有效監測與管理有著積極而重要的意義。