热湿法CEMS具有系统结构简单，测量过程未对样品进行除水操作，待测组分损失率低的特点，尤其是在一些高湿的超低排放场合应用较多，以下结合热湿法DOAs烟气在线监测系统原理特点及应用中常见问题进行分析，希望能为运维人员、设备厂家及管理人员提供一些参考。

 

热湿法CEMS原理

 

       烟气经过高温加热采样器采集，并对颗粒物进行过滤，由高温伴热管线输送至分析柜，经处于高温区内的NOx转换器、二级过滤器后进入测量室进行测量，采样动力多为处于高温区域内的射流泵。分析仪主要采用DOAs、高温FTIR原理，其中常见的DOAs分析仪采用样气测量气室处于高温区域，经光纤将气室内的光谱信号输送至常温区域进行处理分析的方式。热湿法CEMS特点是整个系统的样品采集、过滤、输送、测量和抽取器件均处于高温状态，系统未对烟气进行预处理（颗粒物过滤除外），降低了除水过程中液态水对待测组分的吸附损失，测量浓度为工作状况下的湿烟气浓度，测量后的污染物浓度需要折算为标准状况下干烟气中污染物的浓度。

 

紫外差分吸收光谱法（DOAs）分析仪测量原理

      光源发出的紫外光通过光纤传输到测量室，测量室样气在特定波段吸收紫外光谱能量，被吸收后的光束通过光纤传输到光谱仪，在光谱仪内部经过光栅分光，由二极管阵列检测器将分光后的光信号转换为电信号，获得气体的连续吸收光谱信息，最后根据特定算法计算待测气体浓度。其结构示意图如下：

       基本原理就是利用待测气体中气体分子的窄带吸收特性来鉴别气体成分,并根据窄带吸收强度来推演出待测气体的浓度，根据郎伯一比耳定理对特定吸收波长带宽内监测光的吸收光谱的变化来监测待测气体的浓度。考虑到瑞利(Rayleigh) 散射、米氏(Mie) 散射以及烟气中其它物质的消光因素, 由Rayleigh散射和Mie散射等引起的光谱变化随波长缓慢变化，而由分子吸收特性引起的光谱的变化随波长快速变化。为此将散射引起的光谱变化称为“宽带”光谱（慢变），将分子吸收引起的光谱变化称为“窄带”光谱（快变）。算法计算过程中使用高通滤波器将随波长快速变化的“窄带”光谱分离出来，被分离出来的分子吸收光谱用参考光谱进行拟合，计算出待测气体的浓度。

 

       紫外差分吸收光谱法核心技术在于算法，即如何从测量光谱中分离出窄带吸收光谱，屏蔽到宽带光谱的干扰，计算中使用的高通滤波器是出厂前设置在软件内的算法程序，由于米氏散射主要由气溶胶、小水滴等引起，在烟气中水滴和水溶性离子形成的气溶胶随着生产及治理设施运行状况的不同而有所不同，米氏散射引起的光谱变化也会有所不同，采用常规算法不一定完全满足光谱分离的要求，在测量数据上易形成误差。

 

热湿法DOAs CEMS应用常见问题及分析

1.系统采样过程的加热盲点，造成待测组分的损失。完全抽取式热湿法CEMS在高湿低浓度场合使用时由于安装时采样器和伴热管线、伴热管线和NOx转换器或加热盒接口处未进行伴热保温，伴热管线多采用分段加热方式，长时间运行存在老化的现象，形成部分位置不加热的情况，高湿场合管线内或接口处形成液态水，对SO2的吸附较为明显，致使测量SO2浓度较实际浓度偏低。

 

2.部分场合应用采样管路经常性堵塞。在湿法脱硫及氨法脱硝的场合，由于烟气中水分较高，同时水中溶解有脱硫脱硝产物，抽取的样气加热后水溶性盐类在高温管路内形成结晶，长时间运行堵塞管路。

 

 

3.测量标气正常，测量烟气数据与比对测试数据误差较大。DOAs分析仪的测量核心是软件算法，其软件算法中多为实验室数据和部分行业特定工艺工况下的测试数据计算后的算法，由于标气成分单一，干扰因素少，且软件内算法多根据标气进行拟合，所以测量标气普遍没问题。由于不同行业不同工艺工况下，烟气中水、气溶胶和背景气浓度不定，出厂前分析仪内拟定的光谱吸收图谱和算法与实际工况下测量出来的图谱不能完全拟合，造成测量数据的偏低或者偏高。

 

 

4.设备正常测量时，突然出现污染物浓度跳变，且跳变数据较大不符合工艺排放实际情况。主要表现在正常测量数据SO2在50mg/m3以下，突然数据跳跃至几千，甚至上万。分析主要为分析仪软件算法存在缺陷，烟气中气溶胶浓度较高或者烟气成分、密度剧烈变化时，造成分析气室内米氏散射和瑞利散射光谱增强，软件算法无法处理较大的宽带光谱，形成超大数据，分析仪无相关报警。环境管理部门现场核实，无法说明情况的问题，对排污单位和运维单位形成责任隐患。

 

 

5.监测数据为工况浓度，需要进行标况、干湿基换算，监测数据准确性依赖温度、压力和湿度的测量。热湿法DOAs分析仪测量数据为加热状态下湿烟气中污染物的浓度，测量时应对测量气室的温度和气室内的压力进行测量，同时对烟气的湿度进行测量，在DAS软件内进行补偿换算，换算后的数据方可使用。湿度测量采用原位式测量的，抽取至分析仪气室烟气的湿度和原位式测量湿度可能存在较大误差，采用抽取式湿度进行测量的，抽取过程中湿度可能存在损失，干湿基换算后污染物浓度可能存在较大偏差。

 

 

6.光谱能量衰减频繁，维护及更换气室频率增加，运行稳定性降低，运行成本升高。在超低排放后烟气中气态污染浓度较低，为保证测量精度，分析仪量程变小，测量光程和气室长度加长，光谱能量衰减变大，同时气室内体积增大，气流流速变低，烟气中气溶胶及水对光谱的影响加大，测量数据的稳定性和准确性更易受烟气中其他因素的影响。运行中经常发生监测数据稳定性差或响应时间变长，需要更换气室的情况，增加了运行成本。

 

 

7.部分行业超低排放后烟气中含有高浓度的HC化合物，分析仪测量气室经常性污染，监测数据受干扰影响较大。部分行业受工艺影响，排放烟气中含有HC化合物，高温加热后部分有机物得到分解，部分挥发性有机物加热后挥发，在气室内体积膨胀后，压力变化明显，挥发性有机物转化为液态，附着在内壁和镜片上污染气室。同时部分挥发性有机物，在测量波长内存在光谱吸收，软件算法无法得到有效补偿修正，造成测量数据偏高或者偏低。

 

 

热湿法DOAs CEMS应用建议

1.对于高浓度的原烟气中污染物浓度的测量，经过简单颗粒物过滤的热湿法DOAs CEMS具有可靠的稳定性及准确性，同时由于烟气中窄带吸收光谱与干扰宽带吸收光谱易于分离，测量数据有所保证。

 

2.超低排放改造后的烟气中污染物浓度较低，但烟气中其它干扰物种类和数量增多，主要表现在烟气中的水分、氨逃逸、水溶性盐类以及HC化合物对热湿法DOAs CEMS系统的影响，现场应用时需要对工艺工况进行深入的了解调查，综合评定工况中各种因素的影响，对特殊行业及工况的，应根据现场实际工艺工况的影响调整分析仪内部软件算法，以满足热湿法DOAs CEMS对超低排放后污染物浓度的稳定可靠监测。

 

3.现场应用中设备厂家和供应商对热湿法设备的配置和选型负责，排污单位如实向厂家和供应商提供现场相关参数和数据，并对提供参数和数据负责；管理部门制定不同行业不同工艺下CEMS的适用性要求，为相关排污单位设备选型提供技术支持。避免排污单位选择CEMS时形成不必要的重复性投入，降低企业负担。
山东新泽仪器有限公司研发的烟气在线监测系统，根据环保要求，可与环保部门联网，实时监测烟气中SO2、NOx、O2、温度、压力、流速、湿度等参数!