CEMS 烟气在线监测技术方案.docx

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CEMS烟气在线监测技术方案

1项目介绍

本项目为“xxxx公司”xxxxxxxxx工程烟气在线连续监测项目，规定了烟气在线监测系统及系统的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求。

按照需方要求，提供1套完整的烟气连续监测系统，测量：

二氧化硫浓度（SO2）、氮氧化物浓度（NO）、氧含量（O2）、颗粒物浓度、烟气温度、烟气压力、烟气流速、烟气湿度，并可根据业主要求将数据实时传输到项目DCS及传输到环保局监测信息平台指定的数采仪。

本系统采用系统控制器对所有部件及程序进行控制，包括系统的反吹，校准等等，但可以手动调节电磁阀等，具体如下表：

拨动开关（在维护状态下有效）

S1

操作DO1采样泵

S2

操作DO2零点校准电磁阀

S3

操作DO3样气电磁阀

S4

操作DO4伴热管反吹电磁阀

S5

操作DO5探头反吹电磁阀

S6

操作DO6分析仪零点校准应答

S7

操作DO7

S8

预留

2引用标准

HJ/T76-2007固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及监测方法

HJ/T75-2007固定污染源烟气排放连续监测技术规范

GB18484-2001危险废物焚烧污染控制标准

HJ561-2010危险废物（含医疗废物）焚烧处置设施性能测试技术规范

GB16297-1996大气污染物综合排放标准

GB16157-1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法

HJ/T397-2007固定污染源废气监测技术规范

GB16889-2008生活垃圾填埋场污染控制标准

GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准

GB18485-2001生活垃圾焚烧污染控制标准

GB4915-2004水泥工业大气污染物排放标准

HJ/T47-1999烟气采样器技术条件

HJ/T48-1999颗粒物采样器技术条件

HJ/T55大气污染物无组织排放监测技术导则

HJ/T212-2005污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准

HJ/T419-2007环境数据库设计与运行管理规范

HJ/T352-2007环境污染源自动监控信息传输、交换技术规范

Q/HFWY003-2009安徽皖仪科技有限公司烟气连续监测系统企业标准

3供货范围

序号

名称

规格和型号

单位

数量

生产厂家

功能

1

气态污染物监测子系统

1.1

气体分析仪

SG1000

套

1

安徽皖仪科技

SO2、NO

O2

1.2

采样探头

PSG325

套

1

安徽皖仪科技

1.3

样气处理系统

CEMS1000（R）

套

1

安徽皖仪科技

1.4

电伴热采样管

双芯

根

1

浙江华源

2

颗粒物监测子系统

2.1

连续烟（粉）尘浓度

监测仪

LD1000

套

1

安徽皖仪科技

颗粒物

2.2

吹扫系统

1

安徽皖仪科技

3

烟气参数监测子系统

3.1

烟气参数监测仪

LPT1100

套

1

安徽皖仪科技

温度、压力、流速

3.2

湿度分析仪

HMT180M

台

1

南京埃森

湿度

4

数据采集和处理子系统

4.1

系统控制器

台

1

安徽皖仪科技

数据处理、传输、存储、控制等

4.2

集线箱

DCB225

套

1

安徽皖仪科技

5

标准物质

5.1

减压阀

YQY-12

个

3

上海减压厂

5.2

标准气体（SO2）

8L

瓶

1

南京天泽

5.3

标准气体（NO）

8L

瓶

1

南京天泽

5.4

标准气体（N2）

8L

瓶

1

南京天泽

注：

1.本设备不包含与环保局信息平台通讯的数据采集传输仪。

2.标准物质中标准气体属于耗材，供方只随机配送一套，后期需方需要需另行购买。

同时所有易损配件，保修期内免费更换一次，超过一次或人为及工况因素导致损坏，供方有权根据情况收取部分费用。

备品备件

序号

名称

规格和型号

单位

数量

生产厂家

备注

风机滤芯

NL-10E1

个

1

安徽皖仪科技

聚四氟乙烯管

Φ6

米

5

兴化市航星带钢厂

聚四氟乙烯管

Φ8

米

5

兴化市航星带钢厂

温度传感器

PT100

个

1

北京赛亿凌

气路接头

Φ6

只

2

安徽皖仪科技

气路接头

Φ8

只

2

安徽皖仪科技

气路接头

Φ8-6

只

3

安徽皖仪科技

探头过滤器组件

只

1

安徽皖仪科技

4系统介绍

CEMS1000系统设备的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求，均符合国家HJT75-2007《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》、HJT76-2007《固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法》及有关环境保护标准和技术规范要求。

本系统由气态污染物监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气参数监测子系统及数据采集与处理子系统组成，其中气态污染物监测子系统的预处理单元、分析单元和数据采集与处理子系统安装在机柜内，可以连续监测二氧化硫浓度（SO2）、氮氧化物浓度（NO）、氧含量（O2）等参数的湿基值、干基值和折算值，以及根据颗粒物（颗粒物）浓度、烟气温度、压力、流速、湿度等多项相关参数统计排放率、排放总量等，并能对测量到的数据进行有效管理，具有现场数据实时传送、远程故障诊断、报表统计和图形数据分析等功能，实现了工作现场的无人值守。

整套系统结构简单、动态范围广、实时性强、组网灵活、运行成本低，同时系统采用模块化结构，组合方便，根据客户需求有所增减；并且能够与企业内部的DCS和环保部门的数据系统通讯。

烟气CEMS示意图

4.1监测项目

SO2、NO、O2、颗粒物、温度、压力、流速、湿度。

4.2监测方法

烟气采样方法：

直接抽取法

SO2监测方法：

紫外差分光学吸收光谱法

NO监测方法：

紫外差分光学吸收光谱法

O2监测方法：

氧化锆法

颗粒物监测方法：

激光后向散射法

温度监测方法：

温度传感器

压力测量方法：

压力传感器

流速测量方法：

差压法（S型皮托管）

湿度测量方法：

电容法

4.3系统主要技术指标

性能和设计数据

单位

数据

1.系统数据

—适用烟气温度范围

℃

0～500℃

—采样方法

-

直接抽取法

—仪表风需求量（峰值）

Nm3/min

0.2

—仪表风压力范围

MPa

0.4～0.7

2.SG1000

2.1.SO2分析仪

—制造厂家

-

安徽皖仪科技股份有限公司

—设备型号

-

SG1000

—量程

ppm

0～3000（可根据买方需求定制）

—检出下限

ppm

3

—零点漂移

%FS/24H

≤±2.5

—全幅漂移

%FS/24H

≤±2.5

—精确度

%

≤±1.0

—响应时间

s

≤25

—线性误差

%FS

≤±5

—分析方法

-

紫外差分光学吸收光谱法

—工作环境温度限制

℃

5～40

—警报输出

-

干接点（报警限制可设置）

—输出信号型式

-

4～20mARS485（由机柜输出）

2.2.NO分析仪

—制造厂家

-

安徽皖仪科技股份有限公司

—设备型号

-

SG1000

—量程

ppm

0～3000（可根据买方需求定制）

—检出下限

ppm

3

—零点漂移

%F.S./24H

≤±2.5

—全幅漂移

%F.S./24H

≤±2.5

—精确度

%

≤±1.0

—响应时间

s

＜25

—线性误差

%F.S.

≤±5

—分析方法

-

紫外差分光学吸收光谱法

—环境温度限制

℃

5～40

—警报输出

-

干接点（报警限制可设置）

—输出信号型式

-

4～20mARS485（由机柜输出）

2.3.氧含量测量

—制造厂家

-

安徽皖仪科技股份有限公司

—设备型号

-

SG1000

—量程范围

%

0-25

—零点漂移

%F.S./24H

2.5

—量程漂移

%F.S./24H

2.5

—线性误差

%F.S.

≤±5

—响应时间

s

≤10

—输出信号型式

-

4～20mARS485（由机柜输出）

3.颗粒物监测仪

—制造厂家

-

安徽皖仪科技股份有限公司

—设备型号

-

LD1000

—量程

mg/Nm3

0～4000（可根据买方需求定制）

—光程

m

0.6～15（可根据买方需求定制）

—零点漂移

%F.S./24H

≤±2.5

—全幅漂移

%F.S./24H

≤±2.5

—示值误差

%F.S.

≤±2

—分辨率

％

≤±0.5

—响应时间

s

≤10

—线性误差

％

≤±5

—分析方法

-

激光后散射法

—环境温度限制

℃

-20～50

—警报输出

-

干接点（报警限制可设置）

—输出信号型式

-

4～20mA，RS485（由机柜输出）

4.温度仪

—制造厂家

-

安徽皖仪科技股份有限公司

—设备型号

-

LPT1100

—量程

℃

0～300

—精密度

℃

±3

—输出信号型式

mA

4～20（由机柜输出）

5.压力仪

—制造厂家

-

安徽皖仪科技股份有限公司

—设备型号

-

LPT1100

—量程

KPa

-10～10

—精密度

%

≤1

—输出信号型式

mA

4～20（由机柜输出）

6.流速仪

—制造厂家

-

安徽皖仪科技股份有限公司

—设备型号

-

LPT1100

—量程范围

m/s

5～40（当流速＜5m/s时不适用）

—精密度

%FS

当流速10≤V≤40时，相对误差不超过±10%

当流速5≤V＜10时，相对误差不超过±12%

—响应时间

s

≤20

—分辨率

m/s

0.1

7.湿度仪

—制造厂家

-

南京埃森环境技术有限公司

—设备型号

-

HMT180M

—量程范围

Vol%

0～40（可根据买方需求定制）

—精密度

%FS

a.≤5.0%时，绝对误差应不超过≤±1.2%

b.>5.0%时，相对误差应不超过≤±12%

—响应时间

s

≤10

—分辨率

-

0.1

注：

具体测量量程可根据用户需求和应用工况确定

4.4技术路线

4.4.1取样和预处理单元

样气在采样泵的抽力下由取样探头取出，样气中的绝大部分颗粒物被取样探头中的过滤器滤除，滤除后通过伴热管线直接输送到气室进行分析，不需通过冷凝装置。

气室温度保持与伴热管线和采样探头一直在150℃。

由控制单元实现自动反吹、自动标定、温度报警提示等功能，并显示系统工作状态。

采用二级精细过滤，确保气体测量室不被污染，从而提高分析仪的使用寿命。

校准单元：

CEMS1000具有自动和手动校准的功能。

校准操作简单，非专业人员经简单培训后可熟练操作。

自动校准时间可根据要求自行设定时间。

系统出厂时提供运行时所需各种标准气体，标准气体满足下列要求：

（1）气量能满足系统启动后一年内正常校准的需要。

（2）所有标准气体按照国家相关要求储存，存在钢瓶内。

（3）交付标准气体可追朔性文件和说明其种类、浓度和数量的文件。

反吹单元：

当系统部件如采样探头、皮托管差压流量计与烟气接触时，提供的反吹子系统以防止烟气堵塞设备部件。

反吹空气系统失效时，有报警信号输出。

采用0.4～0.7Mpa的仪表风对采样探头和皮托管差压流量计进行脉冲式反吹。

反吹功能均可以手动或者自动操作，自动反吹周期可以任意设定。

4.4.2二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NO）浓度监测

采用我公司自主研发的SG1000型紫外差分光谱气体分析仪对经过过滤除尘和冷凝除水的干燥烟气进行分析，基于多通道光谱分析技术（OMA）和差分吸收光谱算法（DOAS），能够同时测量多种气体组分如SO2、NO等，广泛应用于烟气排放连续监测系统、工业过程气体分析系统中。

光源发出的光束汇聚进入光纤，通过光纤传到气体室，穿过气体室时被待测气体吸收，由光纤传输到光谱仪，在光谱仪内部经光栅分光，由阵列传感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。

根据此信息采用差分吸收光谱算法得到被测气体的浓度。

⑴多波段光谱分析技术（OMA）

由于各种气体分子在不同波段对光波有不同的吸收，通过对气体吸收后的连续光谱的分析，实现了多种气体的同时测量。

SG1000紫外光谱气体分析仪采用紫外波段的光源和专用阵列传感器，来测量在紫外波段对光波有吸收的气体浓度，比如SO2、NO等。

⑵差分吸收光谱技术（DOAS）

DOAS核心思想将气体的吸收光谱分解为快变和缓变两部分。

快变部分与气体分子结构和组成的元素有关，是分子吸收光谱的特征部分；缓变部分与颗粒物、水汽、背景气，及测量系统的变化等因素有关，是干扰部分。

DOAS采用快变部分计算被测气体的浓度，测量结果不受干扰，准确性高。

SG1000紫外光谱气体分析仪同时采用独特的DOAS算法和PLS算法相结合的处理方式，消除了颗粒物、水汽、背景气体的干扰，同时也消除了测量系统波动对测量结果的影响，保证了测量的准确性和稳定性。

⑶仪表特点：

可靠性高

采用进口脉冲氙灯作为光源，寿命达10年，采用固化光谱仪，无运动部件，可靠性高。

测量精度高、稳定性好

采用DOAS（差分光学吸收光谱）算法，测量结果不受颗粒物、水份等因素干扰,测量准确度高；同时DOAS算法也消除了由仪器老化引起的误差，测量稳定性好。

多种组分同时测量

通过对连续光谱的分析，可同时测量多种气体化学组分的浓度，具备高集成度和性价比

高度智能化、数字化

内置多块高性能处理器，处理器间采用高速数据总线通讯技术，各模块具备强大的数字化配置和监测功能；触摸屏式人机界面，操作简单、使用方便。

采用进口薄型背照式CCD面阵传感器，具有优良的紫外响应能力，适合SO2、NO的检测需要

4.4.3氧含量监测子系统

氧化锆氧分析仪采用的氧化锆材料是一种氧化锆固体电解质，制备方法是在纯的氧化锆中掺入氧化钇或氧化钙，通过高温烧结而成的稳定氧化锆。

在600℃以上的高温条件下，它是氧离子的良好导体，一般做成管状。

如果在该氧化锆管内外涂覆铂电极，在用电炉对氧化锆管加热，使其内外壁接触氧分压不同的气体，氧化锆管就成为一个氧浓差电池，在两个铂电极上将发生如下反应：

在空气侧（参比侧）：

O2+4e→2O2-

在低氧侧（被测侧）：

2O2-→O2+4e

即空气中一个氧分子夺取电极上4个电子而变成两个氧离子，氧离子在氧浓差电势的驱动下，通过氧化锆管迁移到低氧侧电极上，留给该电极四个电子而复原为氧分子。

电池处于平衡状态时，两电极间电势值E恒定不变。

4.4.4颗粒物监测子系统

⑴工作原理

LD1000烟尘浓度监测仪采用激光后向散射原理对烟道的颗粒物进行测定。

内嵌的高稳定激光信号源穿越烟道，照射颗粒物，被照射的颗粒物将反射激光信号，反射的信号强度与颗粒物成比例，检测到反射的微弱激光信号后，通过特定的算法即可计算出颗粒物的浓度。

探测激光源输出功率为Po，经挡尘窗口镜片衰减K1后照射颗粒物，如果颗粒物的等效散射系数为K2（与颗粒物的组织结构、浓度相关），颗粒物反射的功率为Po×K1×K2×D，穿过窗口镜片G后的功率为Po×K1×K2×D×K1，经透镜L聚焦后的功率Pr为Po×K1×K2×D×K1×K3。

Po：

探测激光源输出功率，与激励电压Vt成正比（系数k）；

D：

烟道颗粒物浓度；

K1：

挡尘片衰减，受积尘影响；

K2：

颗粒物反射系数，与颗粒物组成的结构颗粒有关；

K3：

透镜会聚增益，认为是常数；

LSS接收到的信号电压：

Pr=Po×K1×K2×D×K1×K3。

若Po、K1、K3恒定，Pr与K2×D成正比，设备安装后，通过标定可以得到Pr与D的对应关系，即可计算出颗粒物浓度值：

D=A/K2×Pr。

假设A=1/（Po×K1×K1×K3）

⑵仪器组成

仪器由电气系统、光学系统、吹扫系统三大部分组成。

◆电气系统采用数字信号处理技术，分为激光发射模块、接收模块、中央处理模块、接口模块四大部分，用先进的微处理器及嵌入式软件控制系统，实现光功率自适应稳定、大动态自适应锁相放大、极低零点漂移设计、抗恶劣环境等功能，提供快速、可靠和准确的定量颗粒物浓度。

◆光学系统由光源Po，挡尘镜片G，聚光透镜L组成。

如图：

◆吹扫系统：

吹扫系统为仪器提供保护气，用于防止光学窗口镜片污染。

风机：

为系统的选配件，风机的压力应大于测点压力200Pa以上。

☆空气过滤器：

风机的入风口需配空气过滤器，以保证无尘、干燥的洁净空气。

☆软管：

与仪器的气咀和风机的出风口连接，内径40mm，长度则根据安装的位置确定，在连接处需用管箍扎紧。

☆风机气候防护罩。

选配的风机本身有防水功能，为了更安全，一般配防护罩。

⑶技术特点

采用激光背散射原理,不怕烟道的机械振动及烟气温度不均造成的折射率不均造成的光束摆动.

单端安装,无需光路对中.

仪器设计最大限度地降低现场安装的复杂度和现场安装调试带来的诸多问题.

采用工业标准输出,连接方便.

仪器整体功耗非常小。

智能化设计，适用于各种污染源颗粒物的在线连续监测。

结构紧凑、安装简单、抗雷击、抗恶劣环境、成本低、维护量小。

采用多种先进技术。

包括：

光功率自适应稳定技术、大动态自适应锁相放大技术、极低零点漂移设计技术、抗恶劣环境设计技术，提供快速、可靠和准确的定量颗粒物排放数据。

4.4.5烟气参数监测子系统

烟气参数监测子系统由烟气参数监测仪组成，烟气参数监测仪把皮托管差压变送器、温度传感器、压力传感器集成一体化。

流速测量采用皮托管法，皮托管流速计主要由“X”型皮托管检测头﹑取压管保护套管﹑差压变送器﹑反吹控制阀等部件构成。

测量时将皮托管流速计探头插入管路中，并使全压和背压探头中心轴线处于过流断面中心且与流线方向一致，全压探头测孔正面应对来流，检测流体总压，并将其传递给差压变送器；同时背压探头测孔拾取节流静压也将其传递给变送器，变送器读取动﹑静压差值并将其转换成相应的流速比例电流传送给显示仪表或计算机进行数据处理。

皮托管内外表面均做了特殊处理，可有效避免烟气腐蚀并减少颗粒物粘附。

电磁阀主要用于脏污气体（如锅炉排放的烟气）测量时的系统反吹：

当探头检测孔粘附﹑积淀灰尘污物时，电磁阀定时或按预定程序开启，将仪表风同时接入两个取压管进行吹除作业；正常测量时电磁阀则处于关断状态。

1流速测量

仪器：

烟气参数监测仪

型号：

LPT1100

生产厂家：

安徽皖仪科技

测量原理：

皮托管加差压变送器（皮托管+差压变送器）

测量范围：

5～40m/s（当流速＜5m/s时，皮托管原理产品均不适用）

输入电压：

220VAC

输出电流：

两线制4～20mA

插入长度：

1600mm，或定制长度。

⑵压力测量

仪器：

烟气参数监测仪

仪器型号：

LPT1100

生产厂家：

安徽皖仪科技

测量原理：

压力传感器

测量范围：

-10～10Kpa（可根据买方需求定制）

输出电流：

两线制4～20mA

⑶温度测量

仪器：

烟气参数监测仪

仪器型号：

LPT1100

生产厂家：

安徽皖仪科技

测量原理：

温度传感器

测量范围：

0～300℃（根据实际工况可选）

输出电流：

两线制4～20mA

插入长度：

1600mm或定制插入长度。

4.4.6烟气湿度分析仪

选用高分子薄膜电容法烟气湿度分析仪测量烟气中的湿度。

测量原理：

将高分子化学薄膜沉积在两个导电电极上，当薄膜吸水或失水后，会改变两个电极间的介电常数，从而使其电容值与所处环境的湿度存在函数关系。

仪器核心传感部分由玻璃基体，上下层电极和高分子薄膜构成。

此方法测量范围宽，线性好，几乎没有滞后，有优异的稳定性和重复性

此分析仪集成于紫外差分光谱仪内，湿度传感器安装在预处理气路中，位于恒温加热箱内，由于样气之前已经经过颗粒物、焦油过滤和全程恒温伴热，可有效保护湿度传感器不受颗粒物和液态水的影响，从而使此方法湿度仪相对于传统的在位式湿度仪在使用寿命上大大延长，工作也更加可靠。

尤其在测量管道意外停炉，系统意外断电等特殊情况下，由于预处理系统的保护，检测精度完全不会受到影响。

5合同执行方案

合同开始执行后，供方将及时成立专门的跨部门现场服务小组为需方提供以下优质服务：

5.1现场工况调查

需要供方提供尽可能详细的现场工况，并填写工况调查表后盖章回传，供方将根据工况调查表生产、调试系统，保证系统能够适应现场条件及需方要求，保证质量。

若因需方提供的现场工况调查表数据错误导致设备不能正常运作和满足需方要求的所有损失由需方承担。

5.2先期文件交付

合同开始执行7天内，供方根据工况调查表以及相关行业规范和国标要求，提供针对本项目的现场开孔图纸，系统接线图，分析小屋布置图等以及现场的安装条件，包括电源和气源的要求。

5.3供货与质保

需方根据销售合同履行付款、通知提货、安装前准备工作等约定内容，供方履行交货、设备调试、验收与售后服务约定内容；若需方不能及时提货，则需方承担相应合同的违约责任，并且质保期时间将按销售合同约定的提货或交货时间提前开始计算。

5.4安装验收服务流程与计划

按照客户要求发货，安装及验收，具体流程见流程图

安装验收流程图

现场服务计划表

序号

技术服务内容

总的计划人天数

派出人员构成

备注

职称

人数

1

设备安装指导

1人3天

工程师

1

安装阶段

2

设备调试

1人5天

工程师

1

调试阶段

3

测试验收

1人7天

工程师

1

验收阶段

6系统安装

CEMS1000系统分为三部分安装，一部分安装在测量管道或烟囱上，一部分安装在仪表间，一部分安装伴热管和电缆管线。

其中采样探头、半导体激光分析仪、颗粒物分析仪、集线控制箱等安装在测量管道或烟囱上；预处理机柜、分析仪表、数据采集子系统、反吹系统、校准系统等安装在仪表间；通过伴热管和电缆管线连接探头和机柜，并根据现场实际情况固定伴热管和电缆管线。

CEMS1000系统安装示意图

6.1使用环境条件

CEMS1000系统可在恶劣的环境下长期安全运行，满足以下条件：

供电电压：

AC220V±20%，频率50±2Hz

分析小屋内的系统部件环境温度：

5～40℃

分析小屋外的系统部件环境温度：

-20～50℃

湿度：

≤90%

气压：

86-106kPa

烟气温度：

≤400℃

系统采样流量：

2L/min

系统仪表风最小压力：

0.3Mpa

整套设备的总用电量（kVA）：

≤5KVA

6.2开孔位置要求

采样点的位置应参考HJT75-2007根据不同的现场情况来选取，它对系统的采样测量有直接影响，由我公司专业工程师指导，并提供开孔尺寸和位置示意图。

1环保监测应用：

1应优先选择在垂直管段和烟道负压区域。

2