烟气污染源在线监控技术内容Word文档下载推荐.docx
《烟气污染源在线监控技术内容Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《烟气污染源在线监控技术内容Word文档下载推荐.docx（33页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
测量烟气中颗粒物对β射线吸收的颗粒物CEMS。
3.1.6直接抽取式烟气CEMS
烟气通过前端填有滤料并具有防止烟气中水份在管路中冷凝的加热、保温装置的采样管和导气管，整体控温在120～160℃，在烟气进入分析仪前快速除去烟气中的水份，把烟气温度冷却到≤15℃，或比环境温度低11℃后，再进行测定的CEMS。
3.1.7稀释抽取式烟气CEMS
烟气通过前端填有滤料的“恒流稀释探头”和导气管，经纯净空气稀释的烟气进入分析仪进行测量的CEMS。
3.1.8现场烟气CEMS
由直接插入烟道或管道安装在探头前端的电化学或光电传感器或发射一束光穿过烟道或管道对烟气进行测量的CEMS。
3.2CEMS采用的分析技术
抽取和现场CEMS分析技术中采用了许多化学的、物理的方法。
如：
先进的光电技术、气体滤光相关光谱技术、付里叶转换红外光谱技术等，如表1。
4．CEMS主要技术要求
4.1外观要求
仪器应有制造计量器具CMC标志和产品铭牌，仪器各部连接可靠，刻度、数字清晰，仪器外壳或外罩应耐腐蚀、密封性能良好、防尘、防雨。
4.2环境条件
仪器在以下环境中应正常工作。
环境温度：
-10～45℃
相对湿度：
≤90%
大气压：
86～106kPa
烟气温度：
＜260℃
4.3供电电压
AC220V/50Hz
4.4安全要求
仪器应有漏电保护装置，防止人身触电。
4.5校准
仪器应能用手动和/或自动方法进行零点漂移和量程漂移校准，对于气态污染物CEMS能用手动和自动方法输入标准气体校准仪器。
4.6净化
仪器应具有防止光学镜头、插入烟道或管道探头被烟气污染的净化系统；
净化系统能克服烟气压力，保持光学镜头、插入烟道或管道探头的清洁。
4.7数据采集和处理
仪器应具有记录、存贮、显示、数据处理、数据输出、打印、故障告警、安全管理和数据、图文传输功能。
仪器应设置RS232、RS422、RS485中任一种通讯接口。
4.7.1数据采集控制器
4.7.1.1数据采集和控制
由仪器数据的采集和控制功能协调整个系统的时序，记录测定数据和仪器运行状态数据，根据状态数据诊断仪器运行状态并在测定数据后面给出状态标记（P—电源故障、F—排放源停运、C—校准、M—维护、O—超排放标准、Md—丢失数据、T—超测量上限、D—仪器故障，……），当仪器运行不正常时发出告警信息。
当1h监测数据滑动平均值超过排放标准时，仪器发出超标报警信息。
4.7.1.2数据存贮
仪器数据采集控制器应保证存储一年的原始数据，当存储空间不足保存10天原始数据时，系统将自动提示告警信息。
4.7.1.3文档管理
仪器应能对数据文档进行保存和备份，能自动生成运行参数报告，数据报告，掉电记录报告和操作记录报告。
4.7.1.4接口
仪器接口应具有扩展功能，模块化结构设计，可根据使用要求，实现单路或多路配置。
4.7.1.5安全管理
仪器应具有安全管理功能，操作人员需登录密码后，才能进入控制界面，系统对所有的控制操作均自动记录并入库保存。
4.7.1.6异常情况自动恢复功能
受外界强干扰或偶然意外或掉电后又上电等情况发生时，造成程序中断，系统应能实现自动启动，自动恢复运行状态并记录出现故障时的时间和恢复运行时的时间。
4.7.2数据处理和数据通讯
4.7.2.1数据通讯
仪器应具有数据通讯功能，周期地采集各个现场数据采集器发来的各种信息，进行处理、存储，显示告警信息和相应数据。
提供网络接入功能，向有关部门定时传送数据和图表，并随时接受数据查询。
并时发送时钟命令并校准时钟。
4.7.2.2数据查询和检索
显示仪器现场工作状态，可设置条件查询和显示历史数据，打印告警信息和各种图表，实时显示污染物排放数据和相关烟气参数。
仪器应每10s获得一个累计平均值，能显示和打印1min、15min的测试数据，生成小时、日、月报表，报表中应给出最大值、最小值、平均值、参加统计的样本数。
4.7.2.3丢失数据修复
仪器应具有对丢失数据进行修复的功能。
4.7.2.4污染物浓度和排放率计算
仪器应具有计算污染浓度和排放功能。
4.8排气参数测定与污染物浓度换算和排放率计算
4.8.1排气参数测定
4.8.1.1排气温度的测定
由CEMS配置的热电偶或热电阻温度传感器连续测量。
4.8.1.2排气含湿量的测定
a．采用冷凝法、干湿球法、重量法中的一种方法测定，取平均值输入CEMS
b．由CEMS配置的电容式湿度传感器连续测量或氧传感器测量除湿前、后氧量计算排气含湿量。
c．工艺参数估算法。
4.8.1.3排气中O2、CO2的测定
a．由CEMS配置的O2传感器或分散红外CO2检测仪分别连续测量排气中的O2或CO2含量。
b．按下式计算排气中的O2、CO2含量。
CO2=CO2max（
）
4.8.1.4排气密度和气体分子量的计算
按GB/T16157—1996计算排气气密度和气体分子量。
4.8.1.5排气流速、流量的测定
a．测量大气压力：
由CEMS配置的大气压力传感器测出。
b．测量排气流速：
由皮托管连续测量系统、或靶式流量计测定烟道或管道断面某一固定点的排气流速、或热平衡仪测定某一固定点的排气质量流量、或由超声波测速仪测定断面排气平均流速。
c．排气流速和流量的计算
皮托管法、或靶式流量计法、热平衡仪法按下式计算烟道或管道断面平均流速：
式中：
——速度场系数；
——测定断面某一固定点的湿排气平均流速或平均质量流量，m/s或kg/h；
——测定断面的湿排气平均流速，m/s。
超声波测速法按下式计算烟道或管道断面平均流速：
l——安装在烟道上两侧A（接收/发射器）与B（接收/发射器）间的距离，m；
α——烟道中心线与AB间的距离l的夹角；
——声脉冲从A传到B的时间（顺气流方向），s
——声脉冲从B传到A的时间（逆气流方向），s。
排气流量的计算
工况下的湿排气流量按下式计算：
Qs——工况下湿排气流量，m3/h；
F——测定断面面积，m2。
标准状态下干排气流量按下式计算：
Qsn——标准状态下干排气流量，m3/h；
Ba——大气压力，Pa；
Ps——排气静压，Pa
——排气温度，℃
Xsw——排气中水份含量体积百分比，%
4.1.8.6颗粒物或气态污染物浓度和排放率计算
a.颗粒物或气态污染物浓度按下式计算：
C′=bX+a
C'
——标准状态下干排气中颗粒物或气态污染物浓度，mg/Nm3，
X——CEMS显示的物理量；
b——回归方程斜率；
a——回归方程截距，mg/Nm3。
b.颗粒物或气态污染物折算排放浓度按下式计算：
——折算成过量空气系数为α时的颗粒物或气态污染物排放浓度，mg/Nm3；
——颗粒物或气态污染物实测浓度，mg/Nm3；
——在测点实测的过量空气系数；
α——有关排放标准中规定的过量空气系数。
c.过量空气系数按下式计算：
——排气中氧的体积百分数，%。
d.颗粒物或气态污染物排放率按下式计算：
G=C′×
Qns×
10−6
G——颗粒物或气态污染物排放率，kg/h；
Qns——标准状态下干排气量，m3/h。
5．CEMS的安装和测量位置
5.1颗粒物CEMS的安装要求和测量位置
颗粒物CEMS应安装在能反映颗粒物排放状况有代表性的位置丰，具体要求如下：
5.1.1一般要求
a.位于所有控制设备下游；
b.光学原理颗粒物CEMS所在监测位置没有水滴和水雾；
c.便于日常维护，安装位置易于接近，有足够的空间，便于清洗光学镜头、检查和
调整光路准直、检验仪器性能和更换部件。
5.1.2安装位置
安装位置优先选择在垂直管段。
应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位。
安装位置应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于4倍直径，和距上述部件上游方向不小于2倍直径处。
对矩形烟道，其当量直径D=2AB/（A+B），式中A、B为边长。
5.1.2.1当监测位置在烟道或管道垂直管段上，离弯头下游的距离小于4倍直径时，安装位置位于弯头下游大于2.5倍直径的地方。
5.1.2.2当监测位置在烟道或管道垂直管段上，离弯头上游的距离小于4倍直径时，安装位置位于弯头上游大于2.5倍直径的地方。
5.1.2.3当监测位置在烟道或管道垂直管段两弯头之间，离弯头下游的距离小于4倍直径，离弯头上游的距离小于1倍直径,安装位置位于弯头上游大于3倍直径的地方。
5.1.2.4当监测位置在烟道或管道的水平管段上，安装位置离垂直弯头下游的距离至少4倍直径，位于烟道或管道底部向上垂直轴的1/3与1/2距离之间的地方。
5.1.2.5当监测位置在烟道或管道的水平管段上，安装位置离垂直弯头下游的距离少4倍直径，气流在垂直管段向上流动时，位于烟道或管道底部向上垂直轴的1/2与2/3距离之间的地方；
气流在垂直管段向下流动时，位于烟道或管道底部向上垂直轴的1/3与1/2距离之间的地方。
5.2气态污染物CEMS的安装和测量位置
5.2.1一般要求
a.位于气态污染物混合均匀的位置，该处测得的气态污染物浓度或排放率能代表固定污染源的排放。
b.便于日常维护，安装位置易于接近，有足够的空间，便于清洗光学镜头、检查和调整光路准直、检验仪器性能和更换部件。
5.2.2安装位置
5.2.2.1安装位置应设置在距离最近的控制装置、产生污染物和污染物浓度或排放率可能发生变化部位下游不小于两位直径。
5.2.2.2离排气或控制装置上游不小于半倍直径。
5.2.3测定位置
5.2.3.1点测量CEMS的测定位置
测量点应符合下列条件之一：
a．离烟道或管道壁距离不小于1m。
b．位于或靠近烟道或管道矩心区域。
5.2.3.2线测量CEMS的测定位置
有效性测量线应符合下列条件之一：
a．离烟道或管道1m以外。
b．至少测量线的70%在烟道或管道断面的50%区域内。
c．在矩心区域中心。
5.3流速连续测量系统的安装和测定位置
5.3.1一般要求
安装位置不得影响颗粒颗物和气态污染物CEMS的测量。
5.3.2测定位置
a．离烟道或管道壁距离不少于1m。
b．靠近烟道或管道矩心区域，但不影响CEMS的测量。
6．参比方法采样位置和采样点
采样位置优先选择在垂直管段，应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位。
采样点位置和数目按GB/T16157-1996设置。
7．CEMS检测质量保证
分为安装时的质量保证、校准时的质量保证和复检时的质量保证三个方面。
上述具体内容请参考HJ/T76——2001国家环保总局《固污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》
第二章烟气连续排放监测系统采用的测量技术
1.烟尘浓度测量技术
1.1测量原理
1.1.1不透明度法
当一束光通过含有烟尘的烟气时，光强因烟尘的吸收和散射作用而衰减，并遵循Lambert-Beer定律：
I=I0exp（-aL）
（1）
式中，I0为入射光辐射强度；
I为出射光辐射强度；
a为与入射光波长、烟尘粒子半径、
烟尘浓度相关的衰减系数；
L为光束透过烟气层的距离，即光程。
式
（1）的另一种表达式为：
I=I010-D
（2）
其中，D定义为光密度。
可以看出D值只与入射和出射光强度有关，直接反映了光的衰减程度。
光密度法就是通过测定光束通过烟气后的光强与原光强的比值来定量光密度或烟尘浓度。
测定仪主要由激光发射端、激光接收端组成。
激光发射端、激光接收端均为法兰安装形式，留有反吹气接口、电源及信号线缆连接插座。
1.1.2β射线衰减法
使用等速采样设备对烟气进行等速采样，烟气通过滤带过滤后烟尘积集于样品滤带上，通过β射线对空白和样品滤带的对比测量，从而得出颗粒物的精确质量。
1.1.3电荷转移监测仪法
任何两种不同的物质在动态状况下会互相之间产生静电荷。
如果颗粒物互相碰撞，电子将从一种物质传导至另一种物质。
这时，此静电荷会产生微弱电流，这就是我们熟悉的“摩擦生电”原理。
如果颗粒物只是流经过一种材料（探头），两者之间会形成一种感应电荷：
当流动中带正电荷的颗粒物接近探头的有效距离时，探针内的电子将被吸引到接近颗粒物的外层。
当此颗粒物流过探头安装位置后，探针内的电子将被推移至远离颗粒物的另一面。
当颗粒物离开有效感应距离时，探针内电子将恢复原来的分布状况。
这种电子群的移动现象也能形成一股可被探测到的微弱电流。
这就是"
电荷感应"
原理。
电荷法监测设备就是利用探测各烟尘颗粒物与探针之间所产生的静电荷，经过放大分析和处理，转换成一种电子信号并传送进监测系统。
利用“摩擦生电”原理来获取信号的烟尘排放监测设备称为“直流耦合”技术；
利用“电荷感应”原理来获取信号的烟尘排放监测设备称为“交流耦合”术。
烟尘颗粒物排放量与“交流耦合”技术监测探头感应信号具有线性关系。
1.2颗粒物CEMS各种测量方法比较
常用的颗粒物CEMS主要有：
不透明度、向后散射、β射线吸收原理的CEMS。
颗粒物CEMS的性能比较如表1。
1.2.1不透明度CEMS
特点：
直接测量（非抽取式）、实时连续采样、经几个国家认定机构认定、测量整个烟道（园形）、国外有仪器标准。
不足：
测量不直接与颗粒物质量浓度成正比、要求发射源与接收器/反射器严格成一条线、对低于30mg/m3的颗粒物浓度的灵敏度低。
影响：
颗粒物的颜色、粒径的大小、颗粒物的分布、烟气中的水份以水雾或水滴状态存在、仪器镜面聚集尘和水雾。
读取方法：
建立参比方法与CEMS法的校正曲线，将CEMS显示物理量转换为质量浓度（mg/m3）。
减少干扰：
给出校正曲线的置信区间，选择适合的安装位置，在直接与烟气接触的镜面周围形成气幕，要求燃料来源稳定，净化设施正常运行。
1.2.2后向散射CEMS
直接测量（非抽取式）、实时连续采样、经几个国家认定机构认定、点测量、易于安装。
测量不直接与颗粒物质量浓度成正比（校准）。
1.2.3β射线连续CEMS
高灵敏度——可达大气标准（μg/m3级）、与实际质量浓度紧密相关——必须为等速采样、颗粒物的特征不干扰测量、可对湿烟气进行测量。
国内产品为无动力、等速、非抽取式、实时连续测量，点测量、价格低、易安装。
国外产品为抽取式仪器——要求等速采样、点测量、非实时连续测量、要求有核辐射源、初始价格高，高的维护要求。
建立参比方法与CEMS法的校准曲线，将CEMS测定的点测量值转换为断面测定值。
给出校准线的置信区间和允许区间，定期用高压气体反吹，吹扫采样嘴正对烟气截面上的积尘。
1.2.4电荷转移监测仪
原理：
通过电荷收集/转移探测移动微粒的冲击。
主要用途：
裂袋探测仪，过程混乱探测仪。
优点：
低成本、直接测量、实时测量。
测量对速度敏感、不直接与颗粒物质量浓度成正比（校准）。
烟气速度的变化、颗粒物的粒径大小、分布、电场、烟气中含湿量的变化都有影响。
2.气态污染物测量技术
2.1红外或紫外荧光屏法测量气体浓度
一般情况，可以采用红外或紫外光谱，利用吸收或荧光原理对气体浓度进行测量。
针对谱吸收法介绍如下：
（以SO2为例）
特定波长的紫外或红外光源通过敏感通道和参考通道组成的测量单元时，由于SO2对光谱的吸收，使得从敏感通道得到的光信号有所衰减，且衰减的程度直接与SO2的浓度有关，而参考通道的光信号不衰减，因此经光探测器，光电转换器就可以得到SO2吸收光谱的程度，进而得到SO2的浓度。
其数学模型可由朗伯-比尔（Lambert-Beer）原理表达为：
I0（λ）：
入射光的强度，由参考通道得到
I（λ）：
透射光（吸收光）的强度，由敏感通道得到
L：
光程长
C：
吸收气体的浓度，即待测量
K（λ）：
吸收系数，是光波长λ的函数
在具体测量时，λ要选择对SO2吸收程度高的波峰，L是固定量，故由上式可得到待测气体SO2的浓度。
2.2二氧化硫等气体浓度连续测量
2.2.1直接抽取法
这种方法是最传统的烟气连续分析方法，它将被测烟气连续地进行抽取，经过采样探头过滤、加热保温、冷凝脱水和细过滤，进入气体分析仪。
这种方法在欧洲最为流行，但预处理系统复杂、维护工作量大、总体价格较高。
2.2.2抽取式稀释法
抽取式稀释法，是在抽取的基础上，用干净的空气将抽取的烟气进行确定倍数的稀释（如100倍）。
这样可避免抽取方式中复杂的样品预处理系统，同时由于无需除水，因而是带湿测量的，这也是美国环保局（EPA）的优选方法，在美国甚为流行。
但这种方法要求高精度稀释头（设计制造相当困难），同时稀释头也需要定期更换过滤装置。
2.2.3现场直接测量法
现场直接测量方式是目前为止最为简明的方式，免去了复杂的取样管道及预处理系统，维护工作量小，几乎没有消耗品，其难点是在线标定，同时探头和分析仪直接置于现场，防护要求较高。
2.3各种测量方法性能比较
气态污染物CEMS主要分为三大类：
直接抽气法、稀释抽气法、在线直接测量法。
2.3.1直接抽气法：
粗滤、加热、保温（≥120℃）、除湿、细滤、测量烟气中污染物原始浓度（测量气体温度降低到≤15℃或比环境温度低11℃），用零气和标准气体标定、点测量。
2.3.2稀释抽气法：
内、外（加热）稀释法、典型稀释比1：
100、烟气输送距离远、露点低、测定稀释烟气污染物浓度、用零气和标准气标定、点测量。
2.3.3在线直接测量法：
不锈钢或陶瓷烧结材料滤尘、光吸收、用零气和标准气体标定或校准器件标定、点或线测量。
气态污染物测量技术中，二氧化硫CEMS及氮氧化物CEMS性能比较如表2、表3。
3烟气参数测量技术
3.1氧化锆电化学法测量含氧量
仪器所使用的氧化锆材料是一种氧化锆固体电解质，是在纯氧化锆中掺入氧化钇或氧化钙，在高温烧结成的稳定氧化锆。
在600℃以上高温条件下，它是氧离子的良好导体，一般做成管状。
如果在氧化锆管内外两侧涂制铂电极，用电炉对氧化锆加热，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）电极上：
O2+4e→2O2-
在低氧侧（被测侧）电极上：
2O2-→O2+4e
即空气上一个氧分子夺取电极上四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，电池处于平均状态时，两电极间电势值E恒定不变。
氧电势值E符合能斯特议程：
R——气体常数
N——4
F——法拉第常数
Pa——被测气体氧浓度百分数
Px——参比气体氧浓度百分数，一般为20.6%
这样，如果把氧化锆管加热至大于600℃的稳定温度，在氧化锆管两侧分别流过被测气体和参比气体，则产生的电势与氧化锆管的工作温度和两侧的氧浓度有固定的关系。
如果知道参比气体的浓度，则可能根据氧化锆管两侧的氧电势和氧化锆管的工作温度计算出被测气体的氧浓度。
3.2烟气流速CEMS
各种流速测量CEMS性能比较如表4。
第三章国内烟气连续排放监测系统介绍
1.国内CEMS仪器生产和销售情况
2.典型CEMS仪器介绍
HP5000在线式烟气连续排放监测系统
主要特点：
直接对烟气进行多参数测量，无须抽取样气和前处理。
操作使用简便，安装方便，运行成本低。
独特的结构设计和和温度控制（选件）使系统能够在恶劣的现场环境中长期工作。
特殊的结构设计和高品质的光学和电子器件保证了系统的可靠性和稳定性。
具有联网远程监控、远程数据传送和远程诊断功能。
具有故障自动提示报警功能。
系统支持各级环境管理部门远程对污染源进行实时监测和管理。
能自动记录排污数据、系统数据、停机和开机时间。
系统主机输出为数字加密信号，安全可
升级会员 