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1、CEMS运营维护和质量保证,中 国 环 境 监 测 总 站,王 强,CEMS的含义,烟气排放连续监测系统对固定污染源颗粒物浓度和气态污染物浓度以及污染物排放总量进行连续自动监测，并将监测数据和信息传送到环保主管部门，以确保排污企业排放污染物浓度和排放总量达标。,CEMS的组成和监测分析原理,固定污染源CEMS组成：颗粒物排放连续自动监测单元气态污染物（通常包括SO2和NOX）排放连续自动监测单元烟气参数（包括烟气流速、温度、压力、含氧量、湿度）连续自动监测单元数据采集、处理、分析、记录和传输单元组成。,图1 固定污染源烟气CEMS示意图,颗粒物CEMS,颗粒物测量仪,校零、校标,烟气温度变送器
2、,烟气压力变送器,烟气流量变送器,烟气湿度变送器,含氧量变送器,二氧化碳变送器,温度测量仪,压力测量仪,流量测量仪,湿度测量仪,氧测量仪,二氧化碳测量仪,烟气参数测量子系统,或,烟气预处理装置,气体污染物采样器,气体控制器,气态污染物分析仪,气态污染物 CEMS,或,气态污染物采样器,零气、标准气体,气态污染物分析仪,稀释气体,气态污染物分析仪,零气、标准气体或校准装置,大气压力测量仪,大气压力变送器,数据采集与控制系统,可输入含湿量,可输入大气压,完全抽取法,稀释抽取法,直接测量法,数据采集及处理系统,数据处理与远程通讯系统,打印,显示,固 定 源 监 控 系 统,零气、标准气体,CEMS的
3、组成和监测分析原理,CEMS的基本技术分类,CEMS的组成和监测分析原理,（1）颗粒物排放连续自动监测单元国内目前主要仪器的分析方法：浊度法、光散射法其他方法（射线吸收、光闪烁）,CEMS的组成和监测分析原理,浊度法 （透射法、对穿法）利用光衰减技术测量当光穿过含有颗粒物的气流时光强度的损失；单光程/双光程校准：插入反光板和跨度板（滤光片）光源（红光，寿命40000h）,浊度法烟尘仪光路结构,CEMS的组成和监测分析原理,光散射法 利用光散射的概念当光照射在颗粒物、气溶胶时，会发生散射，散射改变了光的方向，使光强减少；前散射/后散射/边散射（粒径/波长）校准：散射光挡板，标准散射板，滤光片,光
4、散射法烟尘仪原理,CEMS的组成和监测分析原理,光闪烁法 浊度法的概念（较低浓度）入射光的强度高频波动，提高测试灵敏度；射线吸收法（采样前、后的吸收量，环境空气中颗粒物检测）摩擦感应起电法（颗粒物摩擦感应，产生静电）,CEMS的组成和监测分析原理,说明：基于上述分析测试原理，目前国内安装的颗粒物CEMS绝大部分测量给出的1次信号（初始信号）是光电转换信号（透光率、1-5V电压值或0-20mA电流值转换而来），能反映出颗粒物浓度变化，但是不能直接给出烟气中颗粒物的质量浓度值的； 另外，由于颗粒物CEMS基本上是直接安装在烟道或烟囱上的，因此其实测浓度（实际工况下浓度）值是湿基浓度。,CEMS的组
5、成和监测分析原理,（2）气态污染物排放连续自动监测单元 采样方法：完全抽取、稀释抽取、直接测量 分析方法：吸收光谱技术：非分散红外（NDIR）、非分散紫外（NDUV）、紫外差分吸收（DOAS）、气体过滤相关（GFC）等激发发光技术：紫外荧光、化学发光等,CEMS的组成和监测分析原理,气态污染物排放连续自动监测单元的组成结构抽取系统（采样探头、采样伴热管、过滤器、除湿系统、采样泵）测试气体分析仪辅助系统（尾气排放系统、冷凝排水系统）,CEMS的组成和监测分析原理,采样探头安装过滤器（不绣钢或多孔陶瓷材料）加热反吹装置（工厂压缩空气）伴热管线（加热温度应高于烟气介质中的冷凝温度）恒功率 自控温除湿
6、系统（冷却温度）电子制冷、机械制冷、渗透膜采样泵（抽气能力）隔膜泵 射流泵,CEMS的组成和监测分析原理,采样方式分类（抽取系统）：直接抽取法前处理方式/后处理方式/不处理方式稀释抽取法内稀释方式/外稀释方式直接测量法,CEMS的组成和监测分析原理,气态污染物取样方式分类,CEMS的组成和监测分析原理,直接抽取法-热湿系统在采样探头上装有过滤器，从探头到分析仪全程伴热，加热温度高于烟气温度，进入分析仪分析测试。分析方法：紫外差分吸收（DOAS）、傅立叶红外输送中气体不降温，成分不变吸附很少可测量溶于水的气体（NH3、HCl等）测试结果为气体的湿基浓度,CEMS的组成和监测分析原理,直接抽取法-
7、冷凝干燥系统前处理方式：在采样探头上装有过滤器，在探头之后进行预处理（除湿），输送气体的管路不需要加热，进入分析仪分析测试。（维护不方便）后处理方式：在采样探头上装有过滤器，气体伴热至分析仪之前进行预处理（除湿），输送气体的管路需要加热，进入分析仪分析测试。（过程有损失）,直接抽取法采样探头-前处理方式,CEMS的组成和监测分析原理,直接抽取法-冷凝干燥系统分析方法：非分散红外（紫外）、气体过滤相关等除湿过程中可能会造成气体的损失测试结果为气体的干基浓度,非分散红外法测试原理图,气体过滤相关法测试原理图,CEMS的组成和监测分析原理,稀释抽取法稀释探头（在采样探头顶部，通过音速小孔（临界限流孔
8、，产生恒定流速）进行采样，并用干燥的仪器气进行稀释）内稀释（稀释部分在烟道内部） 外稀释（稀释部分在烟道外部）（维护方便，但响应时间稍慢）减少湿气和提高过滤器寿命，采样管（一般不需加热）,稀释法内稀释采样探头,稀释法外稀释采样探头,CEMS的组成和监测分析原理,稀释抽取法分析方法：紫外荧光法（SO2） 化学发光法（NOX）（预处理过程较少）,紫外荧光法测试原理图,化学发光法测试原理图,CEMS的组成和监测分析原理,直接测量法传感器安装在探头前端，直接插入烟道进行测量（点测量）（电化学或光电传感器法）（测湿氧）传感器和探头直接安装在烟道上，采用光学法测量（线测量） （内置式/外置式） （单光程/
9、双光程）,直接测量内置和外置式结构示意图（双光程）,CEMS的组成和监测分析原理,直接测量法分析方法：单波长法，双波长法，差分吸收光谱法（DOAS） 由于没有取样装置，日常应注意维护清洁反射镜（尤其内置式）、光源等标气池校准测量结果为气体湿基值,CEMS的组成和监测分析原理,（3）烟气参数连续自动监测单元 烟气流速：差压传感器法、热平衡法、超声波法、其他方法 烟气温度：铂电阻法等 烟气压力：压力传感器 烟气湿度：干/湿氧法、高温电容法等 含 氧 量：电化学法、氧化锆法、顺磁法,CEMS的组成和监测分析原理,烟气流速 差压传感器法（S型皮托管法）两根金属管并联，开口方向面对气流测量全压，背对气流
10、方向测量静压，利用微差压传感器测出流速值。皮托管系数（背对气流方向测量压力值小于真实静压） 平均压差皮托管（阿牛巴皮托管）（线测量，长期使用易堵塞，变形）,CEMS的组成和监测分析原理,通过测量烟囱或烟道中烟气的全压和静压的压差来计算出烟气流速 克服可能由于颗粒物堵塞造成的流速测量问题,CEMS的组成和监测分析原理,烟气流速 热平衡法速度传感器（长）与温度传感器（短）之间有恒定温差，当气体流过带走热量，需增加电流保证温差不变，测出流速值。（水滴影响测试准确）造成热量损失气体的密度变化导致组分变化（水分等）会影响流速的校准,热平衡法热传感器,CEMS的组成和监测分析原理,烟气流速 超声波法通过测
11、试烟道中上、下游安装的超声波传感器的发射和接收时间差，来计算烟气的流速值。（线流速）圆形烟道可以直接作为断面流速，受腐蚀小（外部）安装位置影响较大（避免流速分层、有涡流的流场）,超声波法测试流速示意图,CEMS的组成和监测分析原理,烟气温度 热电偶法测量热电偶自由端和工作端的热电势大小计算温度。铂电阻法 铂热电阻的阻值与温度的线性关系。,CEMS的组成和监测分析原理,烟气压力 静压（压强的大小，作用在管道壁上） 动压（体现在流速上，气体流动的动能） 全压（静压和动压的和）压力传感器（变送器）法在流速的测量过程中同时测量。,CEMS的组成和监测分析原理,烟气湿度 干/湿氧法测量烟气中湿氧含量，再
12、将烟气除湿后测出干氧含量，从而用干氧与湿氧的差值再除以湿氧得到湿度。（测试点不相同）造成测试误差（测试原理不同）造成测试系统误差，漂移等,CEMS的组成和监测分析原理,烟气湿度 高温电容法电容型聚合物薄膜（测湿传感器）测量气体中的水分子，从而测出湿度值。（当电容极间含水分）造成电容量变化现场工况发生变化时（开炉或停炉），造成电容腐蚀损坏,CEMS的组成和监测分析原理,烟气含氧量 电化学法原电池式传感器当氧气进入是发生电化学反应，根据输出电流与氧气含量的关系测量。注意：定期校准，检漏电化学传感器的寿命1-2年测试气体中的Cl2、H2S、HF对传感器有损坏和干扰,CEMS的组成和监测分析原理,烟气
13、含氧量 氧化锆法利用高温氧化锆管两侧分别流过被测气体和参比气体，产生的电势以及锆管的工作温度计算出被测气体的氧含量。注意：定期校准，检漏传感器的寿命1年左右测试气体中的可燃气体或对氧化锆管腐蚀的气体会损坏元件和干扰测试,氧化锆传感器原理示意图,CEMS的组成和监测分析原理,烟气含氧量 顺磁法（热磁/磁力机械）利用氧的顺磁性，当被测气体和参比气体氧含量不同时，产生磁风、磁压，从而计算出被测气体的氧含量。注意：定期校准必须保证测试气体是经过预处理后的干净的气体，保证测量精度。,磁力机械氧传感器原理示意图,CEMS的组成和监测分析原理,说明：CEMS测量烟气流速、温度、压力和湿度往往都是烟道或烟囱内
14、的点测量或线测量，手工参比方法一般都是断面测量，因此可能存在系统误差，必须进行相关校正；烟气含氧量则根据烟气预处理系统是否经过脱水判定其测量的氧气值是干基值或湿基值。,CEMS质量保证的基本内容,质量保证是一系列行为和程序，在考虑数据的准确性、精密性、完整性和代表性的前提下，这些行为和程序确保CEMS数据满足相应的标准要求。排污企业开发质量保证计划，环保局认可，然后排污企业执行，环保局监督并审核。过程是动态。,CEMS质量保证的基本内容,全程序质量保证适用性检测、购买、安装、验收、运行、审核,污染源在线监测仪器出具有效数据全过程的外部质控过程,开展CEMS运营维护的前提条件,CEMS“运营维护
15、”作为这个质量控制过程中的重要控制环节，对控制CEMS数据质量，提高数据有效性起到至关重要的作用；同时，CEMS“运营维护”必须以完成前两个阶段的适用性检测和安装、调试、验收检测的工作为前提条件，如果前两个阶段的质量控制不合格或没有前面的过程，那么“运营维护”工作也很难开展下去。,适用性检测,CEMS选型-信息的收集和评价,目前CEMS的基本技术状况和特点（组成和工作原理） 质检中心的适用性检测报告 各CEMS生产企业的基本情况及其CEMS的性能技术指标 拟安装点位的基本情况和烟气排放的基本状况 同类排污企业安装CEMS的情况,CEMS选型-技术说明,目的（安装的CEMS满足环境管理要求，验收
16、） 工作范围（CEMS企业提供仪器硬件和服务清单） 提供的辅助设备和服务（爬梯、平台、电源、小屋等） 操作条件描述 （采样点的环境条件，排放参数） 设计标准（CEMS安装和设计描述） 排污企业的调试、验收检查和测试 归档资料（上述材料，流程图、设计图、操作手册、维护说明书等）,CEMS选型-保持记录,CEMS生产企业的基本情况、电话号码、安装提案、仪器选型的会议备忘录、安装技术说明书等均应保存,烟气CEMS安装,大气污染源排放总量监控,1,按照国家或地方标准对大气污染源排放浓度实时监控,环保治理设施运行的监控,2,3,烟气CEMS安装目的,烟气CEMS安装,每台固定污染源排放设备应安装一套烟气CEMS。,烟气CEMS安装位置应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位，如图2所示。,若一个固定污染源排气先通过多个烟道后进入该固定污染源的总排气管时，应尽可能将烟气CEMS安装在该固定污染源的总排气管上；不得只在其中的一个烟道上安装一套烟气CEMS，将测定值的倍数作为整个源的排放结果，但允许在每个烟道安装相同的烟气CEMS，汇总排放结果。（图3）,
