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1、固定污染源烟气自动监测系统原理,2010.4.19,目录,一、系统组成 二、系统原理 三、系统安装与验收,一、系统组成,一、系统组成,1. 颗粒物排放浓度监测子系统 2. 气态污染物排放浓度监测子系统 （SO2、NOx） 3. 烟气参数监测子系统 （温度、流速、氧含量、湿度等） 4. 数据采集与处理系统 （显示、存储、打印、 传输等）,一、系统组成,一、系统组成,一、系统组成,二、系统原理,二、系统原理- 颗粒物CEMS,一、颗粒物CEMS 透光度颗粒物监测仪器 光散射法颗粒物监测仪器 光闪烁法颗粒物监测仪器 射线法颗粒物监测仪器 电荷法颗粒物监测仪器,二、系统原理 - 颗粒物CEMS,1、透
2、光度颗粒物监测仪器 方法：单光程、双光程 光源：红光或远红外 技术特点： 可以连续监测颗粒物浓度；因振动、温度等因素易使光路准直发生偏移；光学器件易受烟气污染，应定期擦拭；受烟气中颗粒物特性及尺寸分布的影响；对于湿式除尘器的场合，选用应慎重；不适合低浓度,二、系统原理 -颗粒物CEMS,单光程透光度颗粒物监测仪器,二、系统原理 -颗粒物CEMS,双光程透光度颗粒物监测仪器,二、系统原理 - 颗粒物CEMS,2、光散射法颗粒物监测仪器 方法：前散射法、后散射法、边散射法 光源：红光或可见光 技术特点： 易安装维护；适合低浓度；受烟气中颗粒物特性及尺寸分布的影响；液滴影响。,二、系统原理 -颗粒物
3、CEMS,光散射法颗粒物监测仪器原理,二、系统原理 - 颗粒物CEMS,后散射法颗粒物监测仪器,二、系统原理 - 颗粒物CEMS,后散射法颗粒物监测仪器,二、系统原理 - 颗粒物CEMS,后散射法颗粒物监测仪器,二、系统原理 -颗粒物CEMS,3、光闪烁法颗粒物监测仪器 原理： 当颗粒物移动通过光束时，用检测器检测浊度的快速波动。波动光强与平均光强比值，正比与颗粒物浓度。 技术特点： 一般单通道；能够测低浓度尘；校零校标困难；低流速影响；颗粒物密度影响；液滴影响。 ,二、系统原理 -颗粒物CEMS,4、射线法颗粒物监测仪器 原理： 使已知体积的烟气通过收集颗粒物的滤膜，由测量吸收的射线确定颗粒
4、物质量浓度。 技术特点： 直接测量质量浓度；不受颗粒物特性影响；液滴影响；抽取式采样存在困难。 ,二、系统原理 -颗粒物CEMS,射线法颗粒物监测仪器 ,二、系统原理 -颗粒物CEMS,5、电荷法颗粒物监测仪器 原理： 利用摩擦起电原理，所有颗粒物均有电荷，当电荷不等时，会发生电荷转移，颗粒物碰撞、冲击在探针产生直流电(DC)，电流正比颗粒物动量。 技术特点： 较适用于检测滤袋泄漏；影响因子太多，定量不太可靠。 ,二、系统原理- 气态污染物CEMS,二、气态污染物CEMS,二、系统原理- 气态污染物CEMS,（一）、稀释取样法CEMS,二、系统原理- 气态污染物CEMS,1、采样方式 内稀释法
5、,二、系统原理- 气态污染物CEMS,外稀释法,二、系统原理- 气态污染物CEMS,2、管路系统 稀释气需要免于油、颗粒物、二氧化碳、氮氧化物和二氧化硫的污染。 稀释法取样管线、校准和清洗反吹管线多采用惰性材料，如Teflon等。 取样管线尽量不要超过100米,二、系统原理- 气态污染物CEMS,3、分析仪原理 紫外荧光法SO2分析仪 烟气样气进入仪器的反应室，在190nm230nm的紫外光照射下，生成激发态的SO*2。激发态的SO*2主要通过荧光过程回到基态，其发射的荧光强度与SO*2的浓度成正比。利用光电倍增管接收荧光，即可得到待测样气中的SO2浓度。,二、系统原理- 气态污染物CEMS,
6、化学发光法NOx分析仪 化合物吸收化学能后，被激发到激发态，在由激发态返回至基态时，以光量子的形式释放能量。通过测量化学发光强度对物质进行分析测定。 由若干方法可以对NOx进行化学发光测定，最广泛使用的是臭氧的发光反应。,二、系统原理- 气态污染物CEMS,4、主要特点 主要优点 探头校准 取样量小，过滤介质负担小 样气传输不采用加热管线 主要缺点 不适合低浓度测量 稀释气质量要求较高 稀释比例易变化 湿基测量,二、系统原理- 气态污染物CEMS,（二）直接抽取法 CEMS,二、系统原理- 气态污染物CEMS,冷-干法 在气体进入分析仪前，除去气体中的颗粒物、水分和降低气体温度，给出的烟气浓度
7、为干基。 我国目前安装的基本为冷-干直接抽取法。 热-湿法 探头除去颗粒物，采样探头、管路和分析仪均高温加热，防止烟气水分凝结，给出的烟气浓度为湿基。,二、系统原理- 气态污染物CEMS,1、采样探头,二、系统原理- 气态污染物CEMS,2、伴热管线,二、系统原理- 气态污染物CEMS,3、烟气冷却装置,二、系统原理- 气态污染物CEMS,Nafion管（纳分管） 注：烟气中不能有液滴，否则将导致Nafion管饱和失效,二、系统原理- 气态污染物CEMS,4、直接抽取法CEMS分析方法原理 非分散红外法 含有2个或2 个以上不同原子的分子，它们在红外光区有特征吸收。 可测SO2、NO，通过内置
8、转化器可将NO2转化为NO，得到NOX。转化器温度在190左右，转化率不低于90%，当烟气中NO2浓度低于NOX 浓度的5%，可不转化。 非分散紫外法 定电位电解法,二、系统原理- 气态污染物CEMS,5、主要特点 一个分析单元可同时测量SO2、NOx、CO2、CO； 测氧（O2）单元与红外单元共同可置于同一分析仪内； 测量数据为标准状态下的干态烟气数值，数据直观； 可进行探头校准、中间校准、分析仪校准； 样气传输采用加热管线（120 以上）； 预处理系统复杂； 要求密封性好； 安装、调试和操作需要更多的经验。,二、系统原理- 气态污染物CEMS,（三）、直接测量法 CEMS,二、系统原理-
9、气态污染物CEMS,1、内置式直接测量法,二、系统原理- 气态污染物CEMS,2、外置式直接测量法,二、系统原理- 气态污染物CEMS,3、分析方法 内置式 紫外差分吸收光谱法 双波长紫外光谱吸收法 外置式 非分散红外法 紫外吸收法,二、系统原理- 气态污染物CEMS,4、主要特点 不需要采样和预处理系统，结构简单； 直接读数； 温度、压力的变化会显著影响分子吸收能量的效率，需要随 时进行温度压力的修正； 探头不便防护； 通常不能在线校准。,二、系统原理- 烟气参数CMS,三、烟气参数CMS,二、系统原理- 烟气参数CMS,（一）氧含量CMS 1、氧化锆法 利用ZrO2在高温（600）时的电解
10、催化作用，形成烟气一侧的电极和与含有O2的参考气体（通常为空气）接触的参考电极产生电位的不同，从而测量出烟气中氧气浓度。 探头使用寿命：1 2年。 测量的是湿基氧的浓度,二、系统原理- 烟气参数CMS,二、系统原理- 烟气参数CMS,2、磁氧法： 顺磁性：分子通过磁场时，不是被吸引就是被排斥。被吸引时是顺磁性的，被排斥时是反磁性的。 大多数材料是反磁性的，少数是顺磁的，氧分子是顺磁性的。 利用氧气的顺磁性的特性测量O2浓度。 顺磁氧分析仪没有电特性的消耗，无须定期更换传感器或校准，维护成本低，寿命长。 测量的是干基氧的浓度 3、原电池法,二、系统原理- 烟气参数CMS,磁氧法示意图,二、系统原
11、理- 烟气参数CMS,3、原电池法 电化学传感器原理。 使用寿命约6-18个月，多用于便携烟气分析仪。,二、系统原理- 烟气参数CMS,（二）流速CMS 1、皮托管差压法 保持皮托管正对气流测孔表面的清洁是保证准确测量烟气流速的重要条件，需要采用高压反吹技术定期反吹皮托管。 安装时应避开有涡流的位置。 测量低压差(P)比较困难(实际测定的最小压差约为5Pa，能够测量的最低流速约为2-3m/s)。,二、系统原理- 烟气参数CMS,皮托管法测流速示意图,二、系统原理- 烟气参数CMS,2、热线法（热平衡法）CMS 气体借热空气对流从探头带走热，并导致探头冷却。气流流经探头的速度越快，探头冷却得越快
12、。供给更多的电量维持传感器最初的温度，对于加热丝类型的传感器，气体的质量流量正比于供电量。 水滴将引起热传感系统的测量误差。防止探头腐蚀和灰尘附着。,二、系统原理- 烟气参数CMS,热线法测流速示意图,二、系统原理- 烟气参数CMS,3、超声波法CMS 在流体中设置两个超声波传感器，他们既可发射超声波又可以接收超声波，一个装在管道的上游，一个装在下游，通过超声波在流体中顺流和逆流方向传播时间差来计算出流速在烟气流速。 超声波技术能够测量低至0.03 m/s的气流流速。 安装时应避开有涡流的位置。,二、系统原理- 烟气参数CMS,超声波法测流速示意图 外置式 内置式,二、系统原理- 烟气参数CM
13、S,靶式流量计测流速示意图,二、系统原理- 烟气参数CMS,（三）温度CMS 热电偶法 热电阻法,二、系统原理- 烟气参数CMS,（四）湿度CMS 1、电容法 采用电容式传感器，探头直接插入烟道中，探头周围采用特制的过滤器进行保护。采用薄膜电容和PT100电阻组合专门设计的湿度传感器，利用水分的变化和电容值变化之间的关系直接测量水气分压，利用PT100测量温度，可以准确测量高温烟气的水分含量。 直接插入式测量，探头需要特殊防护。,二、系统原理- 烟气参数CMS,2、干湿氧法 通常利用插入式氧化锆探头直接测量烟道中的湿态氧含量，利用完全利用抽取法将烟气抽取后降温除湿，测量出干态氧含量，经计算后得
14、出烟气湿度。 两台测氧仪器漂移不一致导致误差叠加。,二、系统原理-数据采集与处理系统,四、数据采集与处理系统 采集各测量子系统的数据和状态参数； 对数据进行显示、计算、存储、统计； 保持与环境监控平台（企业）的数据传输； 通常采用工控机。,三、系统安装与验收,三、系统安装与验收安装,一、系统安装 （一）安装要求 1.每台固定污染源排放设备均需安装烟气 CEMS，不得多台固定污染源排放设备共用一套烟气 CEMS。 2.固定污染源烟气净化设备设置有旁路烟道时，必须在旁路烟道内安装烟气流量连续计量装置。 3.必须设置采样及监测平台。当采样平台设置在离地面高度5 米的位置时，有通往平台的 Z 字梯/旋
15、梯/升降梯；平台设护栏，便于操作人员安全工作。,三、系统安装与验收安装,4.应优先选择在垂直管段和烟道负压区域。 5.测定位置应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位。 对于颗粒物 CEMS，应“上四下二”，对于气态污染物 CEMS，应“上二下半”。 当安装位置不能满足上述要求时，应尽可能选择在气流稳定的断面，但安装位置前直管段的长度必须大于安装位置后直管段的长度。,三、系统安装与验收安装,6.在烟气 CEMS 监测断面下游应留有参比方法采样孔和交流电源插座，采样孔数目及采样平台等按GB/T16157 确定，以供参比方法测试使用。在互不影响测量的前提下，应尽可能靠近。 7.烟气 CEMS 不宜安装在烟道内烟气流速小于 5m/s 的位置。,三、系统安装与验收安装,8.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，应将烟气 CEMS 安装在该固定污染源的总排气管上，但要便于用参比方法校验颗粒物 CEMS和烟气流速 CMS。不得只在其中的一个
