CEMS原理-省環(huán)境監(jiān)測(cè)站課件

1、固定污染源煙氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備原理及比對(duì)監(jiān)測(cè)2011.11.72011.11.7 目錄一、系統(tǒng)組成二、系統(tǒng)原理三、比對(duì)監(jiān)測(cè) 目錄一、系統(tǒng)組成1. 顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)2. 氣態(tài)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng) （SO2、NOx）3. 煙氣參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng) （溫度、流速、氧含量、濕度等） 4. 數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng) （顯示、存儲(chǔ)、打印、 傳輸?shù)龋┮弧⑾到y(tǒng)組成1. 顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)一、系統(tǒng)組成一、系統(tǒng)組成 二、系統(tǒng)原理 一、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 一、氣態(tài)污染物CEMS 取樣方法 二氧化硫氮氧化物稀釋取樣法 紫外熒光 化學(xué)發(fā)光 直接抽取法 紅外光譜吸收紅外光譜吸收紫外光譜吸收紫外光譜吸收定電位電解 定電位電解 直接測(cè)量法

2、差分吸收光譜差分吸收光譜一、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 一、氣態(tài)污染物C二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS （一）直接抽取法 CEMS 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 冷-干法 在氣體進(jìn)入分析儀前，除去氣體中的顆粒物、水分和降低氣體溫度，給出的煙氣濃度為干基。 我國(guó)目前安裝的基本為冷-干直接抽取法。熱-濕法 探頭去除顆粒物，采樣探頭、管路和分析儀均高溫加熱，維持煙氣的厡態(tài)，防止煙氣水分凝結(jié)，給出的煙氣濃度為濕基。 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 直接抽取法CEMS分析方法原理紅外光譜吸收紫外光譜吸收 利用污染物

3、分子吸收特定波長(zhǎng)的光，能夠區(qū)分不同的污染物。 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 主要特點(diǎn) 一個(gè)分析單元可同時(shí)測(cè)量SO2、NOx、CO2、CO； 測(cè)氧（O2）單元與紅外單元共同可置于同一分析儀內(nèi)； 測(cè)量精度高、維護(hù)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好； 樣氣傳輸必須采用加熱管線（120 以上）； 預(yù)處理系統(tǒng)復(fù)雜； 要求密封性好（漏氣將直接影響測(cè)量值）；二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 一、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS （二）、稀釋取樣法CEMS一、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS （二）、稀釋取樣一、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 2、管路系統(tǒng)稀釋氣需要免于油、顆粒物、二氧化碳

4、、氮氧化物和二氧化硫的污染。稀釋法取樣管線、校準(zhǔn)和清洗反吹管線多采用惰性材料（聚四氟乙烯管）。取樣管線盡量不要超過(guò)100米一、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 一、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 3、分析儀原理紫外熒光法SO2分析儀 煙氣樣氣進(jìn)入儀器的反應(yīng)室，在190nm230nm的紫外光照射下，生成激發(fā)態(tài)的SO*2。激發(fā)態(tài)的SO*2主要通過(guò)熒光過(guò)程回到基態(tài)，其發(fā)射的熒光強(qiáng)度與SO*2的濃度成正比。利用光電倍增管接收熒光，即可得到待測(cè)樣氣中的SO2濃度。 一、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 化學(xué)發(fā)光法NOx分析儀 化合物吸收化學(xué)能后，被激發(fā)到激發(fā)態(tài)，在由激發(fā)態(tài)

5、返回至基態(tài)時(shí)，以光量子的形式釋放能量。通過(guò)測(cè)量化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分析測(cè)定。二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 4、主要特點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn) 取樣量小，過(guò)濾介質(zhì)負(fù)擔(dān)小 樣氣傳輸不采用加熱管線主要缺點(diǎn) 不適合低濃度測(cè)量 稀釋氣體質(zhì)量要求較高 稀釋比例易變化 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS （三）、直接測(cè)量法 CEMS 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 1、內(nèi)置式直接測(cè)量法二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 2、外置式直接測(cè)量法二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物C

6、EMS 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 3、分析方法 內(nèi)置式 紫外差分吸收光譜法 雙波長(zhǎng)紫外光譜吸收法 外置式 紅外吸收法 紫外吸收法二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 4、主要特點(diǎn)不需要采樣和預(yù)處理系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便；直接讀數(shù)，測(cè)量范圍和精度可以保證；粉塵密度太大，不適用（發(fā)出光收不回來(lái)，或衰減到極低水平）；溫度、壓力的變化會(huì)顯著影響分子吸收能量的效率，需要隨 時(shí)進(jìn)行溫度壓力的修正；探頭不便防護(hù)，容易腐蝕、堵塞。 二、系統(tǒng)原理- 氣態(tài)污染物CEMS 二、系統(tǒng)原理- 顆粒物CEMS二、顆粒物CEMS 濁度法 光散射法 光閃爍法 震蕩天平法 射線法二

7、、系統(tǒng)原理- 顆粒物CEMS二、系統(tǒng)原理 - 顆粒物CEMS 1、濁度法 光通過(guò)煙氣時(shí)，光吸收和散射測(cè)量光，從而減少光的強(qiáng)度，通過(guò)測(cè)量光的透過(guò)率來(lái)計(jì)算顆粒物濃度。 方法：?jiǎn)喂獬?、雙光程 光源：紅光或遠(yuǎn)紅外技術(shù)特點(diǎn)：可以連續(xù)監(jiān)測(cè)顆粒物濃度；因振動(dòng)、溫度等因素易使光路發(fā)生偏移；光學(xué)器件易受煙氣污染，應(yīng)定期擦拭；受煙氣中顆粒物特性及尺寸分布的影響；對(duì)于濕式除塵器的場(chǎng)合，選用應(yīng)慎重；不適合低濃度；二、系統(tǒng)原理 - 顆粒物CEMS 1、濁度法二、系統(tǒng)原理 -顆粒物CEMS 單光程透光度顆粒物監(jiān)測(cè)儀器 二、系統(tǒng)原理 -顆粒物CEMS 單光程透光度顆粒物監(jiān)二、系統(tǒng)原理 -顆粒物CEMS 雙光程透光度顆粒物監(jiān)

8、測(cè)儀器 二、系統(tǒng)原理 -顆粒物CEMS 雙光程透光度顆粒物監(jiān)二、系統(tǒng)原理 - 顆粒物CEMS 2、光散射法顆粒物監(jiān)測(cè)儀器 將一束光射入煙道，激光與煙塵作用產(chǎn)生散射，散射光強(qiáng)度與煙塵的散射截面成正比，濃度高，截面成比例增大，散射光增強(qiáng)，從而得到顆粒物煙塵濃度。方法：前散射法、后散射法、邊散射法光源：紅光或可見光技術(shù)特點(diǎn)： 易安裝維護(hù)；適合低濃度；受煙氣中顆粒物特性及尺寸分布的影響；受水滴影響。二、系統(tǒng)原理 - 顆粒物CEMS 2、光散射法顆粒物二、系統(tǒng)原理 - 顆粒物CEMS 后散射法顆粒物監(jiān)測(cè)儀器 二、系統(tǒng)原理 - 顆粒物CEMS 后散射法顆粒物監(jiān)測(cè)二、系統(tǒng)原理 -顆粒物CEMS 3、光閃爍法

9、顆粒物監(jiān)測(cè)儀器 原理： 當(dāng)顆粒物通過(guò)光束時(shí)，用檢測(cè)器檢測(cè)濁度的快速波動(dòng)。波動(dòng)光與平均光比值，得到顆粒物濃度。技術(shù)特點(diǎn)： 一般單通道；能夠測(cè)低濃度塵；校零校標(biāo)困難；受低流速影響；顆粒物密度影響；液滴影響。二、系統(tǒng)原理 -顆粒物CEMS 3、光閃爍法顆粒物監(jiān)二、系統(tǒng)原理 -顆粒物CEMS 4、射線法顆粒物監(jiān)測(cè)儀器 原理： 使已知體積的煙氣通過(guò)收集顆粒物的濾膜，由測(cè)量吸收的射線確定顆粒物質(zhì)量濃度。 技術(shù)特點(diǎn)： 直接測(cè)量質(zhì)量濃度；不受顆粒物特性影響；液滴影響；抽取式采樣存在困難。二、系統(tǒng)原理 -顆粒物CEMS 4、射線法顆粒物監(jiān)二、系統(tǒng)原理 -顆粒物CEMS 射線法顆粒物監(jiān)測(cè)儀器二、系統(tǒng)原理 -顆粒物

10、CEMS 射線法顆粒物監(jiān)測(cè)儀二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 三、煙氣參數(shù)CMS二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 三、煙氣參數(shù)CMS二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS （一）氧含量CMS1、氧化鋯法 利用ZrO2在高溫（600）時(shí)的電解催化作用，形成煙氣一側(cè)的電極和與含有O2的參考?xì)怏w（通常為空氣）接觸的參考電極產(chǎn)生電位的不同，從而測(cè)量出煙氣中氧氣濃度。 特點(diǎn)：精準(zhǔn)可靠且成本低；探頭使用壽命：1 2年；測(cè)量的是濕基氧的濃度（抽取除濕處理后煙氣測(cè)得為干基濃度）。 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 2、磁氧法：

11、順磁性：分子通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)，不是被吸引就是被排斥。被吸引時(shí)是順磁性的，被排斥時(shí)是反磁性的。 大多數(shù)材料是反磁性的，少數(shù)是順磁的，氧分子是順磁性的。 利用氧氣的順磁性的特性測(cè)量O2濃度。 順磁氧分析儀沒(méi)有電特性的消耗，無(wú)須定期更換傳感器或校準(zhǔn)，維護(hù)成本低，壽命長(zhǎng)。 測(cè)量的是干基氧的濃度 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 磁氧法示意圖 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 3、原電池法 電化學(xué)傳感器原理。 使用壽命約6-18個(gè)月，多用于便攜煙氣分析儀。二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS （二）流速CMS 1、皮托管差壓

12、法 皮托管法示意圖 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 特點(diǎn)： 保持皮托管正對(duì)氣流測(cè)孔表面的清潔是保證準(zhǔn)確測(cè)量煙氣流速的重要條件，需要采用高壓反吹技術(shù)定期反吹皮托管。 安裝時(shí)應(yīng)避開有渦流的位置。 測(cè)量低壓差(P)比較困難(實(shí)際測(cè)定的最小壓差約為5Pa，能夠測(cè)量的最低流速約為2-3m/s)。測(cè)量低流速時(shí)靈敏度準(zhǔn)確性低。 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 2、超聲波法CMS 在流體中設(shè)置兩個(gè)超聲波傳感器，他們既可發(fā)射超聲波又可以接收超聲波，一個(gè)裝在管道的上游，另一個(gè)裝在下游，通過(guò)超聲波在流體中順流和逆流方向傳播時(shí)間差來(lái)計(jì)算出流速在煙氣流速。

13、 超聲波技術(shù)能夠測(cè)量低至0.03 m/s的氣流流速。 安裝時(shí)應(yīng)避開有渦流的位置。 顆粒物會(huì)弄臟發(fā)射/接收器表面，吹掃表面保持清潔。 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 超聲波法測(cè)流速示意圖 外置式 內(nèi)置式 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 3、熱線法（熱平衡法） 氣體借熱空氣對(duì)流從探頭帶走熱，并導(dǎo)致探頭冷卻。氣流流經(jīng)探頭的速度越快，探頭冷卻得越快。供給更多的電量維持傳感器最初的溫度，對(duì)于加熱絲類型的傳感器，氣體的質(zhì)量流量與供電量正比。 水滴將引起熱傳感系統(tǒng)的測(cè)量誤差。 清潔空氣吹掃或機(jī)械方法去除表面污物防止探頭腐蝕和灰塵附著。 二、系統(tǒng)

14、原理- 煙氣參數(shù)CMS 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 熱線法測(cè)流速示意圖 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS （三）溫度、壓力熱電偶法熱電阻法動(dòng)壓（氣體具有的動(dòng)能，體現(xiàn)在流速大小，恒為正值）靜壓（氣體具有的勢(shì)能，作用于管道壁，體現(xiàn)在煙道 內(nèi)部與大氣壓之差）全壓（動(dòng)壓與靜壓代數(shù)和）二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS （四）濕度CMS 1、電容法 采用電容式傳感器，探頭直接插入煙道中，探頭周圍采用特制的過(guò)濾器進(jìn)行保護(hù)。采用薄膜電容和PT100電阻組合專門設(shè)計(jì)的傳感器，利用水分的變化和電容值變化之間的關(guān)系直接測(cè)量水氣分壓，利用PT100測(cè)量溫

15、度，可以準(zhǔn)確測(cè)量高溫?zé)煔獾乃趾俊?直接插入式測(cè)量，探頭需要特殊防護(hù)。 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 2、干濕氧法 通常利用插入式氧化鋯探頭直接測(cè)量煙道中的濕態(tài)氧含量，利用直接抽取法將煙氣抽取后降溫除濕，測(cè)量出干態(tài)氧含量，經(jīng)計(jì)算后得出煙氣濕度。 兩臺(tái)測(cè)氧儀器漂移不一致導(dǎo)致誤差疊加。 二、系統(tǒng)原理- 煙氣參數(shù)CMS 二、系統(tǒng)原理-數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng) 四、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng) 采集各測(cè)量子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)參數(shù)；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、計(jì)算、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)；保持與環(huán)境監(jiān)控平臺(tái)（企業(yè)）的數(shù)據(jù)傳輸； 二、系統(tǒng)原理-數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng) 三、系統(tǒng)安裝、驗(yàn)收、比對(duì)監(jiān)測(cè) 三、系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收

16、安裝一、系統(tǒng)安裝（一）安裝要求 1.每臺(tái)固定污染源排放設(shè)備均需安裝煙氣 CEMS，不得多臺(tái)固定污染源排放設(shè)備共用一套煙氣 CEMS。 2.固定污染源煙氣凈化設(shè)備設(shè)置有旁路煙道時(shí)，必須在旁路煙道內(nèi)安裝煙氣流量連續(xù)計(jì)量裝置。 3.必須設(shè)置采樣及監(jiān)測(cè)平臺(tái)，人員易到達(dá)，空間足夠。當(dāng)采樣平臺(tái)設(shè)置在離地面高度5 米的位置時(shí)，有通往平臺(tái)的 Z 字梯/旋梯/升降梯；平臺(tái)設(shè)護(hù)欄，便于操作人員安全工作。 三、系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收安裝一、系統(tǒng)安裝三、系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收安裝 4.應(yīng)優(yōu)先選擇在垂直管段和煙道負(fù)壓區(qū)域。 5.測(cè)定位置應(yīng)避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位。 對(duì)于顆粒物 CEMS，應(yīng)“上四下二”，對(duì)于氣態(tài)污染物 CEMS

17、，應(yīng)“上二下半”。矩形煙道當(dāng)量直徑D=2AB/(A+B)。 當(dāng)安裝位置不能滿足上述要求時(shí)，應(yīng)盡可能選擇在氣流穩(wěn)定的斷面，但安裝位置前直管段的長(zhǎng)度必須大于安裝位置后直管段的長(zhǎng)度。三、系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收安裝 4.應(yīng)優(yōu)先選擇在垂直管三、系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收安裝 6.在煙氣 CEMS 監(jiān)測(cè)斷面下游應(yīng)留有參比方法采樣孔和交流電源插座，采樣孔數(shù)目及采樣平臺(tái)等按GB/T16157 確定，以供參比方法測(cè)試使用。在互不影響測(cè)量的前提下，應(yīng)盡可能靠近。 7.煙氣 CEMS 不宜安裝在煙道內(nèi)煙氣流速小于 5m/s 的位置。三、系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收安裝 6.在煙氣 CEMS 三、系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收安裝 8.若一個(gè)固定污染源排氣先通過(guò)多個(gè)

18、煙道后進(jìn)入該固定污染源的總排氣管時(shí)，應(yīng)將煙氣 CEMS 安裝在該固定污染源的總排氣管上，但要便于用參比方法校驗(yàn)顆粒物 CEMS和煙氣流速 CMS。不得只在其中的一個(gè)煙道上安裝一套煙氣 CEMS，將測(cè)定值的倍數(shù)作為整個(gè)源的排放結(jié)果，但允許在每個(gè)煙道上安裝相同的煙氣 CEMS，測(cè)定值匯總后作為該源的排放結(jié)果。三、系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收安裝 8.若一個(gè)固定污染源三、系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收安裝 9.火電廠濕法脫硫裝置后未安裝煙氣 GGH（氣-氣換熱器）的煙道內(nèi)，由于水份的干擾，顆粒物無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定其濃度，顆粒物 CEMS 可安裝在脫硫裝置前的管段中，其實(shí)際排放濃度值的計(jì)算見HJ/T75-2007標(biāo)準(zhǔn)附錄 C.5。 三、

19、系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收安裝 9.火電廠濕法脫硫裝置三、系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收安裝 10.當(dāng)煙氣 CEMS 安裝在矩形煙道時(shí)，若煙道截面的高度大于 4 米，則不宜在煙道頂層開設(shè)參比方法采樣孔；若煙道截面的寬度大于 4 米，則應(yīng)在煙道兩側(cè)開設(shè)參比方法采樣孔，并設(shè)置多層采樣平臺(tái)。三、系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收安裝 10.當(dāng)煙氣 CEMS三、系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收安裝 11.點(diǎn)測(cè)量 CEMS 的測(cè)量點(diǎn)位應(yīng)符合下列條件之一： 顆粒物 CEMS 的測(cè)量點(diǎn)位離煙道壁的距離不小于煙道直徑的 30%，氣態(tài)污染物 CEMS、氧氣 CEMS 以及流速 CEMS 的測(cè)量點(diǎn)位離煙道壁距離不小于 1 米； 位于或接近煙道斷面的矩心區(qū)。12.線測(cè)量 CEMS 的測(cè)量點(diǎn)位應(yīng)符合下列條件之一： 顆粒物CEMS的測(cè)量點(diǎn)位所在區(qū)域離煙道壁的距離不小于煙道直徑的30%，氣態(tài)污染物 CEMS、氧氣 CMS 以及流速 CMS 的測(cè)量點(diǎn)位離煙道壁距離不小于 1 米； 中心位于或接近煙道斷面的矩心區(qū)； 測(cè)量線長(zhǎng)度大于或等于煙道斷面直徑或矩形煙道的邊長(zhǎng)。三、系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收安裝 11.點(diǎn)測(cè)量 CEMS三、系統(tǒng)安裝與驗(yàn)收安裝（二）CEMS設(shè)備資質(zhì)要求中華人民共和國(guó)計(jì)量器具制造許可證；進(jìn)口儀器應(yīng)持有國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門頒發(fā)的計(jì)量器具型式批準(zhǔn)