CESM煙塵煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案
煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)是一種對煙氣成份（SO2 、NOx、煙塵）及相關(guān)煙氣參數(shù)進行在線自動連續(xù)監(jiān)測的設(shè)備。本設(shè)備是集光、機、電及計算機技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品，采用國家環(huán)?？偩旨懊绹h(huán)境保護組織（USEPA）推薦的紫外差分吸收光譜技術(shù)，具有在線連續(xù)測量、價格低、系統(tǒng)工作可靠、運行維護費用低、安裝簡便、無需人員監(jiān)守等優(yōu)點。

1．概述

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)是一種對煙氣成份（SO2 、NOx、煙塵）及相關(guān)煙氣參數(shù)進行在線自動連續(xù)監(jiān)測的設(shè)備。本設(shè)備是集光、機、電及計算機技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品，采用國家環(huán)?？偩旨懊绹h(huán)境保護組織（USEPA）推薦的紫外差分吸收光譜技術(shù)，具有在線連續(xù)測量、價格低、系統(tǒng)工作可靠、運行維護費用低、安裝簡便、無需人員監(jiān)守等優(yōu)點。

產(chǎn)品符合中華人民共和國環(huán)境保護行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T76-2001?固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)條件及檢測方法?，并通過國家環(huán)保局檢測中心測試合格。

2．系統(tǒng)組成

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)是由氣態(tài)污染物（SO2、NOX）、顆粒物（粉塵）、煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)等組成（見圖一）。通過現(xiàn)場采樣方式，測定煙氣中污染物濃度，同時測量煙氣溫度、煙氣壓力、流速、流量、煙氣含氧量等參數(shù)，送至工控單元計算出煙氣污染物排放率、排放量，顯示和打印各種參數(shù)、圖表并通過數(shù)據(jù)、圖文傳輸系統(tǒng)分別傳輸至企業(yè)污染源監(jiān)控站和環(huán)保行政管理部門。

2.1．煙氣在線監(jiān)測儀

全套設(shè)備包括測試分析儀、凈化空氣吹掃系統(tǒng)等幾部分。由測試儀完成SO2 、NOx、煙塵濃度測量，經(jīng)過RS232口傳至現(xiàn)場工控機，完成數(shù)據(jù)采集、處理、存儲。凈化空氣吹掃系統(tǒng)向測試儀鏡片不斷的吹掃，以保持測試儀鏡片的清潔。

在整套設(shè)備中，分析儀是核心，所有原始數(shù)據(jù)的獲得全由它完成。分析儀主要包括光學(xué)系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)、電子學(xué)測量和控制系統(tǒng)等部分。

圖2 外型及外部連接

光學(xué)系統(tǒng)

光學(xué)系統(tǒng)是完成煙氣光譜采樣的關(guān)鍵。光學(xué)系統(tǒng)主要由發(fā)射和接收兩大部分組成，包括光源、透鏡、角反射器、狹縫和多道光譜儀等。光源發(fā)出的光經(jīng)過透鏡直接進入煙道中，通過煙氣吸收后經(jīng)角反射器返回，由狹逢進入光譜儀，由光柵分光，在光柵色散焦平面由二極管陣列探測器（PDA）接收。

機械結(jié)構(gòu)

機械結(jié)構(gòu)部分包括插入式氣體采樣管、二極管陣列探測器的線性檢測及本底測量裝置的機械驅(qū)動。考慮到煙道中溫度很高，而且有SO2等腐蝕性很強的污染氣體，所以氣體通道包括測量槽及有關(guān)配件均采用不銹鋼、透紫外光的石英玻璃材料制作，如圖3所示。氣體通道上的光學(xué)元件和密封元件均耐高溫耐腐蝕。

工作過程

利用氣態(tài)污染物對特定波段的光具有吸收特性，選擇波段在200nm~320nm的紫外光作光源，在此波段內(nèi)水分子和其它氣體幾乎沒有吸收。入射光被污染物吸收后，經(jīng)光柵分光，由高靈敏二級管陣列探測器測量吸收光譜，并由此經(jīng)計算機利用反演算法得到污染物的種類和含量。

氘燈發(fā)出的寬帶光譜經(jīng)石英聚光透鏡后通過光分束器，再由反射鏡反射到準(zhǔn)直透鏡，通過前窗鏡照射到探頭后端的角反射鏡上，探頭窗鏡上裝有透光波段200nm~250nm的紫外濾光片。角反射鏡反射光按原光路返回到光分束器上，然后經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡照射到光譜儀的入射狹縫上，通過光柵色散形成光譜。高靈敏度線陣CCD探測器將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，CCD探測器輸出的信號經(jīng)前置放大器放大后送入高速信號采集A/D和CPU處理單元；控制處理單元的功能是將該信號數(shù)字化并存入存儲器，然后由系統(tǒng)總控制單元采用適當(dāng)?shù)厮惴▽ζ溥M行處理得到SO2 、NOx濃度、煙氣溫度等信息。在數(shù)據(jù)分析和處理中采用硬件和軟件平均濾波技術(shù)，構(gòu)成了差分吸收光譜測量系統(tǒng)，從而使光源強度隨著時間的慢變化

不影響測量精度。由于計算是通過吸收峰來進行的，是由譜線的峰值和谷值來反演出來的，而粉塵只是對整條譜線起著衰減的效果。當(dāng)然若粉塵密度太大，以至于發(fā)出的光回不來了，或衰減至一個極低的水平，那么吸收譜線不能分辨，此時這種方法就不適用了。水汽沒有影響也是同樣道理。

工作原理

1、 SO2 /NOx測量

根據(jù)Beer定理，探測器接收的透過吸收介質(zhì)的光譜強度可表示為：

s：SO2 /NOx吸收截面

N：SO2 /NOx濃度

a2：除SO2 /NOx以外的其它氣體散射和吸收所引起的消光系數(shù)

圖5煙氣中主要吸收氣體分布

煙塵的測量

根據(jù)Beer定理，采用不透明度測試原理，即單色平行光束進入充滿氣體和顆粒物的煙氣時，其光強因煙氣中顆粒物對光的吸收和散射作用而減弱。

I0 ：發(fā)射光強???? I ：接收光強

K ：消光系數(shù) ?????l ：光程???? c? ：煙塵濃度

煙氣在線監(jiān)測儀的技術(shù)特點

一臺設(shè)備可同時測量多種煙氣成份；

光柵光譜儀分光，二極管陣列PDA為光譜采樣器，省去了用光電倍增管的光譜掃描機構(gòu)，使系統(tǒng)更穩(wěn)定、測量更精確；

光譜采樣在煙道中，省去了復(fù)雜的抽氣和定標(biāo)過程，實現(xiàn)了實時連續(xù)監(jiān)測；

氣體濃度計算中應(yīng)用光學(xué)差分吸收技術(shù)，可消除煙塵及光源幅度慢變化對測量結(jié)果的影響；

儀器中空氣吹掃裝置保證煙道內(nèi)光學(xué)元件不被煙氣污染，延長了維護周期，提高了測量精度。

特有的技術(shù)和設(shè)計，保證了系統(tǒng)幾乎沒有零點漂移。

主要技術(shù)指標(biāo)

2.2．氧化鋯氧量分析儀

工作原理

氧化鋯氧量分析儀的傳感器核心元件是用穩(wěn)定氧化鋯固體電解質(zhì)材料制作而成的氧化鋯管，在600℃以上的溫度時，它具有良好的氧離子導(dǎo)電性。在鋯管封閉端兩側(cè)涂覆多孔鉑電極，當(dāng)鋯管兩側(cè)的氧濃度不同時，高濃度側(cè)的氧分子獲得鉑電極上的自由電子，以離子的形式同過氧化鋯離子導(dǎo)體到達低濃度側(cè)，通過鉑電極釋放出電子，變成氧氣釋放出來。這樣兩側(cè)產(chǎn)生一氧濃度差電勢，形成一個電池。

根據(jù)能斯特方程有：

式中：R-氣體常數(shù)

T-絕對溫度

F-法拉第常數(shù)

P1-參比氣體的氧分壓

P2-待測氣體的氧分壓

E-氧濃度差電勢

通過適當(dāng)?shù)膿Q算處理，即可得到被測氣體的氧濃度。

特點

氧化鋯氧量分析儀是采用進口關(guān)鍵零部件和先進的工藝設(shè)計制作而成的具有維修簡單、壽命長、測量準(zhǔn)確等優(yōu)點的一種新型測氧儀器。其特點如下：

1、結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。

2、進口的原材料制作的鋯管具有很強的抗熱沖擊性，可在開爐狀態(tài)下迅速插入煙道中而不會導(dǎo)致?lián)p壞鋯頭；

3、檢測器直接插入煙道中不會造成堵灰，同時，鋯管上作了一層特殊的保護層，可減輕中毒現(xiàn)象，使鋯管的壽命可達到一年以上；

4、檢測器的易損件可方便更換，無需整體報廢，維護簡單，可操作性強；

5、變換器設(shè)有儀器自檢、氧量、信號電勢、本底電勢、鋯頭溫度四種功能數(shù)顯，為日常檢驗和維護提供方便。

主要技術(shù)指標(biāo)

1) 準(zhǔn) 確 度：±3%F.S.

2) 測量范圍：0～20%O2

3) 響應(yīng)時間：＜5s（達90%的響應(yīng)值）

4) 升溫時間：＜30min

5) 重 復(fù) 性：±1.0%F.S.

6) 穩(wěn) 定 性：±1.0%F.S.（24小時）

2.3．煙氣流速測定儀

工作原理:

煙氣流速測定儀由溫度、壓力測量系統(tǒng)、微控制器系統(tǒng)、反吹系統(tǒng)、模擬信號輸出控制系統(tǒng)等部分組成.采用經(jīng)典的S型皮托管方式測煙氣流速; 微控制器系統(tǒng)采集各種傳感器檢測的信號,計算出動壓、靜壓、溫度等,根據(jù)公式計算出煙氣流速。

主要特點:

測量精度高，穩(wěn)定性好，可長期連續(xù)工作。

具備自動反吹系統(tǒng)，可定時清理落入皮托管上的煙塵；

設(shè)備自動進行動壓、靜壓和流速的零點校準(zhǔn)；

關(guān)鍵氣路系統(tǒng)及傳感器均采用優(yōu)質(zhì)進口部件，可靠性高；

在線監(jiān)測儀器內(nèi)部重要器件工作狀況，具備自我診斷功能，并給出信號提示；

通過鍵盤即可對儀器測量的各項參數(shù)進行標(biāo)定，簡便、快捷。

主要技術(shù)指標(biāo)

2.2．氧化鋯氧量分析儀

工作原理

氧化鋯氧量分析儀的傳感器核心元件是用穩(wěn)定氧化鋯固體電解質(zhì)材料制作而成的氧化鋯管，在600℃以上的溫度時，它具有良好的氧離子導(dǎo)電性。在鋯管封閉端兩側(cè)涂覆多孔鉑電極，當(dāng)鋯管兩側(cè)的氧濃度不同時，高濃度側(cè)的氧分子獲得鉑電極上的自由電子，以離子的形式同過氧化鋯離子導(dǎo)體到達低濃度側(cè)，通過鉑電極釋放出電子，變成氧氣釋放出來。這樣兩側(cè)產(chǎn)生一氧濃度差電勢，形成一個電池。

根據(jù)能斯特方程有：

式中：R-氣體常數(shù)

T-絕對溫度

F-法拉第常數(shù)

P1-參比氣體的氧分壓

P2-待測氣體的氧分壓

E-氧濃度差電勢

通過適當(dāng)?shù)膿Q算處理，即可得到被測氣體的氧濃度。

特點

氧化鋯氧量分析儀是采用進口關(guān)鍵零部件和先進的工藝設(shè)計制作而成的具有維修簡單、壽命長、測量準(zhǔn)確等優(yōu)點的一種新型測氧儀器。其特點如下：

1、結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。

2、進口的原材料制作的鋯管具有很強的抗熱沖擊性，可在開爐狀態(tài)下迅速插入煙道中而不會導(dǎo)致?lián)p壞鋯頭；

3、檢測器直接插入煙道中不會造成堵灰，同時，鋯管上作了一層特殊的保護層，可減輕中毒現(xiàn)象，使鋯管的壽命可達到一年以上；

4、檢測器的易損件可方便更換，無需整體報廢，維護簡單，可操作性強；

5、變換器設(shè)有儀器自檢、氧量、信號電勢、本底電勢、鋯頭溫度四種功能數(shù)顯，為日常檢驗和維護提供方便。

主要技術(shù)指標(biāo)

1)準(zhǔn) 確 度：±3%F.S.

2)測量范圍：0～20%O2

3)響應(yīng)時間：＜5s（達90%的響應(yīng)值）

4)升溫時間：＜30min

5) 重 復(fù) 性：±1.0%F.S.

6)穩(wěn) 定 性：±1.0%F.S.（24小時）

2.3．煙氣流速測定儀

工作原理:

煙氣流速測定儀由溫度、壓力測量系統(tǒng)、微控制器系統(tǒng)、反吹系統(tǒng)、模擬信號輸出控制系統(tǒng)等部分組成.采用經(jīng)典的S型皮托管方式測煙氣流速; 微控制器系統(tǒng)采集各種傳感器檢測的信號,計算出動壓、靜壓、溫度等,根據(jù)公式計算出煙氣流速。

主要特點:

測量精度高，穩(wěn)定性好，可長期連續(xù)工作。

具備自動反吹系統(tǒng)，可定時清理落入皮托管上的煙塵；

設(shè)備自動進行動壓、靜壓和流速的零點校準(zhǔn)；

關(guān)鍵氣路系統(tǒng)及傳感器均采用優(yōu)質(zhì)進口部件，可靠性高；

在線監(jiān)測儀器內(nèi)部重要器件工作狀況，具備自我診斷功能，并給出信號提示；

通過鍵盤即可對儀器測量的各項參數(shù)進行標(biāo)定，簡便、快捷。

主要技術(shù)指標(biāo)

3.4．系統(tǒng)組成及有關(guān)技術(shù)參數(shù)

煙氣在線監(jiān)測儀

量程： SO22000ppm（由測量槽長度決定）

NOX2,000ppm

煙塵 1,000mg/m3

零點漂移： SO2 、NOX? ≤ ±2.0% F.S.

煙塵≤ ±2.0% F.S.

量程漂移： SO2 、NOX? ≤ ±2.5% F.S.

煙塵≤ ±5.0% F.S.

線性誤差：SO2 、NOX ≤ ±5.0% F.S.

測量原理： SO2 、NOX：紫外差分光譜法

煙塵：不透明度法

環(huán)境溫度：－20℃～45℃

用電量：≤200W

儀器用空氣要求：凈化空氣吹掃，保護鏡片（系統(tǒng)自帶）

報警輸出：發(fā)送故障信息，由工控機顯示

輸出信號形式：RS232，與工控機連接。

氧量分析儀

測量原理：濃差電池式

量程：0.1～20%O2

精確度：±3% F.S.

升溫時間：<30分鐘

重復(fù)性：±1% F.S.

穩(wěn)定性：±1% F.S. （24小時）

環(huán)境溫度限制：－20℃～80℃

用電量：<150W

報警輸出：發(fā)送故障信息，由工控機顯示

輸出信號形式：4-20mA .DC和0-10mA .DC?

煙氣流量計

測量原理：差壓作用原理?

一次裝置：S型皮托管

性能指標(biāo):

儀器用空氣要求：壓縮空氣定時吹掃

報警輸出：發(fā)送故障信息，由工控機顯示。

凈化風(fēng)機

功率：0.67kW

轉(zhuǎn)速：2800轉(zhuǎn)/min

風(fēng)量：100m3/h

數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)

防塵要求：IP54

用電量：100W

環(huán)境空氣溫度限制：0-45℃

４．煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）安裝要求

４.1 設(shè)備安裝位置的選取

設(shè)備安裝點選定鍋爐除塵器后煙道，氣流比較平穩(wěn)區(qū)域，應(yīng)避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位。安裝位置應(yīng)設(shè)置在距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于4倍直徑，和距上述部件上游方向不小于2倍直徑處。對矩形煙道，其當(dāng)量直徑D=2AB/（A+B），式中A、B為邊長。如果不能達到這樣的條件，那么未開口的距離可被采樣管分開以下比率：距離入口2/3，距離出口1/3。

4.2 平臺和設(shè)備房的搭建

為便于設(shè)備的安裝和對比標(biāo)定檢測,設(shè)備安裝現(xiàn)場應(yīng)該搭建一安裝平臺。為了設(shè)備的長期穩(wěn)定可靠運行，應(yīng)在平臺上搭建設(shè)備房并安裝自啟動空調(diào)。

平臺的面積應(yīng)能夠滿足所有設(shè)備的擺放和便于標(biāo)定檢測。其強度應(yīng)能夠承受至少1500公斤重力。平臺面采用4-5mm厚的防滑鋼板，安全性等要求應(yīng)該滿足國家有關(guān)工業(yè)平臺的標(biāo)準(zhǔn)。平臺的面積一般為長×寬=3.0×2.5(平方米)。為了便于設(shè)備搬運到平臺上，一般平臺的扶梯寬度不小于0.8米。

設(shè)備房推薦采用5mm厚夾芯彩鋼板。房頂高度不低于2.2米。設(shè)備房面積一般不小于2.5×2.3(平方米)，如果受到現(xiàn)場條件的限制，設(shè)備房面積應(yīng)不小于2.0×2.0(平方米)。為了便于設(shè)備搬運到平臺上，一般平臺的扶梯寬度不小于0.8米。

需方提供現(xiàn)場安裝維護平臺及設(shè)備房，具體要求供方可根據(jù)現(xiàn)場情況提出建議，需方實施。

4.3其它要求

需方提供至現(xiàn)場的設(shè)備電源：交流380V，三相四線，每相電流10A。要求長期供電不中斷；

需方提供一路至現(xiàn)場的市話線（環(huán)保局遠(yuǎn)程監(jiān)控用）；

需方提供至現(xiàn)場的可靠接地線。