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烟气排放连续监测系统原理

1.项目介绍
 山东莱恩德智能科技所推出的锅炉烟气在线监测设备可以连续监测SO2、NOX、02（标准、湿基、干基和折算)、颗粒物浓度、烟气温度、压力、流速等多项相关参数，并统计排放率、排放总量等。从而对测量到的数据进行有效管理。

    系统由气态污染物（SO2、NOX、02等）监测、颗粒物监测、烟气参数（温度、压力、流速等）监测及数据采集与处理4个必选子系统组成。
    气态污染物监测采用抽取式冷凝法+磷酸滴定法预处理，其原理是利用紫外差分法测量烟气中的SO2、NOX含量，通过电化学法测量湿氧含量，然后通过干湿转化计算出SO2、NOX、02的干烟气浓度，磷酸滴定发预处理可以有效减小冷凝除水时SO2的吸附损失，提高测量准确度。
    颗粒物监测采用抽取式测量法，烟气的温度采用温度传感器测量，烟气压力采用压力传感器测量，烟气流速采用皮托管测量；将所有的测量信号送入数据采集与处理系统。
    输出处理系统具有现场数据实时传送、远程故障诊断、报表统计和图形数据分析等功能，实现了工作现场的无人值守。整套系统结构简单，动态范围广，实时性强，组网灵活，运行成本低，同时系统采用模块化结构，组合方便，并且能够*与企业内部的DCS系统和环保部门的数据系统通讯的要求。

000011　项目执行标准
本系统的设计、制造、验收规范主要按下列标准和技术规范进行：
u GB3095－1996    《大气环境质量标准》
u GB13223-2003    《火电厂大气污染物排放标准》
u GB18485-2007    《生活垃圾焚烧污染物控制标准》
u HJ/T75-2007     《火电厂烟气排放连续监测技术规范》
u CJJ90—2002     《城市生活垃圾焚烧工程技术规范》
u CJ/T118—2002   《城市生活垃圾焚烧炉技术规范》
u HJ/T76-2007     《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》
u GB16297-1996    《大气污染物综合排放标准》
u GB/T16157-1996  《固体污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》
u GB9078-1996     《工业炉窑大气污染物综合排放标准》
u GB 3095-1996    《环境空气质量标准》
u GB12519-1990    《分析仪器通用技术条件》

000012　项目方案
000012.1　测量项目
Ø SO2、NOX、O2、烟尘、温度、压力、流速

000012.2　测量方法
Ø 烟气采样方法：抽取式冷凝法
Ø SO2、NOX监测方法：差分光学吸收光谱法（磷酸滴定法预处理）
Ø O2监测方法：电化学法
Ø 烟尘测量方法：抽取式测量法
Ø 温度测量方法：温度传感器
Ø 压力测量方法：压力传感器
Ø 流速测量方法：差压法（皮托管）

2. 系统总则
    本系统设备的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求，均符合国家有关环境保护标准要求，满足中华人民共和国环境保护行业（HJ/T75-2007、HJ/T76-2007）标准要求。
    本公司的CEMS系统由气态污染物监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气参数监测子系统及数据采集与处理子系统组成，其中气态污染物监测子系统和数据采集与处理子系统安装在标准19英寸机柜内。系统组成如下图：

图一、CEMS系统组成图

      Ø 气态污染物监测子系统：由取样单元、预处理单元和分析单元等组成。
Ø 颗粒物监测子系统：采用抽取式烟尘监测仪。
Ø 烟气参数监测子系统：采用皮托管测流速，压力传感器测压力，温度传感器测温度，烟气湿度采用高温电容湿度传感器测量。
Ø 数据采集与处理子系统：由数据采集器、工控机、显示器和系统软件等组成。

根据客户需求不同对上述子系统进行裁剪。

图二、CEMS系统安装示意图

3. 系统组成

3.1 气态污染物监测

3.1.1 取样和预处理单元

      样气在取样泵的抽力下由取样探头取出。样气中的绝大部分颗粒物被取样探头中的过滤器滤除，滤除后由伴热管线输送到制冷系统冷凝除水，送至分析单元进行分析。其中根据超低系统中普遍存在湿度大、SO2小等特点，为了减少SO2的吸附损失，预处理系统采用比较可靠简单的磷酸滴定法，在冷凝器预处理中加入5%以上的磷酸溶液，使得冷凝水始终处于酸性状态，减少SO2的吸附损失，提高测量精度。冷凝下来的水经排水系统排掉。由控制单元实现反吹、标定、制冷温度报警提示等功能，并显示系统的各种工作状态。

预处理系统中采用一级快速冷凝除水，确保气体组分不变。采用二级精细过滤，确保气体测量室不被污染，从而提高分析仪的使用寿命。下图即为气态污染物监测系统流程图。

3.1.2 气体分析仪
仪    器：紫外光谱气体分析仪
型    号：LD-UVA-100
测量原理：差分光学吸收光谱技术(DOAS)

测量原理
紫外光谱气体分析仪是基于多通道光谱分析技术(OMA)和差分光学吸收光谱技术（DOAS）的气体分析仪器。光源发出的光束汇聚进入光纤，通过光纤传输到气体室，穿过气体室时被待测气体吸收后，由光纤传输到光谱仪，在光谱仪内部经过光栅分光，由阵列传感器将分光后的光信号转换为电信号，获得气体的连续吸收光谱信息。仪器根据此光谱信息采用差分吸收光谱算法（DOAS）及偏小二乘算法（PLS）处理，得到被测气体的浓度。

Ø 多波段光谱分析技术（OMA）
由于各种气体分子在不同波段对光波有不同的吸收，通过对气体吸收后的连续光谱的分析，实现了多种气体的同时测量。

紫外光谱气体分析仪采用紫外波段的光源和传感器，用来测量在紫外波段对光波有吸收的气体的浓度，比如SO2、NO、NO2等气体。

Ø 差分光学吸收光谱技术（DOAS）

DOAS的核心思想是将气体的吸收光谱分解为快变和缓变两个部分。快变部分与气体分子的结构和所组成的元素有关，是气体分子吸收光谱的特征部分；缓变部分与烟尘、水汽、背景气体的干扰，以及测量系统的变化等因素有关，是干扰部分。DOAS采用快变部分计算被测气体的浓度，测量结果不受干扰，准确性高。

紫外光谱气体分析仪采用*的DOAS算法和PLS算法相结合的处理方式，消除了烟尘、水汽、背景气体的干扰，同时也消除了测量系统波动对测量结果的影响，保证了测量的准确性和稳定性。

技术指标
SO2：0～20～100ppm（可根据买方需求定制）
NO： 0～20～100ppm（可根据买方需求定制）
精确度：≤±2%
线性误差：≤±2%F.S.
零点漂移：≤±2%F.S./7D
量程漂移：≤±2%F.S./7D
响应时间：≤30s  

其他
O2测量 电化学，0～25%，≤±2%F.S.
电源：220VAC ，50Hz
环境温度限制：-10～40℃
通讯接口：1路RS232；1路RS485/RS232
数字接口：4路继电器输出，2路二进制输入
模拟接口：5路4～20mA输出，2路4～20mA输入

仪表特点
Ø 可靠性高
采用寿命达10年的脉冲氙灯作光源，采用固化光谱仪，无运动部件，可靠性高。
Ø 组合式气体室设计
组合式气体室设计使得光谱调节简便，提高光谱强度。
Ø 测量精度高、稳定性好
采用DOAS（差分光学吸收光谱）算法，测量结果不受烟尘、水分等因素干扰,测量准确度高；同时DOAS算法也消除了由仪器老化引起的误差，测量稳定性好。
Ø 高度智能化、数字化
内置多块高性能处理器，处理器间采用高速数据总线通讯技术，各模块具备强大的数字化配置和检测功能；操作简单、使用方便。
Ø 丰富的用户接口
提供丰富接口，可方便集成到各类控制和监测系统。可通过RS485和RS232等通信方式组建无线或有线网络，为仪器的日常操作、维护和管理提供便利。

Ø 与常见分析仪的对比

3.1.3 分析系统
分析系统由：
Ø 取样单元（探头、过滤器、温控器）； 
    LD-CEMS-1000系统的采样单元主要由采样探头和伴热管线组成。按照国家规范将采样探头安装在烟道（或烟囱）的适当位置，采集烟道中的气体，并通过伴热管道将气体运送到位于机柜内部的加热盒中。为保证测量结果的准确，采样探头和伴热管线都采用电伴热的方式，可以将气体保持在设定的温度，以防止气体中水分凝结，伴热管线长度可根据买方实际需要来定制。
Ø 预处理单元（取样泵、除湿、细过滤、排水等）； 
    烟气经过高温采样探头和伴热管到达预处理系统，预处理系统经过采样球阀切换进入冷凝器进行汽水分离，冷凝水通过蠕动泵及时排出，经过冷凝器的冷凝除水，在经过三级精细过滤器进行除尘过滤，处理过的洁净的无尘无水的样气进入烟气分析仪进行分析测量。
Ø 分析单元（SO2 、NO、NO2、O2）；
Ø 信号输出（ SO2、NO、NO2、O2浓度、量程转换、标定状态、故障状态等）；
Ø 其它（气路、电路等）；
Ø 分析仪器柜：1800×530×730MM（高*深*宽） 。

3.2 颗粒物监测
仪器：抽取式烟（粉）尘测量仪
型号：LFS1000-MO型
测量原理：激光抽取式  

技术参数表：

   执行标准：HJ/T 76-2007 固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法.

产品性能特点：
    采用同点测速、采样一体化探头，支持精确的等速采样。
    支持四参数同时输出：烟道温度、烟道压力、烟道流速、烟道浓度。
    仪器采用多种先进技术。包括：相关噪声对消技术、激光发射功率稳定技术、极低噪声TIA、干扰控制与信号完整性设计、抗恶劣环境设计技术，提供快速、可靠和准确的定量烟尘排放数据。
    自动校准技术，实现零点和满量程自动校准。系统每24小时自动进行零点校准和满量程校准。同时支持手动零点校准和自动零点校准。
    采用射流技术，从烟道中抽取部分烟气，结构紧凑、安装简单、抗雷击、抗恶劣环境、成本低、维护量小。
    烟气采样、传输过程进行连续加热恒温，防止传输过程湿烟气冷凝产生的测量误差。
    采用智能技术，具备显示功能，可实时显示各项测试数据、故障提示，方便现场调试与检修。
    设备运行状态提示、温度异常、参数异常提示。
    断电自保护功能，断电后利用备用电池供电，关闭阀门，保护内部结构。

3.3 烟气参数监测
3.3.1温压流一体化探头（温度、压力、流速）                                   
    温压流一体化探头测量装置的结构主要包括微差压变送器、静压传感器、热电阻（或热电偶）、皮托管、反吹电磁阀、温度压力补偿等。其测量原理是：一次取压元件采用传统的皮托管测量方式，在正确安装后，皮托管的全压、背压取压管将检测到的动压与静压分别传递到差压变送器，差压变送器将动压与静压之差转换为4~20mA 开方比例电流传送给配电箱数据采集模块，CEMS机柜内的计算机进行数据处理。
    皮托管内外表面均做了特殊处理，可有效避免烟气腐蚀并减少粉尘粘附。反吹电磁阀主要用于脏污气体（如锅炉排放的烟气）测量时的系统反吹：当探头检测孔粘附﹑积淀灰尘污物时，电磁阀定时或按预定程序开启，将压缩空气同时接入两个取压管进行吹除作业，正常测量时电磁阀则处于关断状态。

技术特点
l 可实时测量烟气的温度、压力、流速，通过3路模拟信号两线制4~20mA输出。
l 自动定时对皮托管的动压和静压端进行反吹。
l 测量精度高、可靠性好、可长期连续工作。
l 安装和接线方便、维护量低。

技术指标
Ø 量程：线性输出0-30m/s；
Ø 输出信号：4~20mA 两线制；
Ø 测量精度：±2%F.S.；
Ø 校验频率：12 个月；
Ø 响应时间：<1s；
Ø 差压（温度、压力）变送器电源：24VDC，两线制；
Ø 差压变送器过压极限：4.0MPa； 
Ø 皮托管材质：304、316L不锈钢；
Ø 常闭反吹电磁阀电源：220VAC，50Hz； 
Ø 皮托管插入长度：500~2000mm 可选；
Ø 压力变送器量程：-5~+5kPa ；
Ø 温度变送器量程：0~300℃；
Ø 介质温度范围：-40~500℃； 
Ø 环境温度：-40~85℃；
Ø 贮存温度：0~50℃； 
Ø 贮存湿度：0~85%RH。
Ø 安装法兰：DN50；
Ø 材质：SUS316L