CEMS連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)基礎培訓教材

脫硫CEMS連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)

基礎知識培訓

武漢光谷環(huán)保科技股份公司安慶分公司緒論

多年來，國家不斷加大對環(huán)保的投入，尤其是污染源自動監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)建設迅速發(fā)展，取得了長足的進展，在環(huán)境管理和總量減排中發(fā)揮了應有的作用。國家和環(huán)保部頒布了多項相關法律法規(guī)、管理制度，如：《主要污染物總量減排監(jiān)測辦法》（國發(fā)〔2007〕36號）《污染源自動監(jiān)控管理辦法》（環(huán)?？偩值?8號令）《污染源自動監(jiān)控設施運行管理辦法》（環(huán)發(fā)〔2008〕6號）以及相應的技術標準和規(guī)范。

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）分別由氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理與通訊子系統(tǒng)組成。固定污染源煙氣CEMS由顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)測量子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理子系統(tǒng)等組成。緒論通過采樣和非采樣方式，測定煙氣中顆粒物濃度、氣態(tài)污染物濃度，同時測量煙氣溫度、煙氣壓力煙氣流速或流量、煙氣含濕量（或輸入煙氣含濕量）、煙氣氧量（或CO2含量）等參數(shù)；計算煙氣中污染物濃度和排放量；實現(xiàn)和打印各種參數(shù)、圖表并通過數(shù)據(jù)、圖文傳輸系統(tǒng)傳輸至固定污染源監(jiān)控系統(tǒng)。為污染物總量減排提供科學依據(jù)。CEMS連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)主要測量方式有以下幾種：1、直接抽取法：采用專用的加熱探頭將煙氣從煙道中抽取出來，經(jīng)過伴熱管線將溫度控制到150度-200度，然后經(jīng)過預處理系統(tǒng)進行除塵、除水，最后送入氣體分析儀進行檢測分析。2、稀釋抽取法：采用專用的探頭采樣后用氮氣或壓縮空氣進行稀釋經(jīng)過預處理系統(tǒng)進行除塵、除水，最后送入氣體分析儀進行檢測分析。3、直接測量法：將分析部件直接安裝于煙道上進行檢測分析。發(fā)電廠煙道氣體監(jiān)測系統(tǒng)圖發(fā)電機汽輪機多參數(shù)監(jiān)測單元煙塵分析單元煙道脫硫設備NOx/SO2/O2分析單元SO2分單元油庫排水口引入口水處理過濾墻水O2分析單元CO分析單元NOx/O2分析單元煙道脫氮設備電除塵器脫硫設備脫硫CEMS連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)圖脫硫CEMS連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)組成及工作原理1、氣態(tài)污染物排放濃度監(jiān)測子系統(tǒng)：主要對煙氣排放中NOx

、SO2、CO、CO2等氣態(tài)方式存在的污染物進行監(jiān)測。2、顆粒物排放濃度監(jiān)測子系統(tǒng)：主要對煙氣排放中的煙塵濃度進行測量。3.煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)：主要對煙氣的溫度、壓力、濕度、含氧量等參數(shù)進行監(jiān)測，用以將污染物的濃度轉換成標準干煙氣狀態(tài)和規(guī)定過?？諝庀禂?shù)下的濃度，符合環(huán)保計量的要求以及污染物排放量的計算。4.數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)：主要是完成測量數(shù)據(jù)的采集、存儲、統(tǒng)計功能，并根據(jù)環(huán)保部門的要求的格式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)江h(huán)保局相關部門。氣態(tài)污染物測量子系統(tǒng)采樣方式

分析方法

直接抽取系統(tǒng)

稀釋抽取系統(tǒng)

直接測量系統(tǒng)紅外光吸收原理

SO2，NOx，CO，CO2紫外光吸收原理

SO2，NOx，SO2，NOx

紫外熒光原理

SO2

化學發(fā)光原理

NOx

電化學原理

NOx

氣態(tài)污染物測量子系統(tǒng)直接抽取系統(tǒng)：

加熱采樣探頭加熱傳輸管線樣氣預處理系統(tǒng)分析測量單元標定控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)運算、輸出煙氣分析主機氣態(tài)污染物測量子系統(tǒng)直接抽取系統(tǒng)：特點：紅外/紫外光吸收測量分析單元;

一個分析單元可同時測量SO2、NOx、CO2、CO；可將測氧（O2）單元與紅外單元共同置于同一分析儀內(nèi)；測量數(shù)據(jù)為標準狀態(tài)下的干態(tài)煙氣數(shù)值，數(shù)據(jù)直觀；樣氣傳輸采用加熱管線（120℃以上）；預處理系統(tǒng)復雜；要求密封性好。

氣態(tài)污染物測量子系統(tǒng)直接抽取系統(tǒng)常見故障：采樣探頭堵塞：濾芯油污、異物等。采樣管路漏氣：接頭、管線劃傷等。加熱系統(tǒng)失效：伴熱線斷電、斷線等。采樣流量降低：探頭堵塞、管線漏氣等。除水系統(tǒng)：制冷器工作異常等。過濾元部件失效：濾芯臟污、損壞等。氣態(tài)污染物測量子系統(tǒng)稀釋抽取法：

稀釋采樣探頭傳輸管線樣氣預處理系統(tǒng)SO2分析測量單元標定控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)運算、輸出煙氣分析主機NOx分析測量單元氣態(tài)污染物測量子系統(tǒng)稀釋抽取法：特點：紫外熒光測量SO2，化學發(fā)光測量NOx;

需要多個分析單元組合；氧含量需單獨配置采樣系統(tǒng)或采用直接測量法；測量數(shù)據(jù)需要轉換成標準狀態(tài)下的干態(tài)煙氣數(shù)值；樣氣傳輸不采用加熱管線；探頭稀釋用空氣需嚴格控制；探頭稀釋比例需要隨時校準；氣態(tài)污染物測量子系統(tǒng)稀釋抽取系統(tǒng)常見故障：采樣探頭堵塞管路漏氣稀釋比例不準確采樣流量降低零氣處理不純凈氣態(tài)污染物測量子系統(tǒng)直接測量法：

氣態(tài)污染物測量子系統(tǒng)直接測量法：特點：通常采用差分吸收光譜原理的分析儀;

不需要采樣和預處理系統(tǒng)，結構簡單。測量NOx通常需要配置電化學法插入式儀表；氧含量通常采用氧化鋯直接測量法；測量數(shù)據(jù)需要轉換成標準狀態(tài)下的干態(tài)煙氣數(shù)值；溫度、壓力的變化會顯著影響分子吸收能量的效率，需要隨時進行溫度壓力的修正；探頭的防護十分重要；通常不能在線校準零漂和量漂；

氣態(tài)污染物測量子系統(tǒng)CEMS連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場PLC可編程控制器性能：數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)運算煙氣預處理程控現(xiàn)場儀表供電氣態(tài)污染物測量子系統(tǒng)CEMS連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)煙氣采樣預處理單元性能：煙氣除塵煙氣除水保障進入分析儀煙氣達到潔凈指標氣態(tài)污染物測量子系統(tǒng)西門子U23氣體分析儀性能：可連續(xù)測量SO2、NOX、O2等氣體濃度分析多個組份。多路4-20mA模擬輸出及繼電器接點輸出。自動標定、故障自診斷通訊功能。精度高、穩(wěn)定性好。菜單式操作、液晶顯示。ppm或mg/m3可以轉換。極短的預熱時間：5分鐘操作簡單、快速設定和運行方便。使用空氣自動標定儀器零點（<5%CO2必須用N2標定零點）顆粒物排放濃度監(jiān)測子系統(tǒng)

顆粒物測量子系統(tǒng)：采用方法：光學分析方法、直接測量（不采樣）。工作原理：光透射法、后散射法。特點：直接測量法不需要采樣系統(tǒng);

探頭不接觸煙氣；由于標準物質難以獲得，出場通常以濾光片進行標定；灰塵和水汽影響較大，不適合在濕法凈化設施后測量，除非再加熱煙氣到高于水的露點溫度；反吹空氣幕需24小時運轉（停爐時也要運轉）；顆粒物組成和粒徑的變化影響這類分析儀的校準；

顆粒物排放濃度監(jiān)測子系統(tǒng)控制單元光源傳感器排放源煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)測量項目

測量原理

安裝位置

氧含量

氧化鋯法

煙道、抽取

磁氧法

直接抽取采樣

原電池法

直接抽取采樣

流速

皮托管差壓法

插入式

熱線法

插入式

超聲波法

對穿式

濕度

電容法

插入式

干濕氧法

煙道、抽取

溫度

熱電偶

插入式

熱電阻

插入式

壓力

壓阻感應片

直接測量

煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)

含氧量：氧化鋯法：氧化鋯分析儀測量O2依據(jù)的原理：利用ZrO2在高溫（600℃）時的電解催化作用，形成煙氣一側的電極和與含有O2的參考氣體（通常為空氣）接觸的參考電極產(chǎn)生電位的不同，從而測量出煙氣中氧氣濃度。探頭使用壽命：1

～2年。氧化鋯分析儀測量的是濕基氧的濃度，計算干基濃度時，必須知道水蒸汽的含量，進行轉換。煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)

氧化鋯法煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)

磁氧法：順磁氧分析儀是利用氧氣的順磁性的特性測量O2濃度。氧氣分子是順磁性的，能夠利用這種特性影響樣品氣體在分析儀中的流動方式，通常采用磁壓法、熱磁法、磁力矩法。它作為抽取系統(tǒng)的一個部件安裝在氣態(tài)污染物分析機柜內(nèi)，共用系統(tǒng)的除塵、除濕系統(tǒng)。因為經(jīng)過除濕后進行測量，因此它測量的是干基氣體的O2濃度。煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)

磁氧法煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)

原電池法：原電池式氧傳感器由兩個金屬電極、電解質、擴散透氣膜和外殼組成，兩個金屬電極中Ag為工作電極，Pb為對電極。傳感器工作時O2通過擴散透氣膜進入傳感器，在工作電極上發(fā)生電化學反應，電池產(chǎn)生的電流正比于樣品中的含氧量，通過這個原理測量煙氣中的含氧量。傳感器使用壽命：6

～18個月。它作為抽取系統(tǒng)的一個部件安裝在氣態(tài)污染物分析機柜內(nèi)，共用系統(tǒng)的除塵、除濕系統(tǒng)。因為經(jīng)過除濕后進行測量，因此它測量的是干基氣體的O2濃度。煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)流速測量：皮托管法：皮托管由兩根相同的金屬管并聯(lián)組成，測量端有方向相反的兩個開口，一根管面正對氣體流動方向測量全壓，另一根管平行于氣流或背向氣流測量靜壓。皮托管兩管連接微壓傳感器并且連接放大器，測得的壓差由微壓傳感器測得，經(jīng)放大調制，輸出電壓與S型皮托管測得壓差成比例關系。保持皮托管正對氣流測孔表面的清潔是保證準確測量煙氣流速的重要條件，需要采用高壓反吹技術定期反吹皮托管。安裝時應開有渦流的位置。測量低壓差(P)比較困難(實際測定的最小壓差約為5Pa，能夠測量的最低流速約為2-3m/s)。煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)皮托管法

煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)超聲波法：在流體中設置兩個超聲波傳感器，他們既可發(fā)射超聲波又可以接收超聲波，一個裝在管道的上游，一個裝在下游，通過超聲波在流體中順流和逆流方向傳播時間差來計算出流速在煙氣流速。連續(xù)監(jiān)測中，在煙道或煙囪兩側各安裝一個發(fā)射/接收器組成超聲波流速連續(xù)測量系統(tǒng)，典型的角度為30～60°。超聲波技術能夠測量低至0.03m/s的氣流流速。安裝時應避開有渦流的位置。煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)超聲波法

煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)熱線法：熱平衡法流速測量儀是通過把加熱體的熱傳輸給流動的煙氣進行工作的。氣體借熱空氣對流從探頭帶走熱，并導致探頭冷卻。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，對于加熱絲類型的傳感器，氣體的質量流量正比于供電量。水滴將引起熱傳感系統(tǒng)的測量誤差。防止探頭腐蝕和灰塵附著。煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)濕度測量：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濾器進行保護。采用薄膜電容和PT100電阻組合專門設計的濕度傳感器，利用水分的變化和電容值變化之間的關系直接測量水氣分壓，利用PT100測量溫度，可以準確測量高溫煙氣的水分含量，并專門根據(jù)CEMS煙氣特點計算出體積百分比濃度ppmv。直接插入式測量，探頭需要特殊防護。煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)干濕氧法：通常利用插入式氧化鋯探頭直接測量煙道中的濕態(tài)氧含量，利用完全利用抽取法將煙氣抽取后降溫除濕，測量出干態(tài)氧含量，經(jīng)計算后得出煙氣濕度。

XSW=1-X`O2/XO2

式中：X`O2—濕煙氣中氧的體積百分數(shù)，%

XO2——干煙氣中氧的體積百分數(shù)，%兩臺測氧儀器漂移不一致導致誤差疊加。濕度測量：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濾器進行保護。采用薄膜電容和PT100電阻組合專門設計的濕度傳感器，利用水分的變化和電容值變化之間的關系直接測量水氣分壓，利用PT100測量溫度，可以準確測量高溫煙氣的水分含量，并專門根據(jù)CEMS煙氣特點計算出體積百分比濃度ppmv。直接插入式測量，探頭需要特殊防護。數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)：主要分為CEMS連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)DAS數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、脫硫設施在線監(jiān)測系統(tǒng)以及環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，其功能如下：采集各測量子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)參數(shù)；對數(shù)據(jù)進行顯示、計算、存儲、統(tǒng)計；保持與環(huán)境監(jiān)控平臺（企業(yè)）的數(shù)據(jù)傳輸；保持與省調監(jiān)控平臺（企業(yè)）的數(shù)據(jù)傳輸；監(jiān)控數(shù)據(jù)的測量量程、補償?shù)葼顟B(tài)參數(shù)設置；年度、月度、日報表及其它時間段報表自動生成。數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)：主要組成：環(huán)保監(jiān)測中心：服務器、監(jiān)測軟件等。通訊網(wǎng)絡：移動GPRS-APN專線。前端設備：GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊。測量設備：污染源監(jiān)測設備。數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)脫硫設施在線監(jiān)測系統(tǒng)：通過對脫硫設施運行數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸處理和計算分析，給出與機組發(fā)電量相對應的脫硫系統(tǒng)投運率、脫硫效率和排放量等運行數(shù)據(jù)，為環(huán)保、物價、電力監(jiān)管和電力管理等部門提供相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)和監(jiān)管依據(jù)，為編制全省燃煤機組污染物排放水平序位表提供技術數(shù)據(jù)，為脫硫電價政策的執(zhí)行提供計算數(shù)據(jù)。所有燃煤發(fā)電機組為脫硫設施監(jiān)測系統(tǒng)接入對象。脫硫設施監(jiān)測系統(tǒng)的運行情況，納入我省節(jié)能發(fā)電調度工作范圍，作為發(fā)電機組排序與電量安排依據(jù)。數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)主要包括二大采集模塊：分別是CEMS數(shù)據(jù)采集模塊、RTU數(shù)據(jù)采集模塊。CEMS日常維護保養(yǎng)SO2監(jiān)測系統(tǒng)：

易耗品的定期更換。探頭過濾器芯、分析儀內(nèi)各種過濾器芯、泵膜及軸承、密封圈（墊）等定期清理采樣管線。需要對系統(tǒng)管路及測點進行定期反吹定期檢查冷凝裝置。冷凝液是否正常排出定期檢查分析儀表。零點漂移，量程漂移的檢查和校正，同時還要對儀器光源電壓、電流、溫度等內(nèi)部參數(shù)進行檢查，及時更換使用壽命到期的部。環(huán)境的清潔?；覊m，環(huán)境溫度為0～40℃

CEMS日常維護保養(yǎng)分析儀器巡巡檢：操作指示以及警告燈狀態(tài)。分析儀系統(tǒng)內(nèi)管路或部件上是否有凝結水和灰塵。顆粒物準直性如何。記錄儀表的顯示值和時間，是否和控制室內(nèi)一致。零部件、閥等是否腐蝕或泄漏，塑料或橡膠組件是否老化、破損。冷凝水是否能夠順利排出，污染物氣體有無被吸收或吸附的可能性。