煙氣排放連續監測系統原理

1.項目介紹
 山東萊恩德智能科技所推出的鍋爐煙氣在線監測設備可以連續監測SO2、NOX、02（標準、濕基、干基和折算)、顆粒物濃度、煙氣溫度、壓力、流速等多項相關參數，并統計排放率、排放總量等。從而對測量到的數據進行有效管理。

    系統由氣態污染物（SO2、NOX、02等）監測、顆粒物監測、煙氣參數（溫度、壓力、流速等）監測及數據采集與處理4個必選子系統組成。
    氣態污染物監測采用抽取式冷凝法+磷酸滴定法預處理，其原理是利用紫外差分法測量煙氣中的SO2、NOX含量，通過電化學法測量濕氧含量，然后通過干濕轉化計算出SO2、NOX、02的干煙氣濃度，磷酸滴定發預處理可以有效減小冷凝除水時SO2的吸附損失，提高測量準確度。
    顆粒物監測采用抽取式測量法，煙氣的溫度采用溫度傳感器測量，煙氣壓力采用壓力傳感器測量，煙氣流速采用皮托管測量；將所有的測量信號送入數據采集與處理系統。
    輸出處理系統具有現場數據實時傳送、遠程故障診斷、報表統計和圖形數據分析等功能，實現了工作現場的無人值守。整套系統結構簡單，動態范圍廣，實時性強，組網靈活，運行成本低，同時系統采用模塊化結構，組合方便，并且能夠*與企業內部的DCS系統和環保部門的數據系統通訊的要求。

000011　項目執行標準
本系統的設計、制造、驗收規范主要按下列標準和技術規范進行：
u GB3095－1996    《大氣環境質量標準》
u GB13223-2003    《火電廠大氣污染物排放標準》
u GB18485-2007    《生活垃圾焚燒污染物控制標準》
u HJ/T75-2007     《火電廠煙氣排放連續監測技術規范》
u CJJ90—2002     《城市生活垃圾焚燒工程技術規范》
u CJ/T118—2002   《城市生活垃圾焚燒爐技術規范》
u HJ/T76-2007     《固定污染源排放煙氣連續監測系統技術要求及檢測方法》
u GB16297-1996    《大氣污染物綜合排放標準》
u GB/T16157-1996  《固體污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法》
u GB9078-1996     《工業爐窯大氣污染物綜合排放標準》
u GB 3095-1996    《環境空氣質量標準》
u GB12519-1990    《分析儀器通用技術條件》

000012　項目方案
000012.1　測量項目
Ø SO2、NOX、O2、煙塵、溫度、壓力、流速

000012.2　測量方法
Ø 煙氣采樣方法：抽取式冷凝法
Ø SO2、NOX監測方法：差分光學吸收光譜法（磷酸滴定法預處理）
Ø O2監測方法：電化學法
Ø 煙塵測量方法：抽取式測量法
Ø 溫度測量方法：溫度傳感器
Ø 壓力測量方法：壓力傳感器
Ø 流速測量方法：差壓法（皮托管）

2. 系統總則
    本系統設備的功能設計、結構、性能、安裝和試驗等方面的技術要求，均符合國家有關環境保護標準要求，滿足中華人民共和國環境保護行業（HJ/T75-2007、HJ/T76-2007）標準要求。
    本公司的CEMS系統由氣態污染物監測子系統、顆粒物監測子系統、煙氣參數監測子系統及數據采集與處理子系統組成，其中氣態污染物監測子系統和數據采集與處理子系統安裝在標準19英寸機柜內。系統組成如下圖：

圖一、CEMS系統組成圖

      Ø 氣態污染物監測子系統：由取樣單元、預處理單元和分析單元等組成。
Ø 顆粒物監測子系統：采用抽取式煙塵監測儀。
Ø 煙氣參數監測子系統：采用皮托管測流速，壓力傳感器測壓力，溫度傳感器測溫度，煙氣濕度采用高溫電容濕度傳感器測量。
Ø 數據采集與處理子系統：由數據采集器、工控機、顯示器和系統軟件等組成。

根據客戶需求不同對上述子系統進行裁剪。

圖二、CEMS系統安裝示意圖

3. 系統組成

3.1 氣態污染物監測

3.1.1 取樣和預處理單元

      樣氣在取樣泵的抽力下由取樣探頭取出。樣氣中的絕大部分顆粒物被取樣探頭中的過濾器濾除，濾除后由伴熱管線輸送到制冷系統冷凝除水，送至分析單元進行分析。其中根據超低系統中普遍存在濕度大、SO2小等特點，為了減少SO2的吸附損失，預處理系統采用比較可靠簡單的磷酸滴定法，在冷凝器預處理中加入5%以上的磷酸溶液，使得冷凝水始終處于酸性狀態，減少SO2的吸附損失，提高測量精度。冷凝下來的水經排水系統排掉。由控制單元實現反吹、標定、制冷溫度報警提示等功能，并顯示系統的各種工作狀態。

預處理系統中采用一級快速冷凝除水，確保氣體組分不變。采用二級精細過濾，確保氣體測量室不被污染，從而提高分析儀的使用壽命。下圖即為氣態污染物監測系統流程圖。

3.1.2 氣體分析儀
儀    器：紫外光譜氣體分析儀
型    號：LD-UVA-100
測量原理：差分光學吸收光譜技術(DOAS)

測量原理
紫外光譜氣體分析儀是基于多通道光譜分析技術(OMA)和差分光學吸收光譜技術（DOAS）的氣體分析儀器。光源發出的光束匯聚進入光纖，通過光纖傳輸到氣體室，穿過氣體室時被待測氣體吸收后，由光纖傳輸到光譜儀，在光譜儀內部經過光柵分光，由陣列傳感器將分光后的光信號轉換為電信號，獲得氣體的連續吸收光譜信息。儀器根據此光譜信息采用差分吸收光譜算法（DOAS）及偏小二乘算法（PLS）處理，得到被測氣體的濃度。

Ø 多波段光譜分析技術（OMA）
由于各種氣體分子在不同波段對光波有不同的吸收，通過對氣體吸收后的連續光譜的分析，實現了多種氣體的同時測量。

紫外光譜氣體分析儀采用紫外波段的光源和傳感器，用來測量在紫外波段對光波有吸收的氣體的濃度，比如SO2、NO、NO2等氣體。

Ø 差分光學吸收光譜技術（DOAS）

DOAS的核心思想是將氣體的吸收光譜分解為快變和緩變兩個部分。快變部分與氣體分子的結構和所組成的元素有關，是氣體分子吸收光譜的特征部分；緩變部分與煙塵、水汽、背景氣體的干擾，以及測量系統的變化等因素有關，是干擾部分。DOAS采用快變部分計算被測氣體的濃度，測量結果不受干擾，準確性高。

紫外光譜氣體分析儀采用*的DOAS算法和PLS算法相結合的處理方式，消除了煙塵、水汽、背景氣體的干擾，同時也消除了測量系統波動對測量結果的影響，保證了測量的準確性和穩定性。

技術指標
SO2：0～20～100ppm（可根據買方需求定制）
NO： 0～20～100ppm（可根據買方需求定制）
精確度：≤±2%
線性誤差：≤±2%F.S.
零點漂移：≤±2%F.S./7D
量程漂移：≤±2%F.S./7D
響應時間：≤30s  

其他
O2測量 電化學，0～25%，≤±2%F.S.
電源：220VAC ，50Hz
環境溫度限制：-10～40℃
通訊接口：1路RS232；1路RS485/RS232
數字接口：4路繼電器輸出，2路二進制輸入
模擬接口：5路4～20mA輸出，2路4～20mA輸入

儀表特點
Ø 可靠性高
采用壽命達10年的脈沖氙燈作光源，采用固化光譜儀，無運動部件，可靠性高。
Ø 組合式氣體室設計
組合式氣體室設計使得光譜調節簡便，提高光譜強度。
Ø 測量精度高、穩定性好
采用DOAS（差分光學吸收光譜）算法，測量結果不受煙塵、水分等因素干擾,測量準確度高；同時DOAS算法也消除了由儀器老化引起的誤差，測量穩定性好。
Ø 高度智能化、數字化
內置多塊高性能處理器，處理器間采用高速數據總線通訊技術，各模塊具備強大的數字化配置和檢測功能；操作簡單、使用方便。
Ø 豐富的用戶接口
提供豐富接口，可方便集成到各類控制和監測系統。可通過RS485和RS232等通信方式組建無線或有線網絡，為儀器的日常操作、維護和管理提供便利。

Ø 與常見分析儀的對比

3.1.3 分析系統
分析系統由：
Ø 取樣單元（探頭、過濾器、溫控器）； 
    LD-CEMS-1000系統的采樣單元主要由采樣探頭和伴熱管線組成。按照國家規范將采樣探頭安裝在煙道（或煙囪）的適當位置，采集煙道中的氣體，并通過伴熱管道將氣體運送到位于機柜內部的加熱盒中。為保證測量結果的準確，采樣探頭和伴熱管線都采用電伴熱的方式，可以將氣體保持在設定的溫度，以防止氣體中水分凝結，伴熱管線長度可根據買方實際需要來定制。
Ø 預處理單元（取樣泵、除濕、細過濾、排水等）； 
    煙氣經過高溫采樣探頭和伴熱管到達預處理系統，預處理系統經過采樣球閥切換進入冷凝器進行汽水分離，冷凝水通過蠕動泵及時排出，經過冷凝器的冷凝除水，在經過三級精細過濾器進行除塵過濾，處理過的潔凈的無塵無水的樣氣進入煙氣分析儀進行分析測量。
Ø 分析單元（SO2 、NO、NO2、O2）；
Ø 信號輸出（ SO2、NO、NO2、O2濃度、量程轉換、標定狀態、故障狀態等）；
Ø 其它（氣路、電路等）；
Ø 分析儀器柜：1800×530×730MM（高*深*寬） 。

3.2 顆粒物監測
儀器：抽取式煙（粉）塵測量儀
型號：LFS1000-MO型
測量原理：激光抽取式  

技術參數表：

   執行標準：HJ/T 76-2007 固定污染源排放煙氣連續監測系統技術要求及檢測方法.

產品性能特點：
    采用同點測速、采樣一體化探頭，支持精確的等速采樣。
    支持四參數同時輸出：煙道溫度、煙道壓力、煙道流速、煙道濃度。
    儀器采用多種先進技術。包括：相關噪聲對消技術、激光發射功率穩定技術、極低噪聲TIA、干擾控制與信號完整性設計、抗惡劣環境設計技術，提供快速、可靠和準確的定量煙塵排放數據。
    自動校準技術，實現零點和滿量程自動校準。系統每24小時自動進行零點校準和滿量程校準。同時支持手動零點校準和自動零點校準。
    采用射流技術，從煙道中抽取部分煙氣，結構緊湊、安裝簡單、抗雷擊、抗惡劣環境、成本低、維護量小。
    煙氣采樣、傳輸過程進行連續加熱恒溫，防止傳輸過程濕煙氣冷凝產生的測量誤差。
    采用智能技術，具備顯示功能，可實時顯示各項測試數據、故障提示，方便現場調試與檢修。
    設備運行狀態提示、溫度異常、參數異常提示。
    斷電自保護功能，斷電后利用備用電池供電，關閉閥門，保護內部結構。

3.3 煙氣參數監測
3.3.1溫壓流一體化探頭（溫度、壓力、流速）                                   
    溫壓流一體化探頭測量裝置的結構主要包括微差壓變送器、靜壓傳感器、熱電阻（或熱電偶）、皮托管、反吹電磁閥、溫度壓力補償等。其測量原理是：一次取壓元件采用傳統的皮托管測量方式，在正確安裝后，皮托管的全壓、背壓取壓管將檢測到的動壓與靜壓分別傳遞到差壓變送器，差壓變送器將動壓與靜壓之差轉換為4~20mA 開方比例電流傳送給配電箱數據采集模塊，CEMS機柜內的計算機進行數據處理。
    皮托管內外表面均做了特殊處理，可有效避免煙氣腐蝕并減少粉塵粘附。反吹電磁閥主要用于臟污氣體（如鍋爐排放的煙氣）測量時的系統反吹：當探頭檢測孔粘附﹑積淀灰塵污物時，電磁閥定時或按預定程序開啟，將壓縮空氣同時接入兩個取壓管進行吹除作業，正常測量時電磁閥則處于關斷狀態。

技術特點
l 可實時測量煙氣的溫度、壓力、流速，通過3路模擬信號兩線制4~20mA輸出。
l 自動定時對皮托管的動壓和靜壓端進行反吹。
l 測量精度高、可靠性好、可長期連續工作。
l 安裝和接線方便、維護量低。

技術指標
Ø 量程：線性輸出0-30m/s；
Ø 輸出信號：4~20mA 兩線制；
Ø 測量精度：±2%F.S.；
Ø 校驗頻率：12 個月；
Ø 響應時間：<1s；
Ø 差壓（溫度、壓力）變送器電源：24VDC，兩線制；
Ø 差壓變送器過壓極限：4.0MPa； 
Ø 皮托管材質：304、316L不銹鋼；
Ø 常閉反吹電磁閥電源：220VAC，50Hz； 
Ø 皮托管插入長度：500~2000mm 可選；
Ø 壓力變送器量程：-5~+5kPa ；
Ø 溫度變送器量程：0~300℃；
Ø 介質溫度范圍：-40~500℃； 
Ø 環境溫度：-40~85℃；
Ø 貯存溫度：0~50℃； 
Ø 貯存濕度：0~85%RH。
Ø 安裝法蘭：DN50；
Ø 材質：SUS316L