烟气监测系统(CEMS介绍)

1、Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s潘 刚 CEMS烟气连续烟气连续监测系统监测系统标题1370 128 8985传真：传真：010-6476 4813 电话：电话：010-6476 5322DdCEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sC E M S ?WhatWhat is isCEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analy

2、tics, A&D, Siemens Ltd, China s CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）烟气排放监测系统烟气排放监测系统CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sContinuous Emission Monitoring (CEM) is instruments for continuousmeasurement of pollutants emitted into the atm

3、osphere in exhaust gasesfrom combustion or industrial processes. CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sLocated CEMS（就地式）（就地式）Fixed installation. Cant be moved.Mobile CEMS（移动式）（移动式）Enable to be moved to Anywhere. Portable CEMS（便携式）（便携式） Bad Accura

4、cy. Low Price. 根据安装方式分类根据安装方式分类Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s 依据采样技术分类依据采样技术分类aIN-SITU - 所有分析部件均安装在烟囱上，直接测量。所有分析部件均安装在烟囱上，直接测量。aEXTRACTIVE - 从烟囱上取样，将样气伴热后，送至地面便于操作的控从烟囱上取样，将样气伴热后，送至地面便于操作的控 制系统柜。制系统柜。aDILUTION - 从烟囱上取样，用高纯度的稀释气将样气按一定比例稀从烟囱上取样，用高纯度的稀释气将样气按一定比例稀 释后，送至地面便于操作的控制系统柜。释后，

5、送至地面便于操作的控制系统柜。a注：将样气伴热或者稀释的目的，都是为了防止样气在传输过程中，出注：将样气伴热或者稀释的目的，都是为了防止样气在传输过程中，出现水汽冷凝，造成采样管线堵塞，影响测量结果。现水汽冷凝，造成采样管线堵塞，影响测量结果。CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s IN-SITU 直接测量法直接测量法Path In-Situ AnalyzersPoint In-Situ AnalyzersProcess Analytics, A&a

6、mp;D, Siemens Ltd, China sIn Situ Analysis - Advantages 直接测量法的优点直接测量法的优点p 无需采样处理p 直接（湿法）测量p在中国不适用在中国不适用 无需采样管线CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sIn Situ Analysis - Disadvantages 直接测量法的缺点直接测量法的缺点p过程温度限制过程温度限制p烟囱上有移动部件烟囱上有移动部件p检测参数限制检测参数限制p不便于维护

7、不便于维护p扩展费用高扩展费用高存在水分干扰因素存在水分干扰因素CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sDilution Analysis 稀释法稀释法Calibration GasSample LineInstrument AirElectrical ConnectionAnalyzer &SCS &ReadoutDilution ProbeCEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Pro

8、cess Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sDilution Analysis 稀释法稀释法CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sDilution Analysis - ADVANTAGES 稀释法的优点稀释法的优点p直接（湿法）测量p在中国不适用在中国不适用p不受过程温度限制烟囱上没有移动部件CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Anal

9、ytics, A&D, Siemens Ltd, China sDilution Analysis - DISADVANTAGES 稀释法的缺点稀释法的缺点p 对采样管线作些保温对采样管线作些保温p 烟囱上安装高精度的孔板烟囱上安装高精度的孔板p 需要非常高纯度的稀释气需要非常高纯度的稀释气p 稀释比率不一定稀释比率不一定 由于样气稀释由于样气稀释, 造成分析的灵敏度降低造成分析的灵敏度降低CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sExtract

10、ive Analysis 抽取法抽取法Heated Sample Line Electrical ConnectionAnalyzer &SCS &ReadoutExtractive ProbeCEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s Extractive Analysis - ADVANTAGES 抽取法的优点抽取法的优点n多种气体组分多种气体组分n便于组分的扩展便于组分的扩展n不受过程温度限制不受过程温度限制n干法测量（符合我国环保

11、法规）干法测量（符合我国环保法规） n没有移动部件没有移动部件n分析仪表可以放在安全、便于维护的地方分析仪表可以放在安全、便于维护的地方n可以多个检测点共用一套系统可以多个检测点共用一套系统CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sExtractive Analysis - DISADVANTAGES 抽取法的缺点抽取法的缺点p 需要加热采样管线p 需要采样泵 需要采样处理设备CEMS（Continuous Emissions Monitoring Sy

12、stem）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s1. Sampling MethodsExtractive 抽取法（干法或伴热法）抽取法（干法或伴热法）3. Measured ParametersCO, CO2O2, SO2NOX-NO & NO2N2OOpacity烟气温度、压力、流量烟气温度、压力、流量2. Units of MeasurementDry Basis（干烟气标态时的数值）（干烟气标态时的数值）4. Measured ParametersSO2OpacityO2烟气温度、压力、流量烟气温度、压力、流量CEMS（

13、Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sCEMS - 系统方块图系统方块图F, T, P, H2OOpacitySampleProbeSampleTransportationSampleConditioningSystemAnalyzersSO2/NOX/O2CO/CO2DataAcquisitionSystems烟尘监测系统烟尘监测系统, , 其他参数测量系统其他参数测量系统气态污染物监测子系统气态污染物监测子系统数据采集处理系统数据采集处理系统DCS or

14、MISCEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s 抽取法抽取法CEM系统构成系统构成p 样品采样系统 p 数据采集系统p 气体分析仪CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sExcellenceinAutomation&Drives:Siem ensSAMPLING AND CONDITIONING SYS

15、TEMS2-Stream Sample Conditioning SystemSAMPLING AND CONDITIONING SYSTEMSProcess Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sBack Purge UnitCEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s系统基本构成：系统基本构成：n伴热采样探头伴热采样探头n伴热采样管线伴热采样管线n采样处理系统和机柜采样处理系统和机柜nSIEMENS 差压变送器

16、差压变送器nULTRA 23 多通道分析仪多通道分析仪 n热导式质量流量（温度）计热导式质量流量（温度）计n 烟尘仪烟尘仪n 压力表（差压变送器）压力表（差压变送器）nDAS 数据处理系统数据处理系统标气（量程气和零点气）标气（量程气和零点气）CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s采样探头采样探头 n探头带电伴热，电源：220VAC，50Hz，功耗 500 瓦n最高工作温度：400 C（根据需要可选）n空气反吹，手动反吹（标准）或自动反吹（选择项）

17、n 仪表风压力：4-7 kg 反吹形式：脉冲方式； 一次反吹时间：2分钟（可调）；n电源接口：PG13.5气源接口：1/4CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s采样探头采样探头n采样探头长度：1500mm（采样点距烟道内壁不小于（采样点距烟道内壁不小于 1m 或者或者 1/3 的烟道当量直径）的烟道当量直径） n过程接口：DN50 法兰，法兰法兰，法兰 OD160mm，螺栓，螺栓 OD14mm 4，螺距螺距 130mmn探头安装时，按照环保部门要求：

18、 1. 安装在烟囱上，应离地安装在烟囱上，应离地 1/3-1/2 烟囱高度。烟囱高度。 2. 安装在烟道上，应优先选择垂直管段，一般要求直管烟道长度大于安装在烟道上，应优先选择垂直管段，一般要求直管烟道长度大于 6D，前，前 4D， 后后 2D；若直管烟道长度大于；若直管烟道长度大于 4D，前，前3D，后，后 1D。CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s 伴热采样管线伴热采样管线 p管线采用电伴热 电源：220VAC，50Hz，功耗 35 瓦/米p管

19、线材质：PTFE（标准）p伴热元件是自限温加热元件 控制温度为 140-160 C（PTFE）p管线接口： 4 mmp采样管线外径：约 50mm管线安装时，要尽量避免死弯和 U 形弯（不小于500mm）CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s采样处理系统和机柜采样处理系统和机柜p采样冷凝器（两级冷凝器）p排冷凝液泵（排液能力约 0.3 l/h）p除尘过滤器（两级过滤，第一级 2 m，第二级 0.1 m）p采样泵和释放阀（薄膜泵，薄膜是 PTFE，流通能

20、力最大为 5.5 l/min）p湿度检测探头p电磁阀和标定系统 手动标定（标准）/自动标定（选择项） 标定时间可以在控制柜前面板上设置p流量计和针形阀（流量控制在 0.2-1.5 l/min）p单元控制器（控制反吹单元）和采样切换控制器（一拖二系统控制采样切换）机柜的防护等级：室内机柜；工作温度：5-35 CCEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s分析参数分析参数 分析方法分析方法 分析范围分析范围COIR0 to 4000, 16000mg/Nm3N

21、OxNOIR0 to 400/1000 mg/Nm3NO2 IR0 to 100/500 mg/Nm3SO2IR 0 to 1000/3000 mg/Nm3O2EO20 to 5/25% CO2IR0 to 5/25% Opacity光学反射原理光学反射原理0 to 100%Flow & Temperature热传导原理热传导原理0 to 90 米米/秒秒, -40 to 200 C Pressure电容传感器电容传感器0 to 5 KpaH2O电容式电容式0 to 20%CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analy

22、tics, A&D, Siemens Ltd, China s 浓度计算浓度计算: mg/Nm Vol.-ppm（质量浓度（质量浓度体积体积浓度）浓度） 1mg/Nm3nVol.-ppm 1Vol.-ppmnmg/Nm3 M(g/mol)aCO0.81.2528.01aCO20.511.9644.01aSO20.382.8664.06aNO0.751.3430.01aNO20.492.0546.01a注：体积浓度(ppm) x 密度(273 K,1013 hPa) = 质量浓度(mg/Nm)a标准密度 = 摩尔重量(g/Mol) : 摩尔体积(Nl/Mol)a摩尔体积 = 22,414

23、 Nl/Mol，标准状态: 273 K, 1013 hPa，气体为理想气体CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s流量（温度）计流量（温度）计p 采用热传导原理，插入式质量流量，同时测量温度p 插入深度：1/8 Dp 电源：220VAC，50Hz，功耗，功耗 15W p 电气接口：2 3/4 NPT，一个电源接口，一个信号线接口（，一个电源接口，一个信号线接口（F、T 两组信号两组信号） 仪器安装时，按照环保部门要求： 1. 安装在烟囱上，应离地安装在

24、烟囱上，应离地 1/3-1/2 烟囱高度。烟囱高度。 2. 安装在烟道上，应优先选择垂直管段，一般要求直管烟道长度大于安装在烟道上，应优先选择垂直管段，一般要求直管烟道长度大于 6D，前，前 4D，后，后 2D; 若直管烟道长度大于若直管烟道长度大于 4D，前，前3D，后，后 1DCEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s烟尘仪（烟尘仪（Opacity/Concentration）p采用光学反射原理，三种反射器（型：0.4-1.8 米; 型 ：0.4-3

25、.0 米; 型：2.3-6.25 米）p 标准配置：测量头、反射器、2 节调节法兰、空气清扫系统、连接端子盒p 两路 220VAC 供电： 一路至连接端子盒，仪表用，功耗 30 VA；一路至空气清扫装置，功耗 250 WCEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sPrinciple of Opacity OperationCEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&

26、;D, Siemens Ltd, China s 工作原理工作原理CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s压力测量压力测量p采用电容式传感器p测量范围：-5-5KPa p24VDC 供电，两线制仪表p电气接口：1/2-14NPT过程接口：1/2-14NPTCEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sCEMS 系统标

27、定系统标定p零点标气 以以 N2 作为零点标气作为零点标气p SIEMENS 独有的技术可采用环境空气进行自动标定，所以独有的技术可采用环境空气进行自动标定，所以分析仪可以做到免维护，且零点和量程都是在线标定。分析仪可以做到免维护，且零点和量程都是在线标定。p量程标气 以各被测组分的以各被测组分的 80% 量程范围作为量程标气，量程范围作为量程标气，p标定周期 p 分析仪经德国分析仪经德国 TUV 认证：每认证：每6个月采用标准气标定一次。个月采用标准气标定一次。 CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&

28、amp;D, Siemens Ltd, China s系统诊断系统诊断系统诊断包括：分析仪器、采样系统和其它辅助设备。系统诊断包括：分析仪器、采样系统和其它辅助设备。诊断功能会增加设备的总投资，但是，其有助于：诊断功能会增加设备的总投资，但是，其有助于： 故障分析：故障分析： 预测故障预测故障 阻止故障设备运行阻止故障设备运行诊断内容包括诊断内容包括: Low sample flow 采样流量偏低Analyzer failure 分析仪故障Moisture in sample 样气中有水分Dirty optical windows 烟尘浊度计光路系统故障Heated sample line 加

29、热采样管线有问题Calibration failure 标定故障No calibration gas 没有标定气CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sDAS数据采集系统数据采集系统CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sDAS 数据处理系统数据处理系统pA/D 模数转换卡（24 路） DAS 计算机 P4 以

30、上，硬盘以上，硬盘 20G，RAM 256M 操作平台：中文操作平台：中文 Windows XP, 带数据库的带数据库的 Office2003，配，配 Modem 通讯卡和局域网卡通讯卡和局域网卡 CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sa有关电源配置计算：a1. 安全电源 (220VAC, 50Hz)a 采样探头功耗 1000 W; 伴热采样管线功耗 35 W/m; a2. 仪表电源 (220VAC, 50Hz)a 分析仪功耗 60 W; 分析仪器柜

31、加热器功耗 600 W; 其它设备功耗 200 W;a烟尘仪仪表功耗 30 VAa3. 压力变送器电源 (24VDC)CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sDCSRS232/RS485RS232/RS485 串行总线串行总线通过通过 ModemModem, , 经专用电话线经专用电话线环保局拨号通讯, 单向调取数据实时在线系统实时在线系统, , 可以可以 2424 小时全线监测小时全线监测. .操作平台操作平台: : 中文中文 WindowsMe.W

32、indowsMe.软件接口开放软件接口开放, , 可以按照用户要求制作可以按照用户要求制作. .通过局通过局域网卡域网卡使用标使用标准网卡准网卡专用线专用线厂内通讯分析仪端子板A/D转换卡CEMS 控制柜控制柜4-20mA4-20mA4-20mA4-20mA4-20mA4-20mA温度、压力温度、压力流量和湿氧流量和湿氧4-20mA4-20mA伴热采样管线伴热采样管线典型典型CEMS 系统构成图系统构成图Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China saField ServicepFactory Trained Service Engineers

33、pOn Site TrainingpMaintenance ContractspGuaranteed CertificationLocal CEMS SpecialistsCEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China saSIEMENS PI2 Analytical CapabilitiespProject Engineering 项目工程能力pProject Management 项目管理能力pSystem Integration 系统集成能力pSystem

34、 Test 系统测试能力pManufacturing - Analyzers & Systems 制造Research & Development 研发CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s西门子烟气连续监测系统的重要特点西门子烟气连续监测系统的重要特点CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s

35、对烟气的测量方法采用抽取法（也称为干对烟气的测量方法采用抽取法（也称为干法或伴热法）。该方法在检测过程中去除法或伴热法）。该方法在检测过程中去除了水分，所以测量结果为干烟气数值，符了水分，所以测量结果为干烟气数值，符合我国针对火电厂大气污染排放监测制定合我国针对火电厂大气污染排放监测制定的排放标准。的排放标准。CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s由于本系统采用的是抽取法（干法），干烟气采由于本系统采用的是抽取法（干法），干烟气采样分析，不需要稀释法

36、所需要的昂贵的、高纯度样分析，不需要稀释法所需要的昂贵的、高纯度的的“空气净化装置空气净化装置”。本系统配备了直接采用用。本系统配备了直接采用用户工厂仪表风对采样探头进行反吹的系统，可以户工厂仪表风对采样探头进行反吹的系统，可以选用自动反吹或手动反吹。当反吹系统失效时，选用自动反吹或手动反吹。当反吹系统失效时，CEMS系统自动报警，并启动标定系统，以保护系统自动报警，并启动标定系统，以保护检测元件。检测元件。CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s样气

37、从采样探头至冷凝器前，温度控制在样气从采样探头至冷凝器前，温度控制在 150 150 1 1 C C。采样探头带电伴热，探头本身是夹套式。采样探头带电伴热，探头本身是夹套式伴热，探头控制箱与伴热管线之间的连接部分，伴热，探头控制箱与伴热管线之间的连接部分，用保温材料进行保温处理，保证不出现游离水。用保温材料进行保温处理，保证不出现游离水。CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China s冷凝器除水效率为冷凝器除水效率为99.9%99.9%，保证仪器样气不出现，保

38、证仪器样气不出现游离水，如果出现，则位于冷凝器出口的湿度探游离水，如果出现，则位于冷凝器出口的湿度探头会检测出来，发出报警、联锁信号，切断采样。头会检测出来，发出报警、联锁信号，切断采样。冷凝器采用了西门子公司快速的制冷技术，在冷凝器采用了西门子公司快速的制冷技术，在 3 3 秒钟内完成制冷、除水，最大限度的减少了样气中秒钟内完成制冷、除水，最大限度的减少了样气中被测组分的损失，并且，即便是有极少量的损失，被测组分的损失，并且，即便是有极少量的损失，也可以保证其整个系统的测量误差小于也可以保证其整个系统的测量误差小于 5 %5 %。CEMS（Continuous Emissions Monitoring System）Process Analytics, A&D, Siemens Ltd, China sCEMS 烟气连续排放监测系统一系列诊断报警：烟气连续排放监测系统一系列诊断报警：p 采样流量偏低报警；p 分