烟气连续自动监测系统

1、烟气连续自动监测系统烟气连续自动监测系统什么是什么是CEMS 烟气排放连续监测系统烟气排放连续监测系统 Continuous Emission Monitoring System 对固定污染源颗粒物浓度和气态污染物浓度以及污染物排放总量进行连续自动监测，并将监测数据和信息传送到环保主管部门，以确保排污企业排放污染物浓度和排放总量达标。CEMS主要监测参数主要监测参数 烟气排放连续监测系统是CEMS的统一中文名称 现阶段主要监测参数有：气态污染物（SO2、NOX）、颗粒物、烟气参数（氧量、温压流） 将来，随着环保事业的发展，要求CEMS监测的参数还会增加，卤族气体（HCl、HF）、重金属（Hg）

2、、温室气体、VOCs等都有可能成为CEMS的监测参数我国我国CEMS技术现状技术现状 我国所掌握的CEMS技术绝不逊色于西方发达国家 但就技术的使用细节而言，与欧美还有一定差距 我国在国际CEMS技术领域，还没有发言权CEMS全系统示意图全系统示意图CEMS系统组成系统组成烟气排放连续监测系统（烟气排放连续监测系统（CEMS）脱硫脱硝工艺流程简图脱硫脱硝工艺流程简图烟气二氧化硫（烟气二氧化硫（SO2）连续监测系统）连续监测系统脱硫检测烟气工况条件大幅变化，湿度明显增脱硫检测烟气工况条件大幅变化，湿度明显增加加序号内容原有CEMS脱硝监测变化影响1检测量程高浓度低浓度仪器量程变化（500ppm以

3、下）2烟气温度100100探头和管线的耐腐蚀性能要求3烟气湿度7%10%CEMS冷凝除水要求4湿度测量可以手工输入一般必须时时在线测量烟气湿度变化增大，红外：减少SO2损失；紫外：干/湿基浓度的转换烟气氮氧化物（烟气氮氧化物（NOX）连续监测系统）连续监测系统脱硝检测位置在烟气流程中前移，烟气工况大幅恶化脱硝检测位置在烟气流程中前移，烟气工况大幅恶化序号内容原有CEMS脱硝监测变化影响1检测项目只检测NO，计算NOX必须同时监测NO、NO2，加和计算NOX脱硝后NO2比例上升10倍左右2检测量程高浓度高/低浓度仪器量程变化3烟气温度260600探头和管线的耐热性能要求4烟尘浓度500mg/m3

4、10000mg/m3过滤器性能要求5烟气压力微负压/正压高负压采样泵性能要求6逃逸氨结晶无低于280发生需高温伴热管线（320）和特殊冷凝系统CEMS各指标基本分析技术各指标基本分析技术采样分析方式监测项目名称和分析技术方法颗粒物二氧化硫氮氧化物氧气流速温度湿度抽取测量方式完全抽取式射线法振荡天平法非分散红外非分散紫外气体过滤相关法紫外差分吸收法傅立叶红外法非分散红外非分散紫外气体过滤相关法紫外差分吸收法傅立叶红外法双池厚膜氧化锆传感器法电化学法氧化锆法顺磁法/干湿氧法红外法稀释抽取式/紫外荧光法化学发光法/直接测量方式/浊度法（透射法）光散射法光闪烁法紫外差分吸收法非分散红外紫外差分吸收法非

5、分散红外氧化锆法皮托管法热平衡法超声波法铂电阻法热电偶法干湿氧法红外法高温电容法CEMS的原理、系统结构和关的原理、系统结构和关键部件键部件颗粒物排放连续自动监测单元 国内目前主要仪器的分析方法：国内目前主要仪器的分析方法： 浊度法浊度法- -光能量衰减原理光能量衰减原理 光散射法光散射法- -散射发光原理散射发光原理CEMS的原理、系统结构和关的原理、系统结构和关键部件键部件 浊度法浊度法 （透射法、对穿法）利用光衰减技术（透射法、对穿法）利用光衰减技术 测量当光穿过含有颗粒物的气流时光强测量当光穿过含有颗粒物的气流时光强度的损失；度的损失； 单光程单光程/ /双光程双光程 校准：插入反光板

6、和跨度板（滤光片）校准：插入反光板和跨度板（滤光片） 光源（红光，寿命光源（红光，寿命40000h40000h） 浊度法烟尘仪光路结构浊度法烟尘仪光路结构CEMS的原理、系统结构和关的原理、系统结构和关键部件键部件 光散射法光散射法 利用光散射的概念利用光散射的概念 当光照射在颗粒物、气溶胶时，会发生当光照射在颗粒物、气溶胶时，会发生散射，散射改变了光的方向，使光强减少；散射，散射改变了光的方向，使光强减少； 前散射前散射/ /后散射后散射/ /边散射（粒径边散射（粒径/ /波长）波长） 校准：散射光挡板，标准散射板，滤光片校准：散射光挡板，标准散射板，滤光片 光散射法烟尘仪原理光散射法烟尘仪

7、原理CEMS的原理、系统结构和关的原理、系统结构和关键部件键部件颗粒物排放连续自动监测单元 浊度法（透射法、对穿法）浊度法（透射法、对穿法）- -双光程双光程- -内置内置式式/ /外置式外置式 光散射法光散射法- -前散射前散射/ /边散射边散射/ /后散射（粒径后散射（粒径/ /波长）波长） - -内置式内置式/ /外置式外置式 关键部件关键部件：光源、检测器、气幕保护系统、：光源、检测器、气幕保护系统、校准装置校准装置CEMS的原理、系统结构和关的原理、系统结构和关键部件键部件烟气（SO2、NOX）排放连续自动监测单元 采样方法：完全抽取、稀释抽取、直接测量采样方法：完全抽取、稀释抽取、

8、直接测量 分析方法：分析方法： 吸收光谱技术：非分散红外（吸收光谱技术：非分散红外（NDIRNDIR）、）、非分散紫外（非分散紫外（NDUVNDUV）、）、紫外差分吸收紫外差分吸收（DOASDOAS）、）、气体过滤相关（气体过滤相关（GFCGFC）等等 激发发光技术：紫外荧光法、化学发光法激发发光技术：紫外荧光法、化学发光法 非分散红外法测试原理图非分散红外法测试原理图CEMS的分析测试原理的分析测试原理 气体过滤相关法测试原理图气体过滤相关法测试原理图 紫外荧光法测试原理图紫外荧光法测试原理图 化学发光法测试原理图化学发光法测试原理图分析仪（抽取法）的现状和发分析仪（抽取法）的现状和发展展

9、分析仪是CEMS的核心部件 稀释法，主要是国外进口 直抽法，红外分析仪，德国和日本的占有率高 近几年，重庆、北京、武汉、南京、上海等地一些公司自主研发出非分散红外分析仪，杭州研制出DOAS原理紫外分析仪 国产分析仪：稳定性、抗干扰性、低浓度气体测量等方面，仍需改进气体分析仪的现状和发展气体分析仪的现状和发展 分析仪是CEMS的核心部件 稀释法，主要是国外进口 直抽法，红外分析仪，德国和日本的占有率高 近几年，重庆、北京、武汉、南京、上海等地一些公司自主研发出非分散红外分析仪，杭州研制出DOAS原理紫外分析仪 国产分析仪：稳定性、抗干扰性、低浓度气体测量等方面，仍需改进CEMS的系统结构和关键部

10、件的系统结构和关键部件CEMS的系统结构和关键部件的系统结构和关键部件 （1 1）完全抽取式）完全抽取式CEMSCEMS系统结构系统结构 抽取系统（采样探头、采样伴热管、过抽取系统（采样探头、采样伴热管、过滤器、除湿冷凝滤器、除湿冷凝 系统、采样泵）系统、采样泵） 测试气体分析仪测试气体分析仪 辅助系统（尾气排放系统、冷凝排水系辅助系统（尾气排放系统、冷凝排水系统、反吹系统）统、反吹系统）冷干法冷干法后处理方式结构图后处理方式结构图加热采样加热采样探头探头加热传输管线加热传输管线样气预处理样气预处理单元单元分析测量单元分析测量单元数据运算、数据运算、输出输出标定控制标定控制系统系统烟气分析主机

11、烟气分析主机冷干法冷干法前处理方式结构图前处理方式结构图前处理采前处理采样探头样探头不加热传输管不加热传输管线线分析测量单元分析测量单元数据运算、数据运算、输出输出标定控制标定控制系统系统烟气分析主机烟气分析主机热湿法系统结构图热湿法系统结构图加热采样加热采样探头探头加热传输管线加热传输管线加热分析测量加热分析测量单元单元数据运算、数据运算、输出输出标定控制标定控制系统系统烟气分析主机烟气分析主机CEMS的系统结构和关键部件的系统结构和关键部件 完全抽取式完全抽取式CEMSCEMS关键部件关键部件测量方测量方式式类别类别关键部件关键部件完全抽完全抽取方式取方式冷干冷干系系统统烟道边（探头）脱水

12、（前烟道边（探头）脱水（前处理方式）处理方式）采样探头采样探头采样泵采样泵过滤器过滤器气体分析气体分析仪仪探头脱水装置探头脱水装置（含压缩空气预处理（含压缩空气预处理系统）系统）分析小屋内脱水（后处理分析小屋内脱水（后处理方式）方式） 除湿冷凝装置除湿冷凝装置伴热管线伴热管线排水系统排水系统热湿热湿系系统统全程伴热（不处理方式）全程伴热（不处理方式）伴热管线伴热管线采样探头采样探头 安装过滤器（不绣钢或多孔陶瓷材料） 加热反吹装置（工厂压缩空气）伴热管线伴热管线母线PTC发热体绝缘层屏蔽层外护套冷凝器冷凝器 电子冷凝器 机械冷凝器（压缩机） 渗透装置脱水（探头脱水）直接抽取法采样探头直接抽取法

13、采样探头-前处理方前处理方式式采样泵采样泵 隔膜泵 射流泵辅助系统辅助系统 尾气排放（尾气排放管） 冷凝水排放（蠕动泵、贮水盒） 反吹系统（空压机、贮气罐、仪表气前处理装置）CEMS系统结构和关键部件系统结构和关键部件 （2 2）稀释抽取式）稀释抽取式CEMSCEMS系统结构系统结构 抽取系统（稀释采样探头、过滤器、采抽取系统（稀释采样探头、过滤器、采样泵）样泵） 测试气体分析仪测试气体分析仪 辅助系统（尾气排放系统、反吹系统、辅助系统（尾气排放系统、反吹系统、稀释零气系统）稀释零气系统）CEMS系统结构和关键部件系统结构和关键部件 稀释抽取式稀释抽取式CEMSCEMS关键部件关键部件 （内稀

14、释（内稀释/ /外稀释）外稀释） 关键部件关键部件：稀释采样探头、稀释零气系稀释采样探头、稀释零气系统统 过滤器、采样泵过滤器、采样泵 测试气体分析仪测试气体分析仪稀释法内稀释采样探头稀释法内稀释采样探头稀释法外稀释采样探头稀释法外稀释采样探头稀释抽取法稀释探头结构稀释抽取法稀释探头结构稀释探头决定了样气的稀释比，是稀释系统最重要的部件稀释法零气处理单元稀释法零气处理单元 稀释气需要免于油、颗粒物、二氧化碳、氮氧化物和二氧化硫的污染 CEMS系统结构和关键部件系统结构和关键部件 （3 3）直接测量式）直接测量式CEMSCEMS系统结构系统结构 气体分析系统气体分析系统 辅助系统（气幕保护系统、

15、流动等效校辅助系统（气幕保护系统、流动等效校准系统）准系统）直接测量法直接测量法 又称直插式 或在位式 或in-situ式CEMS的系统结构和关键部件的系统结构和关键部件 直接测量式直接测量式CEMSCEMS关键部件关键部件 （内置式（内置式/ /外置式）外置式） （单光程（单光程/ /双双光程）光程） 关键部件关键部件：气体分析系统（光源、检：气体分析系统（光源、检出器等）出器等） 气幕保护系统气幕保护系统 流动等效校准装置流动等效校准装置 直接测量内置和外置式结构示意直接测量内置和外置式结构示意图（双光程）图（双光程）CEMS的系统结构和关键部件的系统结构和关键部件 直接测量法校准：流动标

16、气池 （放到测试光路中，固定式、移动式手动、自动）CEMS的系统结构和关键部件的系统结构和关键部件 直接测量法校准：流动标气校准过程CEMS的系统结构和关键部件的系统结构和关键部件烟气参数连续自动监测单元CEMS的系统结构和关键部件的系统结构和关键部件烟气参数连续自动监测单元烟气流速：差压传感器法、热平衡法、烟气流速：差压传感器法、热平衡法、超声波法超声波法烟气温度：铂电阻法、热电偶法烟气温度：铂电阻法、热电偶法烟气压力：压力传感器（动压烟气压力：压力传感器（动压/ /静压）静压）烟气湿度：干烟气湿度：干/ /湿氧法、高温电容法湿氧法、高温电容法含含 氧氧 量：电化学法、氧化锆法、顺磁量：电化

17、学法、氧化锆法、顺磁法法关键部件关键部件： 各种传感器、加热或反吹各种传感器、加热或反吹等辅助系统等辅助系统CEMS的系统结构和关键部件的系统结构和关键部件烟气压力烟气压力 静压（压强的大小，作用在管道壁上）静压（压强的大小，作用在管道壁上）动压（体现在流速上，气体流动的动动压（体现在流速上，气体流动的动能）能）全压（静压和动压的和）全压（静压和动压的和）压力传感器（变送器）法压力传感器（变送器）法 在流速的测量过程中同时测量。在流速的测量过程中同时测量。 CEMS的系统结构和关的系统结构和关键部件键部件烟气流速烟气流速 差压传感器法（差压传感器法（S S型皮托管法）型皮托管法） 两根金属管并

18、联，开口方向面对气流测量两根金属管并联，开口方向面对气流测量全压，背对气流方向测量静压，利用微差压全压，背对气流方向测量静压，利用微差压传感器测出流速值。传感器测出流速值。 皮托管系数（背对气流方向测量压力值小于皮托管系数（背对气流方向测量压力值小于真实静压）真实静压） 平均压差皮托管（阿牛巴皮托管）平均压差皮托管（阿牛巴皮托管） （线测量，长期使用易堵塞，变形）（线测量，长期使用易堵塞，变形）烟气流速烟气流速 热平衡法热平衡法 速度传感器（长）与温度传感器（短）速度传感器（长）与温度传感器（短）之间有恒定温差，当气体流过带走热量，需之间有恒定温差，当气体流过带走热量，需增加电流保证温差不变，

19、测出流速值。增加电流保证温差不变，测出流速值。 （水滴影响测试准确）造成热量损失（水滴影响测试准确）造成热量损失 气体的密度变化导致组分变化（水分等）会气体的密度变化导致组分变化（水分等）会影响流速的校准影响流速的校准CEMS的系统结构和关键的系统结构和关键部件部件CEMS的系统结构和关的系统结构和关键部件键部件烟气流速烟气流速 超声波法超声波法 通过测试烟道中上、下游安通过测试烟道中上、下游安装的超声波传感器的发射和接装的超声波传感器的发射和接收时间差，来计算烟气的流速收时间差，来计算烟气的流速值。值。 （线流速）圆形烟道可以直接（线流速）圆形烟道可以直接作为断面流速，受腐蚀小（外作为断面流

20、速，受腐蚀小（外部）部） 安装位置影响较大（避免流速安装位置影响较大（避免流速分层、有涡流的流场）分层、有涡流的流场）CEMS的系统结构和关的系统结构和关键部件键部件烟气温度烟气温度 热电偶法热电偶法 测量热电偶自由端和工作端的热电势大测量热电偶自由端和工作端的热电势大小计算温度。小计算温度。 铂电阻法铂电阻法 铂热电阻的阻值与温度的线性关系。铂热电阻的阻值与温度的线性关系。CEMS的系统结构和关键的系统结构和关键部件部件烟气湿度烟气湿度 干干/ /湿氧法湿氧法 测量烟气中湿氧含量，再将烟气除湿后测量烟气中湿氧含量，再将烟气除湿后测出干氧含量，从而用干氧与湿氧的差值测出干氧含量，从而用干氧与湿

21、氧的差值再除以干氧得到湿度。再除以干氧得到湿度。 （测试点不相同）造成测试误差（测试点不相同）造成测试误差 （测试原理不同）造成测试系统误差，漂（测试原理不同）造成测试系统误差，漂移等移等CEMS的系统结构和关的系统结构和关键部件键部件烟气湿度烟气湿度 高温电容法高温电容法 电容型聚合物薄膜（测湿传感器）测量电容型聚合物薄膜（测湿传感器）测量气体中的水分子，从而测出湿度值。气体中的水分子，从而测出湿度值。 （当电容极间含水分）造成电容量变化（当电容极间含水分）造成电容量变化 现场工况发生变化时（开炉或停炉），造现场工况发生变化时（开炉或停炉），造成电容腐蚀损坏成电容腐蚀损坏CEMS的系统结构和

22、关键的系统结构和关键部件部件烟气含氧量烟气含氧量 电化学法电化学法 原电池式传感器当氧气进入是发生原电池式传感器当氧气进入是发生电化学反应，根据输出电流与氧气含量电化学反应，根据输出电流与氧气含量的关系测量。的关系测量。 注意：定期校准，检漏注意：定期校准，检漏 电化学传感器的寿命电化学传感器的寿命1-21-2年年 测试气体中的测试气体中的Cl2Cl2、H2SH2S、HFHF对对传感器有损坏和干扰传感器有损坏和干扰CEMS的系统结构和关键的系统结构和关键部件部件烟气含氧量烟气含氧量 氧化锆法氧化锆法 利用高温氧化锆管两侧分别流过被测气体利用高温氧化锆管两侧分别流过被测气体和参比气体，产生的电势

23、以及锆管的工作温和参比气体，产生的电势以及锆管的工作温度计算出被测气体的氧含量。度计算出被测气体的氧含量。 注意：定期校准，检漏注意：定期校准，检漏 传感器的寿命传感器的寿命1 1年左右年左右 测试气体中的可燃气体或对氧化锆管腐测试气体中的可燃气体或对氧化锆管腐蚀的气体会损坏元件和干扰测试蚀的气体会损坏元件和干扰测试CEMS的系统结构和关键的系统结构和关键部件部件烟气含氧量烟气含氧量 顺磁法（热磁顺磁法（热磁/ /磁力机械）磁力机械） 利用氧的顺磁性，当被测气体和参比气体利用氧的顺磁性，当被测气体和参比气体氧含量不同时，产生磁风、磁压，从而计算氧含量不同时，产生磁风、磁压，从而计算出被测气体的氧含量。出被测气体的氧含量。 注意：定期校准注意：定期校准 必须保证测试气体是经过预处理后的干必须保证测试气体是经过预处理后的干净的气体，保证测量精度。净的气体，保证测量精度。CEMS的系统结构和关键部件的系统结构和关键部件 采集各测量子系统的数据和状态参数采集各测量子系统的数据和状态参数 对数据进行显示、计算、存储、统计对数据进行显示、计算、存储、统计 保持与环境监控平台（企业）的数据传输保持与环境监控平台（企业）的数据传输