烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材-第一章

1、烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材1第一章第一章 抽取式抽取式CEMS烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材2主要内容主要内容: 1、固定污染源连续监测的采样方式、固定污染源连续监测的采样方式 2、抽取系统部件介绍、抽取系统部件介绍 3、气态污染物连续监测的分析仪器、气态污染物连续监测的分析仪器烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材3重点：重点： 本章为重点章本章为重点章直接抽取式直接抽取式CEMS的基本构成及特点、直接抽取的基本构成及特点、直接抽取式式CEMS所采

2、用分析仪的基本分析原理。所采用分析仪的基本分析原理。难点：难点：直接抽取式直接抽取式CEMS的基本构成及分析原理的基本构成及分析原理烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材41、固定污染源连续监测的采样方式、固定污染源连续监测的采样方式气态污染物连续监测气态污染物连续监测的对象主要为二氧化硫、氮氧化物、的对象主要为二氧化硫、氮氧化物、氯化氢、硫化氢等有害气体和一氧化碳、二氧化碳等燃烧氯化氢、硫化氢等有害气体和一氧化碳、二氧化碳等燃烧物，主要对其进行排放浓度和排放量的计算，同时监测氧物，主要对其进行排放浓度和排放量的计算，同时监测氧含量。含量。仪器的采样方

3、式仪器的采样方式目前主要分为两种，即抽取采样法和直目前主要分为两种，即抽取采样法和直接测量法，抽取采样法又分为采样稀释法和直接抽取法；接测量法，抽取采样法又分为采样稀释法和直接抽取法；直接测量法又分为内置式测量和外置式测量。直接测量法又分为内置式测量和外置式测量。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材51、固定污染源连续监测的采样方式、固定污染源连续监测的采样方式烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材61、固定污染源连续监测的采样方式、固定污染源连续监测的采样方式直接抽取系统直接抽取系统是直接从烟道或管道抽气

4、、滤除颗粒物，将烟气送入分析是直接从烟道或管道抽气、滤除颗粒物，将烟气送入分析仪的系统。该系统有三种类型：仪的系统。该系统有三种类型： 热热湿系统；湿系统； 在探头后装有冷凝在探头后装有冷凝干燥系统；干燥系统； 在分析仪前装有冷凝在分析仪前装有冷凝干燥系统。干燥系统。 处理方式：处理方式：按照样气处理的地点，可分为前处理方式和后处理方式。按照样气处理的地点，可分为前处理方式和后处理方式。特点：特点：由于各种分析仪对样品气的洁净程度要求较高，所以采用直接抽取由于各种分析仪对样品气的洁净程度要求较高，所以采用直接抽取法对烟道气进行连续监测，必须配有一整套的烟气处理系统。为了提高测法对烟道气进行连续

5、监测，必须配有一整套的烟气处理系统。为了提高测量精度，气体分析仪器采用红外吸收、紫外吸收及其他测量原理，使仪器量精度，气体分析仪器采用红外吸收、紫外吸收及其他测量原理，使仪器本身的测量范围可以覆盖被测气体的所有量程本身的测量范围可以覆盖被测气体的所有量程 。烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材71.1 直接抽取法直接抽取法热湿法热湿法直接抽取法直接抽取法热湿法热湿法是指加热采样管和输送气体到分是指加热采样管和输送气体到分析仪的管路，加热温度必须高于气体冷凝的温度。把热湿析仪的管路，加热温度必须高于气体冷凝的温度。把热湿气体送入分析仪。气体送入分析仪。

6、注意：注意：必须加热，必须小心维持从探头到分析仪所抽取的必须加热，必须小心维持从探头到分析仪所抽取的气样的温度高于露点气样的温度高于露点 。如果加热系统发生故障，湿气将。如果加热系统发生故障，湿气将迅速地冷却并污染整个系统，由此可能会腐蚀系统的部件、迅速地冷却并污染整个系统，由此可能会腐蚀系统的部件、造成堵塞，甚至会引起分析仪故障和损伤，致使整个系统造成堵塞，甚至会引起分析仪故障和损伤，致使整个系统崩溃。崩溃。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材81.1.1 热湿系统的特点和使用热湿系统的特点和使用 采用直接高温测量方法，能够对包括水和采用直接高温

7、测量方法，能够对包括水和HCl、NHs在内在内的污染物进行多组分同时测量。因为在测量过程中气体不的污染物进行多组分同时测量。因为在测量过程中气体不降温，气体成分不变，腐蚀减少。同时，在高温状态下进降温，气体成分不变，腐蚀减少。同时，在高温状态下进行粉尘过滤，取样和反吹操作，提高了效率，延长了无维行粉尘过滤，取样和反吹操作，提高了效率，延长了无维护时间。护时间。因此，是目前热湿系统烟气测量的最先进的方法。因此，是目前热湿系统烟气测量的最先进的方法。分析系统的主要技术包括：分析系统的主要技术包括： 多组分红外线气体分析器多组分红外线气体分析器(高温测量高温测量)； 高温取样系统，包括高温取样探头；

8、高温取样系统，包括高温取样探头； 高温取样反吹校准系统；高温取样反吹校准系统； 高温气路系统高温气路系统(过滤器、流量计、泵、管线等过滤器、流量计、泵、管线等)。烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材91.1.1热湿系统流程图热湿系统流程图 系统由取样系统和高温多组分红外分析仪组成。系统由取样系统和高温多组分红外分析仪组成。取样系统取样系统包括带加热过滤器的高温取样探头，高包括带加热过滤器的高温取样探头，高温条件运行的测量反吹校准阀组和伴热取样温条件运行的测量反吹校准阀组和伴热取样管线。管线。系统机柜内组装有高温测量系统系统机柜内组装有高温测量系统，包

9、括使用高温，包括使用高温测量气室的多组分红外光度计、高温取样泵、高测量气室的多组分红外光度计、高温取样泵、高温流量计和加热样气传输管线。温流量计和加热样气传输管线。烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材101.1.2 直接抽取法直接抽取法前处理方式特点和使用前处理方式特点和使用(在探头后装有冷凝在探头后装有冷凝干燥系统干燥系统)在气体进入分析仪前进行处理，在气体进入分析仪前进行处理， 其目的是降低烟气温度低于环境温其目的是降低烟气温度低于环境温度并除湿，以冷却和干燥气体。度并除湿，以冷却和干燥气体。 直接在探头后处理的方式我们称为直接在探头后处理的方式

10、我们称为前处理方式前处理方式 。特点：特点：抽取系统处理烟气后，能比较灵活地选择分析仪，当按干烟抽取系统处理烟气后，能比较灵活地选择分析仪，当按干烟气计算排放量或测量多种气体时通常采用这种技术气计算排放量或测量多种气体时通常采用这种技术 。在探头处理的。在探头处理的优点是不需要加热采样管，但对处理系统进行维护时不太方便。应优点是不需要加热采样管，但对处理系统进行维护时不太方便。应该指出，即使采样气体是干烟气，传输距离太远仍然会使样品气体该指出，即使采样气体是干烟气，传输距离太远仍然会使样品气体的浓度发生变化，造成测量误差的浓度发生变化，造成测量误差 。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材

11、烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材111.1.2 直接抽取法直接抽取法前处理方式特点和使用前处理方式特点和使用1.1.2 直接抽取法前处理方式特点和使用烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材121.1.3 直接抽取法一后处理方式特点和使用直接抽取法一后处理方式特点和使用 （在分析仪前装有冷凝（在分析仪前装有冷凝干燥系统干燥系统 ）后处理方式：后处理方式：即在分析仪前处理，虽然便于检查处理系统，但必即在分析仪前处理，虽然便于检查处理系统，但必须使整个采样管保持适当的温度。须使整个采样管保持适当的温度。加热采样管的目的加热采样管的目的是为保证采样气体

12、在流动过程中能保持一个稳定是为保证采样气体在流动过程中能保持一个稳定的温度，并且保证在流动过程中不会因传输管道温度低于采样气体露的温度，并且保证在流动过程中不会因传输管道温度低于采样气体露点温度而结露，进一步水解点温度而结露，进一步水解SO、NO：给测量带来误差。加热采样管路：给测量带来误差。加热采样管路的长度每一节不能超的长度每一节不能超15m，管路内必须有，管路内必须有3个测温探头，以保证控温精个测温探头，以保证控温精度。为了保证加热管的正常工作系统必须有一套稳定的控温装置度。为了保证加热管的正常工作系统必须有一套稳定的控温装置 。烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监

13、测系统运行管理培训教材131.1.3直接抽取法一后处理方式直接抽取法一后处理方式 流程流程 其主要流程为其主要流程为具有加热装置的烟尘过滤器将样气采集至伴热带具有加热装置的烟尘过滤器将样气采集至伴热带输气管路，通过两级冷凝脱水后，经细过滤器进入分析仪，对烟气含输气管路，通过两级冷凝脱水后，经细过滤器进入分析仪，对烟气含量和浓度进行分析。工作过程为含尘烟气被抽人烟气采样器，烟气采量和浓度进行分析。工作过程为含尘烟气被抽人烟气采样器，烟气采样器中有烟尘过滤装置及加热装置，滤过烟尘颗粒物的样品气经加热样器中有烟尘过滤装置及加热装置，滤过烟尘颗粒物的样品气经加热保温的传送管，进入第一级汽水分离器，对水

14、汽进行粗过滤，对颗粒保温的传送管，进入第一级汽水分离器，对水汽进行粗过滤，对颗粒物进行细过滤。然后对其进行冷凝，冷凝过程中对水进行了分离，然物进行细过滤。然后对其进行冷凝，冷凝过程中对水进行了分离，然后样品气进入第二级汽水分离器，经再次过滤后，已满足仪器对样品后样品气进入第二级汽水分离器，经再次过滤后，已满足仪器对样品气的要求，进入分析仪。气的要求，进入分析仪。 抽取系统处理烟气后抽取系统处理烟气后，可以选用各种各样的分析仪，当出现应，可以选用各种各样的分析仪，当出现应用问题时，能灵活地适应工程的变化，系统的组件易于改进或更换，用问题时，能灵活地适应工程的变化，系统的组件易于改进或更换，便能符

15、合系统的技术指标便能符合系统的技术指标 。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材141.2 抽取系统部件介绍抽取系统部件介绍 抽取系统的基本组成抽取系统的基本组成：采样探头、采样伴热管、过滤器、除湿系：采样探头、采样伴热管、过滤器、除湿系统、采样泵、气体分析仪等。抽取系统的运行取决于系统的整体统、采样泵、气体分析仪等。抽取系统的运行取决于系统的整体设计和每个部件的质量。设计和每个部件的质量。 1.2.1 采样探头采样探头 1.2.2 采样伴热管采样伴热管 1.2.3 除湿系统除湿系统 1.2.4 采样泵采样泵 1.2.5 细过滤器细过滤器 1.2.6

16、 氮氧化物转换器氮氧化物转换器 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材151.2.1 采样探头采样探头 采样探头采样探头是整个测量系统最先接触烟气烟气的部分。是整个测量系统最先接触烟气烟气的部分。它是系统中工作在烟道中的部分。它是系统中工作在烟道中的部分。 由于烟气中含有大量的粉尘和腐蚀性气体，会导由于烟气中含有大量的粉尘和腐蚀性气体，会导致探头被烟气中的颗粒物堵塞，特别是烟气含湿量高致探头被烟气中的颗粒物堵塞，特别是烟气含湿量高时，水蒸气可能冷凝，与颗粒物结合在一起形成块状时，水蒸气可能冷凝，与颗粒物结合在一起形成块状物，更易使探头堵塞。为减少堵塞，

17、可在探头的一端物，更易使探头堵塞。为减少堵塞，可在探头的一端安装过滤器。对于加热型烟尘过滤器的烟尘堆积，系安装过滤器。对于加热型烟尘过滤器的烟尘堆积，系统可在烟气采样器加装反吹功能。统可在烟气采样器加装反吹功能。烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材161.2.2 采样伴热管采样伴热管 在直接抽取式的热湿系统和后在直接抽取式的热湿系统和后处理系统中，由于有些监测气体易处理系统中，由于有些监测气体易溶于水，应加热输送的气体，加热溶于水，应加热输送的气体，加热温度应等于或高于烟气中介质冷凝温度应等于或高于烟气中介质冷凝的温度，所以应该选用采样伴热管的温度，

18、所以应该选用采样伴热管(图图1-5)把进入探头的样气送至样气把进入探头的样气送至样气处理系统或分析仪，并且确保从探处理系统或分析仪，并且确保从探头至除湿系统整个管路必须是加热头至除湿系统整个管路必须是加热采样管。采样管。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材17采样伴热管采样伴热管对于长采样伴热管，涉及的一些实际问题有对于长采样伴热管，涉及的一些实际问题有： 保持整个采样伴热管均匀的温度比较困难；保持整个采样伴热管均匀的温度比较困难； 在冷凝器的低凹处，冷凝的水和酸会导致系统的腐蚀增加；在冷凝器的低凹处，冷凝的水和酸会导致系统的腐蚀增加； 如果在探头

19、处没有充分滤除细颗粒物，管路会堵塞，而从加热如果在探头处没有充分滤除细颗粒物，管路会堵塞，而从加热 管中除去颗粒物是很困难的；管中除去颗粒物是很困难的； 如果加热丝断了，难于发现断裂处；如果加热丝断了，难于发现断裂处； 采样管会因冷凝物或与采样管发生反应的物质而被污染，消除采样管会因冷凝物或与采样管发生反应的物质而被污染，消除 污污 染同样是困难的。染同样是困难的。 所以，在现场安装时要尽量减少伴热管的长度。适宜伴热管的所以，在现场安装时要尽量减少伴热管的长度。适宜伴热管的长度通常不超过长度通常不超过76m。在安装过程中，为防止采样伴热管堵塞，。在安装过程中，为防止采样伴热管堵塞，从探头到除湿

20、装置或分析仪的整条管路，其倾斜度不得小于从探头到除湿装置或分析仪的整条管路，其倾斜度不得小于5；因为加热时采样管会弯曲，应注意防止采样管出现凹陷，凹陷处因为加热时采样管会弯曲，应注意防止采样管出现凹陷，凹陷处可能发生冷凝；也要避免加热管路自身或其他管路纹在一起。可能发生冷凝；也要避免加热管路自身或其他管路纹在一起。烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材18采样伴热管采样伴热管采样伴热管的加热方式分为两种：一种是恒采样伴热管的加热方式分为两种：一种是恒动电热带；另一种是自控温电伴热带动电热带；另一种是自控温电伴热带 。恒功率电热带恒功率电热带恒功率电热带

21、是将两根相互平行的镀恒功率电热带是将两根相互平行的镀镍铜绞线包覆于氟化物绝缘层中，作镍铜绞线包覆于氟化物绝缘层中，作为电源母线，并且在内绝缘层外缠绕为电源母线，并且在内绝缘层外缠绕铬合金电热丝，每隔一固定距离即将铬合金电热丝，每隔一固定距离即将电热丝与导线焊接，形成一连续并联电热丝与导线焊接，形成一连续并联的电阻，当电源铜母线通电后，各并的电阻，当电源铜母线通电后，各并联电阻随之发热，即形成一连续发热联电阻随之发热，即形成一连续发热的电热带。的电热带。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材19采样伴热管采样伴热管自控温电伴热带自控温电伴热带自控温电伴

22、热带是采用自控温电伴热带是采用PTC材料进行加热的技术。材料进行加热的技术。 PTC效应即电阻正温度系数效应效应即电阻正温度系数效应(Positive Temperature efficient)，特指材料，特指材料电阻随温度升高而增大，并在某一温区急剧增大的特性。自控温电伴热带于电阻随温度升高而增大，并在某一温区急剧增大的特性。自控温电伴热带于两平行金属导线间，用半导体网状结构的高分子覆于其上成为加热单元两平行金属导线间，用半导体网状结构的高分子覆于其上成为加热单元 。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材201.2.3 除湿系统除湿系统 在热烟气

23、进入采样泵前，通常要除去湿气，因为水蒸在热烟气进入采样泵前，通常要除去湿气，因为水蒸气和酸雾容易形成酸性液体并腐蚀内部器件。烟气受冷超气和酸雾容易形成酸性液体并腐蚀内部器件。烟气受冷超过露点过露点(空气被水饱和时的温度空气被水饱和时的温度)时就会引起湿气冷凝，因时就会引起湿气冷凝，因此许多除湿系统设计成将烟气温度降低到露点以下。在抽此许多除湿系统设计成将烟气温度降低到露点以下。在抽取系统中，最常见的除去湿气方法是取系统中，最常见的除去湿气方法是冷凝系统冷凝系统和和干燥器干燥器。冷凝方法冷凝方法分为电子制冷器制冷和机械压缩机制冷。分为电子制冷器制冷和机械压缩机制冷。干燥器干燥器为渗透干燥器具有离

24、子交换膜的独特性能为渗透干燥器具有离子交换膜的独特性能 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材21除湿系统除湿系统电子制冷器电子制冷器 半导体致冷器又称温差致冷组件，俗称电子制冷器。半导体致冷器又称温差致冷组件，俗称电子制冷器。 半导体电热冷却器是一种轻便、半导体电热冷却器是一种轻便、排列紧凑的平板式热交换器，在采样调节系统中应用日渐增多。该装置除了排风扇和蠕排列紧凑的平板式热交换器，在采样调节系统中应用日渐增多。该装置除了排风扇和蠕动泵外，没有可移动部件。经常遇到的问题是半导体制冷器制冷量比较小，对环境要求动泵外，没有可移动部件。经常遇到的问题是半导

25、体制冷器制冷量比较小，对环境要求比较苛刻，在环境温度较高时不能工作比较苛刻，在环境温度较高时不能工作 。机械制冷器机械制冷器 机械制冷器的原理和冰箱制冷一样，有压缩泵和加快热散发的散热片为防止螺旋管中机械制冷器的原理和冰箱制冷一样，有压缩泵和加快热散发的散热片为防止螺旋管中的水冻结，温度应不得低于的水冻结，温度应不得低于2，液体井用于收集冷凝水，用蠕动泵定期地或连续地排除，液体井用于收集冷凝水，用蠕动泵定期地或连续地排除液体。通常采用自动的方法排除冷凝水。压缩机制冷气体冷却器在工作时受环境温度的液体。通常采用自动的方法排除冷凝水。压缩机制冷气体冷却器在工作时受环境温度的影响小。影响小。渗透干燥

26、器渗透干燥器 渗透干燥器具有离子交换膜的独特性能，将一种合成塑料用于特定种类分子的传输。渗透干燥器具有离子交换膜的独特性能，将一种合成塑料用于特定种类分子的传输。当水蒸气的分压与膜的一侧不同时，水蒸气将被输送。由于渗透干燥器没有机械部件，当水蒸气的分压与膜的一侧不同时，水蒸气将被输送。由于渗透干燥器没有机械部件，所以比制冷器有许多优点。但渗透干燥器易被冷凝材料的微粒或样气不正确地过滤所引所以比制冷器有许多优点。但渗透干燥器易被冷凝材料的微粒或样气不正确地过滤所引入的颗粒物堵塞。加热干燥器进口一侧，可最大限度地减少液体的冷凝。入的颗粒物堵塞。加热干燥器进口一侧，可最大限度地减少液体的冷凝。 烟尘

27、烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材221.2.4 采样泵采样泵采样泵采样泵是抽取系统中重要的组成部分，用以将样气从烟道传输到分是抽取系统中重要的组成部分，用以将样气从烟道传输到分析仪。泵的能力应满足分析仪对抽气量的要求：不漏气，不会因润析仪。泵的能力应满足分析仪对抽气量的要求：不漏气，不会因润滑油而被污染。有两类泵能满足上述条件：滑油而被污染。有两类泵能满足上述条件：隔膜泵隔膜泵和和射流泵射流泵，它们，它们在排放源监测中应用最为普遍。在排放源监测中应用最为普遍。 隔膜泵的工作原理隔膜泵的工作原理是机械冲程活塞或由连接棒移动活塞。隔膜往复是机械冲程活塞或

28、由连接棒移动活塞。隔膜往复运动，短脉冲方式移动气体，当鬲膜上升，气流从下通过吸气阀运动，短脉冲方式移动气体，当鬲膜上升，气流从下通过吸气阀进入泵的内腔；当隔膜被推下时，吸气阀关闭同时排气阀打开，气进入泵的内腔；当隔膜被推下时，吸气阀关闭同时排气阀打开，气体进入采样管。体进入采样管。 射流泵射流泵(也称喷射泵或空气吸入器也称喷射泵或空气吸入器)，是利用采样系统抽真空，产生，是利用采样系统抽真空，产生贝努里贝努里(Bernouli)效应。在贝努里效应中，空气射流其压力较正常流效应。在贝努里效应中，空气射流其压力较正常流动压力降低，压降使样气通过采样管。动压力降低，压降使样气通过采样管。 烟尘烟气连

29、续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材231.2.5 细过滤器细过滤器 粗过滤器粗过滤器除去样气中的大颗粒物，由于气体分析仪几除去样气中的大颗粒物，由于气体分析仪几乎要求完全除去乎要求完全除去0.5m以上的颗粒物，所以要用细过滤以上的颗粒物，所以要用细过滤器，放置在分析仪的前面。器，放置在分析仪的前面。 表面过滤器表面过滤器可以是除去一定粒径颗粒物的滤纸。为使气可以是除去一定粒径颗粒物的滤纸。为使气体通过，滤纸是多孔的。微孔的大小能阻止细颗粒物穿过体通过，滤纸是多孔的。微孔的大小能阻止细颗粒物穿过的块状烧结滤料也用于制造过滤器，可滤去更细的颗粒物。的块状烧结滤料

30、也用于制造过滤器，可滤去更细的颗粒物。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材241.2.6 氮氧化物转换器氮氧化物转换器(NOoNO) 样气中存在的氮氧化物，常具有样气中存在的氮氧化物，常具有NO、NO。、。、NzOt等等多种形态，其中除多种形态，其中除NO外，其他形态的相互转化极不稳外，其他形态的相互转化极不稳定，分析定，分析NO：总量是有意义的，只有将：总量是有意义的，只有将NO。转化为。转化为N0才可对仪器进行标定和测量。才可对仪器进行标定和测量。 一般氮氧化物转换器的转换效率大于一般氮氧化物转换器的转换效率大于99，加热温，加热温度大于度大于

31、180C。采用不锈钢材质和聚四氟隔热管可使其工。采用不锈钢材质和聚四氟隔热管可使其工作寿命大为增加。作寿命大为增加。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材251.3 气态污染物连续监测的分析仪器气态污染物连续监测的分析仪器 一台分析仪包含整个系统的控制一台分析仪包含整个系统的控制/显示单元、测量显示单元、测量单元单元(光学部件单元光学部件单元)、信号处理单元等。、信号处理单元等。 分析仪包含以下几种原理：分析仪包含以下几种原理： 1.3.1 非分散红外非分散红外 1.3.2 非分散紫外非分散紫外(Non DispersiVe ultraViolet)

32、 1.3.3 紫外荧光紫外荧光(Ultraviolet Fluorescense) 1.3.4 化学发光法化学发光法NO。监测仪器。监测仪器 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材261.3.1 非分散红外非分散红外 二氧化硫等一些气体污染物在光谱范围的一个区域或多个区域吸二氧化硫等一些气体污染物在光谱范围的一个区域或多个区域吸收光的能量。收光的能量。SO2和和NO等许多其他气体吸收红外光和紫外光（例等许多其他气体吸收红外光和紫外光（例如，如，SO2吸收吸收7300nm，NO吸收吸收5300nm的红外光；的红外光；SO2吸收吸收280-320nm，NO

33、吸收吸收195-225nm的紫外光）。的紫外光）。 利用污染物分子吸收牲波长光的特点，根据朗伯利用污染物分子吸收牲波长光的特点，根据朗伯-比耳定律，能够比耳定律，能够测量出不同种类的污染物含量。测量出不同种类的污染物含量。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材27非分散红外非分散红外 非分散红外分析仪非分散红外分析仪主要检测二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、主要检测二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、氯化氢等。二氧化碳、氯化氢等。 常用的检测方法有常用的检测方法有： 1、简单非分散红外（、简单非分散红外（Simple Non Dispersive I

34、nfrared NDIR）; 2、Luft检测器；检测器； 3、红外、红外PAS(photoacoustic spectroscopy，光声法，光声法)测量法；测量法； 4、气体过滤相关、气体过滤相关GFC NDIR(Gas Filter Correlation)； 5、傅立叶变换、傅立叶变换FTIR(Fourier Transform Infrare Spectroscopy)； 6、差分光学吸收光谱法、差分光学吸收光谱法(DOAS)。烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材28简单非分散红外简单非分散红外 为了克服光源的强度和其他因素的干扰，在简单为

35、了克服光源的强度和其他因素的干扰，在简单NDIR分析仪中，由光源发出光穿过两个气室：参比气室分析仪中，由光源发出光穿过两个气室：参比气室和样品气室。和样品气室。 基于这种原理的仪器在使用中所受到的限制是：其基于这种原理的仪器在使用中所受到的限制是：其他气体吸收目标气体相同光谱范围的光，在测量中引起正他气体吸收目标气体相同光谱范围的光，在测量中引起正干扰。水蒸气和干扰。水蒸气和COz在红外区域有强烈地吸收，因此在样在红外区域有强烈地吸收，因此在样品气体进入分析仪前，必须从样品中除去。解决该问题的品气体进入分析仪前，必须从样品中除去。解决该问题的办法之一是用串联排列的吸收室，例如办法之一是用串联排

36、列的吸收室，例如Luft检测器。检测器。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材291.3.1.2 Luft检测器或串联型气动式检测器检测器或串联型气动式检测器 Luft检测器或气动检测器检测器或气动检测器由一个参比气室，一个样品气室并由一个参比气室，一个样品气室并在样品气室后串联一个充有测量气体在样品气室后串联一个充有测量气体(例如，例如，SO。)的吸收室。吸的吸收室。吸收室分为前室和后室，前室短后室长，用应变器即微流量传感器收室分为前室和后室，前室短后室长，用应变器即微流量传感器将两个气室连接起来。传感器能够检测两个气室之间气体压力的将两个气室连接

37、起来。传感器能够检测两个气室之间气体压力的差或两个气室之间气体的流量。检测器工作时适当过滤的红外光差或两个气室之间气体的流量。检测器工作时适当过滤的红外光穿过两个气室，因为在光谱带中心的波长吸收率较大，所以在前穿过两个气室，因为在光谱带中心的波长吸收率较大，所以在前室，光谱带中心波长吸收的能量大于光谱带两侧的波长吸收的能室，光谱带中心波长吸收的能量大于光谱带两侧的波长吸收的能量。尽管两侧波长的吸收比较弱，由于后室较前室长，能够充分量。尽管两侧波长的吸收比较弱，由于后室较前室长，能够充分地吸收。当样品气室中没有气体污染物时，检测器前室和后室的地吸收。当样品气室中没有气体污染物时，检测器前室和后室

38、的辐射近似相等。辐射近似相等。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材301.3.1.3 Photoaeostic Detector光声检测器光声检测器 光声检测器光声检测器是气动检测器技术的变化。测量原理是用红外光是气动检测器技术的变化。测量原理是用红外光直接照射气体，当照射光的频率符合气体谐振频率时，部分光将直接照射气体，当照射光的频率符合气体谐振频率时，部分光将被气体吸收。被气体吸收。 实际应用时，在光源和测量气室之间放置一个斩光实际应用时，在光源和测量气室之间放置一个斩光器，接通或断开光束，压力将交替地增加和减少，产生压力脉冲器，接通或断开光束

39、，压力将交替地增加和减少，产生压力脉冲或声波信号。当斩光器的脉冲频率在或声波信号。当斩光器的脉冲频率在20Hz20kHz之间时，能够之间时，能够由灵敏的麦克风检测密封在测量气室中的分子吸收斩光产生的声由灵敏的麦克风检测密封在测量气室中的分子吸收斩光产生的声波。波。 把不同的光学滤光片放置在斩光器和测量气室之间的旋转式把不同的光学滤光片放置在斩光器和测量气室之间的旋转式圆盘中，能够同时测量圆盘中，能够同时测量ppb级的多种有机和无机化合物。级的多种有机和无机化合物。 由于一由于一些气体吸收相同波长的红外光，造成对测量目标气体的干扰，即些气体吸收相同波长的红外光，造成对测量目标气体的干扰，即交叉干

40、扰，可采用多个滤光片校准干扰气体，并由这些滤光片确交叉干扰，可采用多个滤光片校准干扰气体，并由这些滤光片确定干扰的程度，在校准仪器期间，校准所有的交叉干扰，即进行定干扰的程度，在校准仪器期间，校准所有的交叉干扰，即进行补偿并储存在仪器中。在今后正常的测量条件下，当出现这些气补偿并储存在仪器中。在今后正常的测量条件下，当出现这些气体时，检测器将自动进行补偿。体时，检测器将自动进行补偿。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材31光声检测器光声检测器 光声检测器与传统的光谱测定法的比较有以下特点：光声检测器与传统的光谱测定法的比较有以下特点： 灵敏度很高，

41、用镍铬红外光源，发射灵敏度很高，用镍铬红外光源，发射6504000cm叫叫(250015400nm) 波长范围内的光，检测限低制波长范围内的光，检测限低制ppb和和ppm范围；范围； 检测器为麦克风，仪器非常稳定，麦克风是最稳定传感器，检测器为麦克风，仪器非常稳定，麦克风是最稳定传感器，100年的漂年的漂 移移10； 动态范围达检出限的动态范围达检出限的100000倍，用同一台仪器能够测量很高和很低的倍，用同一台仪器能够测量很高和很低的 气体而不需要重新校准；气体而不需要重新校准； 测量气室的体积很小，只有几毫升，与传统的光谱测定法测量气室路径测量气室的体积很小，只有几毫升，与传统的光谱测定法

42、测量气室路径 长长20m的体积几升的红外测量室的作用相当，测量气室小意味着仅仅需的体积几升的红外测量室的作用相当，测量气室小意味着仅仅需 要少量的校准气体和样品气体；要少量的校准气体和样品气体； 测量气室体积小，气室中的气体能够迅速地排空，响应时间快。光声技测量气室体积小，气室中的气体能够迅速地排空，响应时间快。光声技 术不像传统的术不像传统的IR技术需要用许多的光学镜，系统非常的稳定；技术需要用许多的光学镜，系统非常的稳定； 光声系统测量气体的吸收。类似传统多通道仪器的工作，光声测量系统光声系统测量气体的吸收。类似传统多通道仪器的工作，光声测量系统 有独特的零点稳定性。有独特的零点稳定性。烟

43、尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材32气体过滤相关气体过滤相关GFC NDIR 红外光源的辐射通过一个滤光轮，在滤光轮上一个充满惰性气体红外光源的辐射通过一个滤光轮，在滤光轮上一个充满惰性气体(如，如，Nz)的气室，在另一个气室充满目标气体。红外光通过一个调制的气室，在另一个气室充满目标气体。红外光通过一个调制器产生交替的信号。器产生交替的信号。 仪器运行时，滤光轮连续地旋转，当光通过气体滤光器时，光强仪器运行时，滤光轮连续地旋转，当光通过气体滤光器时，光强降低。如果把含有目标污染物的气体样品导入样品气室，分子将在降低。如果把含有目标污染物的气体样品

44、导入样品气室，分子将在目标气体的吸收波长吸收光能。检测到的两束光之间的差，与样品目标气体的吸收波长吸收光能。检测到的两束光之间的差，与样品中的目标气体浓度相关。目标气体相同的光谱区域内，其它气体的中的目标气体浓度相关。目标气体相同的光谱区域内，其它气体的光谱不影响测量，如同它们互不相关。这种分析仪坚固耐用、费用光谱不影响测量，如同它们互不相关。这种分析仪坚固耐用、费用比较低且对振动影响的敏感度低比较低且对振动影响的敏感度低 。烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材33气体过滤相关气体过滤相关GFC NDIR 红外气体分析仪原理如图：红外气体分析仪原理如

45、图： 采用相关气体滤光片技术采用相关气体滤光片技术可在同一检测室内测定不同的可在同一检测室内测定不同的被测气体。将不同被测气体滤被测气体。将不同被测气体滤光片光片(测量测量)和氮气气室和氮气气室(参考参考)交交替放置在相关轮上，气体滤光替放置在相关轮上，气体滤光片进入光路时，被测气体吸收片进入光路时，被测气体吸收特定波长的光，红外接收器得特定波长的光，红外接收器得到测定信号到测定信号I，延迟几毫秒，装，延迟几毫秒，装有氮气的气室放置在光路上，有氮气的气室放置在光路上，红外接收器得到测定信号红外接收器得到测定信号I。，。，根据根据Beer lambert定律即可得出定律即可得出被测气体浓度。被测

46、气体浓度。烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材341.3.1.5 傅立叶变换傅立叶变换FTIR 傅立叶变换傅立叶变换FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 傅立叶变换红外光谱分析仪是基于光想干性原理而设计的干涉分光傅立叶变换红外光谱分析仪是基于光想干性原理而设计的干涉分光 红外分析仪。如下图红外分析仪。如下图烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材35傅立叶变换傅立叶变换FTIR 基于基于FTIR光谱技术原理的分析光谱技术原理的分析仪能够同时测量多达仪能够同

47、时测量多达50种化合种化合物，极快的响应时间并且交叉干扰比物，极快的响应时间并且交叉干扰比NDIR分析少。分析少。FTIR的最的最大特点是不需要对照参考物质频繁地校准分析仪。一旦仪器经过大特点是不需要对照参考物质频繁地校准分析仪。一旦仪器经过校准，校准数据即存入光谱库保存在软件中。实际校准，校准数据即存入光谱库保存在软件中。实际E，FTIR光谱光谱技术在宽的光谱范围内提供样品气体总的吸收光谱技术在宽的光谱范围内提供样品气体总的吸收光谱“图图”。仪器。仪器典型的光谱测量范围从典型的光谱测量范围从2500nm到到25000nm。 FTIR光谱仪光谱仪主要部件有光源、麦克尔孙主要部件有光源、麦克尔孙

48、(Mickelson)干涉仪干涉仪(图图1-15)、样品池、检测器、样品池、检测器(常用常用TGS、MCT检测器检测器)、计算机。、计算机。 其核心部分是干涉仪和计算机。干涉仪将光源来的信号以干涉图的其核心部分是干涉仪和计算机。干涉仪将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机进行快速的傅里叶变换的数学处理，最后将干涉形式送往计算机进行快速的傅里叶变换的数学处理，最后将干涉图还原为通常解析的光谱图。图还原为通常解析的光谱图。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材36傅立叶变换傅立叶变换FTIR FTIR光谱仪的特点如下光谱仪的特点如下： 扫描速度快，测量时

49、间短，可在扫描速度快，测量时间短，可在ls至数秒内获得光谱图，比色至数秒内获得光谱图，比色 散型仪器快数百倍。因此适于对快速反应的跟踪，也便于与色散型仪器快数百倍。因此适于对快速反应的跟踪，也便于与色 谱法的联用；谱法的联用； 灵敏度高，检测限低，可达灵敏度高，检测限低，可达1010g，因为可以进行多次扫描，因为可以进行多次扫描 (n次次)，进行信号的叠加，提高了信噪比倍；，进行信号的叠加，提高了信噪比倍； 分辨本领高，波数精度一般可达分辨本领高，波数精度一般可达0.5cm，性能好的仪器可达，性能好的仪器可达 0.01cm； 测量光谱范围宽，波数范围可达测量光谱范围宽，波数范围可达101000

50、cm，涵盖了整个红，涵盖了整个红 外光区；外光区； 测量的精密度、重现性好，可达测量的精密度、重现性好，可达0.1，而杂散光小于，而杂散光小于0.01; 适用范围广，可以同时测量多种气体成分。适用范围广，可以同时测量多种气体成分。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材371.3.1.6 差分光学吸收光谱差分光学吸收光谱(DOAS) 利用非一分散吸收光谱法测量在不同的波长的光的吸收，分子利用非一分散吸收光谱法测量在不同的波长的光的吸收，分子在有些波长吸收能量，在有些波长不吸收能量。在这样的系统中，在有些波长吸收能量，在有些波长不吸收能量。在这样的系统中

51、，用参比波长代替前述中的参比气室。方法原理仍然服从朗伯一比用参比波长代替前述中的参比气室。方法原理仍然服从朗伯一比耳定律。这种技术，已经作为差分吸收光谱或差分光学吸收光谱耳定律。这种技术，已经作为差分吸收光谱或差分光学吸收光谱(DOAS)，应用于抽取系统分析仪和，应用于抽取系统分析仪和insuit系统。在一个典型的系统。在一个典型的系统中，由光源发出不同波长的光并传输光通过含有样品气体的系统中，由光源发出不同波长的光并传输光通过含有样品气体的气室，或跨烟道。由检测器测量没有能量吸收的光的波长的信号气室，或跨烟道。由检测器测量没有能量吸收的光的波长的信号作为在有能量吸收波长获得的信号的参比。作为

52、在有能量吸收波长获得的信号的参比。 近来设计的分析仪用红外近来设计的分析仪用红外TDL，通过改变二极管激光器的驱动，通过改变二极管激光器的驱动电流或温度，调制激光器不同的波长。通常测定一种气体需要一电流或温度，调制激光器不同的波长。通常测定一种气体需要一个激光器，但是也能够同时测定某些气体，即用单个激光器同时个激光器，但是也能够同时测定某些气体，即用单个激光器同时测定两种测定两种(或以上或以上)气体。气体。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材38差分光学吸收光谱差分光学吸收光谱(DOAS) 红外红外TDL分析仪器具有的特点：分析仪器具有的特点： 可

53、从仪器的数据库中选择一条单一的吸收线；可从仪器的数据库中选择一条单一的吸收线； 确保没有其他气体的交叉干扰；确保没有其他气体的交叉干扰； 通过温度调整二极管激光器以准确标出单一吸收线的中心波长；通过温度调整二极管激光器以准确标出单一吸收线的中心波长； 通过电流扫描激光器的波长；通过电流扫描激光器的波长； 检测吸收线；检测吸收线； 由吸收线的大小和形状计算气体的浓度；由吸收线的大小和形状计算气体的浓度； 能够在含尘量高的环境下进行测量。能够在含尘量高的环境下进行测量。 传统的红外气体检测器传统的红外气体检测器常常受到因其他分子之间的碰撞导致吸收常常受到因其他分子之间的碰撞导致吸收线宽度变化的干扰

54、。红外线宽度变化的干扰。红外TDL利用先进的数字过滤技术，从测量的利用先进的数字过滤技术，从测量的第二谐波信号中提取的线宽信息，自动补偿由其他气体引起的吸收第二谐波信号中提取的线宽信息，自动补偿由其他气体引起的吸收线宽度的变化对测定的影响。线宽度的变化对测定的影响。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材391.3.2非分散紫外非分散紫外 (Non DispersiVe ultraViolet) 当分子吸收紫外当分子吸收紫外(UV)区光谱区光谱(短波，高能短波，高能)的特征光导致组成分的特征光导致组成分子的电子跃进。吸子的电子跃进。吸 收的紫外线光子激

55、发原子的电子，在分子中处于收的紫外线光子激发原子的电子，在分子中处于高能级态。高能级态。 受激发的电子快速的损失能量通过以下四种方法之一返回到基态：受激发的电子快速的损失能量通过以下四种方法之一返回到基态： 分离，吸收高能光子能够引起电子完全脱离分子，造成分离；分离，吸收高能光子能够引起电子完全脱离分子，造成分离； 再发射，当电子能量衰减返回到基态后再发射同样的光子；再发射，当电子能量衰减返回到基态后再发射同样的光子； 荧光，当电子能量衰减返回到基态时，在低于最初的吸收频率荧光，当电子能量衰减返回到基态时，在低于最初的吸收频率 发射光子，造成气体发光；发射光子，造成气体发光； 磷光，与荧光的过

56、程类似，但是在一个长的时间周期发生磷光。磷光，与荧光的过程类似，但是在一个长的时间周期发生磷光。 烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材40非分散紫外非分散紫外 非分散紫外分析仪非分散紫外分析仪在在UV区运行，应用差分吸收技术。区运行，应用差分吸收技术。仪器测量仪器测量SO。对紫外光的吸收，。对紫外光的吸收，SO。吸收带中心波长。吸收带中心波长为为285nm。然后与在。然后与在578nm波长处的吸收进行比较，波长处的吸收进行比较，578nm的波长处没有的波长处没有SO。吸收。采用差分技术，用参。吸收。采用差分技术，用参比波长代替了参比气室，从而计算出污染物含量。比波长代替了参比气室，从而计算出污染物含量。 已经证明差分吸收已经证明差分吸收NDUV仪器在