CEMS原理-省环境监测站课件

1、固定污染源烟气自动监测设备原理及比对监测2011.11.72011.11.7 目录一、系统组成二、系统原理三、比对监测 目录一、系统组成1. 颗粒物监测子系统2. 气态监测子系统 （SO2、NOx）3. 烟气参数监测子系统 （温度、流速、氧含量、湿度等） 4. 数据采集与处理系统 （显示、存储、打印、 传输等）一、系统组成1. 颗粒物监测子系统一、系统组成一、系统组成 二、系统原理 一、系统原理- 气态污染物CEMS 一、气态污染物CEMS 取样方法 二氧化硫氮氧化物稀释取样法 紫外荧光 化学发光 直接抽取法 红外光谱吸收红外光谱吸收紫外光谱吸收紫外光谱吸收定电位电解 定电位电解 直接测量法

2、差分吸收光谱差分吸收光谱一、系统原理- 气态污染物CEMS 一、气态污染物C二、系统原理- 气态污染物CEMS （一）直接抽取法 CEMS 二、系统原理- 气态污染物CEMS 二、系统原理- 气态污染物CEMS 冷-干法 在气体进入分析仪前，除去气体中的颗粒物、水分和降低气体温度，给出的烟气浓度为干基。 我国目前安装的基本为冷-干直接抽取法。热-湿法 探头去除颗粒物，采样探头、管路和分析仪均高温加热，维持烟气的厡态，防止烟气水分凝结，给出的烟气浓度为湿基。 二、系统原理- 气态污染物CEMS 二、系统原理- 气态污染物CEMS 直接抽取法CEMS分析方法原理红外光谱吸收紫外光谱吸收 利用污染物

3、分子吸收特定波长的光，能够区分不同的污染物。 二、系统原理- 气态污染物CEMS 二、系统原理- 气态污染物CEMS 主要特点 一个分析单元可同时测量SO2、NOx、CO2、CO； 测氧（O2）单元与红外单元共同可置于同一分析仪内； 测量精度高、维护简单、稳定性好； 样气传输必须采用加热管线（120 以上）； 预处理系统复杂； 要求密封性好（漏气将直接影响测量值）；二、系统原理- 气态污染物CEMS 一、系统原理- 气态污染物CEMS （二）、稀释取样法CEMS一、系统原理- 气态污染物CEMS （二）、稀释取样一、系统原理- 气态污染物CEMS 2、管路系统稀释气需要免于油、颗粒物、二氧化碳

4、、氮氧化物和二氧化硫的污染。稀释法取样管线、校准和清洗反吹管线多采用惰性材料（聚四氟乙烯管）。取样管线尽量不要超过100米一、系统原理- 气态污染物CEMS 一、系统原理- 气态污染物CEMS 3、分析仪原理紫外荧光法SO2分析仪 烟气样气进入仪器的反应室，在190nm230nm的紫外光照射下，生成激发态的SO*2。激发态的SO*2主要通过荧光过程回到基态，其发射的荧光强度与SO*2的浓度成正比。利用光电倍增管接收荧光，即可得到待测样气中的SO2浓度。 一、系统原理- 气态污染物CEMS 二、系统原理- 气态污染物CEMS 化学发光法NOx分析仪 化合物吸收化学能后，被激发到激发态，在由激发态

5、返回至基态时，以光量子的形式释放能量。通过测量化学发光强度对物质进行分析测定。二、系统原理- 气态污染物CEMS 二、系统原理- 气态污染物CEMS 4、主要特点主要优点 取样量小，过滤介质负担小 样气传输不采用加热管线主要缺点 不适合低浓度测量 稀释气体质量要求较高 稀释比例易变化 二、系统原理- 气态污染物CEMS 二、系统原理- 气态污染物CEMS （三）、直接测量法 CEMS 二、系统原理- 气态污染物CEMS 二、系统原理- 气态污染物CEMS 1、内置式直接测量法二、系统原理- 气态污染物CEMS 二、系统原理- 气态污染物CEMS 2、外置式直接测量法二、系统原理- 气态污染物C

6、EMS 二、系统原理- 气态污染物CEMS 3、分析方法 内置式 紫外差分吸收光谱法 双波长紫外光谱吸收法 外置式 红外吸收法 紫外吸收法二、系统原理- 气态污染物CEMS 二、系统原理- 气态污染物CEMS 4、主要特点不需要采样和预处理系统，结构简单，安装方便；直接读数，测量范围和精度可以保证；粉尘密度太大，不适用（发出光收不回来，或衰减到极低水平）；温度、压力的变化会显著影响分子吸收能量的效率，需要随 时进行温度压力的修正；探头不便防护，容易腐蚀、堵塞。 二、系统原理- 气态污染物CEMS 二、系统原理- 颗粒物CEMS二、颗粒物CEMS 浊度法 光散射法 光闪烁法 震荡天平法 射线法二

7、、系统原理- 颗粒物CEMS二、系统原理 - 颗粒物CEMS 1、浊度法 光通过烟气时，光吸收和散射测量光，从而减少光的强度，通过测量光的透过率来计算颗粒物浓度。 方法：单光程、双光程 光源：红光或远红外技术特点：可以连续监测颗粒物浓度；因振动、温度等因素易使光路发生偏移；光学器件易受烟气污染，应定期擦拭；受烟气中颗粒物特性及尺寸分布的影响；对于湿式除尘器的场合，选用应慎重；不适合低浓度；二、系统原理 - 颗粒物CEMS 1、浊度法二、系统原理 -颗粒物CEMS 单光程透光度颗粒物监测仪器 二、系统原理 -颗粒物CEMS 单光程透光度颗粒物监二、系统原理 -颗粒物CEMS 双光程透光度颗粒物监

8、测仪器 二、系统原理 -颗粒物CEMS 双光程透光度颗粒物监二、系统原理 - 颗粒物CEMS 2、光散射法颗粒物监测仪器 将一束光射入烟道，激光与烟尘作用产生散射，散射光强度与烟尘的散射截面成正比，浓度高，截面成比例增大，散射光增强，从而得到颗粒物烟尘浓度。方法：前散射法、后散射法、边散射法光源：红光或可见光技术特点： 易安装维护；适合低浓度；受烟气中颗粒物特性及尺寸分布的影响；受水滴影响。二、系统原理 - 颗粒物CEMS 2、光散射法颗粒物二、系统原理 - 颗粒物CEMS 后散射法颗粒物监测仪器 二、系统原理 - 颗粒物CEMS 后散射法颗粒物监测二、系统原理 -颗粒物CEMS 3、光闪烁法

9、颗粒物监测仪器 原理： 当颗粒物通过光束时，用检测器检测浊度的快速波动。波动光与平均光比值，得到颗粒物浓度。技术特点： 一般单通道；能够测低浓度尘；校零校标困难；受低流速影响；颗粒物密度影响；液滴影响。二、系统原理 -颗粒物CEMS 3、光闪烁法颗粒物监二、系统原理 -颗粒物CEMS 4、射线法颗粒物监测仪器 原理： 使已知体积的烟气通过收集颗粒物的滤膜，由测量吸收的射线确定颗粒物质量浓度。 技术特点： 直接测量质量浓度；不受颗粒物特性影响；液滴影响；抽取式采样存在困难。二、系统原理 -颗粒物CEMS 4、射线法颗粒物监二、系统原理 -颗粒物CEMS 射线法颗粒物监测仪器二、系统原理 -颗粒物

10、CEMS 射线法颗粒物监测仪二、系统原理- 烟气参数CMS 三、烟气参数CMS二、系统原理- 烟气参数CMS 三、烟气参数CMS二、系统原理- 烟气参数CMS （一）氧含量CMS1、氧化锆法 利用ZrO2在高温（600）时的电解催化作用，形成烟气一侧的电极和与含有O2的参考气体（通常为空气）接触的参考电极产生电位的不同，从而测量出烟气中氧气浓度。 特点：精准可靠且成本低；探头使用寿命：1 2年；测量的是湿基氧的浓度（抽取除湿处理后烟气测得为干基浓度）。 二、系统原理- 烟气参数CMS 二、系统原理- 烟气参数CMS 二、系统原理- 烟气参数CMS 二、系统原理- 烟气参数CMS 2、磁氧法：

11、顺磁性：分子通过磁场时，不是被吸引就是被排斥。被吸引时是顺磁性的，被排斥时是反磁性的。 大多数材料是反磁性的，少数是顺磁的，氧分子是顺磁性的。 利用氧气的顺磁性的特性测量O2浓度。 顺磁氧分析仪没有电特性的消耗，无须定期更换传感器或校准，维护成本低，寿命长。 测量的是干基氧的浓度 二、系统原理- 烟气参数CMS 二、系统原理- 烟气参数CMS 磁氧法示意图 二、系统原理- 烟气参数CMS 二、系统原理- 烟气参数CMS 3、原电池法 电化学传感器原理。 使用寿命约6-18个月，多用于便携烟气分析仪。二、系统原理- 烟气参数CMS 二、系统原理- 烟气参数CMS （二）流速CMS 1、皮托管差压

12、法 皮托管法示意图 二、系统原理- 烟气参数CMS 二、系统原理- 烟气参数CMS 特点： 保持皮托管正对气流测孔表面的清洁是保证准确测量烟气流速的重要条件，需要采用高压反吹技术定期反吹皮托管。 安装时应避开有涡流的位置。 测量低压差(P)比较困难(实际测定的最小压差约为5Pa，能够测量的最低流速约为2-3m/s)。测量低流速时灵敏度准确性低。 二、系统原理- 烟气参数CMS 二、系统原理- 烟气参数CMS 2、超声波法CMS 在流体中设置两个超声波传感器，他们既可发射超声波又可以接收超声波，一个装在管道的上游，另一个装在下游，通过超声波在流体中顺流和逆流方向传播时间差来计算出流速在烟气流速。

13、 超声波技术能够测量低至0.03 m/s的气流流速。 安装时应避开有涡流的位置。 颗粒物会弄脏发射/接收器表面，吹扫表面保持清洁。 二、系统原理- 烟气参数CMS 二、系统原理- 烟气参数CMS 超声波法测流速示意图 外置式 内置式 二、系统原理- 烟气参数CMS 二、系统原理- 烟气参数CMS 3、热线法（热平衡法） 气体借热空气对流从探头带走热，并导致探头冷却。气流流经探头的速度越快，探头冷却得越快。供给更多的电量维持传感器最初的温度，对于加热丝类型的传感器，气体的质量流量与供电量正比。 水滴将引起热传感系统的测量误差。 清洁空气吹扫或机械方法去除表面污物防止探头腐蚀和灰尘附着。 二、系统

14、原理- 烟气参数CMS 二、系统原理- 烟气参数CMS 热线法测流速示意图 二、系统原理- 烟气参数CMS 二、系统原理- 烟气参数CMS （三）温度、压力热电偶法热电阻法动压（气体具有的动能，体现在流速大小，恒为正值）静压（气体具有的势能，作用于管道壁，体现在烟道 内部与大气压之差）全压（动压与静压代数和）二、系统原理- 烟气参数CMS 二、系统原理- 烟气参数CMS （四）湿度CMS 1、电容法 采用电容式传感器，探头直接插入烟道中，探头周围采用特制的过滤器进行保护。采用薄膜电容和PT100电阻组合专门设计的传感器，利用水分的变化和电容值变化之间的关系直接测量水气分压，利用PT100测量温

15、度，可以准确测量高温烟气的水分含量。 直接插入式测量，探头需要特殊防护。 二、系统原理- 烟气参数CMS 二、系统原理- 烟气参数CMS 2、干湿氧法 通常利用插入式氧化锆探头直接测量烟道中的湿态氧含量，利用直接抽取法将烟气抽取后降温除湿，测量出干态氧含量，经计算后得出烟气湿度。 两台测氧仪器漂移不一致导致误差叠加。 二、系统原理- 烟气参数CMS 二、系统原理-数据采集与处理系统 四、数据采集与处理系统 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；保持与环境监控平台（企业）的数据传输； 二、系统原理-数据采集与处理系统 三、系统安装、验收、比对监测 三、系统安装与验收

16、安装一、系统安装（一）安装要求 1.每台固定污染源排放设备均需安装烟气 CEMS，不得多台固定污染源排放设备共用一套烟气 CEMS。 2.固定污染源烟气净化设备设置有旁路烟道时，必须在旁路烟道内安装烟气流量连续计量装置。 3.必须设置采样及监测平台，人员易到达，空间足够。当采样平台设置在离地面高度5 米的位置时，有通往平台的 Z 字梯/旋梯/升降梯；平台设护栏，便于操作人员安全工作。 三、系统安装与验收安装一、系统安装三、系统安装与验收安装 4.应优先选择在垂直管段和烟道负压区域。 5.测定位置应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位。 对于颗粒物 CEMS，应“上四下二”，对于气态污染物 CEMS

17、，应“上二下半”。矩形烟道当量直径D=2AB/(A+B)。 当安装位置不能满足上述要求时，应尽可能选择在气流稳定的断面，但安装位置前直管段的长度必须大于安装位置后直管段的长度。三、系统安装与验收安装 4.应优先选择在垂直管三、系统安装与验收安装 6.在烟气 CEMS 监测断面下游应留有参比方法采样孔和交流电源插座，采样孔数目及采样平台等按GB/T16157 确定，以供参比方法测试使用。在互不影响测量的前提下，应尽可能靠近。 7.烟气 CEMS 不宜安装在烟道内烟气流速小于 5m/s 的位置。三、系统安装与验收安装 6.在烟气 CEMS 三、系统安装与验收安装 8.若一个固定污染源排气先通过多个

18、烟道后进入该固定污染源的总排气管时，应将烟气 CEMS 安装在该固定污染源的总排气管上，但要便于用参比方法校验颗粒物 CEMS和烟气流速 CMS。不得只在其中的一个烟道上安装一套烟气 CEMS，将测定值的倍数作为整个源的排放结果，但允许在每个烟道上安装相同的烟气 CEMS，测定值汇总后作为该源的排放结果。三、系统安装与验收安装 8.若一个固定污染源三、系统安装与验收安装 9.火电厂湿法脱硫装置后未安装烟气 GGH（气-气换热器）的烟道内，由于水份的干扰，颗粒物无法准确测定其浓度，颗粒物 CEMS 可安装在脱硫装置前的管段中，其实际排放浓度值的计算见HJ/T75-2007标准附录 C.5。 三、

19、系统安装与验收安装 9.火电厂湿法脱硫装置三、系统安装与验收安装 10.当烟气 CEMS 安装在矩形烟道时，若烟道截面的高度大于 4 米，则不宜在烟道顶层开设参比方法采样孔；若烟道截面的宽度大于 4 米，则应在烟道两侧开设参比方法采样孔，并设置多层采样平台。三、系统安装与验收安装 10.当烟气 CEMS三、系统安装与验收安装 11.点测量 CEMS 的测量点位应符合下列条件之一： 颗粒物 CEMS 的测量点位离烟道壁的距离不小于烟道直径的 30%，气态污染物 CEMS、氧气 CEMS 以及流速 CEMS 的测量点位离烟道壁距离不小于 1 米； 位于或接近烟道断面的矩心区。12.线测量 CEMS 的测量点位应符合下列条件之一： 颗粒物CEMS的测量点位所在区域离烟道壁的距离不小于烟道直径的30%，气态污染物 CEMS、氧气 CMS 以及流速 CMS 的测量点位离烟道壁距离不小于 1 米； 中心位于或接近烟道断面的矩心区； 测量线长度大于或等于烟道断面直径或矩形烟道的边长。三、系统安装与验收安装 11.点测量 CEMS三、系统安装与验收安装（二）CEMS设备资质要求中华人民共和国计量器具制造许可证；进口仪器应持有国家质量技术监督部门颁发的计量器具型式批准