CEMS连续监测系统基础培训教材

脱硫CEMS连续监测系统

基础知识培训

武汉光谷环保科技股份公司安庆分公司绪论

多年来，国家不断加大对环保的投入，尤其是污染源自动监测、监控系统建设迅速发展，取得了长足的进展，在环境管理和总量减排中发挥了应有的作用。国家和环保部颁布了多项相关法律法规、管理制度，如：《主要污染物总量减排监测办法》（国发〔2007〕36号）《污染源自动监控管理办法》（环保总局第28号令）《污染源自动监控设施运行管理办法》（环发〔2008〕6号）以及相应的技术标准和规范。

烟气排放连续监测系统（CEMS）分别由气态污染物监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气参数监测子系统和数据采集处理与通讯子系统组成。固定污染源烟气CEMS由颗粒物监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气排放参数测量子系统、数据采集、传输与处理子系统等组成。绪论通过采样和非采样方式，测定烟气中颗粒物浓度、气态污染物浓度，同时测量烟气温度、烟气压力烟气流速或流量、烟气含湿量（或输入烟气含湿量）、烟气氧量（或CO2含量）等参数；计算烟气中污染物浓度和排放量；实现和打印各种参数、图表并通过数据、图文传输系统传输至固定污染源监控系统。为污染物总量减排提供科学依据。CEMS连续监测系统主要测量方式有以下几种：1、直接抽取法：采用专用的加热探头将烟气从烟道中抽取出来，经过伴热管线将温度控制到150度-200度，然后经过预处理系统进行除尘、除水，最后送入气体分析仪进行检测分析。2、稀释抽取法：采用专用的探头采样后用氮气或压缩空气进行稀释经过预处理系统进行除尘、除水，最后送入气体分析仪进行检测分析。3、直接测量法：将分析部件直接安装于烟道上进行检测分析。发电厂烟道气体监测系统图发电机汽轮机多参数监测单元烟尘分析单元烟道脱硫设备NOx/SO2/O2分析单元SO2分单元油库排水口引入口水处理过滤墙水O2分析单元CO分析单元NOx/O2分析单元烟道脱氮设备电除尘器脱硫设备脱硫CEMS连续监测系统图脱硫CEMS连续监测系统组成及工作原理1、气态污染物排放浓度监测子系统：主要对烟气排放中NOx

、SO2、CO、CO2等气态方式存在的污染物进行监测。2、颗粒物排放浓度监测子系统：主要对烟气排放中的烟尘浓度进行测量。3.烟气参数监测子系统：主要对烟气的温度、压力、湿度、含氧量等参数进行监测，用以将污染物的浓度转换成标准干烟气状态和规定过剩空气系数下的浓度，符合环保计量的要求以及污染物排放量的计算。4.数据采集与处理系统：主要是完成测量数据的采集、存储、统计功能，并根据环保部门的要求的格式将数据传输到环保局相关部门。气态污染物测量子系统采样方式

分析方法

直接抽取系统

稀释抽取系统

直接测量系统红外光吸收原理

SO2，NOx，CO，CO2紫外光吸收原理

SO2，NOx，SO2，NOx

紫外荧光原理

SO2

化学发光原理

NOx

电化学原理

NOx

气态污染物测量子系统直接抽取系统：

加热采样探头加热传输管线样气预处理系统分析测量单元标定控制系统、数据数据运算、输出烟气分析主机气态污染物测量子系统直接抽取系统：特点：红外/紫外光吸收测量分析单元;

一个分析单元可同时测量SO2、NOx、CO2、CO；可将测氧（O2）单元与红外单元共同置于同一分析仪内；测量数据为标准状态下的干态烟气数值，数据直观；样气传输采用加热管线（120℃以上）；预处理系统复杂；要求密封性好。

气态污染物测量子系统直接抽取系统常见故障：采样探头堵塞：滤芯油污、异物等。采样管路漏气：接头、管线划伤等。加热系统失效：伴热线断电、断线等。采样流量降低：探头堵塞、管线漏气等。除水系统：制冷器工作异常等。过滤元部件失效：滤芯脏污、损坏等。气态污染物测量子系统稀释抽取法：

稀释采样探头传输管线样气预处理系统SO2分析测量单元标定控制系统、数据数据运算、输出烟气分析主机NOx分析测量单元气态污染物测量子系统稀释抽取法：特点：紫外荧光测量SO2，化学发光测量NOx;

需要多个分析单元组合；氧含量需单独配置采样系统或采用直接测量法；测量数据需要转换成标准状态下的干态烟气数值；样气传输不采用加热管线；探头稀释用空气需严格控制；探头稀释比例需要随时校准；气态污染物测量子系统稀释抽取系统常见故障：采样探头堵塞管路漏气稀释比例不准确采样流量降低零气处理不纯净气态污染物测量子系统直接测量法：

气态污染物测量子系统直接测量法：特点：通常采用差分吸收光谱原理的分析仪;

不需要采样和预处理系统，结构简单。测量NOx通常需要配置电化学法插入式仪表；氧含量通常采用氧化锆直接测量法；测量数据需要转换成标准状态下的干态烟气数值；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；探头的防护十分重要；通常不能在线校准零漂和量漂；

气态污染物测量子系统CEMS连续监测系统现场PLC可编程控制器性能：数据采集数据运算烟气预处理程控现场仪表供电气态污染物测量子系统CEMS连续监测系统烟气采样预处理单元性能：烟气除尘烟气除水保障进入分析仪烟气达到洁净指标气态污染物测量子系统西门子U23气体分析仪性能：可连续测量SO2、NOX、O2等气体浓度分析多个组份。多路4-20mA模拟输出及继电器接点输出。自动标定、故障自诊断通讯功能。精度高、稳定性好。菜单式操作、液晶显示。ppm或mg/m3可以转换。极短的预热时间：5分钟操作简单、快速设定和运行方便。使用空气自动标定仪器零点（<5%CO2必须用N2标定零点）颗粒物排放浓度监测子系统

颗粒物测量子系统：采用方法：光学分析方法、直接测量（不采样）。工作原理：光透射法、后散射法。特点：直接测量法不需要采样系统;

探头不接触烟气；由于标准物质难以获得，出场通常以滤光片进行标定；灰尘和水汽影响较大，不适合在湿法净化设施后测量，除非再加热烟气到高于水的露点温度；反吹空气幕需24小时运转（停炉时也要运转）；颗粒物组成和粒径的变化影响这类分析仪的校准；

颗粒物排放浓度监测子系统控制单元光源传感器排放源烟气参数测量子系统测量项目

测量原理

安装位置

氧含量

氧化锆法

烟道、抽取

磁氧法

直接抽取采样

原电池法

直接抽取采样

流速

皮托管差压法

插入式

热线法

插入式

超声波法

对穿式

湿度

电容法

插入式

干湿氧法

烟道、抽取

温度

热电偶

插入式

热电阻

插入式

压力

压阻感应片

直接测量

烟气参数测量子系统

含氧量：氧化锆法：氧化锆分析仪测量O2依据的原理：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。探头使用寿命：1

～2年。氧化锆分析仪测量的是湿基氧的浓度，计算干基浓度时，必须知道水蒸汽的含量，进行转换。烟气参数测量子系统

氧化锆法烟气参数测量子系统

磁氧法：顺磁氧分析仪是利用氧气的顺磁性的特性测量O2浓度。氧气分子是顺磁性的，能够利用这种特性影响样品气体在分析仪中的流动方式，通常采用磁压法、热磁法、磁力矩法。它作为抽取系统的一个部件安装在气态污染物分析机柜内，共用系统的除尘、除湿系统。因为经过除湿后进行测量，因此它测量的是干基气体的O2浓度。烟气参数测量子系统

磁氧法烟气参数测量子系统

原电池法：原电池式氧传感器由两个金属电极、电解质、扩散透气膜和外壳组成，两个金属电极中Ag为工作电极，Pb为对电极。传感器工作时O2通过扩散透气膜进入传感器，在工作电极上发生电化学反应，电池产生的电流正比于样品中的含氧量，通过这个原理测量烟气中的含氧量。传感器使用寿命：6

～18个月。它作为抽取系统的一个部件安装在气态污染物分析机柜内，共用系统的除尘、除湿系统。因为经过除湿后进行测量，因此它测量的是干基气体的O2浓度。烟气参数测量子系统流速测量：皮托管法：皮托管由两根相同的金属管并联组成，测量端有方向相反的两个开口，一根管面正对气体流动方向测量全压，另一根管平行于气流或背向气流测量静压。皮托管两管连接微压传感器并且连接放大器，测得的压差由微压传感器测得，经放大调制，输出电压与S型皮托管测得压差成比例关系。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)。烟气参数测量子系统皮托管法

烟气参数测量子系统超声波法：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，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。连续监测中，在烟道或烟囱两侧各安装一个发射/接收器组成超声波流速连续测量系统，典型的角度为30～60°。超声波技术能够测量低至0.03m/s的气流流速。安装时应避开有涡流的位置。烟气参数测量子系统超声波法

烟气参数测量子系统热线法：热平衡法流速测量仪是通过把加热体的热传输给流动的烟气进行工作的。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，气体的质量流量正比于供电量。水滴将引起热传感系统的测量误差。防止探头腐蚀和灰尘附着。烟气参数测量子系统湿度测量：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湿度传感器，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测量温度，可以准确测量高温烟气的水分含量，并专门根据CEMS烟气特点计算出体积百分比浓度ppmv。直接插入式测量，探头需要特殊防护。烟气参数测量子系统干湿氧法：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，利用完全利用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。

XSW=1-X`O2/XO2

式中：X`O2—湿烟气中氧的体积百分数，%

XO2——干烟气中氧的体积百分数，%两台测氧仪器漂移不一致导致误差叠加。湿度测量：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湿度传感器，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测量温度，可以准确测量高温烟气的水分含量，并专门根据CEMS烟气特点计算出体积百分比浓度ppmv。直接插入式测量，探头需要特殊防护。数据采集与处理子系统

数据采集与处理子系统：主要分为CEMS连续监测系统DAS数据采集处理系统、脱硫设施在线监测系统以及环保监测数据采集传输系统，其功能如下：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；保持与省调监控平台（企业）的数据传输；监控数据的测量量程、补偿等状态参数设置；年度、月度、日报表及其它时间段报表自动生成。数据采集与处理子系统

数据采集与处理子系统

数据采集与处理子系统数据采集与处理子系统环保监测数据采集传输系统：主要组成：环保监测中心：服务器、监测软件等。通讯网络：移动GPRS-APN专线。前端设备：GPRS数据传输模块。测量设备：污染源监测设备。数据采集与处理子系统脱硫设施在线监测系统：通过对脱硫设施运行数据的实时采集、传输处理和计算分析，给出与机组发电量相对应的脱硫系统投运率、脱硫效率和排放量等运行数据，为环保、物价、电力监管和电力管理等部门提供相关统计数据和监管依据，为编制全省燃煤机组污染物排放水平序位表提供技术数据，为脱硫电价政策的执行提供计算数据。所有燃煤发电机组为脱硫设施监测系统接入对象。脱硫设施监测系统的运行情况，纳入我省节能发电调度工作范围，作为发电机组排序与电量安排依据。数据采集与处理子系统数据采集环节主要包括二大采集模块：分别是CEMS数据采集模块、RTU数据采集模块。CEMS日常维护保养SO2监测系统：

易耗品的定期更换。探头过滤器芯、分析仪内各种过滤器芯、泵膜及轴承、密封圈（垫）等定期清理采样管线。需要对系统管路及测点进行定期反吹定期检查冷凝装置。冷凝液是否正常排出定期检查分析仪表。零点漂移，量程漂移的检查和校正，同时还要对仪器光源电压、电流、温度等内部参数进行检查，及时更换使用寿命到期的部。环境的清洁。灰尘，环境温度为0～40℃

CEMS日常维护保养分析仪器巡巡检：操作指示以及警告灯状态。分析仪系统内管路或部件上是否有凝结水和灰尘。颗粒物准直性如何。记录仪表的显示值和时间，是否和控制室内一致。零部件、阀等是否腐蚀或泄漏，塑料或橡胶组件是否老化、破损。冷凝水是否能够顺利排出，污染物气体有无被吸收或吸附的可能性。