煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)原理

1.項目介紹
 山東萊恩德智能科技所推出的鍋爐煙氣在線監(jiān)測設(shè)備可以連續(xù)監(jiān)測SO2、NOX、02（標(biāo)準(zhǔn)、濕基、干基和折算)、顆粒物濃度、煙氣溫度、壓力、流速等多項相關(guān)參數(shù)，并統(tǒng)計排放率、排放總量等。從而對測量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理。

    系統(tǒng)由氣態(tài)污染物（SO2、NOX、02等）監(jiān)測、顆粒物監(jiān)測、煙氣參數(shù)（溫度、壓力、流速等）監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集與處理4個必選子系統(tǒng)組成。
    氣態(tài)污染物監(jiān)測采用抽取式冷凝法+磷酸滴定法預(yù)處理，其原理是利用紫外差分法測量煙氣中的SO2、NOX含量，通過電化學(xué)法測量濕氧含量，然后通過干濕轉(zhuǎn)化計算出SO2、NOX、02的干煙氣濃度，磷酸滴定發(fā)預(yù)處理可以有效減小冷凝除水時SO2的吸附損失，提高測量準(zhǔn)確度。
    顆粒物監(jiān)測采用抽取式測量法，煙氣的溫度采用溫度傳感器測量，煙氣壓力采用壓力傳感器測量，煙氣流速采用皮托管測量；將所有的測量信號送入數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。
    輸出處理系統(tǒng)具有現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時傳送、遠(yuǎn)程故障診斷、報表統(tǒng)計和圖形數(shù)據(jù)分析等功能，實現(xiàn)了工作現(xiàn)場的無人值守。整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)范圍廣，實時性強，組網(wǎng)靈活，運行成本低，同時系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，組合方便，并且能夠*與企業(yè)內(nèi)部的DCS系統(tǒng)和環(huán)保部門的數(shù)據(jù)系統(tǒng)通訊的要求。

000011　項目執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
本系統(tǒng)的設(shè)計、制造、驗收規(guī)范主要按下列標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范進(jìn)行：
u GB3095－1996    《大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》
u GB13223-2003    《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》
u GB18485-2007    《生活垃圾焚燒污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》
u HJ/T75-2007     《火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》
u CJJ90—2002     《城市生活垃圾焚燒工程技術(shù)規(guī)范》
u CJ/T118—2002   《城市生活垃圾焚燒爐技術(shù)規(guī)范》
u HJ/T76-2007     《固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》
u GB16297-1996    《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》
u GB/T16157-1996  《固體污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》
u GB9078-1996     《工業(yè)爐窯大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》
u GB 3095-1996    《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》
u GB12519-1990    《分析儀器通用技術(shù)條件》

000012　項目方案
000012.1　測量項目
Ø SO2、NOX、O2、煙塵、溫度、壓力、流速

000012.2　測量方法
Ø 煙氣采樣方法：抽取式冷凝法
Ø SO2、NOX監(jiān)測方法：差分光學(xué)吸收光譜法（磷酸滴定法預(yù)處理）
Ø O2監(jiān)測方法：電化學(xué)法
Ø 煙塵測量方法：抽取式測量法
Ø 溫度測量方法：溫度傳感器
Ø 壓力測量方法：壓力傳感器
Ø 流速測量方法：差壓法（皮托管）

2. 系統(tǒng)總則
    本系統(tǒng)設(shè)備的功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)、性能、安裝和試驗等方面的技術(shù)要求，均符合國家有關(guān)環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足中華人民共和國環(huán)境保護(hù)行業(yè)（HJ/T75-2007、HJ/T76-2007）標(biāo)準(zhǔn)要求。
    本公司的CEMS系統(tǒng)由氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)組成，其中氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)安裝在標(biāo)準(zhǔn)19英寸機(jī)柜內(nèi)。系統(tǒng)組成如下圖：

圖一、CEMS系統(tǒng)組成圖

      Ø 氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)：由取樣單元、預(yù)處理單元和分析單元等組成。
Ø 顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)：采用抽取式煙塵監(jiān)測儀。
Ø 煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)：采用皮托管測流速，壓力傳感器測壓力，溫度傳感器測溫度，煙氣濕度采用高溫電容濕度傳感器測量。
Ø 數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)：由數(shù)據(jù)采集器、工控機(jī)、顯示器和系統(tǒng)軟件等組成。

根據(jù)客戶需求不同對上述子系統(tǒng)進(jìn)行裁剪。

圖二、CEMS系統(tǒng)安裝示意圖

3. 系統(tǒng)組成

3.1 氣態(tài)污染物監(jiān)測

3.1.1 取樣和預(yù)處理單元

      樣氣在取樣泵的抽力下由取樣探頭取出。樣氣中的絕大部分顆粒物被取樣探頭中的過濾器濾除，濾除后由伴熱管線輸送到制冷系統(tǒng)冷凝除水，送至分析單元進(jìn)行分析。其中根據(jù)超低系統(tǒng)中普遍存在濕度大、SO2小等特點，為了減少SO2的吸附損失，預(yù)處理系統(tǒng)采用比較可靠簡單的磷酸滴定法，在冷凝器預(yù)處理中加入5%以上的磷酸溶液，使得冷凝水始終處于酸性狀態(tài)，減少SO2的吸附損失，提高測量精度。冷凝下來的水經(jīng)排水系統(tǒng)排掉。由控制單元實現(xiàn)反吹、標(biāo)定、制冷溫度報警提示等功能，并顯示系統(tǒng)的各種工作狀態(tài)。

預(yù)處理系統(tǒng)中采用一級快速冷凝除水，確保氣體組分不變。采用二級精細(xì)過濾，確保氣體測量室不被污染，從而提高分析儀的使用壽命。下圖即為氣態(tài)污染物監(jiān)測系統(tǒng)流程圖。

3.1.2 氣體分析儀
儀    器：紫外光譜氣體分析儀
型    號：LD-UVA-100
測量原理：差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)(DOAS)

測量原理
紫外光譜氣體分析儀是基于多通道光譜分析技術(shù)(OMA)和差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)（DOAS）的氣體分析儀器。光源發(fā)出的光束匯聚進(jìn)入光纖，通過光纖傳輸?shù)綒怏w室，穿過氣體室時被待測氣體吸收后，由光纖傳輸?shù)焦庾V儀，在光譜儀內(nèi)部經(jīng)過光柵分光，由陣列傳感器將分光后的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，獲得氣體的連續(xù)吸收光譜信息。儀器根據(jù)此光譜信息采用差分吸收光譜算法（DOAS）及偏小二乘算法（PLS）處理，得到被測氣體的濃度。

Ø 多波段光譜分析技術(shù)（OMA）
由于各種氣體分子在不同波段對光波有不同的吸收，通過對氣體吸收后的連續(xù)光譜的分析，實現(xiàn)了多種氣體的同時測量。

紫外光譜氣體分析儀采用紫外波段的光源和傳感器，用來測量在紫外波段對光波有吸收的氣體的濃度，比如SO2、NO、NO2等氣體。

Ø 差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)（DOAS）

DOAS的核心思想是將氣體的吸收光譜分解為快變和緩變兩個部分?？熳儾糠峙c氣體分子的結(jié)構(gòu)和所組成的元素有關(guān)，是氣體分子吸收光譜的特征部分；緩變部分與煙塵、水汽、背景氣體的干擾，以及測量系統(tǒng)的變化等因素有關(guān)，是干擾部分。DOAS采用快變部分計算被測氣體的濃度，測量結(jié)果不受干擾，準(zhǔn)確性高。

紫外光譜氣體分析儀采用*的DOAS算法和PLS算法相結(jié)合的處理方式，消除了煙塵、水汽、背景氣體的干擾，同時也消除了測量系統(tǒng)波動對測量結(jié)果的影響，保證了測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

技術(shù)指標(biāo)
SO2：0～20～100ppm（可根據(jù)買方需求定制）
NO： 0～20～100ppm（可根據(jù)買方需求定制）
精確度：≤±2%
線性誤差：≤±2%F.S.
零點漂移：≤±2%F.S./7D
量程漂移：≤±2%F.S./7D
響應(yīng)時間：≤30s  

其他
O2測量 電化學(xué)，0～25%，≤±2%F.S.
電源：220VAC ，50Hz
環(huán)境溫度限制：-10～40℃
通訊接口：1路RS232；1路RS485/RS232
數(shù)字接口：4路繼電器輸出，2路二進(jìn)制輸入
模擬接口：5路4～20mA輸出，2路4～20mA輸入

儀表特點
Ø 可靠性高
采用壽命達(dá)10年的脈沖氙燈作光源，采用固化光譜儀，無運動部件，可靠性高。
Ø 組合式氣體室設(shè)計
組合式氣體室設(shè)計使得光譜調(diào)節(jié)簡便，提高光譜強度。
Ø 測量精度高、穩(wěn)定性好
采用DOAS（差分光學(xué)吸收光譜）算法，測量結(jié)果不受煙塵、水分等因素干擾,測量準(zhǔn)確度高；同時DOAS算法也消除了由儀器老化引起的誤差，測量穩(wěn)定性好。
Ø 高度智能化、數(shù)字化
內(nèi)置多塊高性能處理器，處理器間采用高速數(shù)據(jù)總線通訊技術(shù)，各模塊具備*的數(shù)字化配置和檢測功能；操作簡單、使用方便。
Ø 豐富的用戶接口
提供豐富接口，可方便集成到各類控制和監(jiān)測系統(tǒng)。可通過RS485和RS232等通信方式組建無線或有線網(wǎng)絡(luò)，為儀器的日常操作、維護(hù)和管理提供便利。

Ø 與常見分析儀的對比

3.1.3 分析系統(tǒng)
分析系統(tǒng)由：
Ø 取樣單元（探頭、過濾器、溫控器）； 
    LD-CEMS-1000系統(tǒng)的采樣單元主要由采樣探頭和伴熱管線組成。按照國家規(guī)范將采樣探頭安裝在煙道（或煙囪）的適當(dāng)位置，采集煙道中的氣體，并通過伴熱管道將氣體運送到位于機(jī)柜內(nèi)部的加熱盒中。為保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確，采樣探頭和伴熱管線都采用電伴熱的方式，可以將氣體保持在設(shè)定的溫度，以防止氣體中水分凝結(jié)，伴熱管線長度可根據(jù)買方實際需要來定制。
Ø 預(yù)處理單元（取樣泵、除濕、細(xì)過濾、排水等）； 
    煙氣經(jīng)過高溫采樣探頭和伴熱管到達(dá)預(yù)處理系統(tǒng)，預(yù)處理系統(tǒng)經(jīng)過采樣球閥切換進(jìn)入冷凝器進(jìn)行汽水分離，冷凝水通過蠕動泵及時排出，經(jīng)過冷凝器的冷凝除水，在經(jīng)過三級精細(xì)過濾器進(jìn)行除塵過濾，處理過的潔凈的無塵無水的樣氣進(jìn)入煙氣分析儀進(jìn)行分析測量。
Ø 分析單元（SO2 、NO、NO2、O2）；
Ø 信號輸出（ SO2、NO、NO2、O2濃度、量程轉(zhuǎn)換、標(biāo)定狀態(tài)、故障狀態(tài)等）；
Ø 其它（氣路、電路等）；
Ø 分析儀器柜：1800×530×730MM（高*深*寬） 。

3.2 顆粒物監(jiān)測
儀器：抽取式煙（粉）塵測量儀
型號：LFS1000-MO型
測量原理：激光抽取式  

技術(shù)參數(shù)表：

   執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：HJ/T 76-2007 固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法.

產(chǎn)品性能特點：
    采用同點測速、采樣一體化探頭，支持精確的等速采樣。
    支持四參數(shù)同時輸出：煙道溫度、煙道壓力、煙道流速、煙道濃度。
    儀器采用多種先進(jìn)技術(shù)。包括：相關(guān)噪聲對消技術(shù)、激光發(fā)射功率穩(wěn)定技術(shù)、極低噪聲TIA、干擾控制與信號完整性設(shè)計、抗惡劣環(huán)境設(shè)計技術(shù)，提供快速、可靠和準(zhǔn)確的定量煙塵排放數(shù)據(jù)。
    自動校準(zhǔn)技術(shù)，實現(xiàn)零點和滿量程自動校準(zhǔn)。系統(tǒng)每24小時自動進(jìn)行零點校準(zhǔn)和滿量程校準(zhǔn)。同時支持手動零點校準(zhǔn)和自動零點校準(zhǔn)。
    采用射流技術(shù)，從煙道中抽取部分煙氣，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡單、抗雷擊、抗惡劣環(huán)境、成本低、維護(hù)量小。
    煙氣采樣、傳輸過程進(jìn)行連續(xù)加熱恒溫，防止傳輸過程濕煙氣冷凝產(chǎn)生的測量誤差。
    采用智能技術(shù)，具備顯示功能，可實時顯示各項測試數(shù)據(jù)、故障提示，方便現(xiàn)場調(diào)試與檢修。
    設(shè)備運行狀態(tài)提示、溫度異常、參數(shù)異常提示。
    斷電自保護(hù)功能，斷電后利用備用電池供電，關(guān)閉閥門，保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

3.3 煙氣參數(shù)監(jiān)測
3.3.1溫壓流一體化探頭（溫度、壓力、流速）                                   
    溫壓流一體化探頭測量裝置的結(jié)構(gòu)主要包括微差壓變送器、靜壓傳感器、熱電阻（或熱電偶）、皮托管、反吹電磁閥、溫度壓力補償?shù)?。其測量原理是：一次取壓元件采用傳統(tǒng)的皮托管測量方式，在正確安裝后，皮托管的全壓、背壓取壓管將檢測到的動壓與靜壓分別傳遞到差壓變送器，差壓變送器將動壓與靜壓之差轉(zhuǎn)換為4~20mA 開方比例電流傳送給配電箱數(shù)據(jù)采集模塊，CEMS機(jī)柜內(nèi)的計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
    皮托管內(nèi)外表面均做了特殊處理，可有效避免煙氣腐蝕并減少粉塵粘附。反吹電磁閥主要用于臟污氣體（如鍋爐排放的煙氣）測量時的系統(tǒng)反吹：當(dāng)探頭檢測孔粘附﹑積淀灰塵污物時，電磁閥定時或按預(yù)定程序開啟，將壓縮空氣同時接入兩個取壓管進(jìn)行吹除作業(yè)，正常測量時電磁閥則處于關(guān)斷狀態(tài)。

技術(shù)特點
l 可實時測量煙氣的溫度、壓力、流速，通過3路模擬信號兩線制4~20mA輸出。
l 自動定時對皮托管的動壓和靜壓端進(jìn)行反吹。
l 測量精度高、可靠性好、可長期連續(xù)工作。
l 安裝和接線方便、維護(hù)量低。

技術(shù)指標(biāo)
Ø 量程：線性輸出0-30m/s；
Ø 輸出信號：4~20mA 兩線制；
Ø 測量精度：±2%F.S.；
Ø 校驗頻率：12 個月；
Ø 響應(yīng)時間：<1s；
Ø 差壓（溫度、壓力）變送器電源：24VDC，兩線制；
Ø 差壓變送器過壓極限：4.0MPa； 
Ø 皮托管材質(zhì)：304、316L不銹鋼；
Ø 常閉反吹電磁閥電源：220VAC，50Hz； 
Ø 皮托管插入長度：500~2000mm 可選；
Ø 壓力變送器量程：-5~+5kPa ；
Ø 溫度變送器量程：0~300℃；
Ø 介質(zhì)溫度范圍：-40~500℃； 
Ø 環(huán)境溫度：-40~85℃；
Ø 貯存溫度：0~50℃； 
Ø 貯存濕度：0~85%RH。
Ø 安裝法蘭：DN50；
Ø 材質(zhì)：SUS316L