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烟气在线连续监测系统CEMS培训教材岛津国际贸易（上海）有限公司环境仪器部一、前言CEMS介绍1、CEMS(ContinuousEmissionMonitoringSystem)是烟气连续排放监测系统的英文缩写，即污染源排放连续监测系统。可对固定污染源长时间在线连续监测。2、CEMS系统由颗粒物监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气参数监测子系统、数据采集处理与通讯子系统等组成。它能够监测并计算出瞬时、当天及一月、一年的积累值，提供环保局要求的数据报表。CEMS系统还可以辅助控制除尘、脱硫设备，优化燃烧的作用。岛津公司CEMS组成CEMS系统组成单系统双系统切换１气体测定装置NSA-3080SO2、NOx、CO、CO2、O2等组分2烟尘计DOA-3030光透式1套光透式2套3流量计DLTP-4000差压式1套差压式2套4数据采集系统DAS软件Windows系统装有数据处理软件（DAS）5水分计AS-210锆氧式1套锆氧式2套岛津公司CEMS结构示意图：流量计烟尘计气体采样探头烟道加热导管气体测试装置DAS系统前处理器红外气体分析仪测试项目：NOx、SO2、CO、CO2、O2烟尘流量､温度､压力水份标准气瓶水份仪CEMS采样方式介绍抽取法采样方式直接抽取法(岛津采用)稀释法现场法特点1、分析仪可单独进行标准气体校正2、不需要稀释,因此可准确测量气体浓度3、1台测量装置即可对几个测试点切换测试4、探头结构简单,保养容易5、需加热导管(以防止SO2损失、水蒸气凝结)1、每个成分各需1台分析仪2、稀释探头的结构比直接方式复杂､保养困难3、必须有稀释气体的供气系统(随时供应零气)4、校正时，必须从探头流出标准气体，难于2点测试5、气体的前处理简单1、不能进行标准气体校正2、必须修正烟道压力3、必须除去烟尘和水分的影响4、需在烟道上进行保养5、气体需要前处理6、可测试烟道内气体的平均浓度二、NSA-3080介绍NSA-3080内部组件排液分离器前冷凝器NO转换器雾吸收器DFU过滤器采样泵主冷凝器排液锅红外气体分析仪PLC组件NSA-3080内部组件排液分离器：烟气冷凝和烟尘过滤前冷凝器：低于环境温度5摄氏度NO转换器：将NO2还原成NO雾吸收器：去除烟气中的SO3成份DFU过滤器：过滤微尘，1微米采样泵：抽取烟气主冷凝器：1－2摄氏度排液锅：收集和排放烟气冷凝水红外气体分析仪：烟气浓度分析PLC组件：采集数据，系统控制气体采样探头加热导管结构如图所示：1、加热丝，镍－铬合金2、PFA特氟龙采样管3、铝箔4、玻璃纤维5、铝箔包裹层6、黑色PVC外皮加热导管的加热原理加热导管的加热线与使用长度无关，只要加上AC220V的电压，每１ｍ就能得到40W的电力。这是由于加热线形成并联回路。即使某段不加热也不会影响整体的伴热。ACACC回路图气体分析仪URA-208测量原理红外测定原理根据Lambert-Beer’s定律，样品气体吸收的紅外线与其浓度度成正比，所以测量样品气体吸收的红外线即可得到样品气体之浓度。例如：SO2,NO,CO,CO2,CH4…….吸收红外光N2,H2,O2……不吸收红外光I2=I1e-ε(λ)・ρ・LI1:入射光强LI2:出射光强ρ:样品气体密度L:测量池长度ε(λ):由红外波长决定的常数I1I2ρFigureofSectorMainAmp.Pre-Amp.CondenserDetectorMeasuringCellReferenceCellSectorLightsourceMotorCPUDisplayRatio-NDIRmethodR0M0MsSR0’M0’Ms’SignalofDetectorRef.SignalMeas.SignalRef.SignalMeas.Signal非分散红外测量技术NDIR技术称非分散红外测量技术，英文全称为Non-DispersiveInfraredRadiation.其光源所发出的红外线是两道平行的光线，一道通过样品池，称为测量光路；另一道通过参比池，称为参比光路。样品池内的气体来自于样品气体，红外线通过时会被样品气体吸收；而参比池内的气体为N2，红外线可完全通过，不被吸收。红外检测器内部被金属隔板分成两个气室。光源所发出的两道光线通过样品池及参比池后，分别进入检测器内部的两个气室。样品气体吸收红外线并转为热能，由于两室热能不同而有温度差或压力差，此压力差会使金属隔板产生变形而改变电容器（由金属隔板及抗电极所组成）的电容，进而改变电压。电压信号通过前置放大器放大、整流，再将信号传至CPU板，计算出相应的气体浓度。各种气体的红外吸收波长•SO2:7.3um•NO:5.3um•CO2：4.3um•CO:4.7um磁风法O2分析仪原理利用O2分子较其它气体分子容易被磁化的特性，向磁场方向运动从而在有强磁场的气室中形成磁流风，导致这一气室中的加热组件的温度变化，进而电阻值变化，打破惠斯顿电桥的平衡，输出电压值。磁风法O2分析仪内部结构R1R2MagnetMagnet加热组件W2加热组件W1自然对流状态磁风流样品气体入口环型加热装置惠斯顿平衡电桥400mA去除CO2干涉装置磁风法O2分析仪原理R1R2R3R4WheatstoneBridgeR1R2R3R4=NSA-3080规格规格产品规格测定成分NOx，SO2，CO，CO2，O2最多为５种成份测定范围SO2，NOx，CO：200～2500ppmCO2：5～20vol%O2：25vol%重现性±0.5%FS以内零点漂移±２%FS／周以内跨度漂移±２%FS／周以内线性±２%FS响应时间（Td＋T90）NOx，CO，CO2，O2：100秒以内SO2：240秒以内传送输出4-20mADC或者0-16mADC样品气采集量约1.5L/min环境温度条件温度：－5～40℃自动校正小时周期校正或者星期周期校正所需電源AC220V±10%，50-60Hz共用，约1KVA防护等級相当于IP43三、DOA-3030介绍烟尘计DOA-3030测量原理烟道气中颗粒物采用光透射法进行连续监测。当含烟尘的烟气通过光束时，由于烟尘对光的吸收和散射作用，造成光量衰减。本设备就是根据光量的衰减量，利用吸光度同烟尘浓度的关系从而计算出烟尘浓度:Conc=K1×K2×Abs+K3K1、K2、K3为常数，其中出厂时K1=1416.00,K2=1.0,K3=0烟尘计DOA-3030测量光路烟尘计测量部分发射和反射单元烟尘计系统组成烟尘计光路图烟尘计规格规格产品规格测光方式双光束２个检测器同时测光的方式可以测定的光路长１～１２ｍ可以测定的烟尘浓度范围从0～200到0～4000mg/Nm3（烟道距离：1m的情况）从0～20到0～400mg/Nm3（烟道距离：10m的情况）重现性±0.5%FS以内线性±２%FS以内零点漂移±1%FS/30天跨度漂移±1%FS/30天响应时间３sec以内传送输出4-20mA直流环境温度条件-20～+55℃所需電源AC200～240V，50Hz功率47W防护等級ＩＰ６５四、DLTP-4000介绍流量计DLTP-4000测量原理1、压差：传感器方法，直接测出压差。然后再根据压差计算出流速、进而算出流量。2、绝对压力：压力传感器法，直接计算出烟道内部的绝对压力。3、温度：热电偶法。PT100热电偶。流量计压差棒内置温度计绝对压力计流量计测量原理+-Δp流速(V)烟囱截面积(A)温度传感器压差压力传感器流量计算方法用压差棒检测出烟道中的平均动压和静压，再将压力差带入以下公式求出流量：ΔP＝Pm－ＰｓＱ＝Ａ×Ｖ＝Ａ×ｋ（２ΔＰ／ρ0）1/2ΔＰ：压差Ｐｍ：动压Ｐｓ：静压Ｑ：流量Ｖ：流速Ａ：测定场所的截面积ρ0：在标准状态下的气体密度ｋ：相关系数流量计规格规格产品规格测定原理用压差棒进行压差测定测定范围0～30m/s最小检测流速3m/s烟气温度下限：气体的露点上限：400℃压差棒材质SUS-316所需電源AC90～240V0.1KVA信号输出4-20mADC：压差，温度，绝对压（选配件）环境温度条件-20～50℃温度传感器的种类測温阻体温度測定范围0～400℃绝对压力测定范围900～1300hPa（选配件700～1100hPa）测定误差压差±3%FS，温度±2%FS，绝对压±3%FS保护等級ＩＰ６５五、AS-210介绍烟道气体中水分的测量•氧气测试换算法(岛津采用)•对烟道中的氧(WET测试)､以及采样除湿后的氧(DRY测试)都要进行测试,利用浓度差算出水分量｡•DRY氧浓度是与NOx・SO2仪一样是由设置在气体测试装置内的分析仪来测试｡•各个测定值,通过DAS传送到数据处理计算机而算出水分浓度｡•H20%=100×(1-O2wet%／O2dry%）水份计的安装加热导管Teflon管WetO2探头单元氧化锆探头氧化锆测量原理•氧化锆氧量分析仪(又称氧化锆氧分析仪、氧化锆分析仪、氧化锆氧量计、氧化锆氧量表)，主要用于测量燃烧过程中烟气的含氧浓度，同样也适用于非燃烧气体氧浓度测量。在传感器内温度恒定的电化学电池(氧浓差电池，也简称锆头)产生一个毫伏电势，这个电势直接反应出烟气中含氧浓度值。在额定的温度下，电池输出电势用下面的公式计算（Nernst方程）：•ＲＴＰ1•ｍＶ＝------Ｌｎ---＋Ｃ•４ＦＰ2•式中Ｐ1──在电池内侧参比气体(如空气)的氧分压；•Ｐ2──在电池外侧被测气体(如烟气)的氧分压；•Ｒ-----气体常数；•Ｆ-----法拉第常数；•Ｔ-----绝对温度=(273+t℃)；•Ｃ-----电池常数。在参比气侧与被测气体侧氧浓度不同时，氧离子从高的一侧迁移到低的一侧。电池输出就以对数的规律反应出被测气体中的氧浓度值。氧化锆探头结构加热控制器190℃O2-O2-气体气体测量池参比池(O2=100vl%)气孔氧化锆探头水份计校准到NSA-3080O2标准气体O2sensorbox流量计1-2L/min针型阀，常闭气体采样探头六、CEMS安装调试安装前的准备工作1、平台尺寸要符合国标要求，作业空间尽量大。2、确认仪器室里的配电、空调、压缩气源等是否满足系统要求，接地可靠，仪器室要避雷。3、要求用户按照一定坡度搭建电缆桥架，铺设电缆线和加热导管，既安全又美观。4、测点位置要满足当地环保局要求，预埋管的尺寸要严格要求，固定时要加支撑。CEMS系统的安装1、NSA-3080的安装2、探头的安装：包括气体采样探头，流量计，烟尘计等。3、管线的连接：包括电缆线、加热导管等。4、数据采集装置：PC机和DAS软件安装，确定数据的传输方式等。NSA-3080调试1、要有足够的预热时间，O2需要3小时2、NDIR温度：60度，O2分析仪温度：62度3、NDIR信号值，150000－250000左右4、URA-208菜单设置，设定校准条件5、校准前确认标准气体的压力范围：0.05-0.07MPa6、零点和跨度校准流量计DLTP-4000调试1、高低压配管的连接2、压差计零点校准3、PCB板三个输出通道的检查，TP1,TP2,TP3测试点为0.4－2V，对应输出4－20mA烟尘计DOA-3030调试1、确认反吹风机工作正常2、光路准直，首先根据预埋管的位置，固定反射单元，然后调节发射单元。3、烟尘计控制箱菜单的设定水份计AS-210调试1、确认氧化锆探头的温度是否正常。2、校准，主要进行跨度校准。数据采集和数据传输1、确认传输距离和传输方式。RS232C:10米以内RS485:10米－1000米2、现场DAS软件的安装和调试。DAS软件对于PC系统要求CPU：PIII1GHz以上内存：256M以上硬盘：20G以上CDROM显卡：1024x768串口：3个以上DAS数据采集系统SO2NOxO2加热导管URA208PLC4--20mAI/ONSA3080烟尘压差温度.静压.PCRS232CDAS数据处理RS232C环保局GPRSRS232C校正数据通讯线的接线方法及使用PC---------URAcable9pin25pin(DB25公)2233577485PLC-------