CEMS技术原理和现场检查要点

烟气排放连续监测系统（CEMS）运行质量保证和质量控制提纲烟气排放连续监测系统介绍及说明烟气排放连续监测系统现场运营和检查烟气排放连续监测系统数据处理和分析什么是CEMS？固定污染源烟气排放连续监测系统烟气在线监测设备烟气自动监测设备ContinuousEmissionMonitoringSystem对固定污染源颗粒物浓度和气态污染物浓度以及污染物排放总量进行连续自动监测，并将监测数据和信息传送到环保主管部门，以确保排污企业排放污染物浓度和排放总量达标。CEMS全系统示意图CEMS系统组成CEMS各指标基本分析技术采样分析方式监测项目名称和分析技术方法颗粒物二氧化硫氮氧化物氧气流速温度湿度抽取测量方式完全抽取式β射线法振荡天平法光散射法非分散红外非分散紫外气体过滤相关法紫外差分吸收法傅立叶红外法非分散红外非分散紫外气体过滤相关法紫外差分吸收法傅立叶红外法双池厚膜氧化锆传感器法电化学法氧化锆法顺磁法//干湿氧法红外法稀释抽取式/紫外荧光法化学发光法////直接测量方式/浊度法（透射法）光散射法光闪烁法紫外差分吸收法非分散红外紫外差分吸收法非分散红外氧化锆法皮托管法热平衡法超声波法铂电阻法热电偶法干湿氧法红外法高温电容法CEMS的系统结构和关键部件颗粒物排放连续自动监测单元国内目前主要仪器的分析方法：浊度法-光能量衰减原理光散射法-散射发光原理CEMS的系统结构和关键部件颗粒物排放连续自动监测单元浊度法（透射法、对穿法）-双光程-内置式/外置式光散射法-前散射/边散射/后散射（粒径/波长）-内置式/外置式关键部件：光源、检测器、气幕保护系统、校准装置双光程浊度法烟尘仪后向散射法烟尘仪传感器光源排放源控制单元前向散射法烟尘仪颗粒物连续监测系统-说明目前国内主要的烟尘仪测量方式都是在位式，直接测量法，常见的有后向\前向光散射法这些仪器都必须跟手工方法进行比对，获得校准系数后，才能反映真实的烟尘浓度颗粒物测量值往往是“湿基浓度”、“实测浓度”，用于环境管理时需必要的计算转换。颗粒物高湿低浓度排放监测技术抽取测量方式颗粒物连续监测系统加热的采样探头和传输管镜头保护气膜+回流阀电子光学探针激光束球阀控制阀电磁阀测量池加热的稀释干燥气体稀释干燥气体鼓风机喷嘴排放废气喷射气体鼓风机CEMS的系统结构和关键部件烟气（SO2、NOX）排放连续自动监测单元采样方法：完全抽取、稀释抽取、直接测量分析方法：吸收光谱技术：非分散红外（NDIR）、非分散紫外（NDUV）、紫外差分吸收（DOAS）、气体过滤相关（GFC）等激发发光技术：紫外荧光法、化学发光法气态污染物CEMS基本分类CEMS的系统结构和关键部件（1）完全抽取式CEMS系统结构抽取系统（采样探头、采样伴热管、过滤器、除湿冷凝系统、采样泵）测试气体分析仪辅助系统（尾气排放系统、冷凝排水系统、反吹系统）冷干——后处理方式系统结构图加热采样探头加热传输管线样气预处理单元分析测量单元数据运算、输出标定控制系统烟气分析主机冷干——前处理方式系统结构图前处理采样探头不加热传输管线分析测量单元数据运算、输出标定控制系统烟气分析主机吹扫气体热湿——系统结果图（不处理方式）加热采样探头加热传输管线加热分析测量单元数据运算、输出标定控制系统烟气分析主机CEMS的系统结构和关键部件完全抽取式CEMS关键部件测量方式类别关键部件完全抽取方式冷干系统烟道边脱水（前处理方式）采样探头采样泵过滤器气体分析仪探头脱水装置（含压缩空气预处理系统）分析小屋内脱水（后处理方式）除湿冷凝装置伴热管线排水系统热湿系统全程伴热（不处理方式）伴热管线采样探头安装过滤器（不绣钢或多孔陶瓷材料）加热反吹装置（工厂压缩空气）采样探头-前处理方式渗透脱水装置吹扫气预处理装置（洁净、干燥、持续的吹扫气体）伴热管线母线PTC发热体绝缘层屏蔽层外护套恒功率自限温冷凝器电子冷凝器机械冷凝器（压缩机）渗透装置脱水采样泵-过滤器-流量计隔膜泵（常温、高温）射流泵辅助系统尾气排放（尾气排放管）冷凝水排放（蠕动泵、贮水盒）反吹系统（空压机、贮气罐、仪表气前处理装置）分析仪-完全抽取发非分散红外吸收法紫外差分吸收法分析仪-完全抽取法气体过滤相关法傅里叶红外吸收法CEMS的系统结构和关键部件（2）稀释抽取式CEMS系统结构抽取系统（稀释采样探头、过滤器、采样泵）测试气体分析仪辅助系统（尾气排放系统、反吹系统、稀释零气系统）稀释法系统结构图稀释采样探头不加热传输管线分析测量单元数据运算、输出标定控制系统烟气分析主机稀释零气CEMS的系统结构和关键部件稀释抽取式CEMS关键部件（内稀释/外稀释）关键部件：稀释采样装置（采样探头和控制器）稀释零气系统过滤器、采样泵测试气体分析仪稀释采样探头和控制器稀释探头和控制器决定了样气的稀释比，是稀释系统最重要的部件稀释法内稀释采样探头稀释法外稀释采样探头稀释法零气处理单元稀释气需要免于油、颗粒物、二氧化碳、氮氧化物和二氧化硫的污染分析仪-稀释抽取法SO2紫外荧光法NOX化学发光法CEMS的系统结构和关键部件（3）直接测量式CEMS系统结构气体分析系统辅助系统（气幕保护系统、流动等效校准系统）或在位式/原位式或in-situ式直接测量法系统结构图分析测试单元流动标气校准单元数据运算、输出标定控制系统烟气分析主机CEMS的系统结构和关键部件直接测量式CEMS关键部件（内置式/外置式）（单光程/双光程）关键部件：气体分析系统（光源、检出器等）气幕保护系统流动等效校准装置直接测量流动标气校准直接测量法校准：流动标气池（放到测试光路中，固定式、移动式[手动、自动]）直接测量内置式结构示意图（双光程）直接测量外置式结构示意图（单光程）烟气参数测量技术CEMS的系统结构和关键部件烟气参数连续自动监测单元烟气流速：差压传感器法、热平衡法、超声波法烟气温度：铂电阻法、热电偶法烟气压力：压力传感器（动压/静压）烟气湿度：干/湿氧法、高温电容法含氧量：电化学法、氧化锆法、顺磁法关键部件：各种传感器、加热或反吹等辅助系统CEMS的系统结构和关键部件烟气压力静压（压强的大小，作用在管道壁上）动压（体现在流速上，气体流动的动能）全压（静压和动压的和）压力传感器（变送器）法在流速的测量过程中同时测量。CEMS的系统结构和关键部件烟气流速差压传感器法（S型皮托管法）两根金属管并联，开口方向面对气流测量全压，背对气流方向测量静压，利用微差压传感器测出流速值。皮托管系数（背对气流方向测量压力值小于真实静压）平均压差皮托管（阿牛巴皮托管）（线测量，长期使用易堵塞，变形）烟气流速热平衡法速度传感器（长）与温度传感器（短）之间有恒定温差，当气体流过带走热量，需增加电流保证温差不变，测出流速值。（水滴影响测试准确）造成热量损失气体的密度变化导致组分变化（水分等）会影响流速的校准CEMS的系统结构和关键部件CEMS的系统结构和关键部件烟气流速超声波法通过测试烟道中上、下游安装的超声波传感器的发射和接收时间差，来计算烟气的流速值。（线流速）圆形烟道可以直接作为断面流速，受腐蚀小（外部）安装位置影响较大（避免流速分层、有涡流的流场）CEMS的系统结构和关键部件烟气温度热电偶法测量热电偶自由端和工作端的热电势大小计算温度。铂电阻法铂热电阻的阻值与温度的线性关系。CEMS的系统结构和关键部件烟气湿度干/湿氧法测量烟气中湿氧含量，再将烟气除湿后测出干氧含量，从而用干氧与湿氧的差值再除以干氧得到湿度。（测试点不相同）造成测试误差（测试原理不同）造成测试系统误差，漂移等CEMS的系统结构和关键部件烟气湿度高温电容法电容型聚合物薄膜（测湿传感器）测量气体中的水分子，从而测出湿度值。（当电容极间含水分）造成电容量变化现场工况发生变化时（开炉或停炉），造成电容腐蚀损坏CEMS的系统结构和关键部件烟气湿度红外吸收法红外吸收光谱直接测量气体中的水分含量，即湿度值。（分析原理与SO2相同，利用H2O分子在红外区的吸收测量）测量结果比较准确，单独测量成本较高，一般适用于高温全加热红外测量系统、直接测量红外系统或是傅立叶红外测量系统CEMS的系统结构和关键部件烟气含氧量电化学法原电池式传感器当氧气进入是发生电化学反应，根据输出电流与氧气含量的关系测量。注意：定期校准，检漏电化学传感器的寿命1-2年测试气体中的Cl2、H2S、HF对传感器有损坏和干扰CEMS的系统结构和关键部件烟气含氧量氧化锆法利用高温氧化锆管两侧分别流过被测气体和参比气体，产生的电势以及锆管的工作温度计算出被测气体的氧含量。注意：定期校准，检漏传感器的寿命1年左右测试气体中的可燃气体或对氧化锆管腐蚀的气体会损坏元件和干扰测试CEMS的系统结构和关键部件烟气含氧量顺磁法（热磁/磁力机械）利用氧的顺磁性，当被测气体和参比气体氧含量不同时，产生磁风、磁压，从而计算出被测气体的氧含量。注意：定期校准必须保证测试气体是经过预处理后的干净的气体，保证测量精度。数据采集与处理子系统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工控机+数采仪关于CEMS的说明-1CEMS监测污染物测试原理以及采样、预处理、分析过程与手工监测方法是完全不同的，因此自动连续监测与手工参比监测之间很可能存在一定的系统误差如果证明这种由于分析原理不同造成的系统误差存在，这种误差是允许人为修正的（系统过程参数设置）关于CEMS的说明-2CEMS测量颗粒物、烟气流速、温度、压力和湿度往往都是烟道或烟囱内的点测量或线测量；手工参比方法一般都是整个断面平均值。很显然手工方法的测量结果更具代表性，而且点和面之间很可能存在一定的误差，这个误差是必须进行相关校正并修正的。关于CEMS的说明-3CEMS测量数据由于其测量原理、方法、采样点位、处理过程不同，其测试的数据状态不同体积浓度：ppm,μmol/mol,%质量浓度:mg/m31ppm=？mg/m3NOX与NO的换算？湿基与干基，实测、标干和折算的区别？实测、标干和折算浓度在CEMS界面和数据库以上浓度应都有显示和记录关于CEMS的说明-4系统中NO2转化采样红外法仪器，在样品中的二氧化氮在进行分析时，一般需要先转化为一氧化氮，才能进行浓度分析。二氧化氮到一氧化氮的还原转化过程，通常由分析仪内的一个转化炉完成，其转化过程公式如下：3NO2＋Mo→300~350ºC→3NO＋MoO3OR2NO2→S.S.Converter→600ºC→2NO＋O2关于CEMS的说明-4转化炉分为钼转化炉和不锈钢转化炉两种，在常态浓度下使用钼转化炉进行转化，而样品浓度偏高时需要使用不锈钢转化炉。通常情况下，钼转化炉的寿命为5000ppm小时，既浓度为5000ppm的二氧化氮样品，连续进入钼炉一小时，钼炉既失效。由于各个厂商的设计样品流量和钼粉填充量不同，所以温度通常控制在150~350ºC之间。转化效率一般要求大于95%提纲烟气排放连续监测系统介绍及说明烟气排放连续监测系统现场运营和检查烟气排放连续监测系统数据处理和分析CEMS现场检查现场安装的规范性CEMS安装点位的选取CEMS安装配套环境条件设施的建设现场安装的规范性-点位和位置安装原则:固定污染源烟气排放连续监测技术规范（HJ/T75-2007）“前六后三”、“前四后二”、“前1.5后0.5”-----有代表性点位“前四后二”示意图注：烟气方向：直径：d在线安装点4d2d现场安装的规范性-点位和位置每个排放源装一套CEMS多烟道汇总时，尽可能安在总排口，也可以每个烟道安一套CEMS安装平台应易于到达，便于维护监测位置（√）监测位置（√）监测位置（√）安装细则-周围环境条件为了便于颗粒物和流速参比方法的校验和比对监测，烟气CEMS不宜安装在烟道内流速小于5m/s的位置固定污染源烟气净化设备设置有旁路烟道时，应在旁路烟道内安装烟气流量连续计量装置火电厂湿法脱硫装置未安装GGH（烟气再加热系统）时