烟气排放连续监测系统(CEMS)培训教材

固定污染源烟气排放连续监测系统（CEMS）运行管理技术要求2011.10.16内容CEMS的组成及监测分析原理简介CEMS的运行管理技术要求污染源自动监测设备比对监测CEMS的组成及监测分析原理简介烟气在线监测系统（CEMS）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的系统组成颗粒物排放浓度监测子系统；气态污染物排放浓度监测子系统（SO2、NOx、CO、CO2等）；烟气参数监测子系统（温度、压力、流速/流量、含氧量、湿度等）；数据采集与处理系统（显示、存储、打印、传输等）。CEMS的系统组成颗粒物监测子系统主要对烟气排放中的烟尘浓度进行测量。气态污染物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。烟气排放参数监测子系统主要对排放烟气的温度、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。数据处理子系统主要是完成测量数据的采集、存储、统计功能，并根据环保部门要求的格式将数据传输到环保局相关部门。CEMS系统工作原理（颗粒物）颗粒物颗粒物是指燃料和其他物质燃烧、合成、分解以及各种物料在处理中所产生的悬浮于液体和烟气中的固体和液体颗粒状物质。CEMS系统工作原理（颗粒物）颗粒物在线监测方法1.浊度法光通过含有颗粒物的烟气时，光强因颗粒物的吸收和散射作用而减弱，通过测定光束通过烟气前后的光强比值来定量颗粒物浓度。分类：分为单光程和双光程两种。浊度法颗粒物测量CEMS系统工作原理（颗粒物）颗粒物在线监测方法2.光散射法经过调制的激光或红外平行光束射向烟气时，烟气中的颗粒物对光向所有方向散射，经颗粒物散射的光强在一定范围内与颗粒物浓度成比例，通过测定散射光强来定量颗粒物浓度。分类：根据接收器与光源所呈角度的大小可分为前散射（±60°）、边散射（±60～120°）和后散射（±120～180°）。CEMS系统工作原理（颗粒物）颗粒物测量子系统特点：直接测量，不需要采样系统；探头不接触烟气；由于标准物质难以获得，出厂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。CEMS系统工作原理（颗粒物）颗粒物在线监测仪性能要求：零点漂移：≤±2％F.S.；跨度漂移：≤±2％F.S.；相关系数：≥0.85（当测量范围上限≤50mg/m3时，≥0.75）；CEMS系统工作原理（气态污染物）气态污染物在线监测方法分类：1、抽取式连续监测(稀释采样法、直接抽取采样法)2、现场连续监测CEMS系统工作原理（气态污染物）CEMS系统工作原理（气态污染物）1、抽取式连续监测：稀释采样法、直接抽取采样法a、稀释采样法：采集烟气并除尘，然后用洁净的零气按一定的稀释比稀释除尘后的烟气，以降低气态污染物浓度，将稀释后烟气引入分析单元进行浓度分析。b、直接抽取采样法（加热管线法）：通过加热管对已除尘的烟气进行保温，保持烟气不结露，输至干燥装置除湿，然后送至分析单元进行浓度分析。CEMS系统工作原理（气态污染物）CEMS系统工作原理（气态污染物）CEMS系统工作原理（气态污染物）CEMS系统工作原理（气态污染物）稀释采样法样气稀释与预处理单元分析单元CEMS的系统组成直接抽取采样法（加热管线法）采样单元分析单元CEMS系统工作原理（气态污染物）CEMS系统工作原理（气态污染物）CEMS系统工作原理（气态污染物）CEMS系统工作原理（气态污染物）CEMS系统工作原理（气态污染物）CEMS系统工作原理（气态污染物）②现场连续监测：安装于烟囱或烟道上，利用红外光或紫外光直接照射烟道中的气体，测量烟气中气态污染物（二氧化硫、氮氧化物）浓度。CEMS系统工作原理（气态污染物）现场连续监测传感器单元信号接收处理单元CEMS系统工作原理（气态污染物）CEMS系统工作原理（气态污染物）SO2：二氧化硫主要由燃煤及燃料油等含硫物质燃烧产生，其次是来自自然界，如火山爆发、森林起火等产生。二氧化硫对人体的结膜和上呼吸道粘膜有强烈刺激性，可损伤呼吸器管可致支气管炎、肺炎，甚至肺水肿呼吸麻痹。CEMS系统工作原理（气态污染物）SO2在线监测分析方法:(紫外荧光法、非分散红外吸收法）①紫外荧光法：原理是基于二氧化硫(SO2)分子吸收了紫外线并被一定波长的紫外线激发，当被激发的SO2分子返回低能级时释放出另一波长的紫外光,所发出光的强度与浓度呈线性关系，利用检测光强来进行SO2的检测,其化学反应式如下:SO2+1─SO2*－SO2+2CEMS系统工作原理（气态污染物）SO2在线监测分析方法：②非分散红外吸收法（NDIR法）：SO2对一定波段（6.85～9µm）的红外辐射具有选择性吸收，在一定浓度范围内，其吸收程度与SO2浓度呈线性关系，根据吸收值确定样品中SO2的浓度。CEMS系统工作原理（气态污染物）NOx空气中含氮的氧化物有一氧化二氮（N2O）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、三氧化二氮（N2O3）等，其中占主要成分的是一氧化氮和二氧化氮。氮氧化物污染主要来源于生产、生活中所用的煤、石油等燃料燃烧的产物（包括汽车及一切内燃机燃烧排放的NOx）；其次是来自生产或使用硝酸的工厂排放的尾气。当NOx与碳氢化物共存于空气中时，经阳光紫外线照射，发生光化学反应，产生一种光化学烟雾，它是一种有毒性的二次污染物。NO2比NO的毒性高4倍，可引起肺损害，甚至造成肺水肿。慢性中毒可致气管、肺病变。吸入NO，可引起变性血红蛋白的形成并对中枢神经系统产生影响。CEMS系统工作原理（气态污染物）NOx在线监测分析方法：①化学发光法：原理是基于一氧化氮(NO)与臭氧(O3)的化学发光反应产生激发态的NO2分子，当激发态的NO2分子返回基态时发出一定能量的光,所发出光的强度与NO的浓度呈线性关系，利用检测光强来进行NO的检测,其化学反应式如下:NO+O3─NO2+O2+hCEMS系统工作原理（气态污染物）NOx在线监测分析方法：②非分散红外吸收法（NDIR法）：NO对一定波段（5.3µm）的红外辐射具有选择性吸收，在一定浓度范围内，其吸收程度与NO浓度呈线性关系，根据吸收值确定样品中NO的浓度。CEMS系统工作原理（SO2和NOx）性能指标：零点漂移：≤±2.5％F.S.；跨度漂移：≤±2.5％F.S.；线性误差：≤±5％；响应时间：≤200s；相对准确度：当参比方法测定烟气中二氧化硫和氮氧化物，排放浓度：≤20µmol/mol时，绝对误差不超过±6µmol/mol；＞20µmol/mol～≤250µmol/mol时，相对误差不超过±20%；＞250µmol/mol时，相对准确度≤15%。酸雨污染形成严重空气污染造成的危害CEMS系统工作原理（烟气温度）在线监测方法：热电偶法：将一根导线和另一根不同材料的导线连成一个路，组成热电偶，当连接两点处于不同的温度环境时，热电偶产生的热电势大小，便能反映烟气温度。性能指标：测量范围0～300℃，示值偏差不大于±3℃。CEMS系统工作原理（烟气氧量）在线监测方法：氧化锆法：利用极限电流的氧化锆传感器实时对烟气中的氧进行分析，当氧化锆被加热时，由于氧离子在氧化锆晶体结构中的迁移作用，使氧化锆晶体变成导电体，烟气中氧浓度的不同使这种迁移作用产生的电流不同。性能指标：测定范围0～25％，分辨率0.01％，相对准确度≤15％。CEMS系统工作原理（烟气流速）在线监测方法：①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。安装时应避开有涡流的位置。测量低压差(ΔP)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)。CEMS系统工作原理（烟气流速）在线监测方法(皮托管法)：CEMS系统工作原理（烟气流速）在线监测方法：②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。CEMS系统工作原理（烟气流速）在线监测方法(超声波法)：CEMS系统工作原理（烟气流速）在线监测方法：③热传感法：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。CEMS系统工作原理（烟气流速）在线监测方法(热传感法)：CEMS系统工作原理（烟气流速）性能指标：相对误差：当流速＞10m/s时，不超过±10%；当流速≤10m/s时，不超过±12%。CEMS系统工作原理（大气压力和烟气静压）在线监测方法：采用压力传感器直接进行测量。性能指标：大气压力：测量范围0～120KPa；精密度≤±2％。烟气静压：测量范围0～4KPa；精密度≤±3％。CEMS系统工作原理（湿度）在线监测方法：①红外吸收法：通过测量对水分较敏感波长的红外吸收量的变化，连续测量烟气中的水分含量；CEMS系统工作原理（湿度）在线监测方法：②测氧计算法：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。CEMS系统工作原理（湿度）在线监测方法：性能指标：测量范围0～20％；精密度≤±10％。CEMS系统工作原理（数据采集）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；通常采用工控机。CEMS的运行管理技术要求基本要求运行管理的重点污染源排放烟气在线监控系统已通过环境保护行政主管部门验收合格、实现联网并正式投入运行；重点污染源排放烟气在线监控系统运行操作和维护管理人员应经过环境保护相关部门培训，考核合格并取得上岗证，须持证上岗；保证废气污染源在线监测系统有效数据捕集率每季度应≥75%。例行维护内容远程检查（每日）；现场巡检（每周）；例行维护（包括烟气、烟尘分析单元及流速测定单元）；例行维护内容例行维护内容例行维护内容例行维护内容例行维护内容例行维护内容例行维护内容例行维护内容例行维护内容例行维护内容例行维护内容定期校准（频率要求）参数校准内容校准周期备注颗粒物CEMS/气态污染物CEMS/流速CMS零点/跨度1次/24小时自动校准颗粒物CEMS零点/跨度1次/3个月无自动校准功能时，用校准装置进行手工校准气态污染物CEMS零点/工作点1次/15天无自动校准功能时，用校准装置通入零气和接近烟气中污染物浓度的标准气体进行校准。流速CMS零点/跨度1次/3个月无自动校准功能时，进行手工校准直接测量法气态污染物CEMS零点/工作点1次/30天用校准装置通入零气和接近烟气中污染物浓度的标准气体进行校准。