西安聚能儀器有限公司     煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種對(duì)煙氣成份（SO₂ 、NO_x、煙塵）及相關(guān)煙氣參數(shù)進(jìn)行在線自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)的設(shè)備。本設(shè)備是集光、機(jī)、電及計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品，采用國(guó)家環(huán)?？偩旨懊绹?guó)環(huán)境保護(hù)組織（USEPA）*的紫外差分吸收光譜技術(shù)，具有在線連續(xù)測(cè)量、價(jià)格低、系統(tǒng)工作可靠、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、安裝簡(jiǎn)便、無(wú)需人員監(jiān)守等優(yōu)點(diǎn)。

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)                 : 曹蛟鵬 

1．概述

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種對(duì)煙氣成份（SO₂ 、NO_x、煙塵）及相關(guān)煙氣參數(shù)進(jìn)行在線自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)的設(shè)備。本設(shè)備是集光、機(jī)、電及計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品，采用國(guó)家環(huán)?？偩旨懊绹?guó)環(huán)境保護(hù)組織（USEPA）*的紫外差分吸收光譜技術(shù)，具有在線連續(xù)測(cè)量、價(jià)格低、系統(tǒng)工作可靠、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、安裝簡(jiǎn)便、無(wú)需人員監(jiān)守等優(yōu)點(diǎn)。
產(chǎn)品符合中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T76-2001«固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)條件及檢測(cè)方法»，并通過(guò)國(guó)家*檢測(cè)中心測(cè)試合格。

2．系統(tǒng)組成

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由氣態(tài)污染物（SO₂、NO_X）、顆粒物（粉塵）、煙氣參數(shù)測(cè)量子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)等組成（見(jiàn)圖一）。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采樣方式，測(cè)定煙氣中污染物濃度，同時(shí)測(cè)量煙氣溫度、煙氣壓力、流速、流量、煙氣含氧量等參數(shù)，送至工控單元計(jì)算出煙氣污染物排放率、排放量，顯示和打印各種參數(shù)、圖表并通過(guò)數(shù)據(jù)、圖文傳輸系統(tǒng)分別傳輸至企業(yè)污染源監(jiān)控站和環(huán)保行政管理部門(mén)。

圖1   系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1．煙氣在線監(jiān)測(cè)儀

全套設(shè)備包括測(cè)試分析儀、凈化空氣吹掃系統(tǒng)等幾部分。由測(cè)試儀完成SO₂ 、NO_x、煙塵濃度測(cè)量，經(jīng)過(guò)RS232口傳至現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)，完成數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)。凈化空氣吹掃系統(tǒng)向測(cè)試儀鏡片不斷的吹掃，以保持測(cè)試儀鏡片的清潔。
在整套設(shè)備中，分析儀是核心，所有原始數(shù)據(jù)的獲得全由它完成。分析儀主要包括光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、電子學(xué)測(cè)量和控制系統(tǒng)等部分。
圖2 外型及外部連接
光學(xué)系統(tǒng)
    光學(xué)系統(tǒng)是完成煙氣光譜采樣的關(guān)鍵。光學(xué)系統(tǒng)主要由發(fā)射和接收兩大部分組成，包括光源、透鏡、角反射器、狹縫和多道光譜儀等。光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)透鏡直接進(jìn)入煙道中，通過(guò)煙氣吸收后經(jīng)角反射器返回，由狹逢進(jìn)入光譜儀，由光柵分光，在光柵色散焦平面由二極管陣列探測(cè)器（PDA）接收。
機(jī)械結(jié)構(gòu)
    機(jī)械結(jié)構(gòu)部分包括插入式氣體采樣管、二極管陣列探測(cè)器的線性檢測(cè)及本底測(cè)量裝置的機(jī)械驅(qū)動(dòng)?？紤]到煙道中溫度很高，而且有SO₂等腐蝕性很強(qiáng)的污染氣體，所以氣體通道包括測(cè)量槽及有關(guān)配件均采用不銹鋼、透紫外光的石英玻璃材料制作，如圖3所示。氣體通道上的光學(xué)元件和密封元件均耐高溫耐腐蝕。

圖3   內(nèi)置凈化空氣導(dǎo)流系統(tǒng)
工作過(guò)程
利用氣態(tài)污染物對(duì)特定波段的光具有吸收特性，選擇波段在200nm~320nm的紫外光作光源，在此波段內(nèi)水分子和其它氣體幾乎沒(méi)有吸收。入射光被污染物吸收后，經(jīng)光柵分光，由高靈敏二級(jí)管陣列探測(cè)器測(cè)量吸收光譜，并由此經(jīng)計(jì)算機(jī)利用反演算法得到污染物的種類(lèi)和含量。
氘燈發(fā)出的寬帶光譜經(jīng)石英聚光透鏡后通過(guò)光分束器，再由反射鏡反射到準(zhǔn)直透鏡，通過(guò)前窗鏡照射到探頭后端的角反射鏡上，探頭窗鏡上裝有透光波段200nm~250nm的紫外濾光片。角反射鏡反射光按原光路返回到光分束器上，然后經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡照射到光譜儀的入射狹縫上，通過(guò)光柵色散形成光譜。高靈敏度線陣CCD探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，CCD探測(cè)器輸出的信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后送入高速信號(hào)采集A/D和CPU處理單元；控制處理單元的功能是將該信號(hào)數(shù)字化并存入存儲(chǔ)器，然后由系統(tǒng)總控制單元采用適當(dāng)?shù)厮惴▽?duì)其進(jìn)行處理得到SO₂ 、NO_x濃度、煙氣溫度等信息。在數(shù)據(jù)分析和處理中采用硬件和軟件平均濾波技術(shù)，構(gòu)成了差分吸收光譜測(cè)量系統(tǒng)，從而使光源強(qiáng)度隨著時(shí)間的慢變化

不影響測(cè)量精度。由于計(jì)算是通過(guò)吸收峰來(lái)進(jìn)行的，是由譜線的峰值和谷值來(lái)反演出來(lái)的，而粉塵只是對(duì)整條譜線起著衰減的效果。當(dāng)然若粉塵密度太大，以至于發(fā)出的光回不來(lái)了，或衰減至一個(gè)極低的水平，那么吸收譜線不能分辨，此時(shí)這種方法就不適用了。水汽沒(méi)有影響也是同樣道理。
工作原理
1、          SO₂ /NO_x測(cè)量

根據(jù)Beer定理，探測(cè)器接收的透過(guò)吸收介質(zhì)的光譜強(qiáng)度可表示為：

s：SO₂ /NO_x吸收截面
N：SO₂ /NO_x濃度
a₂：除SO₂ /NO_x以外的其它氣體散射和吸收所引起的消光系數(shù)

圖5  煙氣中主要吸收氣體分布
煙塵的測(cè)量
    根據(jù)Beer定理，采用不透明度測(cè)試原理，即單色平行光束進(jìn)入充滿氣體和顆粒物的煙氣時(shí)，其光強(qiáng)因煙氣中顆粒物對(duì)光的吸收和散射作用而減弱。

I₀  ：發(fā)射光強(qiáng)     I ：接收光強(qiáng)
K ：消光系數(shù)      l ：光程     c  ：煙塵濃度
煙氣在線監(jiān)測(cè)儀的技術(shù)特點(diǎn)
Ø        一臺(tái)設(shè)備可同時(shí)測(cè)量多種煙氣成份；
Ø        光柵光譜儀分光，二極管陣列PDA為光譜采樣器，省去了用光電倍增管的光譜掃描機(jī)構(gòu)，使系統(tǒng)更穩(wěn)定、測(cè)量更精確；
Ø        光譜采樣在煙道中，省去了復(fù)雜的抽氣和定標(biāo)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)；
Ø        氣體濃度計(jì)算中應(yīng)用光學(xué)差分吸收技術(shù)，可消除煙塵及光源幅度慢變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；
Ø        儀器中空氣吹掃裝置保證煙道內(nèi)光學(xué)元件不被煙氣污染，延長(zhǎng)了維護(hù)周期，提高了測(cè)量精度。
Ø        *的技術(shù)和設(shè)計(jì)，保證了系統(tǒng)幾乎沒(méi)有零點(diǎn)漂移。
主要技術(shù)指標(biāo)

2.2．氧化鋯氧量分析儀

工作原理
氧化鋯氧量分析儀的傳感器核心元件是用穩(wěn)定氧化鋯固體電解質(zhì)材料制作而成的氧化鋯管，在600℃以上的溫度時(shí)，它具有良好的氧離子導(dǎo)電性。在鋯管封閉端兩側(cè)涂覆多孔鉑電極，當(dāng)鋯管兩側(cè)的氧濃度不同時(shí)，高濃度側(cè)的氧分子獲得鉑電極上的自由電子，以離子的形式同過(guò)氧化鋯離子導(dǎo)體到達(dá)低濃度側(cè)，通過(guò)鉑電極釋放出電子，變成氧氣釋放出來(lái)。這樣兩側(cè)產(chǎn)生一氧濃度差電勢(shì)，形成一個(gè)電池。
根據(jù)能斯特方程有：
式中：R-氣體常數(shù)
      T-溫度
      F-法拉第常數(shù)
      P1-參比氣體的氧分壓
      P2-待測(cè)氣體的氧分壓
      E-氧濃度差電勢(shì)
通過(guò)適當(dāng)?shù)膿Q算處理，即可得到被測(cè)氣體的氧濃度。
特點(diǎn)
氧化鋯氧量分析儀是采用進(jìn)口關(guān)鍵零部件和*的工藝設(shè)計(jì)制作而成的具有維修簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)的一種新型測(cè)氧儀器。其特點(diǎn)如下：
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。
2、進(jìn)口的原材料制作的鋯管具有很強(qiáng)的抗熱沖擊性，可在開(kāi)爐狀態(tài)下迅速插入煙道中而不會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞鋯頭；
3、檢測(cè)器直接插入煙道中不會(huì)造成堵灰，同時(shí)，鋯管上作了一層特殊的保護(hù)層，可減輕中毒現(xiàn)象，使鋯管的壽命可達(dá)到一年以上；
4、檢測(cè)器的易損件可方便更換，無(wú)需整體報(bào)廢，維護(hù)簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)；
5、變換器設(shè)有儀器自檢、氧量、信號(hào)電勢(shì)、本底電勢(shì)、鋯頭溫度四種功能數(shù)顯，為日常檢驗(yàn)和維護(hù)提供方便。
主要技術(shù)指標(biāo)
1)      準(zhǔn) 確 度：±3%F.S.
2)      測(cè)量范圍：0～20%O₂
3)      響應(yīng)時(shí)間：＜5s（達(dá)90%的響應(yīng)值）
4)      升溫時(shí)間：＜30min
5)      重 復(fù) 性：±1.0%F.S.
6)      穩(wěn) 定 性：±1.0%F.S.（24小時(shí)）

2.3．煙氣流速測(cè)定儀

工作原理:
煙氣流速測(cè)定儀由溫度、壓力測(cè)量系統(tǒng)、微控制器系統(tǒng)、反吹系統(tǒng)、模擬信號(hào)輸出控制系統(tǒng)等部分組成.采用經(jīng)典的S型皮托管方式測(cè)煙氣流速; 微控制器系統(tǒng)采集各種傳感器檢測(cè)的信號(hào),計(jì)算出動(dòng)壓、靜壓、溫度等,根據(jù)公式計(jì)算出煙氣流速。
主要特點(diǎn):
Ø        測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好，可*連續(xù)工作。
Ø        具備自動(dòng)反吹系統(tǒng)，可定時(shí)清理落入皮托管上的煙塵；
Ø        設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)壓、靜壓和流速的零點(diǎn)校準(zhǔn)；
Ø        關(guān)鍵氣路系統(tǒng)及傳感器均采用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口部件，可靠性高；
Ø        在線監(jiān)測(cè)儀器內(nèi)部重要器件工作狀況，具備自我診斷功能，并給出信號(hào)提示；
Ø        通過(guò)鍵盤(pán)即可對(duì)儀器測(cè)量的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，簡(jiǎn)便、快捷。
主要技術(shù)指標(biāo)

 2.4．?dāng)?shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)（DAS）

    數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)采用一體化工作站和WIN CE操作系統(tǒng)為硬件和軟件平臺(tái)，具有高可靠性和高穩(wěn)定性，簡(jiǎn)潔而又功能強(qiáng)大的WIN CE操作系統(tǒng)保證了系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。采用了電子介質(zhì)存儲(chǔ)器，防止了采用磁盤(pán)介質(zhì)存儲(chǔ)器時(shí)可能造成的重要數(shù)據(jù)丟失。各種測(cè)量信號(hào)通過(guò)采集卡和RS232口輸送到數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)，通過(guò)RS232口或公用網(wǎng)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（GPRS或短消息方式），可以將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸至企業(yè)監(jiān)控中心和環(huán)境主管部門(mén)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸功能，廠家也可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。

2.5． 系統(tǒng)性能特點(diǎn)

2.5.1系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成能滿足在至少90天運(yùn)行而不需要非日常維修的要求。（非日常維修是指在CEM系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)手冊(cè)中常規(guī)部分沒(méi)有要求的任何維修活動(dòng)）。
2.5.2 CEM系統(tǒng)提供90％以上的數(shù)據(jù)可利用率。CEM數(shù)據(jù)可用率的計(jì)算是基于CEM系統(tǒng)運(yùn)行并收集數(shù)據(jù)的時(shí)間，扣除CEM系統(tǒng)任何部件不能投運(yùn)的時(shí)間。
2.5.3 CEM的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（DAS）將自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、處理形成報(bào)告；控制日常CEM運(yùn)行，以及設(shè)備狀態(tài)顯示和故障報(bào)警。
2.5.4 DAS具備歷史數(shù)據(jù)保存、查詢(xún)、打印功能，能夠生成符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的日?qǐng)?bào)告、月報(bào)告和年報(bào)告。
2.5.5 DAS具有一個(gè)加密系統(tǒng)，可提供不同操作人員不同的操作權(quán)限。
2.5.6通訊軟件可通過(guò)撥號(hào)向環(huán)保主管部門(mén)遠(yuǎn)程傳送數(shù)據(jù)。
2.5.7具有看門(mén)狗功能，在死機(jī)或斷電后通電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)回復(fù)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)狀態(tài)，以減小數(shù)據(jù)丟失，保證系統(tǒng)連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行。

2.6. 有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

（1）GB13223－1996  火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)
（2）GB／T16157－1996 固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法
（3）HJ／T47－1999  煙氣采樣器技術(shù)條件
（4）HJ／T48－1999  煙塵采樣器技術(shù)條件
（5）HJ/T75-2001 «火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范»
（6）HJ/T76-2001 «固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)條件及檢測(cè)方法»

3．煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）技術(shù)方案描述

3.1測(cè)量位置及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

    煙囪或煙道：SO₂、NO_x、煙塵、O2、流速、溫度、壓力、大氣壓。

3.2．技術(shù)要求

CEM系統(tǒng)進(jìn)行煙氣SO₂、NO_X 、煙塵濃度、煙氣含氧量、流速、溫度等指標(biāo)的測(cè)定。所有數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。并進(jìn)行煙氣排放總量和各種濃度的換算。煙氣總量以mg/Nm³計(jì)。

3.3．系統(tǒng)清單

3.4．    系統(tǒng)組成及有關(guān)技術(shù)參數(shù)

煙氣在線監(jiān)測(cè)儀
量程：   SO₂   2000ppm（由測(cè)量槽長(zhǎng)度決定）
             NO_X    2,000ppm
煙塵   1,000mg/m³
零點(diǎn)漂移： SO₂ 、NO_X  ≤ ±2.0% F.S.    
煙塵≤ ±2.0% F.S.    
量程漂移： SO₂ 、NO_X  ≤ ±2.5% F.S.    
煙塵≤ ±5.0% F.S.
線性誤差：SO₂ 、NO_X  ≤ ±5.0% F.S.
測(cè)量原理：   SO₂ 、NO_X：紫外差分光譜法
煙塵：不透明度法
環(huán)境溫度：－20℃～45℃
用電量：≤200W
儀器用空氣要求：凈化空氣吹掃，保護(hù)鏡片（系統(tǒng)自帶）
報(bào)警輸出：發(fā)送故障信息，由工控機(jī)顯示
輸出信號(hào)形式：RS232，與工控機(jī)連接。

氧量分析儀
測(cè)量原理：濃差電池式
量程：0.1～20%O₂
精確度：±3% F.S.   
升溫時(shí)間：<30分鐘
重復(fù)性：±1% F.S.  
穩(wěn)定性：±1% F.S. （24小時(shí)）  
環(huán)境溫度限制：－20℃～80℃
用電量：<150W
報(bào)警輸出：發(fā)送故障信息，由工控機(jī)顯示
輸出信號(hào)形式：4-20mA .DC和0-10mA .DC

煙氣流量計(jì)
測(cè)量原理：差壓作用原理 
一次裝置：S型皮托管
性能指標(biāo):

儀器用空氣要求：壓縮空氣定時(shí)吹掃
報(bào)警輸出：發(fā)送故障信息，由工控機(jī)顯示。

凈化風(fēng)機(jī)
功率：0.67kW
轉(zhuǎn)速：2800轉(zhuǎn)/min
風(fēng)量：100m³/h
數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)
防塵要求：IP54
用電量：100W
環(huán)境空氣溫度限制：0-45℃

４．煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）安裝要求

４.1 設(shè)備安裝位置的選取
設(shè)備安裝點(diǎn)選定鍋爐除塵器后煙道，氣流比較平穩(wěn)區(qū)域，應(yīng)避開(kāi)煙道彎頭和斷面急劇變化的部位。安裝位置應(yīng)設(shè)置在距彎頭、閥門(mén)、變徑管下游方向不小于4倍直徑，和距上述部件上游方向不小于2倍直徑處。對(duì)矩形煙道，其當(dāng)量直徑D=2AB/（A+B），式中A、B為邊長(zhǎng)。如果不能達(dá)到這樣的條件，那么未開(kāi)口的距離可被采樣管分開(kāi)以下比率：距離入口2/3，距離出口1/3。
4.2 平臺(tái)和設(shè)備房的搭建
為便于設(shè)備的安裝和對(duì)比標(biāo)定檢測(cè),設(shè)備安裝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)該搭建一安裝平臺(tái)。為了設(shè)備的*穩(wěn)定可靠運(yùn)行，應(yīng)在平臺(tái)上搭建設(shè)備房并安裝自啟動(dòng)空調(diào)。
平臺(tái)的面積應(yīng)能夠滿足所有設(shè)備的擺放和便于標(biāo)定檢測(cè)。其強(qiáng)度應(yīng)能夠承受至少1500公斤重力。平臺(tái)面采用4-5mm厚的防滑鋼板，安全性等要求應(yīng)該滿足國(guó)家有關(guān)工業(yè)平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)。平臺(tái)的面積一般為長(zhǎng)×寬=3.0×2.5(平方米)。為了便于設(shè)備搬運(yùn)到平臺(tái)上，一般平臺(tái)的扶梯寬度不小于0.8米。
設(shè)備房*采用5mm厚夾芯彩鋼板。房頂高度不低于2.2米。設(shè)備房面積一般不小于2.5×2.3(平方米)，如果受到現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，設(shè)備房面積應(yīng)不小于2.0×2.0(平方米)。為了便于設(shè)備搬運(yùn)到平臺(tái)上，一般平臺(tái)的扶梯寬度不小于0.8米。
需方提供現(xiàn)場(chǎng)安