煙氣自動監控系統(CEMS)簡介（一）
1.1 CEMS是英文Continuous Emission Monitoring System的縮寫,是指對大氣污染源排放的氣態污染物和顆粒物進行濃度和排放總量連續監測并將信息實時傳輸到主管部門的裝置,被稱為“煙氣自動監控系統”,亦稱“煙氣排放連續監測系統”或“煙氣在線監測系統”。CEMS分別由氣態污染物監測子系統、顆粒物監測子系統、煙氣參數監測子系統和數據采集處理與通訊子系統組成。氣態污染物監測子系統主要用于監測氣態污染物SO2、NOｘ等的濃度和排放總量;顆粒物監測子系統主要用來監測煙塵的濃度和排放總量;煙氣參數監測子系統主要用來測量煙氣流速、煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣含氧量、煙氣濕度等,用于排放總量的積算和相關濃度的折算;數據采集處理與通訊子系統由數據采集器和計算機系統構成,實時采集各項參數,生成各濃度值對應的干基、濕基及折算濃度,生成日、月、年的累積排放量,完成丟失數據的補償并將報表實時傳輸到主管部門。
1.2 SO2 CEMS測量技術及其產品開發研制現狀
煙氣的采樣方法:有非抽取法和抽取法2種。抽取法又分為直接抽取法和稀釋抽取法。
SO2的分析方法依其分析量程不同而異。紫外熒光法適用于低量程(稀釋抽取法),該法靈敏度高,選擇性好。所用儀器中涉及紫外燈的脈沖點燃技術,必須有壽命長且光強穩定的紫外燈、可長期連續工作的光電倍增管以及去除干擾的膜式過濾裝置,目前所用儀器主要靠進口,價格較昂貴。非分散紅外法和紫外吸收法簡便可靠,適用于未經稀釋的高濃度樣品,其中非分散紅外法的動態范圍較窄。電化學法的靈敏度不夠高,且因其傳感器壽命短,維護工作復雜,漂移(積累型)嚴重,不適用于連續監測。
SO2 CEMS常用組合測量技術及其國內外主要產品
非抽取+紅外或紫外吸收法國外此類技術的早期產品出現在20世紀70年代末至80年代初,即將一束紅外或紫外光直接照射到煙氣上,在探頭上開孔,煙氣從中流過,利用ＳＯ2的特征吸收光譜進行測量。其技術簡單,響應快,勿需抽氣管線可直接實時測量濕基,缺點是探頭易被煙塵堵塞,分析儀易污染;探頭為開孔式,無法進行在線校標,精度差。90年代中期,以英國Procal公司為首,推出了封閉式產品,即用金屬燒結材料將探頭光路封閉,該材料在過濾掉煙塵的同時,氣體滲透到光路中進行測量。這一由開口式向封閉式的改進使非抽取方式得以實現在線校標,同時解決了煙塵對SO2的測定干擾問題。封閉式探頭對光路的防污染要求高,須使用清潔壓縮空氣吹掃技術和獨特的結構設計排除煙塵和煙氣對光路的污染。該技術在全球市場的占有率為5%,產品價格較低。國外有美國AIM公司的產品(紅外法),國內如北京牡丹聯友公司的產品HP 5000(紫外雙波長)。
直接抽取+非分散紅外吸收法該技術出現于20世紀80年代中期,煙氣經除塵除濕后,測量的為煙氣干基,且克服了非抽取方式煙塵干擾的問題,但煙氣除塵、除濕(采樣管加熱)等預處理維護工作復雜,抽氣口易堵塞,采樣管線是負壓運行,稍有泄漏會影響測定結果。該技術在全球市場的占有率約為9 5%,產品價格適中。國外主要為日本島津公司和英國XENTRA4900型產品,國內如北京北分麥哈克分析儀器有限公司的GXH 902及GXH9021M,其主機UNOR及MULTOR為德國MAIHAK公司制造,還有北京天融環保設備中心的產品(德國技術)。
稀釋抽取+紫外熒光法該技術出現于20世紀90年代初期,其技術特點是稀釋采樣降低樣品露點溫度,解決了煙氣冷凝水問題,一般情況下勿需跟蹤加熱采樣管線,并解決了采樣探頭的腐蝕與堵塞問題,連續工作時間長。采樣管線在正壓下工作,從而防止由于泄漏所引入的誤差;經稀釋的煙道氣樣品,可使氣體濃度最大減少到1350,可用靈敏度高的環境監測儀器完成分析;由于濕度未從樣品中消除,測定的為濕基。缺點是響應時間稍長(<3min);干燥壓縮空氣純度要求高,除水除硫制備繁雜,成本高;紫外熒光分析儀須進口,價格昂貴。該技術在全球市場占有率約為85%,在美國高達90%。國外主要為美國熱電子(Thermo Electron公司)環境儀器公司200型產品及法國環境儀器公司(ESA)的產品,國內如北京航天益來電子科技有限公司CYA 200型及深圳中興新通訊設備有限公司的產品。
1.3煙塵CEMS測量技術及其產品開發研制現狀
我國實施煙塵CEMS的有關技術規定國家環保總局行業標準《煙氣連續排放監測系統技術條件及檢驗方法》(目前為報批稿)中規定煙塵的連續監測方法為光學法和β射線法,且在技術說明中對電荷法提出了明確質疑,在產品開發研制或選用時應謹慎。
煙塵CEMS測量技術及其國內外主要產品
β射線法：
原理是β射線通過物質時強度被衰減,其衰減強度與物質的質量成正比。該法不受樣品顏色大小及原子量影響,可直接測量煙塵質量濃度,與重量法相關性好。缺點是煙氣中水氣等其它氣態物有干擾;采用β同位素源如封閉不好可能存在輻射;適于便攜式直讀或間歇式連續監測,不適合現場惡劣環境下長期在線連續監測。國外產品如法國ESA公司BETA5M型測塵儀,由內置的馬達與流速調節閥組成的系統完成等速采樣。國內北京怡孚興業有限公司系引進法國ESA公司同型產品,北京地海天環境科技開發中心的BDY I與BDY II β傳感器式煙塵測試儀。
光學法：
光學不透明度法該技術采用等速采樣稱重法測出煙塵質量濃度,再與同時測得的光學不透明度建立函數關系,一般為線性關系。該技術特點是量程寬,監測范圍0～10ｇ/ｍ3任選,可連續實時在線監測。缺點是只能監測較大的煙塵顆粒,監測精度差;不同大小煙塵顆粒透光率不同,需作相關校準;鏡面維護問題等。國外如澳大利亞GOYEN公司CPA1000型(擴散式光源),德國SICK公司FW56 1型(國內北京北分麥哈克分析儀器公司代理,紅外光),國內如北京牡丹聯友電子工程有限公司的HP 5000型(可見光)。
光學后向散射法光源照射到煙道中,光束被煙塵顆粒散射,其散射光被與入射光成一定夾角的接收器接收,光強度與煙塵質量濃度符合朗伯 比爾定律。該法測量結果受煙塵顆粒顏色的影響較大,不大適用于煤種不穩定的工況測試;亦需作相關校準。產品如北京凱爾科技發展有限公司的BKS 3000型煙塵在線監測儀,其光源為紅外線,測定范圍0.005～10g/ ｍ3。
激光測塵法使用激光測塵的光學法有激光反射法和激光對穿法。二法均成熟,穩定,可靠性強,使用壽命長,目前國外應用較多。激光反射法與煙塵顆粒顏色有關,要求煤種盡可能穩定。激光對穿法與重量法相關性好,穩定、靈敏、精度高,設備體積小,鏡面維護量小。國外產品如美國熱電子公司ＬＭ3188型激光測塵儀(激光對穿);法國ＯＬＤＨＡＭ公司的ＥＰ1000煙塵分析儀(反射法);德國ＳＩＣＫ公司的ＦＷ100含塵量監測儀(北分代理,反射法)。國內如北京航天益來電子科技有限公司的ＣＹＡ 200(激光對穿法);北京天融環保設備中心的ＴＲ系列設備(對穿法)。
1.4煙氣流速的連續測量技術煙氣參數包括流速、含氧量、濕度、溫度、壓力等,本文僅介紹其中的首要參數———流速的連續測量技術。
皮托管法是煙氣流速連續測量常用方法,該法與手工常規方法一致,缺點是易堵,需要不斷吹掃。北京牡丹聯友等公司產品為此技術。
熱平衡法該法連續工作性能好,適用于煙塵污染嚴重的場合。能測量極低(0 1ｍ ｓ)的流速,但測得的是質量流量,需用體積流量儀現場標定,再用比重系數修正。北京航天益來等公司產品用此技術。
超聲波法探頭與氣體流量方向成一定角度,聲波沿不同方向傳送的時間差與氣體流速有關,從而進行氣體流速測定。該法不受溫度、壓力、煙氣成分變化影響,但產品價格較貴(如北分代理德國ＳＩＣＫ公司制造ＦＬＯＷＳＩＣ流速測定儀14萬元 套)。
1.5數據采集處理與通訊子系統以微機為核心的數據采集與通訊子系統主要起以下作用:
數據采集:數據采集器定時采集各項參數,并生成各污染物濃度對應的干基、濕基及折算濃度
數據處理:實時監測所采集到的數據量非常大,微機根據程序指令生成小時濃度均值及日、月、年的累積排放總量。在均值計算中,按設定方法剔除異常值。最后可根據需要制成各類報表或圖形。
自動控制:由微機控制實現監測儀器的定時開關、校零、校標,按一定時段處理數據,定時傳輸數據等。在微機運行程序中根據需要可編入各種指令,據此就能根據給定的各種定值與隨時取得的各種信號值比較后的情況進行故障報警,延時,過壓、欠壓保護等自動控制。
通訊系統:煙氣自動監控系統中各子站的微機負責數據的采集和處理或日常所需的數據,負責操縱各控制元器件的動作。中心站的微機負責監控并可干預各子站微機的運行情況,負責各子站數據的匯總、貯存及進一步生成。子站與中心站各設一臺調制解調器(ＭＯＤＥＭ),子站的微機通過ＭＯＤＥＭ即可將數據信息經公共電話網傳遞到中心站,再經ＭＯＤＥＭ進入中心站的微機。
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