低浓度气体测量技术壁垒

结论：常规CEMS无法满足“c低排放”低浓度气体的准q测量。

 

系统组成

CEMS系统是针对污染源烟气，用工业型仪器对其NOx、O2含量、烟气温度、压力、流量等进行连续测量。CEMS系统由稀释气体处理系统、气体分析仪、流量测量系统、压力测量、温度测量、数据采集控制系统组成。

 

稀释法介绍

稀释系统采用独特的现场样品预处理的气体采集方式。在采样探头顶部，通过一个音速小孔进行采样,并用干燥的仪表空气在探头内部进行稀释。样品气进入分析仪之前由冷凝器对样品进行除湿处理，样品气经过稀释后（稀释比通常选择在1：50z1：250之间），更加有效地降低了样品的露点温度，使之低于安装地的环境z低温度，从而避免了样品气在环境温度下产生的结露现象；另一方面，样品气虽然经过稀释并进行除湿，测量过程是为干基测量法，符合国j相关标准。

由于干基稀释探头无需采样后除湿设备，因而无需增加购置除湿设备的成本及其维护费用，。稀释法可以彻d避免样品气在采样管线中冷凝结水，这样就无需加热气体传输管线并可避免许多与其他采样技术伴随而来的麻烦。

系统简图

稀释法特点

1. 准q的干基稀释测量――符合g家标准要求
2. 稀释系统大大提高了系统的可靠率，降低了系统运营和维护成本
3. 稀释系统的平均运营成本只y直接采样系统的1/3 到1/2
4. 连续测量SO2浓度，SO2排放量、NOx浓度，NOx排放量及烟气浓度等参数
5. 采用探头内瞬间稀释技术，彻d消除冷凝水影响，无需跟踪加热采样管线
6. 稀释后烟气含水量被降低到露点以下，采样管无需加热或保温
7. 彻d避免因为结露而对仪器产生的可能损坏
8. 稀释技术解决了烟气含尘量高而引有的堵塞问题
9. 烟气采样流速只是直接采样系统的五十分之一到百分之一，相应烟气中含尘量也只是五十分之一到百分之一
10. 采用从采样探头开始的全系统动态校准，是美国环保局规定的校准方法，不仅针对稀释系统，同样针对直接采样系统。从而保z系统的z确性，而非仪器的准q性。
11. 直接采样系统采样管内是负压，为避免管线泄漏产生的影响，更需系统校准
12. 全汉化中文数据处理和报表生成
13. 样品气传输快，维护工作量小，消耗品用量少
14. 国j技术监督局系统认证，国j环保局认证，ISO9001认证

稀释采样系统

（1）稀释比

1. 稀释比=(Q1+Q2)/Q2
2. Q1是稀释气流量（升/分）。Q1值可以由操作者调节，稀释比可以在一定范围内改变。将经稀释的样品（Q1+Q2升/分）经采样管线送z烟气检测仪。
3. 计算确定稀释比
4. 采样系统的稀释比必须满足两个标准:
5. d一个标准：使用的监测仪的测量范围应与实际抽取的样品的预计的浓度（稀释后）一致。例：预计烟气中SO2z大浓度为560ppm。SO2监测仪的测量范围为0-10ppm。因此稀释比为560/10=56/1。稀释比应b证在z低环境温度下采样管线不会结露。

6. d二个标准：应取得以下系统参数：z低环境温度。实际烟气的水蒸气百分数含量z大值。

 

（2）稀释法采样探头

 

探头所有暴露在烟气中的部分，采用的是耐热耐蚀耐磨损的材料，耐温可达1112ºF（600ºC），并且有效避免了其他金属材质在脱硫系统中可能出现的腐蚀情况，具有准q测量、避免探头在烟气中被腐蚀等特点。探头配备了反吹电磁阀，可切换现场反吹仪表气为探头进行反吹。

稀释探头采样流量通常为100立方厘米/分钟，而非稀释探头采样流量大约是3500立方厘米/分钟，因而稀释法更不容易发生探头过滤器堵塞，维护周期长，维护费用低。

（3）采样管线

由于稀释样品的露点低而无需跟踪加热，所以连结采样探头和分析仪器的采样管线是无需加热型的。

稀释系统的采样管线由四根聚四氟乙烯（Teflon/PFA/PTFE）管组成，其中两根分别用于往采样探头输送校准气和稀释空气，一根用于往各种分析仪器输送稀释后的烟气样品，另一根用于相探头提供吹扫气。所有采样管线除真空管线外都是正压，从而避免了由气体泄漏所引入的误差。

稀释采样法在样品的采集和传输过程中，不象非稀释采样法那样需要采样泵及若干个流量控制阀，从而减低了购买和运行维护成本，而且减少了故障隐患。

采样管线距离z远可达100米。

（4）稀释空气净化系统

稀释空气和零点校准气采用除尘、除水、除油，以及必要时除CO₂和浓度过高的空气本底中的SO₂和NO_X的仪表空气，它应该是干燥的,露点为-30℃到 - 40℃， 压力620 ± 68 KPa。

（5）校准

系统校准是将校准气注入到探头顶部，对系统的所有部件包括探头过滤器、采样管线、探头控制器以及分析仪器进行校准，这种系统校准方式与直接采样系统所采用的只对分析仪器进行的部分校准具有本质的区别，是美国EPAw一认可的校准方式。系统校准可由手工完成或由数据处理器自动设定完成，也可以通过网络由远程控制实现。

系统采用干燥压缩空气校准零点，采用钢瓶气校准跨度。数据采集及处理系统将规定值与校准数据进行比较，以检验仪器的z确度，根据美国EPA的要求对数据进行有效性判断，在有效的情况下可以自动进行数据修正。

系统校准在美国环保局要求中规定是必须的，无论针对何种采样系统。否则无法判定监测系统的系统误差。

 

系统数据

1. 烟气温度限制（z高/z低℃）：400/-20℃

2. 设备对振动的要求：无要求

3. 采样系统流量(L/min )：5 L/min

4. 整个系统压缩空气要求

5. z大气流量(m3/s)：20 L/min

6. 平均气流量(m3/s)：10 L/min

7. 要求的z小压力(Pa)：0.5MPa

8. 所有设备的用电量（KVA）：7kw

 

SO2分析仪

1. 脉冲荧光原理
2. 标准量程50/100/200/500ppb，1/2/5/10/20/50/100ppm
3. z低检测限：0.5ppb
4. 响应时间：80秒达到满量程的95%
5. 线性：+/-1%

（1）分析原理介绍

用波长190-230nm紫外光照射样品，则SO2吸收紫外光产生能级跃迁，SO2从基态变为激发态，即：SO2+hv1→SO2*

激发态SO2*不稳定，瞬间返回基态，发射出波峰为330nm的荧光，即：SO2*→SO2+hv2

产生荧光的强度和SO2浓度成正比，用光电倍增管及电子测量系统测量荧光强度，即可得知SO2的浓度。

 

NOx分析仪

1. 化学发光原理
2. 标准量程50/100/200/500ppb，1/2/5/10/20/50/100ppm
3. z低检测限：0.4ppb
4. 响应时间：40秒达到满量程的95%
5. 线性：+/-1%

（1）分析原理介绍

当样品中的NO与O3混合时，生成激发态的NO2和O2。激发态NO2在返回基态时发出红外光。NO+O3→NO2*+O2、NO2*→NO2+hv

该反应的发射光谱在600-3200nm范围内，z大发射波长为1200nm。3NO2+M→325℃→3NO+MoO3

反应发射光谱在400-1400nm范围内，峰值波长为600nm。

 

流量测量系统

系统构成及原理

烟气排放流速流量测量装置主要由检测管﹑差压变送器以及相互之间的连接接头气管等部件构成。测量时将检测管插入管路中，并使全压和背压探头中心轴线处于过流断面中心且与流线方向一致，全压探头测孔正面应对来流，检测流体总压，并将其传递给差压变送器；同时背压探头测孔拾取节流静压也将其传递给变送器，变送器读取总静压差值并将其转换成相应的电流信号（4～20mA）传送给传给数据采集模块。 风速与差压的关系符合伯努利方程式：

式中：v——为风速（m/s），K——为测量装置系数，ΔP——表示差压（Pa），ρ——表示气体密度（kg/m3）。

 

监测站房及公用工程条件

监测站房建设及安装地点选取

安装6套烟气在线监测系统，监测站房就近搭建，放置于排风机房。新建监测站房，占地面积25㎡，设置空调满足设备需求。

站房公用工程条件

电源：系统电源要求：（220±22）VAC，（50±0.5）Hz。系统耗电量：3KVA+ L*40W/m (L为采样管线长度)

压力：0.45~0.7MPa (G)    。露点：-20℃洁净，无油，无水。耗气量：不小于1.2Nm3/h，敷设z现场操作平台（1Nm3/h）及分析小屋（0.2Nm3/h，必须保z0.45 MPa(G)压力要求）

分析小屋：分析小屋尺寸：1000mm(L)X2500mm(W)X2800mm(H)。环境温度：15~30℃（室内要求安装空调）。环境湿度：<60%RH

桥架及施工：现场需要烟囱开孔及铺设烟囱到监测站房的桥架，以保护采样管路和控制线。

操作平台及爬梯：现场设备安装点要求具有永j的平台，要求如下：栏杆高度：1.2m  。平台宽度：不小于2m。平台荷载：300Kg/m2。当平台高度≥2m时，应有通往平台的斜梯（或Z 字梯、旋梯），宽度应≥0.9m。当采样平台设置在离地面高度≥20m 的位置时，应有通往平台的升降梯