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行業(yè)解決方案

CESM煙塵煙氣在線(xiàn)監測系統解決方案

發(fā)布時(shí)間: 2022-04-23    作者:
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  煙氣排放連續監測系統是一種對煙氣成份(SO2 、NOx、煙塵)及相關(guān)煙氣參數進(jìn)行在線(xiàn)自動(dòng)連續監測的設備。本設備是集光、機、電及計算機技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品,采用**環(huán)??偩旨懊绹h(huán)境保護組織(USEPA)推薦的紫外差分吸收光譜技術(shù),具有在線(xiàn)連續測量、價(jià)格低、系統工作可靠、運行維護費用低、安裝簡(jiǎn)便、無(wú)需人員監守等優(yōu)點(diǎn)。

  1.概述

  煙氣排放連續監測系統是一種對煙氣成份(SO2 、NOx、煙塵)及相關(guān)煙氣參數進(jìn)行在線(xiàn)自動(dòng)連續監測的設備。本設備是集光、機、電及計算機技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品,采用**環(huán)??偩旨懊绹h(huán)境保護組織(USEPA)推薦的紫外差分吸收光譜技術(shù),具有在線(xiàn)連續測量、價(jià)格低、系統工作可靠、運行維護費用低、安裝簡(jiǎn)便、無(wú)需人員監守等優(yōu)點(diǎn)。

  產(chǎn)品符合**環(huán)境保護行業(yè)標準HJ/T76-2001?固定污染源排放煙氣連續監測系統技術(shù)條件及檢測方法?,并通過(guò)**環(huán)保局檢測中心測試合格。

  2.系統組成

  煙氣排放連續監測系統是由氣態(tài)污染物(SO2、NOX)、顆粒物(粉塵)、煙氣參數測量子系統、數據采集和處理子系統、數據通訊系統等組成(見(jiàn)圖一)。通過(guò)現場(chǎng)采樣方式,測定煙氣中污染物濃度,同時(shí)測量煙氣溫度、煙氣壓力、流速、流量、煙氣含氧量等參數,送至工控單元計算出煙氣污染物排放率、排放量,顯示和打印各種參數、圖表并通過(guò)數據、圖文傳輸系統分別傳輸至企業(yè)污染源監控站和環(huán)保行政管理部門(mén)。

  2.1.煙氣在線(xiàn)監測儀

  全套設備包括測試分析儀、凈化空氣吹掃系統等幾部分。由測試儀完成SO2 、NOx、煙塵濃度測量,經(jīng)過(guò)RS232口傳至現場(chǎng)工控機,完成數據采集、處理、存儲。凈化空氣吹掃系統向測試儀鏡片不斷的吹掃,以保持測試儀鏡片的清潔。

  在整套設備中,分析儀是核心,所有原始數據的獲得全由它完成。分析儀主要包括光學(xué)系統、機械結構、電子學(xué)測量和控制系統等部分。

  圖2 外型及外部連接

  光學(xué)系統

  光學(xué)系統是完成煙氣光譜采樣的關(guān)鍵。光學(xué)系統主要由發(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器(PDA)接收。

  機械結構

  機械結構部**括插入式氣體采樣管、二極管陣列探測器的線(xiàn)性檢測及本底測量裝置的機械驅動(dòng)??紤]到煙道中溫度很高,而且有SO2等腐蝕性很強的污染氣體,所以氣體通道包括測量槽及有關(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。

  工作過(guò)程

  利用氣態(tài)污染物對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,由高靈敏二級管陣列探測器測量吸收光譜,并由此經(jīng)計算機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(xiàn)陣CCD探測器將光信號轉變?yōu)殡娦盘?,CCD探測器輸出的信號經(jīng)前置放大器放大后送入高速信號采集A/D和CPU處理單元;控制處理單元的功能是將該信號數字化并存入存儲器,然后由系統總控制單元采用適當地算法對其進(jìn)行處理得到SO2 、NOx濃度、煙氣溫度等信息。在數據分析和處理中采用硬件和軟件平均濾波技術(shù),構成了差分吸收光譜測量系統,從而使光源強度隨著(zhù)時(shí)間的慢變化

  不影響測量精度。由于計算是通過(guò)吸收峰來(lái)進(jìn)行的,是由譜線(xiàn)的峰值和谷值來(lái)反演出來(lái)的,而粉塵只是對整條譜線(xiàn)起著(zhù)衰減的效果。當然若粉塵密度太大,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(xiàn)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 /NOx測量

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

  s:SO2 /NOx吸收截面

  N:SO2 /NOx濃度

  a2:除SO2 /NOx以外的其它氣體散射和吸收所引起的消光系數

  圖5 煙氣中主要吸收氣體分布

  煙塵的測量

  根據Beer定理,采用不透明度測試原理,即單色平行光束進(jìn)入充滿(mǎn)氣體和顆粒物的煙氣時(shí),其光強因煙氣中顆粒物對光的吸收和散射作用而減弱。

  I0 :發(fā)射光強 I :接收光強

  K :消光系數 l :光程 c :煙塵濃度

  煙氣在線(xiàn)監測儀的技術(shù)特點(diǎn)

  ? 一臺設備可同時(shí)測量多種煙氣成份;

  ? 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構,使系統更穩定、測量更**;

  ? 光譜采樣在煙道中,省去了復雜的抽氣和定標過(guò)程,實(shí)現了實(shí)時(shí)連續監測;

  ? 氣體濃度計算中應用光學(xué)差分吸收技術(shù),可消除煙塵及光源幅度慢變化對測量結果的影響;

  ? 儀器中空氣吹掃裝置**煙道內光學(xué)元件不被煙氣污染,延長(cháng)了維護周期,提高了測量精度。

  ? 特有的技術(shù)和設計,**了系統幾乎沒(méi)有零點(diǎn)漂移。

  主要技術(shù)指標

  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電性。在鋯管封閉端兩側涂覆多孔鉑電極,當鋯管兩側的氧濃度不同時(shí),高濃度側的氧分子獲得鉑電極上的自由電子,以離子的形式同過(guò)氧化鋯離子導體到達低濃度側,通過(guò)鉑電極釋放出電子,變成氧氣釋放出來(lái)。這樣兩側產(chǎn)生一氧濃度差電勢,形成一個(gè)電池。

  根據能斯特方程有:

  式中:R-氣體常數

  T-**溫度

  F-法拉第常數

  P1-參比氣體的氧分壓

  P2-待測氣體的氧分壓

  E-氧濃度差電勢

  通過(guò)適當的換算處理,即可得到被測氣體的氧濃度。

  特點(diǎn)

  氧化鋯氧量分析儀是采用進(jìn)口關(guān)鍵零部件和**的工藝設計制作而成的具有維修簡(jiǎn)單、壽命長(cháng)、測量準確等優(yōu)點(diǎn)的一種新型測氧儀器。其特點(diǎn)如下:

  1、結構簡(jiǎn)單,安裝方便。

  2、進(jìn)口的原材料制作的鋯管具有很強的抗熱沖擊性,可在開(kāi)爐狀態(tài)下迅速插入煙道中而不會(huì )導致?lián)p壞鋯頭;

  3、檢測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層,可**中毒現象,使鋯管的壽命可達到一年以上;

  4、檢測器的易損件可方便更換,無(wú)需整體報廢,維護簡(jiǎn)單,可操作性強;

  5、變換器設有儀器自檢、氧量、信號電勢、本底電勢、鋯頭溫度四種功能數顯,為日常檢驗和維護提供方便。

  主要技術(shù)指標

  1) 準 確 度:±3%F.S.

  2) 測量范圍:0~20%O2

  3) 響應時(shí)間:<5s(達90%的響應值)

  4) 升溫時(shí)間:<30min

  5) 重 復 性:±1.0%F.S.

  6) 穩 定 性:±1.0%F.S.(**)

  2.3.煙氣流速測定儀

  工作原理:

  煙氣流速測定儀由溫度、壓力測量系統、微控制器系統、反吹系統、模擬信號輸出控制系統等部分組成.采用經(jīng)典的S型皮托管方式測煙氣流速; 微控制器系統采集各種傳感器檢測的信號,計算出動(dòng)壓、靜壓、溫度等,根據公式計算出煙氣流速。

  主要特點(diǎn):

  ? 測量精度高,穩定性好,可長(cháng)期連續工作。

  ? 具備自動(dòng)反吹系統,可定時(shí)清理落入皮托管上的煙塵;

  ? 設備自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)壓、靜壓和流速的零點(diǎn)校準;

  ? 關(guān)鍵氣路系統及傳感器均采用**進(jìn)口部件,可靠性高;

  ? 在線(xiàn)監測儀器內部重要器件工作狀況,具備自我診斷功能,并給出信號提示;

  ? 通過(guò)鍵盤(pán)即可對儀器測量的各項參數進(jìn)行標定,簡(jiǎn)便、快捷。

  主要技術(shù)指標

  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電性。在鋯管封閉端兩側涂覆多孔鉑電極,當鋯管兩側的氧濃度不同時(shí),高濃度側的氧分子獲得鉑電極上的自由電子,以離子的形式同過(guò)氧化鋯離子導體到達低濃度側,通過(guò)鉑電極釋放出電子,變成氧氣釋放出來(lái)。這樣兩側產(chǎn)生一氧濃度差電勢,形成一個(gè)電池。

  根據能斯特方程有:

  式中:R-氣體常數

  T-**溫度

  F-法拉第常數

  P1-參比氣體的氧分壓

  P2-待測氣體的氧分壓

  E-氧濃度差電勢

  通過(guò)適當的換算處理,即可得到被測氣體的氧濃度。

  特點(diǎn)

  氧化鋯氧量分析儀是采用進(jìn)口關(guān)鍵零部件和**的工藝設計制作而成的具有維修簡(jiǎn)單、壽命長(cháng)、測量準確等優(yōu)點(diǎn)的一種新型測氧儀器。其特點(diǎn)如下:

  1、結構簡(jiǎn)單,安裝方便。

  2、進(jìn)口的原材料制作的鋯管具有很強的抗熱沖擊性,可在開(kāi)爐狀態(tài)下迅速插入煙道中而不會(huì )導致?lián)p壞鋯頭;

  3、檢測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層,可**中毒現象,使鋯管的壽命可達到一年以上;

  4、檢測器的易損件可方便更換,無(wú)需整體報廢,維護簡(jiǎn)單,可操作性強;

  5、變換器設有儀器自檢、氧量、信號電勢、本底電勢、鋯頭溫度四種功能數顯,為日常檢驗和維護提供方便。

  主要技術(shù)指標

  1) 準 確 度:±3%F.S.

  2) 測量范圍:0~20%O2

  3) 響應時(shí)間:<5s(達90%的響應值)

  4) 升溫時(shí)間:<30min

  5) 重 復 性:±1.0%F.S.

  6) 穩 定 性:±1.0%F.S.(**)

  2.3.煙氣流速測定儀

  工作原理:

  煙氣流速測定儀由溫度、壓力測量系統、微控制器系統、反吹系統、模擬信號輸出控制系統等部分組成.采用經(jīng)典的S型皮托管方式測煙氣流速; 微控制器系統采集各種傳感器檢測的信號,計算出動(dòng)壓、靜壓、溫度等,根據公式計算出煙氣流速。

  主要特點(diǎn):

  ? 測量精度高,穩定性好,可長(cháng)期連續工作。

  ? 具備自動(dòng)反吹系統,可定時(shí)清理落入皮托管上的煙塵;

  ? 設備自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)壓、靜壓和流速的零點(diǎn)校準;

  ? 關(guān)鍵氣路系統及傳感器均采用**進(jìn)口部件,可靠性高;

  ? 在線(xiàn)監測儀器內部重要器件工作狀況,具備自我診斷功能,并給出信號提示;

  ? 通過(guò)鍵盤(pán)即可對儀器測量的各項參數進(jìn)行標定,簡(jiǎn)便、快捷。

  主要技術(shù)指標

  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電性。在鋯管封閉端兩側涂覆多孔鉑電極,當鋯管兩側的氧濃度不同時(shí),高濃度側的氧分子獲得鉑電極上的自由電子,以離子的形式同過(guò)氧化鋯離子導體到達低濃度側,通過(guò)鉑電極釋放出電子,變成氧氣釋放出來(lái)。這樣兩側產(chǎn)生一氧濃度差電勢,形成一個(gè)電池。

  根據能斯特方程有:

  式中:R-氣體常數

  T-**溫度

  F-法拉第常數

  P1-參比氣體的氧分壓

  P2-待測氣體的氧分壓

  E-氧濃度差電勢

  通過(guò)適當的換算處理,即可得到被測氣體的氧濃度。

  特點(diǎn)

  氧化鋯氧量分析儀是采用進(jìn)口關(guān)鍵零部件和**的工藝設計制作而成的具有維修簡(jiǎn)單、壽命長(cháng)、測量準確等優(yōu)點(diǎn)的一種新型測氧儀器。其特點(diǎn)如下:

  1、結構簡(jiǎn)單,安裝方便。

  2、進(jìn)口的原材料制作的鋯管具有很強的抗熱沖擊性,可在開(kāi)爐狀態(tài)下迅速插入煙道中而不會(huì )導致?lián)p壞鋯頭;

  3、檢測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層,可**中毒現象,使鋯管的壽命可達到一年以上;

  4、檢測器的易損件可方便更換,無(wú)需整體報廢,維護簡(jiǎn)單,可操作性強;

  5、變換器設有儀器自檢、氧量、信號電勢、本底電勢、鋯頭溫度四種功能數顯,為日常檢驗和維護提供方便。

  主要技術(shù)指標

  1) 準 確 度:±3%F.S.

  2) 測量范圍:0~20%O2

  3) 響應時(shí)間:<5s(達90%的響應值)

  4) 升溫時(shí)間:<30min

  5) 重 復 性:±1.0%F.S.

  6) 穩 定 性:±1.0%F.S.(**)

  2.3.煙氣流速測定儀

  工作原理:

  煙氣流速測定儀由溫度、壓力測量系統、微控制器系統、反吹系統、模擬信號輸出控制系統等部分組成.采用經(jīng)典的S型皮托管方式測煙氣流速; 微控制器系統采集各種傳感器檢測的信號,計算出動(dòng)壓、靜壓、溫度等,根據公式計算出煙氣流速。

  主要特點(diǎn):

  ? 測量精度高,穩定性好,可長(cháng)期連續工作。

  ? 具備自動(dòng)反吹系統,可定時(shí)清理落入皮托管上的煙塵;

  ? 設備自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)壓、靜壓和流速的零點(diǎn)校準;

  ? 關(guān)鍵氣路系統及傳感器均采用**進(jìn)口部件,可靠性高;

  ? 在線(xiàn)監測儀器內部重要器件工作狀況,具備自我診斷功能,并給出信號提示;

  ? 通過(guò)鍵盤(pán)即可對儀器測量的各項參數進(jìn)行標定,簡(jiǎn)便、快捷。

  主要技術(shù)指標

  3.4. 系統組成及有關(guān)技術(shù)參數

  煙氣在線(xiàn)監測儀

  量程: SO2 2000ppm(由測量槽長(cháng)度決定)

  NOX 2,000ppm

  煙塵 1,000mg/m3

  零點(diǎn)漂移: SO2 、NOX ≤ ±2.0% F.S.

  煙塵≤ ±2.0% F.S.

  量程漂移: SO2 、NOX ≤ ±2.5% F.S.

  煙塵≤ ±5.0% F.S.

  線(xiàn)性誤差:SO2 、NOX ≤ ±5.0% F.S.

  測量原理: SO2 、NOX: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,保護鏡片(系統自帶)

  報警輸出:發(fā)送故障信息,由工控機顯示

  輸出信號形式:RS232,與工控機連接。

  氧量分析儀

  測量原理:濃差電池式

  量程:0.1~20%O2

  **度:±3% F.S.

  升溫時(shí)間:<30分鐘

  重復性:±1% F.S.

  穩定性:±1% F.S. (**)

  環(huán)境溫度限制:-20℃~80℃

  用電量:<150W

  報警輸出:發(fā)送故障信息,由工控機顯示

  輸出信號形式:4-20mA .DC和0-10mA .DC

  煙氣流量計

  測量原理:差壓作用原理

  一次裝置:S型皮托管

  性能指標:

  儀器用空氣要求:壓縮空氣定時(shí)吹掃

  報警輸出:發(fā)送故障信息,由工控機顯示。

  凈化風(fēng)機

  功率:0.67kW

  轉速:2800轉/min

  風(fēng)量:100m3/h

  數據采集和處理系統

  防塵要求:IP54

  用電量:100W

  環(huán)境空氣溫度限制:0-45℃

  4.煙氣排放連續監測系統(CEMS)安裝要求

  4.1 設備安裝位置的選取

  設備安裝點(diǎn)選定鍋爐除塵器后煙道,氣流比較平穩區域,應避開(kāi)煙道彎頭和斷面急劇變化的部位。安裝位置應設置在距彎頭、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。對矩形煙道,其當量直徑D=2AB/(A+B),式中A、B為邊長(cháng)。如果不能達到這樣的條件,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 平臺和設備房的搭建

  為便于設備的安裝和對比標定檢測,設備安裝現場(chǎng)應該搭建一安裝平臺。為了設備的長(cháng)期穩定可靠運行,應在平臺上搭建設備房并安裝自啟動(dòng)空調。

  平臺的面積應能夠滿(mǎn)足所有設備的擺放和便于標定檢測。其強度應能夠承受至少1500公斤重力。平臺面采用4-5mm厚的防滑鋼板,安全性等要求應該滿(mǎn)足**有關(guān)工業(yè)平臺的標準。平臺的面積一般為長(cháng)×寬=3.0×2.5(平方米)。為了便于設備搬運到平臺上,一般平臺的扶梯寬度不小于0.8米。

  設備房推薦采用5mm厚夾芯彩鋼板。房頂高度不低于2.2米。設備房面積一般不小于2.5×2.3(平方米),如果受到現場(chǎng)條件的限制,設備房面積應不小于2.0×2.0(平方米)。為了便于設備搬運到平臺上,一般平臺的扶梯寬度不小于0.8米。

  需方提供現場(chǎng)安裝維護平臺及設備房,具體要求供方可根據現場(chǎng)情況提出建議,需方實(shí)施。

  4.3其它要求

  ? 需方提供至現場(chǎng)的設備電源:交流380V,三相四線(xiàn),每相電流10A。要求長(cháng)期供電不中斷;

  ? 需方提供一路至現場(chǎng)的市話(huà)線(xiàn)(環(huán)保局遠程監控用);

  ? 需方提供至現場(chǎng)的可靠接地線(xiàn)。

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    CESM煙塵煙氣在線(xiàn)監測系統解決方案

    煙氣排放連續監測系統是一種對煙氣成份(SO2 、NOx、煙塵)及相關(guān)煙氣參數進(jìn)行在線(xiàn)自動(dòng)連續監測的設備。本設備是集光、機、電及計算機技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品,采用**環(huán)??偩旨懊绹h(huán)境保護組織(USEPA)推薦的紫外差分吸收光譜技術(shù),具有在線(xiàn)連續測量、價(jià)格低、系統工作可靠、運行維護費用低、安裝簡(jiǎn)便、無(wú)需人員監守等優(yōu)點(diǎn)。

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