JD-CEMS-A 锅炉烟气在线监测系统

1. 锅炉烟气在线监测系统 项目介绍

　　根据贵方提出的测量需求，竞道光电所推出的JD-CEMS-A型烟气排放连续监测系统可以连续监测SO2、NOX、02（标准、湿基、干基和折算)、颗粒物浓度、烟气温度、压力、流速等多项相关参数，并统计排放率、排放总量等。从而对测量到的数据进行有效管理。

　　JD-CEMS-A型系统由气态污染物（SO2、NOX、02等）监测、颗粒物监测、烟气参数（温度、压力、流速等）监测及数据采集与处理4个必选子系统组成。

　　气态污染物监测采用抽取式冷凝法，其原理是利用紫外差分法测量烟气中的SO2、NOX含量，通过电化学法测量湿氧含量，然后通过干湿转化计算出SO2、NOX、02的干烟气浓度。

　　颗粒物监测采用抽激光后散射法，烟气的温度采用温度传感器测量，烟气压力采用压力传感器测量，烟气流速采用皮托管测量；将所有的测量信号送入数据采集与处理系统。

输出处理系统具有现场数据实时传送、远程故障诊断、报表统计和图形数据分析等功能，实现了工作现场的无人值守。整套系统结构简单，动态范围广，实时性强，组网灵活，运行成本低，同时系统采用模块化结构，组合方便，并且能够完全满足与企业内部的DCS系统和环保部门的数据系统通讯的要求。

000011项目执行标准

本系统的设计、制造、验收规范主要按下列标准和技术规范进行：

u GB3095－1996《大气环境质量标准》

u GB13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》

u GB18485-2007《生活垃圾焚烧污染物控制标准》

u HJ/T75-2007《火电厂烟气排放连续监测技术规范》

u CJJ90—2002《城市生活垃圾焚烧工程技术规范》

u CJ/T118—2002《城市生活垃圾焚烧炉技术规范》

u HJ/T76-2007《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》

u GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》

u GB/T16157-1996《固体污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》

u GB9078-1996《工业炉窑大气污染物综合排放标准》

u GB 3095-1996《环境空气质量标准》

u GB12519-1990《分析仪器通用技术条件》

000012项目方案

000012.1测量项目

ØSO2、NOX、O2、烟尘、温度、压力、流速

000012.2测量方法

Ø烟气采样方法：抽取式冷凝法

ØSO2、NOX监测方法：差分光学吸收光谱法

ØO2监测方法：电化学法

Ø烟尘测量方法：激光后散射法

Ø温度测量方法：温度传感器

Ø湿度测量方法：湿度传感器

Ø压力测量方法：压力传感器

Ø流速流量测量方法：差压法（皮托管）

2.系统总则

本系统设备的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求，均符合国家有关环境保护标准要求，满足中华人民共和国环境保护行业（HJ/T75-2007、HJ/T76-2007）标准要求。

本公司的CEMS系统由气态污染物监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气参数监测子系统及数据采集与处理子系统组成，其中气态污染物监测子系统和数据采集与处理子系统安装在标准19英寸机柜内。系统组成如下图：

图一、锅炉烟气在线监测系统
CEMS系统组成图

Ø气态污染物监测子系统：由取样单元、预处理单元和分析单元等组成。

Ø颗粒物监测子系统：采用激光后散射法烟尘监测仪。

Ø烟气参数监测子系统：采用皮托管测流速，压力传感器测压力，温度传感器测温度，烟气湿度采用高温电容湿度传感器测量。

Ø数据采集与处理子系统：由数据采集器、工控机、显示器和系统软件等组成。

根据客户需求不同对上述子系统进行裁剪。

图二、CEMS系统安装示意图

3.系统组成

3.1气态污染物监测

3.1.1取样和预处理单元

样气在取样泵的抽力下由取样探头取出。样气中的绝大部分颗粒物被取样探头中的过滤器滤除，滤除后由伴热管线输送到制冷系统冷凝除水，送至分析单元进行分析。冷凝下来的水经排水系统排掉。由控制单元实现反吹、标定、制冷温度报警提示等功能，并显示系统的各种工作状态。

预处理系统中采用一级快速冷凝除水，确保气体组分不变。采用二级精细过滤，确保气体测量室不被污染，从而提高分析仪的使用寿命。下图即为气态污染物监测系统流程图。

3.1.2气体分析仪

仪器：紫外光谱气体分析仪

型号：FT-UVA-100

测量原理：差分光学吸收光谱技术(DOAS)

测量原理

紫外光谱气体分析仪是基于多通道光谱分析技术(OMA)和差分光学吸收光谱技术（DOAS）的气体分析仪器。光源发出的光束汇聚进入光纤，通过光纤传输到气体室，穿过气体室时被待测气体吸收后，由光纤传输到光谱仪，在光谱仪内部经过光栅分光，由阵列传感器将分光后的光信号转换为电信号，获得气体的连续吸收光谱信息。仪器根据此光谱信息采用差分吸收光谱算法（DOAS）及偏最小二乘算法（PLS）处理，得到被测气体的浓度。

Ø多波段光谱分析技术（OMA）

由于各种气体分子在不同波段对光波有不同的吸收，通过对气体吸收后的连续光谱的分析，实现了多种气体的同时测量。

紫外光谱气体分析仪采用紫外波段的光源和传感器，用来测量在紫外波段对光波有吸收的气体的浓度，比如SO2、NO、NO2等气体。

Ø差分光学吸收光谱技术（DOAS）

DOAS的核心思想是将气体的吸收光谱分解为快变和缓变两个部分。快变部分与气体分子的结构和所组成的元素有关，是气体分子吸收光谱的特征部分；缓变部分与烟尘、水汽、背景气体的干扰，以及测量系统的变化等因素有关，是干扰部分。DOAS采用快变部分计算被测气体的浓度，测量结果不受干扰，准确性高。

紫外光谱气体分析仪采用独特的DOAS算法和PLS算法相结合的处理方式，消除了烟尘、水汽、背景气体的干扰，同时也消除了测量系统波动对测量结果的影响，保证了测量的准确性和稳定性。

技术指标

SO2：0～100～1000ppm（可根据买方需求定制）

NO：0～100～1000ppm（可根据买方需求定制）

精确度：≤±2%

线性误差：≤±2%F.S.

零点漂移：≤±2%F.S./7D

量程漂移：≤±2%F.S./7D

响应时间：≤30s

其他

O2测量电化学，0～25%，≤±2%F.S.

电源：220VAC，50Hz

环境温度限制：-10～40℃

通讯接口：1路RS232；1路RS485/RS232

数字接口：4路继电器输出，2路二进制输入

模拟接口：5路4～20mA输出，2路4～20mA输入

仪表特点

Ø可靠性高

采用寿命达10年的脉冲氙灯作光源，采用固化光谱仪，无运动部件，可靠性高。

Ø组合式气体室设计

组合式气体室设计使得光谱调节简便，提高光谱强度。

Ø测量精度高、稳定性好

采用DOAS（差分光学吸收光谱）算法，测量结果不受烟尘、水分等因素干扰,测量准确度高；同时DOAS算法也消除了由仪器老化引起的误差，测量稳定性好。

Ø高度智能化、数字化

内置多块高性能处理器，处理器间采用高速数据总线通讯技术，各模块具备强大的数字化配置和检测功能；操作简单、使用方便。

Ø丰富的用户接口

提供丰富接口，可方便集成到各类控制和监测系统。可通过RS485和RS232等通信方式组建无线或有线网络，为仪器的日常操作、维护和管理提供便利。

Ø与常见分析仪的对比

3.1.3分析系统

分析系统由：

Ø取样单元（探头、过滤器、温控器）；

FT-CEMS-A系统的采样单元主要由采样探头和伴热管线组成。按照国家规范将采样探头安装在烟道（或烟囱）的适当位置，采集烟道中的气体，并通过伴热管道将气体运送到位于机柜内部的加热盒中。为保证测量结果的准确，采样探头和伴热管线都采用电伴热的方式，可以将气体保持在设定的温度，以防止气体中水分凝结，伴热管线长度可根据买方实际需要来定制。

Ø预处理单元（取样泵、除湿、细过滤、排水等）；

烟气经过高温采样探头和伴热管到达预处理系统，预处理系统经过采样球阀切换进入冷凝器进行汽水分离，冷凝水通过蠕动泵及时排出，经过冷凝器的冷凝除水，在经过三级精细过滤器进行除尘过滤，处理过的洁净的无尘无水的样气进入烟气分析仪进行分析测量。

Ø分析单元（SO2、NO、NO2、O2）；

Ø信号输出（SO2、NO、NO2、O2浓度、量程转换、标定状态、故障状态等）；

Ø其它（气路、电路等）；

Ø分析仪器柜：2000×700×800MM（高*深*宽）。

3.2颗粒物监测

仪器：烟（粉）尘测量仪

型号：LSS2004

测量原理：激光后散射法

技术参数表：

执行标准：HJ/T 76-2007固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法.

产品性能特点：

采用同点测速、采样一体化探头，支持精确的等速采样。

支持四参数同时输出：烟道温度、烟道压力、烟道流速、烟道浓度。

仪器采用多种先进技术。包括：相关噪声对消技术、激光发射功率稳定技术、极低噪声TIA、干扰控制与信号完整性设计、抗恶劣环境设计技术，提供快速、可靠和准确的定量烟尘排放数据。

3.3烟气参数监测

3.3.1温压流一体化探头（温度、压力、流速）

温压流一体化探头测量装置的结构主要包括微差压变送器、静压传感器、热电阻（或热电偶）、皮托管、反吹电磁阀、温度压力补偿等。其测量原理是：一次取压元件采用传统的皮托管测量方式，在正确安装后，皮托管的全压、背压取压管将检测到的动压与静压分别传递到差压变送器，差压变送器将动压与静压之差转换为4~20mA开方比例电流传送给配电箱数据采集模块，CEMS机柜内的计算机进行数据处理。

皮托管内外表面均做了特殊处理，可有效避免烟气腐蚀并减少粉尘粘附。反吹电磁阀主要用于脏污气体（如锅炉排放的烟气）测量时的系统反吹：当探头检测孔粘附﹑积淀灰尘污物时，电磁阀定时或按预定程序开启，将压缩空气同时接入两个取压管进行吹除作业，正常测量时电磁阀则处于关断状态。

技术特点

l可实时测量烟气的温度、压力、流速，通过3路模拟信号两线制4~20mA输出。

l自动定时对皮托管的动压和静压端进行反吹。

l测量精度高、可靠性好、可长期连续工作。

l安装和接线方便、维护量低。

技术指标

Ø量程：线性输出0-40m/s，有效测量范围：5~30 m/s；

Ø输出信号：4~20mA两线制；

Ø测量精度：±2%F.S.；

Ø校验频率：12个月；

Ø响应时间：<1s；

Ø差压（温度、压力）变送器电源：24VDC，两线制；

Ø差压变送器过压极限：4.0MPa；

Ø皮托管材质：304、316L不锈钢；

Ø常闭反吹电磁阀电源：220VAC，50Hz；

Ø皮托管插入长度：500~2000mm可选；

Ø压力变送器量程：-10~10kPa；

Ø温度变送器量程：0~300℃；

Ø介质温度范围：-40~500℃；

Ø环境温度：-40~85℃；

Ø贮存温度：0~50℃；

Ø贮存湿度：0~85%RH。

Ø安装法兰：DN50；

Ø材质：SUS316L

选择安装位置

温压流一体化探头的安装位置要尽量选择烟气流速稳定均匀的直管段。具体可参考HJ/T 75-2001《火电厂烟气排放连续监测技术规范》或者HJ/T 76-2001《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》中的相关要求。

对接法兰焊接和预埋

温压流一体化探头的安装前必须在所选择的烟道开孔位置预埋或焊接DN50对接法兰管，法兰在安装时一定要注意安装方向(如下图所示)，法兰和烟道要保证有100mm的扳手空间。法兰尺寸见下图，法兰焊接时要注意法兰的方向，如下图所示。