低濃度氣體測量技術壁壘

結論：常規CEMS無法滿足“c低排放”低濃度氣體的准q測量。

 

系統組成

CEMS系統是針對污染源煙氣，用工業型儀器對其NOx、O2含量、煙氣溫度、壓力、流量等進行連續測量。CEMS系統由稀釋氣體處理系統、氣體分析儀、流量測量系統、壓力測量、溫度測量、數據採集控制系統組成。

 

稀釋法介紹

稀釋系統採用獨特的現場樣品預處理的氣體採集方式。在採樣探頭頂部，通過一個音速小孔進行採樣,並用乾燥的儀表空氣在探頭內部進行稀釋。樣品氣進入分析儀之前由冷凝器對樣品進行除濕處理，樣品氣經過稀釋後（稀釋比通常選擇在1：50z1：250之間），更加有效地降低了樣品的露點溫度，使之低於安裝地的環境z低溫度，從而避免了樣品氣在環境溫度下產生的結露現象；另一方面，樣品氣雖然經過稀釋並進行除濕，測量過程是為干基測量法，符合國j相關標準。

由於干基稀釋探頭無需採樣後除濕設備，因而無需增加購置除濕設備的成本及其維護費用，。稀釋法可以徹d避免樣品氣在採樣管線中冷凝結水，這樣就無需加熱氣體傳輸管線並可避免許多與其他採樣技術伴隨而來的麻煩。

系統簡圖

稀釋法特點

1. 准q的干基稀釋測量――符合g家標準要求
2. 稀釋系統大大提高了系統的可靠率，降低了系統運營和維護成本
3. 稀釋系統的平均運營成本只y直接採樣系統的1/3 到1/2
4. 連續測量SO2濃度，SO2排放量、NOx濃度，NOx排放量及煙氣濃度等參數
5. 採用探頭內瞬間稀釋技術，徹d消除冷凝水影響，無需跟蹤加熱採樣管線
6. 稀釋後煙氣含水量被降低到露點以下，採樣管無需加熱或保溫
7. 徹d避免因為結露而對儀器產生的可能損壞
8. 稀釋技術解決了煙氣含塵量高而引有的堵塞問題
9. 煙氣採樣流速只是直接採樣系統的五十分之一到百分之一，相應煙氣中含塵量也只是五十分之一到百分之一
10. 採用從採樣探頭開始的全系統動態校準，是美國環保局規定的校準方法，不僅針對稀釋系統，同樣針對直接採樣系統。從而保z系統的z確性，而非儀器的准q性。
11. 直接採樣系統採樣管內是負壓，為避免管線泄漏產生的影響，更需系統校準
12. 全漢化中文數據處理和報表生成
13. 樣品氣傳輸快，維護工作量小，消耗品用量少
14. 國j技術監督局系統認證，國j環保局認證，ISO9001認證

稀釋採樣系統

（1）稀釋比

1. 稀釋比=(Q1+Q2)/Q2
2. Q1是稀釋氣流量（升/分）。Q1值可以由操作者調節，稀釋比可以在一定範圍內改變。將經稀釋的樣品（Q1+Q2升/分）經採樣管線送z煙氣檢測儀。
3. 計算確定稀釋比
4. 採樣系統的稀釋比必須滿足兩個標準:
5. d一個標準：使用的監測儀的測量範圍應與實際抽取的樣品的預計的濃度（稀釋後）一致。例：預計煙氣中SO2z大濃度為560ppm。SO2監測儀的測量範圍為0-10ppm。因此稀釋比為560/10=56/1。稀釋比應b證在z低環境溫度下採樣管線不會結露。

6. d二個標準：應取得以下系統參數：z低環境溫度。實際煙氣的水蒸氣百分數含量z大值。

 

（2）稀釋法採樣探頭

 

探頭所有暴露在煙氣中的部分，採用的是耐熱耐蝕耐磨損的材料，耐溫可達1112ºF（600ºC），並且有效避免了其他金屬材質在脫硫系統中可能出現的腐蝕情況，具有準q測量、避免探頭在煙氣中被腐蝕等特點。探頭配備了反吹電磁閥，可切換現場反吹儀表氣為探頭進行反吹。

稀釋探頭採樣流量通常為100立方厘米/分鐘，而非稀釋探頭採樣流量大約是3500立方厘米/分鐘，因而稀釋法更不容易發生探頭過濾器堵塞，維護周期長，維護費用低。

（3）採樣管線

由於稀釋樣品的露點低而無需跟蹤加熱，所以連結採樣探頭和分析儀器的採樣管線是無需加熱型的。

稀釋系統的採樣管線由四根聚四氟乙烯（Teflon/PFA/PTFE）管組成，其中兩根分別用於往採樣探頭輸送校準氣和稀釋空氣，一根用於往各種分析儀器輸送稀釋後的煙氣樣品，另一根用於相探頭提供吹掃氣。所有採樣管線除真空管線外都是正壓，從而避免了由氣體泄漏所引入的誤差。

稀釋採樣法在樣品的採集和傳輸過程中，不象非稀釋採樣法那樣需要採樣泵及若干個流量控制閥，從而減低了購買和運行維護成本，而且減少了故障隱患。

採樣管線距離z遠可達100米。

（4）稀釋空氣淨化系統

稀釋空氣和零點校準氣採用除塵、除水、除油，以及必要時除CO₂和濃度過高的空氣本底中的SO₂和NO_X的儀表空氣，它應該是乾燥的,露點為-30℃到 - 40℃， 壓力620 ± 68 KPa。

（5）校準

系統校準是將校準氣注入到探頭頂部，對系統的所有部件包括探頭過濾器、採樣管線、探頭控制器以及分析儀器進行校準，這種系統校準方式與直接採樣系統所採用的只對分析儀器進行的部分校準具有本質的區別，是美國EPAw一認可的校準方式。系統校準可由手工完成或由數據處理器自動設定完成，也可以通過網絡由遠程控制實現。

系統採用乾燥壓縮空氣校準零點，採用鋼瓶氣校準跨度。數據採集及處理系統將規定值與校準數據進行比較，以檢驗儀器的z確度，根據美國EPA的要求對數據進行有效性判斷，在有效的情況下可以自動進行數據修正。

系統校準在美國環保局要求中規定是必須的，無論針對何種採樣系統。否則無法判定監測系統的系統誤差。

 

系統數據

1. 煙氣溫度限制（z高/z低℃）：400/-20℃

2. 設備對振動的要求：無要求

3. 採樣系統流量(L/min )：5 L/min

4. 整個系統壓縮空氣要求

5. z大氣流量(m3/s)：20 L/min

6. 平均氣流量(m3/s)：10 L/min

7. 要求的z小壓力(Pa)：0.5MPa

8. 所有設備的用電量（KVA）：7kw

 

SO2分析儀

1. 脈衝熒光原理
2. 標準量程50/100/200/500ppb，1/2/5/10/20/50/100ppm
3. z低檢測限：0.5ppb
4. 響應時間：80秒達到滿量程的95%
5. 線性：+/-1%

（1）分析原理介紹

用波長190-230nm紫外光照射樣品，則SO2吸收紫外光產生能級躍遷，SO2從基態變為激發態，即：SO2+hv1→SO2*

激發態SO2*不穩定，瞬間返回基態，發射出波峰為330nm的熒光，即：SO2*→SO2+hv2

產生熒光的強度和SO2濃度成正比，用光電倍增管及電子測量系統測量熒光強度，即可得知SO2的濃度。

 

NOx分析儀

1. 化學發光原理
2. 標準量程50/100/200/500ppb，1/2/5/10/20/50/100ppm
3. z低檢測限：0.4ppb
4. 響應時間：40秒達到滿量程的95%
5. 線性：+/-1%

（1）分析原理介紹

當樣品中的NO與O3混合時，生成激發態的NO2和O2。激發態NO2在返回基態時發出紅外光。NO+O3→NO2*+O2、NO2*→NO2+hv

該反應的發射光譜在600-3200nm範圍內，z大發射波長為1200nm。3NO2+M→325℃→3NO+MoO3

反應發射光譜在400-1400nm範圍內，峰值波長為600nm。

 

流量測量系統

系統構成及原理

煙氣排放流速流量測量裝置主要由檢測管﹑差壓變送器以及相互之間的連接接頭氣管等部件構成。測量時將檢測管插入管路中，並使全壓和背壓探頭中心軸線處於過流斷面中心且與流線方向一致，全壓探頭測孔正面應對來流，檢測流體總壓，並將其傳遞給差壓變送器；同時背壓探頭測孔拾取節流靜壓也將其傳遞給變送器，變送器讀取總靜壓差值並將其轉換成相應的電流信號（4～20mA）傳送給傳給數據採集模塊。 風速與差壓的關係符合伯努利方程式：

式中：v——為風速（m/s），K——為測量裝置係數，ΔP——表示差壓（Pa），ρ——表示氣體密度（kg/m3）。

 

監測站房及公用工程條件

監測站房建設及安裝地點選取

安裝6套煙氣在線監測系統，監測站房就近搭建，放置於排風機房。新建監測站房，佔地面積25㎡，設置空調滿足設備需求。

站房公用工程條件

電源：系統電源要求：（220±22）VAC，（50±0.5）Hz。系統耗電量：3KVA+ L*40W/m (L為採樣管線長度)

壓力：0.45~0.7MPa (G)    。露點：-20℃潔淨，無油，無水。耗氣量：不小於1.2Nm3/h，敷設z現場操作平台（1Nm3/h）及分析小屋（0.2Nm3/h，必須保z0.45 MPa(G)壓力要求）

分析小屋：分析小屋尺寸：1000mm(L)X2500mm(W)X2800mm(H)。環境溫度：15~30℃（室內要求安裝空調）。環境濕度：<60%RH

橋架及施工：現場需要煙囪開孔及鋪設煙囪到監測站房的橋架，以保護採樣管路和控制線。

操作平台及爬梯：現場設備安裝點要求具有永j的平台，要求如下：欄杆高度：1.2m  。平台寬度：不小於2m。平台荷載：300Kg/m2。當平台高度≥2m時，應有通往平台的斜梯（或Z 字梯、旋梯），寬度應≥0.9m。當採樣平台設置在離地面高度≥20m 的位置時，應有通往平台的升降梯