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烟气监测范文1
【关键词】CEMS；控制系统；PLC；组态王
引 言
烟气排放连续监测系统（Continuous Emission Monitoring System， 以下简称CEMS）是指能够对固定污染源排放的污染物进行实时的、连续的在线测量，并且能够将信息实时传送到相关主管部门的一套装置。
1 CEMS系统设计思路
CEMS系统主要包括颗粒物测量、烟气参数测量子系统、气态污染物测量、数据采集与处理系统。
1.1颗粒物测量
颗粒物是指燃料和其他物质燃烧、合成、分解以及各种物料在处理中所产生的悬浮于液体和烟气中的固体和液体颗粒状物质。[1]在实际应用中，颗粒物的测量一般采用光学测量原理。常见的有光学动态浊度法和光学背散射法。
动态浊度法一般为双侧安装，包含发射单元、接收单元、控制单元三个部分。通过监测从发射端到接收端的光强变化的变化率，这个变化率是由颗粒物的分布对光强的削弱引起的。控制单元通过对光强的变化率进行测量和计算，从而得到工况下的颗粒物浓度。
光学背散射法为单侧安装，其集发射、接收、控制单元于一体。其通过发射高稳定的激光信号，照射颗粒物粒子，被照射的颗粒物粒子将反射信号，反射的信号强度与颗粒物浓度的变化成正比，从而根据算法计算出工况下颗粒物物的浓度。
在实际应用中，可根据现场实际工况、安装条件等选择合适的技术完成颗粒物的测量。
1.2烟气参数测量子系统
烟气参数测量子系统测量包括烟气温度、烟气压力、烟气流速（流量）、烟气湿度等烟气参数。
1.2.1烟气温度的测量
烟气温度的测量一般采用热电阻或热电偶法。以热电阻为例，其利用金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一原理来测量。在CEMS系统设计中，可采用法兰式安装，配置相应温度变送器，即可完成温度信号的测量。
1.2.2 烟气压力的测量
烟气压力的测量原理是指将作用于扩散硅、压阻、电容、陶瓷等感压元件的压力值转换成电信号，再进行信号处理，最终输出标准模拟信号或数字信号。在CEMS系统设计中，一般选择扩散硅式或电容式压力变送器进行压力测量。
1.2.3 烟气流速（流量）的测量
烟气流速（流量）的测量一般基于差压式（S型皮托管）和热式测量原理。差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。热式测量原理是测量探头通过与流体介质的温度相比较进行加热，当流体经过探头的时候，会带走加热线圈的一部分热量。通过测量这两个热敏电阻之间的阻值差变化来反应流体流速的变化。
在CEMS应用中，测定颗粒物的参比方法是以S型皮托管测定烟气流速实现等速采样的，当流速在5m/s以下，用S型皮托管测流速比较困难，测定结果准确度差。因此，参比方法采样点应尽可能选烟气流速大于 5m/s的位置。[1]
1.2.4 烟气湿度的测量
烟气湿度的测量一般选用将电容性聚合材料制成的湿度传感器，再通过高速A/D以及信号转换电路，实现对湿度的高速响应。在目前的CEMS技术规范中，湿度的连续自动监测并非是强制要求的，可以采用手工测量并在系统中输入。
1.3气态污染物测量
气态污染物是指以气体状态分散在烟气中的各种污染物。[1]
在CEMS系统应用中，气体一般要求测量二氧化硫（SO2）、氮氧化物（以NO2计）、氧气（O2）。而在测量原理上有激光光学、紫外光学、红外光学、电化学原理，目前市场上采用红外光学测量原理测量二氧化硫与氮氧化物，采用电化学原理测量氧气比较成熟。
红外光学测量方法是以比尔-朗伯定律为基础的，比尔-朗伯定律的基本数学表达式为：
A=lg（1/T）=Kbc
A--------吸光度，
T--------透射比，是透射光强度比上入射光强度
c--------吸光物质的浓度
b--------吸收层厚度
K--------摩尔消光系数，是一常数
其物理意义是当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度b成正比。在仪器中，气仓长度是一定的，即吸收层厚度b已知，则只要通过检测部件将入射光强与透射光强检出，那么我们就可以根据以上公式确定气体的浓度。
电化学测量氧气传感器基于燃料电池原理来工作的。氧气在阴极与电解液的分界面被转换成电流，并且所产生的电流与氧气的浓度成正比。经过信号调理从而可以计算出氧气数值。
1.4数据采集与处理系统
数据采集与处理系统主要完成烟气采样、预处理的控制；各信号数据的采集、处理、显示；计算烟气污染物的折算数据、排放量；显示和打印各种参数，图表；并通过有线网络或无线网络传输至相应管理部门。
2 CEMS系统工艺设计
图1 CEMS系统烟气采样及处理过程设计图
如图1所示，气体处理分为三部分：
1.气体采样
烟囱或烟道内样气经过加热采样管加热采样管线烟气入口箭头气体除湿器采样泵气体除湿器过滤器分析仪流量控制精密过滤器分析仪废气排出，从而完成采样分析过程。加热采样管和加热采样管线为了保证样气不会因为温差而冷凝成水或结晶，从而堵塞气路；气体除湿器采用半导体式或压缩机式原理将样气中水分除去，蠕动泵将冷凝水的水排出；采样泵为整个气路的动力装置，完成样气从烟囱或烟道到分析仪的采样过程；过滤器和精密过滤器为了保证进入分析仪的样气无尘，从而保护分析仪表；流量控制阀为了保证进入分析仪的气流稳定。整个采样过程保证了进入分析仪的样气无尘、无水且流量稳定。
2.系统反吹
系统反吹主要通过0.4-0.6MPa的洁净压缩空气或氮气对加热采样管进行定时反吹，保证加热采样管不会因样气含尘量太大或取样时间太长而堵塞加热采样管。
3.气体标定
随着分析仪使用时间的推进，分析仪不可避免的会因为温度和时间的变化出现零点漂移和量程漂移现象，此时，需要通过标定选择阀切换通入纯氮气标定分析仪零点；通入对应量程的标定气体来标定分析仪的量程。
3 数据采集与处理系统设计
图2 数据采集与处理系统
如图2所示，西门子PLC S7-200作为下位机负责信号的采集和系统控制及指示功能；上位机采用监控工控机搭载组态王6.53，负责采集数据的显示、历史数据的储存、以及各类报表、曲线的生成；数采仪负责将采集的数据及状态等通过GPRS或网络等传输至环保局或其他主管单位。下位机和上位机之间通过西门子PPI协议通信；上位机和数采仪之间通过RS232串口通信。
3.1 下位机设计
S7-200系列小型PLC可以应用于各种自动化系统。结构紧凑，低成本以及功能强大的指令集，使得S7-200控制器是各种小型控制任务理想的解决方案。[2]
在下位机的编程中，主要涉及数字量的采集控制以及模拟量的采集处理。
示例1：数字量控制
LD SM0.0
LPS
AW>= C0， 10
AW< C0， 100
= 烟道反吹电磁阀：Q0.0
LRD
AW>= C0， 0
AW
= 烟道采样电磁阀：Q0.2
LPP
AW>= C0， 120
AW
= 取样泵：Q0.4
如示例1，系统采样周期为VW0，实时时间计数器为C0，程序通过取C0值来控制不同时期烟道反吹电磁阀、烟道采样电磁阀、以及取样泵的输出状态。
示例2：模拟量处理
LD SM0.0
CALL Scale_I_to_R：SBR3， 流速模拟量：AIW10， 32000， 6400， 流速量程最大：VD428， 流速量程最小：VD528， 流速：VD328
CALL Scale_I_to_R：SBR3， 温度模拟量：AIW12， 32000， 6400， 温度量程最大：VD432， 温度量程最小：VD532， 温度：VD332
如示例2，通过添加模拟量比例换算指令库“Scale_I_to_R”，可以直接用来完成模拟量输入到S7-200内部数据的转换。在S7-200 CPU内部，4-20mA对应于数值范围6400-32000，则可看出示例2中流速输入AIW10，流速最大量程为VD428，流速最小量程为VD528，则最终转换结果保存于VD328。
3.2上位机设计
组态王软件系统与最终工程人员使用的具体的PLC或现场部件无关。对于不同的硬件设施，只需为组态王配置相应的通信驱动程序即可。组态王驱动程序采用最新软件技术，使通讯程序和组态王构成一个完整的系统。[3] 在CEMS系统的上位机软件设计中，只需对应PLC实际连接的COM口，选择西门子S7-200 PLC即可。
3.2.1数据显示
在正确定义完与组态王连接的设备后，在数据词典中定义与PLC连接的I/O地址，通过在画面中访问对应的地址即可访问PLC中对应的变量，从而实现PLC数字量、模拟量在组态王画面上的显示或控制。通过添加组态王图库，可以任意组态画面，添加传感器、泵、按钮、指示灯等各类器件至组态王显示画面。在CEMS系统设计中，数据主要显示颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、氧气、温度、压力、流速（流量）、湿度以及各泵与阀的状态。
3.2.2数据保存、访问
组态王的历史数据保存不仅能够将CEMS系统监控中的各数据保存到组态王历史库中，也可以保存到MS Access、SQL Server、Oracle、dBase等数据库中。组态王SQL访问通过在系统ODBC数据源中定义相应数据库，通过SQLInsert（）函数将数据保存到数据库中；通过SQLSelect（）或SQLUpdate（）函数访问数据库中的数据。
3.2.3图表、报警显示
组态王对图表显示提供了强有力的支持和简单的控制方法。趋势曲线有实时趋势曲线、历史趋势曲线显示。[3] 在趋势曲线控件中，可以通过简单的数据库配置，实现历史数据查询，可以通过一些简单的按钮操作，完成翻页、设定时间、打印曲线、打印图表等功能。
报警是指当系统中某些量的值超过了所规定的界限时，系统自动产生相应警告信息，表明该量的值已经超限，提醒操作人员。[3] 组态王通过定义变量的报警属性，调用报警窗口进行简单的配置即可查询实时报警与历史报警。
3.2.4报表
组态王通过系统配置的ODBC访问方式可以与各类后台数据库建立连接；通过配置插入“Microsoft Date and Time Picker Control”控件实现时间的选择；通过“AddAllFields（，）”函数显示所有符合条件的数据；通过“AverageValueInField（）”计算指定数据的分钟、小时、日平均值等；通过“ReportSetCellValue（ReportName， Row， Col，Value）”函数给指定单元格设置指定值；通过“ReportSaveAs（ReportName， filename）”保存报表；通过“ReportPrint2（ReportName）”打印指定报表。通过以上各函数及其他函数的有序结合，我们可以实现指定历史数据的提取，时报表、日报表、月报表、年报表的统计，输出为EXCEL格式文件或直接打印。
3.2.5通信
组态王可以通过串口，以ModbusRTU协议，作为从站通信；也可以通过动态数据交换（DDE）和Visual Basic、Visual C、Visual C++等其他语言编写的程序方便的进行数据交换。从而实现和环保局数据采集设备的通信。
4 结束语
本文系统的分析了烟气排放连续监测系统（CEMS）设计中所使用的相关技术，基于此技术生产的烟气排放连续监测系统以在国内多家厂家投入使用，运行良好。
随着科学技术的进步，近年来各种新型高端传感器涌入市场，我们将持续关注CEMS系统设计。
【参考文献】
[1] HJ/T 76―2007，固定污染源烟气排放连续监测系统[Z].国家环境保护总局
烟气监测范文2
关键词：燃煤电厂 汞 监测方法
中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（c）-0143-01
现在燃煤造成的痕量元素（如Hg、As、Pb、Se等）污染问题也正在引起人们的重视，特别是燃煤造成的汞污染[1]。如何合理选择测试方法，是研究烟气中汞含量的关键因素之一。本文研究几种目前现有的国内外测汞技术，分析比较几种方法的可行性和有效性。
1 燃烧后汞存在的形态与特点
煤炭经炉膛内燃烧后，绝大部分的煤中汞转化成Hg0，并以气态形式存在于烟气中。烟气中汞的含量除了和煤中S和HCl有关外，还与锅炉的燃烧方式、燃烧温度、尾部受热面的温度和形式以及污染物处理设施的类型和特性等因素有关。烟气中的部分汞蒸汽会凝结在飞灰表面上或者被飞灰中的残炭所吸附，变为颗粒态汞，但大部分的汞仍停留在气相中[2]。气相汞在温度小于400 ℃时候主要以HgC12为主，在温度大于600 ℃时候以Hg0形式存在为主，当温度介于两者之间时，两种汞形态共存。
不同形态的汞具有不同的物理和化学性质，氧化态汞（Hg2+）易溶于水且易附着在颗粒物上，而因此富集在颗粒物上的汞大部分会被电厂的烟气处理设备去除（电除尘器或布袋除尘器、湿法脱硫装置等），颗粒态汞（Hgp）也易于被除尘器去除，且在空气中停留的时间较短。相较而言，元素态汞（Hg0）则不溶于水且极易挥发，电厂现有的烟气处理设施很难捕获元素态汞，因而绝大部分的Hg0会排放到空气中，且在空气中停留时间较长，对环境影响很大。
2 国内现有的监测方法
我国到目前为止针对废气中汞的含量监测开展的比较少，缺少相关的经验，还没有形成熟规范的监测方法和技术指南。目前推荐的方法为《火电厂大气污染物排放标准（二次征求意见稿）》中推荐的两个采样和测试方法，即《固定污染源废气汞的测定冷原子吸收分光光度法（暂行）》（HJ543-2009）和《固定污染源排气中颗粒物测定和气态污染物采样方法》（GB/T16157-1996）。该标准规定的采样方法为在采样装置上串联两支各装10 mL吸收液（0.1 mol/L高锰酸钾溶液与10%硫酸溶液等体积混合）的大型气泡吸收管，采样流量为0.3 L/min，采样时间为5～30 min。采取样品保存后送至实验室分析，该方法分析原理是废气中的汞被酸性高锰酸钾溶液吸收并氧化形成汞离子，汞离子被氧化亚锡还原为原子态汞，用载气将汞蒸气从溶液中吹出带入测汞仪，用冷原子吸收分光光度法测定[3]。
该采样和分析方法只能检测到烟气中的气态汞，而对以颗粒态形式存在的汞元素则无法捕集，这样就无法反映出烟气中总的汞含量。针对颗粒态汞，如果采用《固定污染源排气中颗粒物测定和气态污染物采样方法》中颗粒物采样原理进行采集的话，就应该有相应的分析方法和分析仪器作为支撑，而目前我国针对这一方面尚缺乏具有指导性和规范性的分析方法。
3 安大略法
安大略法是被美国环保署公认的标准方法，该方法的采样系统主要由采样管（石英材质）、加热装置、过滤装置（石英纤维滤膜）、一组放在冰浴中的吸收瓶、气体流量计以及真空泵等组成。采样原理是颗粒态的汞首先被采样枪前端的石英纤维滤筒捕获。烟气经过滤筒过滤后，气态的汞则进入烟气吸收系统中，吸收系统由8个吸收瓶组成，二价汞被前三个盛有1 mol/LKCl溶液的吸收瓶吸收；零价汞由一个装有5%HNO3（V/V）+10%H2O2（V/V）和三个装有4%KMnO4（W/V）+10%H2SO4（V/V）溶液的吸收瓶收集；第八个吸收瓶装有200～300 g硅胶用来吸收烟气中的水分，以免水分进入后面的流量计等设备中。
采用APEX等速采样系统进行采样，样品采集结束后，按照EPA提供的方法对滤纸和各吸收液中的样品进行回收和定容，然后进行样品的消解，然后用冷原子吸收光谱法（CVAAS）分析样品中的汞。该方法是美国EPA唯一认定测量烟气中汞含量的标准方法。此方法不仅可以确定烟气中气态汞浓度，而且还可以通过等速采用确定烟气中颗粒态汞浓度，测量结果最为准确[4]。但是该方法对测试技术和人员素质要求较高，对气体样品的采集和溶液分析要求苛刻，至少测试2 h，仪器安装和分析繁琐，通常需要3～5 d才能得出分析结果。
4 固体吸附法
利用吸附剂捕获汞的方法是美国环保署AppendixK汞测试方法，利用XC-206采集系统进行采样，用来分析烟气中总的气态汞浓度，目前该方法已经更改为30 B方法。该方法的原理是利用装有吸附剂的捕集管进行等速采样，在捕集管里装有三段吸附剂，其中第一段用来捕获烟气中的汞，后面的两段用来做质量控制。采样时一定体积的烟气从烟道内被抽出，通过捕集管后被里面的活性炭材质的吸附剂所吸附，采样的流量一般为0.2～0.6 L/min。采样结束后对吸附剂解析进行浓度分析，分析方法采用原子荧光光谱（AF）、原子吸收光谱（AA）等。采用该方法检测烟气中汞浓度的特点是仪器结构简洁、操作方便，采集数据准确性较高，分析结果快，但是采用这种方法只能测试经过净化后的烟气，对于没有经过处理的烟气如烟尘浓度及二氧化硫含量较高时候则存在困难。此方法的质量控制要求严格，第二段吸附剂中的汞浓度不能超过第一段的10%，并且两个平行采样捕集管中的汞浓度的相对误差不能超过10%，否则视为试验失败[5]。
5 结语
目前安大略法是美国环保署推荐的标准采样和分析方法，能够检测出两种形态的汞浓度，以其较高的精度被普遍采用，可以用来标定其他的汞测试方法，如汞在线连续监控系统。采用吸附剂方法检测只能分析出烟气中的总汞，无法判别出气态和颗粒态汞的分布情况。目前我国尚未全面开展燃煤电厂烟气中汞浓度的测试，这种现象已经引起环保部的高度重视，相关部门正在制定汞的监测和分析标准，这将为我国控制燃煤电厂烟气中汞的排放起到积极的作用。
参考文献
[1] 刘清才，高威，鹿存房，等.燃煤电厂脱汞技术研究与发展[J].煤气与热力，2009，29（3）：6-9.
[2] 杨祥花，段钰锋，杨林军，等.燃煤电厂烟气中汞的浓度测量[J].洁净煤燃烧与发电技术，2005（5）.
[3] 固定污染源废气，汞的测定，冷原子吸收分光光度法（暂行）[S].HJ543—2009.
烟气监测范文3
关键词：CEMS烟气；在线检测
前言
随着我国节能减排力度的加大，企业环保与经营管理念的提升和可持续性发展也迫切要求企业通过加强监测、强化管理的手段来解决污染问题。我厂近年来也日益重视环境监测问题和完善监测系统，在#8机安装CEMS烟气排放在线监测系统开始进行烟尘和SO2浓度监测。
淮北发电厂与许多企业一样都无法避免有污染排放点，少则几个、多则几十个，金属粉尘和SO2是气型污染物的主要污染因子，这些污染源排放的大量粉尘和SO2烟气，不仅加剧了各种设施的腐蚀，而且对周边环境也造成了极大的危害。
烟气排放在线监测系统（CEMS）面对的困难与问题很多：高温、高粉尘、高水份、负压及腐蚀性等恶劣气体条件；应保证必要的检测准确度；应有较快的反应速度；应易操作、易检修；防尘、防溅、防腐等防护要求；应有较高的自动化程度，较少的维护工作量，因此应对气体成分、粉尘浓度、烟气流量等进行分析。
一、气体成分分析
过去主要采用传统的分析方法如化学分析法、气相色谱法，其缺点是：必须对烟气进行人工取样，在实验室进行分析，其中操作者的操作技能对分析的精度有很大影响；而且传统方法只能单一成份地逐个进行检测分析，不具备多重输入和信号处理功能；分析费时，响应速度慢，效率低，难以实时地分析工况。而目前#8机采用的是光学技术，在不影响被测气体本身状态时于烟道上进行实时的直接测量。其原理是气流通过测量探头同时吸收仪器发出的光使光强衰减，测出衰减程度即确定了SO2含量。该法具有以下特点：利用SO2对一定波长紫外光的强吸收特性消除其它成份影响；可测范围大，可达0～6000 mg/Nm3。
另一种是抽取方式――即将气体从烟道中抽取出来进行预处理后、再分析确定其含量。在线检测方法主要有热导式、红外线式和紫外线三种。不同测量方法与系统集成方式其适应性、性能价格比均不同。
热导式是基于混合气体中不同气体组份的导热系数（转变为热丝电阻值的变化）不同的原理，许多企业应用情况欠佳――冒正压时维护量较大，负压大时难以抽取样气；虽一次购置成本低但长期运行难维护、维修成本较高。此法不能用于检测低浓度（≤0.5%）SO2的场合。
紫外线式是基于被测气体组份分子对紫外光选择性的辐射吸收原理，最大特点是采用长寿命空心阴极灯做光源，稳定性较高；适宜在线测量低浓度SO2烟气，但在同等性能、功能情况下仪表价格较高。
红外线式则基于非分光红外吸收测量法的原理，分层四气室的独特设计具有理想的抗干扰能力；其测量范围宽，从0～100ppm至0～100%SO2，适应用于低浓度SO2波动范围较大的场合；其性能指标优越，重复性好，零点与量程漂移小于±1%F.S/7d。若设计匹配、有效的预处理装置（粉尘过滤、除水、除酸、压力流量调节、抽气泵、冷凝器）和电控单元等，则可实现在线检测的高稳定性、高准确性运行，尤其是ABB公司（德国Hartman & Braun）Uras14 NDIR红外分析仪在国内有着良好的应用业绩。
二、 粉尘浓度测量
目前#8机采用光透射原理――当可控光源穿过带有微小颗粒的气体时，一个高灵敏的传感器可检测出被微小颗粒吸收的光能，并将其与参比光进行比较从而确定透射值或浊度值，再进一步得出粉尘浓度值，利用传统的红外吸收原理及最新的窄带干涉滤光片技术、集气体成分测量与粉尘测量于一体，简化了测量和处理过程。
此类装置具有以下特点：以光学技术为基础，自动完成测量、控制、线性测试以及污染物检测功能，反应速度快、无采样处理过程；带有反吹装置，防止光学镜头面不受污染；具备快速切断阀可在吹扫装置失效后自动保护仪器；安装简便，发射与检测单元可通过法兰安装在烟管两侧；多种信号输出（0/2/4-20mA模拟输出、数字输出、RS232与RS485通讯接口）和显示，可满足各类测量、控制与系统集成要求。
三、 烟气流量检测装置
目前流量检测方法与装置很多，但要解决好粉尘堵塞与可能存在的腐蚀以及降温后的冷凝等问题，解决大管径、低流速、宽量程比、低静压等问题，要达到预期的准确性与可靠性，须慎重选型设计。
美国INTEK公司、KURZ公司的产品进入中国市场多年，检测SO2烟气流量也有多年成功经验，其性能稳定，数据准确可靠；维护与运行成本低，管径增大购置成本增加不多；采用插入式安装结构，拆装检修方便；信号直接由非电量变换成电量，便于信号处理；在小流量、介质的雷诺数很低的情况下有较好的测量进度。该类流量计近年来在国内外有较好的信誉和市场，但不太适宜于污染物（有粘性的）多、介质的温度变化剧烈的流体流量测量。
节流式流量计――采用满管式安装与测量，精度略高、有国际标准可循，但也有其局限性：管径越大造价越高、安装检修不便，维护工作量大；介质压力传输会带来堵塞、降温引起冷凝加剧腐蚀、结垢；使用中影响精度的因素多如工况参数变化、前后直管段不够、锐角磨损等，都会使其不确定度增大；测量范围窄、仅为3：1，压损大、能耗大运行费用高。
均速管流量计――原理上与节流式流量计同属于差压使流量计，精度较节流式流量计略低但比单点测量法略高、因其测得的是管截面上介质的平均速度，具有一定的代表性，反映了管内流速分布变化规律；造价比节流法低，但它避免不了上述节流式流量计的其它缺点，在流速较高、粉尘较多时易堵塞，而在低流速时输出差压小；其流量系数受测管大小、工艺管径比、安装等因素的影响。
涡街流量计――可采用插入式结构测量中心点的流速，不存在差压式流量计的缺陷，在粉尘干燥、流速较高情况下，发生体堵塞的可能性小，信噪比高，维护量不大。应用中应注意振动与仪表运行可靠性选择问题。涡轮流量计灵敏度高，但难以长期适应含尘环境。（注：当粉尘浓度小于100g/Nm3时，一般可不考虑粉尘浓度对流量测量示值的影响。）
弯管流量计结构简单，内无任何附加节流件、插入件和可动部件，不易堵塞、无压力损失，因此适合于大管径、低流速、低静压、多粉尘与腐蚀较强的场合，但它对90°弯头的结构尺寸有要求：圆滑、管内无毛刺；对于特大管径安装检修复杂；输出差压也较小。
在正确选型设计与安装调试的同时，为了确保准确测量，除了应定期进行维护维修工作外，必要时应设计安装定期吹扫、清洗仪表探头装置，定期处理探头上粘结的污物、信号取压口与引压口及引压管的粉尘沉积或堵塞等。
烟气监测范文4
关键词： 极限电流型氧化锆 喷射引流 铵盐沉积
中图法分类号： X831 文献标识码： A
0 引言
氮氧化物是燃煤电站排放的主要污染物之一。2011年国家环境保护部《火电厂大气污染物排放标准》中，规定了严格的排放标准，2014年7月1日现有火力发电锅炉NOX排放值要求低于100 mg/m3。脱硝烟气在线监测系统的可靠性对脱硝系统的正常运行起着至关重要的作用。
1 双池多层厚膜氧化锆的原理
1.1 普通氧化锆型氧气分析仪的传感器检测原理：
氧化锆固体电解质为氧离子导体，在600℃以上，具有较好的氧离子导电性。它是利用氧化锆的浓差电动势（即浓差电池）效应，来检测气体中氧气含量的。其检测原理见图1，在氧化锆电解质的两面各烧结一个铂电极，当氧化锆两侧的氧浓度不同时，氧浓度高的一侧的氧以离子形式向氧浓度低的一侧迁移，结果使氧浓度高的一侧铂电极失去电子显正电，而氧浓度低的一侧铂电极得到电子显负电，因而在两铂电极之间产生氧浓差电势。此电势在温度一定时（600℃以上），只与两侧气体中氧气含量的差有关。若一侧氧气含量已知（如空气中氧气含量为常数），则另一侧氧气含量（如烟气中氧气含量）就可用氧浓差电势表示。测出氧浓差电势，便可知道烟气中氧气含量，其形成的电压与氧气浓度差对数相关。
1.2极限电流型氧化锆原理
极限电流型氧化锆是在ZrO2 基片两面涂覆多孔铂电极，一侧电极上用开有扩散孔的封闭结构覆盖，在600℃以上的工作温度下，两极间施加一定电压，环境气氛中的氧气将通过扩散孔从电解质的一侧泵向另一侧，这种作用称为氧泵，氧泵作用形成的氧离子电流称为氧泵电流，见图2。
阴极发生还原反应：O2+4e2O2-
阳极发生氧化反应：2O2-O2+4e
当电压逐渐从零增大时，电流最初随电压升高而增大，但由于受氧分子向阴极扩散速度的影响，使得电流最终达到饱和而出现电流极限，平台处电流即为极限电流，极限电流的大小与环境气氛中的氧气浓度成正比， 因此可以通过极限电流来测量气氛中的氧气浓度，这就是极限电流式氧化锆传感器测氧的基本原理。
由上述工作原理可看出，极限电流型氧化锆在测量中，当负电极侧完全没有氧气时，氧化锆中就没有极限电流，所以该氧化锆不存在零点漂移的问题。
1.3 双池多层厚膜氧化锆检测NOX和O2的原理和结构，见图3
1.3.1 被测气体扩散进入传感器第一测量池：
第一测量池内的氧气被排出，产生极限电流，通过测量极限电流来测量被测气体中的氧气浓度，其浓度量纲为 % V/V；同时第一测量池内的二氧化氮发生分解反应：2NO22NO+O2，完成NO2NO转换。由于其转换过程分解出的氧气，浓度量纲仅为10-6 V/V，故不影响氧气测量的结果。
1.3.2 被测气体继续扩散进入氧化锆第二测量池：
第二测量池内一氧化氮产生分解： 2NON2 + O2，分解的氧气被排出，产生极限电流，通过测量极限电流来测量被测气体中的氮氧化物浓度。
通过上述过程，在一个传感器内部连续完成了氧气的检测、二氧化氮向一氧化氮的转换和氮氧化物的检测。传感器由氧化锆厚膜材料组合成一体结构，测量池、加热和控温均密闭在传感器中，非常精巧，从结构上称之为“双池多层厚膜氧化锆”。
2 脱硝烟气在线监测系统的采样原理和技术特点
2.1脱硝烟气在线监测系统的采样原理
该系统采样为完全抽取式，采用喷射引流+烟气回流的组合探头。其工作原理为：通过探头的回流孔向烟道内持续喷射压缩空气，利用文丘里管的原理，将烟道内的烟气引至烟道外传感器下方检测，检测过的烟气再与喷射空气混合送回到烟道内，见图4。
2.2 脱硝烟气在线监测系统测量特点
传统的红外或者其他分析仪一般只可检测NO，不能检测NO2 。在脱硝系统后的烟气中，NO2在NOX中的比例大幅上升，并且也不是一个固定比例，一般在20%～60%区间内变化，所以使用红外分析仪的CEMS中就需要另行增加NO2NO转换装置后，才可以实际完成检测NOX ，且常规的烟气在线监测系统还需增加一套测量氧气单元。
双池多层厚膜氧化锆分析仪正好同时检测了脱硝控制需要的三个检测项目：NO、NO2、O2，而无需增加其他设备。
2.3双池多层厚膜氧化锆在线校准方式
双池厚膜氧化锆传感器的检测原理决定了其校准方式：
校准氧气：零点无漂移，所以零点无需校准，或者在校准NOX同时验证校准；只需通入空气即可单点校准氧气的量程。
校准氮氧化物：通入空气校准零点；只用一种NO标气即可校准氮氧化物的量程。
2.4采样方式不会产生铵盐结晶
脱硝后烟气含逃逸氨，这些逃逸氨在低于280℃时会产生铵盐结晶，传统的抽取采样装置如果采样管线内伴热温度小于280℃，铵盐结晶肯定会逐渐堵塞输气管或淤积在预处理系统的其他部位，且无法清理。双池氧化锆分析仪可直接检测烟气大于300℃的烟气而无需对烟气降温，当烟气温度小于300℃时脱硝装置会停止喷氨，故不会发生铵盐结晶。
3.总结
经过机组安装使用，双池多层厚膜氧化锆在脱硝烟气在线监测系统中能够准确快速的测量烟气中氮氧化物和氧量，满足国家相关标准要求。
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烟气监测范文5
关键词:烟气连续监测CEMS系统;DAS不间断采集系统;无线网络传输上报系统
收稿日期:2010-07-21
作者简介:毕学坤(1982―),男,河北秦皇岛人,工程师,主要从事电力设备热控检修工作。
中图分类号:TP311.52
文献标识码:A
文章编号:1674-9944(2010)08-0210-03
1 引言
烟气连续监测系统(CEMS)是根据工业现场生产工艺控制的要求而设计、生产的,是为保证工艺系统的安全运行和对气体排放浓度监测而专门设计的监控装置,节能、环保、安全。CEMS可对排放物SO.2、NO、CO、CO.2、O.2等有毒有害气体及尘埃进行实时的监测,并且对流量、压力、温度、湿度等进行定量分析,通过数据采集智能终端(High Speed Digital Data Recorder)组态软件进行统一的数据处理,并通过FPI CEMS-2000-RM无线采集与传送终端对数据进行分析并实时的与当地环保局联网,实现环保局集散式的监控每个排污点的详细现场情况。
2 工程概况
华电集团武乡和信发电有限公司2×600MW空冷国产亚临界燃煤发电机组,采用武汉锅炉制造有限公司2080t/h亚临界燃煤锅炉,哈尔滨汽轮机厂亚临界一次中间再热单轴三缸四排汽直接空冷凝汽式汽轮机汽轮机和哈尔滨发电机三相两极同步发电机,水-氢-氢冷却,额定功率600MW,定额电压10kV,自并励静态励磁。设计煤种为武乡境内贫瘦煤,根据实际煤种情况,设计湿法脱硫,工程由北京博奇工程有限公司承建,山西和祥电力监理公司监理。烟气分析系统为上海华川环保监测仪器有限公司生产。在线数据监测上报系统为聚光科技(杭州)有限公司提供,能够确保系统全天24h不间断对环保数据进行无线网络传输。
3 烟气连续监测CEMS系统的应用
3.1 系统概述
整套系统包括探头取样系统、样气预处理系统、校准系统、PLC控制系统,气体分析仪,烟尘分析仪、氧量分析仪、DAS系统(数据采集和分析),GPRS远程通讯系统。脱硫整套控制系统为北京ABB DCS集散控制,数据显示及控制于中央控制室,就地配置烟气分析小间,分析仪表及采集仪表控制柜安装在小间内,于主控系统采用4-20mA硬接线联系,并同时通过数据采集智能终端(High Speed Digital Data Recorder)与环保监测实时系统柜通讯。
3.2 系统构成
CEMS烟气分析系统由柜内和柜外两大部分组成。分析柜分为脱硫入口分析柜和出口分析柜,安装在室内,柜外部分的电加热自动控温取样探头,安装在烟道上。系统加热探头抽取样气,经探头内置过滤器过滤大量烟尘。其加热温度不低于145℃,以防止冷凝。预处理单元:包括压缩机除湿器、耐腐抽气泵、气溶胶过滤器、反吹单元等。用于完成样气的净化、除尘、除湿。标准气从预处理前端通入,经过预处理系统,这样使样气和标准气以同样条件进入分析仪器,减少系统误差。气体取样设备在机柜内,样气首先经过制冷室除湿,然后进入第二个有固定露点的冷凝器,穿过气溶胶过滤器分离硫酸,通过湿度报警精细过滤器并检测冷凝器的故障,产生的辅助信号进入分析仪故障信号切断抽气泵。故障排除后泵自启动。气体分析仪能够同时有选择地测量多种组分的气体。系统可连续工作,正常情况下无须维护。
3.2.1 分析单元
多组份光谱分析仪测量NOx、SO.2和O.2,分析仪提供自动标定功能,该仪器可采用标准气体对仪器进行校准,各参数通道相互独立,稳定可靠。智能化程度高,和样气接触的红外气室可拆卸清洗,极大地降低了维护成本。
3.2.2 控制单元
PLC是CEMS系统的数据采集、控制单元。与常规的控制方式不同,PLC提供了更为丰富的功能和更高的可靠性、扩展能力。在CEMS系统中,PLC提供了各种模拟量数字量的输入、输出信号,并通过软件进行深度处理,其功能主要包括自动控制烟气抽取,并自动为分析仪提供分析样气;执行分析仪的零点和满量程校准;自动反吹和冷凝排放;显示CEMS系统状态(采样/校零/校跨/反吹);报警、计算、定义、扩展;与DAS系统通讯;多点测量时,控制气路切换、采样排序和采样周期。PLC提供了24h的记录接口系统,可以将加工过的数据传输给DAS,其控制指令通过DAS激活。PLC实现了分析系统智能化控制。系统内通常设有外控(自动)和内控(手动)两种程序,能自动进行取样分析、反吹、置换、温度控制、故障识别、报警输出等,与生产过程联锁,输出4-20mA成分量信号和报警控制等开关信号。
3.3 系统示意图
烟气成分连续监测系统工作原理,如图1所示系统的基本组成。
3.4 系统方案
粉尘监测系统主要由收发单元、反射单元、控制单元、自动清洗单元组成。收发单元和反射单元为系统主体测量部分。通过两个安装在现场测量烟道两侧的法兰,利用精密的自校准光学系统,基于光透射原理工作。该粉尘监测系统的主要技术特点包括采用直插式测量原理,可连续进行测量,直接输出粉尘浓度mg/m3值。由于采用了固态光源,寿命长达十年。由于超宽带二极管的宽带光谱产生测量信号的光学鉴定,使测量比常规的LED系统要稳定得多。高性能的微处理器技术。在不透明或透明浓度下用LC显示,校准能力达到mg/m3 。自动进行调零和量程检查,自动污染校正。光学系统和电子设备装均密封在内部。样品的调整不用特殊工具,方便易行。自动调整光程。有多个量程,多路信号输出。先进的吹扫系统可减少维护量。流量监测系统的探头、法兰和仪表外壳均为耐酸不锈钢材料,防护等级为IP66。适用在高温和腐蚀性的环境下连续工作。温度监测采用PT100热电偶测量,方便、可靠、稳定。压力监测采用直接连接,绝压变送器测量。系统工艺图见图2:
图1 系统流程图
图2 系统工艺图
3.5 系统特点
(1)直接分析原样,尽可能地保持烟气物理和化学状态,样气具有代表性。满足至少300d运行而不需要日常维修的要求,可长期无人值守(大于5d)。可以提供98%以上的资料可利用率。
(2)功能丰富,包括反吹功能、自诊断和报警功能、指示功能、分析仪器自诊断、自动控制、自动校准、系统网络化、错误代码指示等功能。高可靠性、安全性、可维修性和可扩展性。监测设备满足两套烟气成分采样探头系统的运行要求,同时设计方案考虑了一定的预留接口和容量。CEMS可与电厂、电力局、环保局的局域网形成MIS/SIS网,可以远传通讯。
(3)报告的烟气流量=工况下湿烟气量X(大气压力+烟气静压)/101300X273/(273+烟气温度)X(1-烟气湿度),包含了温度、压力、湿度的修正为标况干烟气量。
(4)分析仪器和监测仪表包含了为日常维护人员检修提供的电信号接口,极大地方便了技术人员检修。所有烟道设备可以满足在下列恶劣环境下应用:烟道压力(-4.9至+4.9kpa)、烟囱入口温度(小于250℃)、相对湿度(大于95%)。(5)通过指示灯和现场动画可以实时监控设备的运行情况,通过趋势图了解数据变化的规律及特点。变送器的瞬时值依据实际安装位置被分别标注到不同的工艺图中。
(6)在历史趋势画面中,可以选择不同的数据进行趋势查看,打印。并且同时可以分析出数据的最大值,最小值,平均值等;在画面设置中可以方便的改变趋势的类型如线条类型、颜色、文字格式等,支持实时打印。(图3)
(7)以管理员身份登录后可以进行高级参数设置,包括量程设置,数据设置,折算值,排放率,流量设置等。用户在DCS根据现场情况实时更改需要的参数,以达到工艺要求。数据采集智能终端通过GPRS无线网络传输到环保局,由环保局对各现场进行统一的实时监控。
图3 历史趋势图
4 结语
烟气监测范文6
【关键字】工业；废气；在线监测；技术
众所周知，目前，环境是摆在人类面前的大难题，全球气候变暖，臭氧层空洞，这些环境问题时刻威胁着人类的可持续发展。保护环境已经不仅只是现今人类急需履行的责任，而且还是关乎千秋万代生存的头等大事。保护环境要从一点一滴做起，当前情况下，工业每年的废气排放量得不到合理的控制，只首先采用一套先进的工业废气在线监测系统用于监控气体的排放情况，然后再采取相应的措施来控制气体的排放量。只有这样，才能合理的控制工业废气的排放，从而达到保护环境的目的。
一.工业废气的组成及危害
（一）工业废气的组成
工业废气主要是指工厂在生产和加工环节，由于燃烧燃料而向空气中排放的所有含有污染物气体的总称。这些气体不仅包括CO2，H2S，CO，HCL，氟化物，氮氧化物等有害气体，还包括雾状硫酸，铅，汞，铍化物，烟尘及生产性粉尘。
（二）工业废气的危害
工业废气的危害主要表现在以下两个方面：
1.对环境的危害：首先，因为废气中含有大量微粒，这些微粒在上升过程中逐渐变得浑浊，到达顶层，遮住了阳光，减少了太阳对大地的辐射。时间久了，动植物因为长时间接收不到太阳光而影响发育生长。其次，工业废气中大量含有硫元素，还有硫酸这种化合物，这些成分会形成酸雨，酸雨对植物的危害可想而知，他连金属都能够腐蚀，更不用提动植物了。此外，工业废气还能增高大气的温度，因为工厂燃料在燃烧时产生废气，所以这些废气一般都是热的，与大气融合后，会导致大气温度增高，从而形成温室效应。
2.对动植物的危害：对于植物来说，工业废气中含有氟元素和硫元素，这些元素具有腐蚀性，有的会直接使植物出现伤斑，有的虽然表面不会有什么影响，但会直接作用于植物内部，使植物死亡或变坏。对于人和动物来说，都需要呼吸新鲜的空气，这些有毒气体长期被身体吸收，会对呼吸系统和粘膜组织造成一定的影响和危害。
二．工业废气在线监测技术的必要性
（一）国家法律规定
《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》已经颁布执行，这些法律都规定了废气中各种气体的排放指标。当工厂的排放量超过标准时，工厂的负责人就会面临法律处罚。从此点上看，工厂应该对废气进行监测，并有效的控制气体的排放量。
（二）企业发展需要
国家对于工厂工业废气的排污费一般是根据物料守恒原则来征收的，但在物料的燃烧过程中，由于元素间的互相作用，有时会减少某种气体的排放量。如对于SO2的排放量来说，由于燃料中含有一定的Ca，Ca有脱硫作用，这样就会有一部分的硫不以SO2形式排出。如果没有工业废气在线监测技术，国家就会多征收SO2排放费，久而久之，企业就会蒙受很多不必要的损失。对于安装了工业废气在线监测系统的企业则不然，企业可以依据准确的排放量来计算费用，减小了企业的开支，避免了资金浪费，有利于企业发展。
三.工业废气在线监测技术的应用
主要介绍工业废气在线监测系统，本系统主要分为三层结构：环境保护局监视决定层，工厂检测和管理层，现场数据采集层。主要工作流程为：通过现场的监控设备得到监控结果，再通过网络将检测结果传给企业的管理人员，企业管理人员通过数据算出企业应该缴纳的排污费，并根据结果分析工业废气的排放量是否超标，制定控制和调整排污量的方案。然后，再通过网络将结果反馈给环境保护局，再由环保局监测企业的排放量，并最终起决策作用。
下文主要介绍一下现场数据采集层。线程数据采集系统主要分为以下几个系统：（1）烟气采样系统：主要是安装采样探头，通过探头可以采集到烟气样品；（2）烟气分析系统：采样探头在完成采样后会将样品通过专业渠道输送到烟气分析系统，烟气分析系统主要由各种烟气分析仪器组成，可以准确的分析样品的浓度；（3）烟气流量测量系统：先是测量出工业废气的流量，再根据各个组成气体的浓度算出各个污染物的流量；（4）数据接收系统：主要负责接收数据，并存储打印数据，还要通过网络将这些数据传输出去；（5）后备辅助设备系统：包括各种后备设备和辅助设备，以提高烟气排放在线监测系统运行的可靠性。
四.工业废气在线监测系统的分类
按照废气的采样方式可将工业废气在线监测系统分为以下三种：
（一）内置式工业废气在线监测系统
内置式工业废气在线监测系统将烟气分析系统直接安装在烟道上，废气样品不用经过烟气分析系统。这样避免了样品的滞后，保证废气样品能够在第一时间传输出来，提高了准确性，且节约了成本。但它存在以下缺点：其一，因为烟道内的环境及其不好，这杯一旦损坏，很不好维修，且维修需要专业素质高的人才能完成。其次，内置式烟气采样系统通常一同测量烟气中所有成分的浓度，一旦监测仪损坏作或需要进行维护时，就会影响所有的测量工作。
（二）全抽取式工业废气在线监测系统
（三）稀释法式工业废气在线监测系统
全抽取式工业废气在线监测系统首先将废气取出，然后通过专业渠道传送到分析仪进行分析。且全抽取式工业废气在线监测系统所采用的采样探头比其他系统的探头简单，且不需要高质量的压缩空气，成本也比稀释法低，但没有稀释法式工业废气在线监测系统得出的结果准确。
结束语
工业废气在线监测系统能够准确的统计出工厂每时每刻的气体排放量，利于工厂对于气体排放量核算，也能帮助国家有关部门准确的掌握各个工厂的气体排放情况，并可以此为依据制定合理的气体排放规划。保护环境是每个公民应尽的责任，让我们携起手来，共同控制工业废气的排放量，保护我们赖以生存的自然环境。
参考文献
[1]许佩瑶.赵毅.宋立民.张艳.化工环保[J].哈尔滨工业大学出版社，2004，（56）.
