煙氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)(CEMS)簡介（一）
1.1 CEMS是英文Continuous Emission Monitoring System的縮寫,是指對大氣污染源排放的氣態(tài)污染物和顆粒物進(jìn)行濃度和排放總量連續(xù)監(jiān)測并將信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)街鞴懿块T的裝置,被稱為“煙氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)”,亦稱“煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)”或“煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)”。CEMS分別由氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理與通訊子系統(tǒng)組成。氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)主要用于監(jiān)測氣態(tài)污染物SO2、NOｘ等的濃度和排放總量;顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)主要用來監(jiān)測煙塵的濃度和排放總量;煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)主要用來測量煙氣流速、煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣含氧量、煙氣濕度等,用于排放總量的積算和相關(guān)濃度的折算;數(shù)據(jù)采集處理與通訊子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成,實(shí)時(shí)采集各項(xiàng)參數(shù),生成各濃度值對應(yīng)的干基、濕基及折算濃度,生成日、月、年的累積排放量,完成丟失數(shù)據(jù)的補(bǔ)償并將報(bào)表實(shí)時(shí)傳輸?shù)街鞴懿块T。
1.2 SO2 CEMS測量技術(shù)及其產(chǎn)品開發(fā)研制現(xiàn)狀
煙氣的采樣方法:有非抽取法和抽取法2種。抽取法又分為直接抽取法和稀釋抽取法。
SO2的分析方法依其分析量程不同而異。紫外熒光法適用于低量程(稀釋抽取法),該法靈敏度高,選擇性好。所用儀器中涉及紫外燈的脈沖點(diǎn)燃技術(shù),必須有壽命長且光強(qiáng)穩(wěn)定的紫外燈、可長期連續(xù)工作的光電倍增管以及去除干擾的膜式過濾裝置,目前所用儀器主要靠進(jìn)口,價(jià)格較昂貴。非分散紅外法和紫外吸收法簡便可靠,適用于未經(jīng)稀釋的高濃度樣品,其中非分散紅外法的動(dòng)態(tài)范圍較窄。電化學(xué)法的靈敏度不夠高,且因其傳感器壽命短,維護(hù)工作復(fù)雜,漂移(積累型)嚴(yán)重,不適用于連續(xù)監(jiān)測。
SO2 CEMS常用組合測量技術(shù)及其國內(nèi)外主要產(chǎn)品
非抽取+紅外或紫外吸收法國外此類技術(shù)的早期產(chǎn)品出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代末至80年代初,即將一束紅外或紫外光直接照射到煙氣上,在探頭上開孔,煙氣從中流過,利用ＳＯ2的特征吸收光譜進(jìn)行測量。其技術(shù)簡單,響應(yīng)快,勿需抽氣管線可直接實(shí)時(shí)測量濕基,缺點(diǎn)是探頭易被煙塵堵塞,分析儀易污染;探頭為開孔式,無法進(jìn)行在線校標(biāo),精度差。90年代中期,以英國Procal公司為首,推出了封閉式產(chǎn)品,即用金屬燒結(jié)材料將探頭光路封閉,該材料在過濾掉煙塵的同時(shí),氣體滲透到光路中進(jìn)行測量。這一由開口式向封閉式的改進(jìn)使非抽取方式得以實(shí)現(xiàn)在線校標(biāo),同時(shí)解決了煙塵對SO2的測定干擾問題。封閉式探頭對光路的防污染要求高,須使用清潔壓縮空氣吹掃技術(shù)和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)排除煙塵和煙氣對光路的污染。該技術(shù)在全球市場的占有率為5%,產(chǎn)品價(jià)格較低。國外有美國AIM公司的產(chǎn)品(紅外法),國內(nèi)如北京牡丹聯(lián)友公司的產(chǎn)品HP 5000(紫外雙波長)。
直接抽取+非分散紅外吸收法該技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代中期,煙氣經(jīng)除塵除濕后,測量的為煙氣干基,且克服了非抽取方式煙塵干擾的問題,但煙氣除塵、除濕(采樣管加熱)等預(yù)處理維護(hù)工作復(fù)雜,抽氣口易堵塞,采樣管線是負(fù)壓運(yùn)行,稍有泄漏會(huì)影響測定結(jié)果。該技術(shù)在全球市場的占有率約為9 5%,產(chǎn)品價(jià)格適中。國外主要為日本島津公司和英國XENTRA4900型產(chǎn)品,國內(nèi)如北京北分麥哈克分析儀器有限公司的GXH 902及GXH9021M,其主機(jī)UNOR及MULTOR為德國MAIHAK公司制造,還有北京天融環(huán)保設(shè)備中心的產(chǎn)品(德國技術(shù))。
稀釋抽取+紫外熒光法該技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代初期,其技術(shù)特點(diǎn)是稀釋采樣降低樣品露點(diǎn)溫度,解決了煙氣冷凝水問題,一般情況下勿需跟蹤加熱采樣管線,并解決了采樣探頭的腐蝕與堵塞問題,連續(xù)工作時(shí)間長。采樣管線在正壓下工作,從而防止由于泄漏所引入的誤差;經(jīng)稀釋的煙道氣樣品,可使氣體濃度最大減少到1350,可用靈敏度高的環(huán)境監(jiān)測儀器完成分析;由于濕度未從樣品中消除,測定的為濕基。缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間稍長(<3min);干燥壓縮空氣純度要求高,除水除硫制備繁雜,成本高;紫外熒光分析儀須進(jìn)口,價(jià)格昂貴。該技術(shù)在全球市場占有率約為85%,在美國高達(dá)90%。國外主要為美國熱電子(Thermo Electron公司)環(huán)境儀器公司200型產(chǎn)品及法國環(huán)境儀器公司(ESA)的產(chǎn)品,國內(nèi)如北京航天益來電子科技有限公司CYA 200型及深圳中興新通訊設(shè)備有限公司的產(chǎn)品。
1.3煙塵CEMS測量技術(shù)及其產(chǎn)品開發(fā)研制現(xiàn)狀
我國實(shí)施煙塵CEMS的有關(guān)技術(shù)規(guī)定國家環(huán)保總局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)條件及檢驗(yàn)方法》(目前為報(bào)批稿)中規(guī)定煙塵的連續(xù)監(jiān)測方法為光學(xué)法和β射線法,且在技術(shù)說明中對電荷法提出了明確質(zhì)疑,在產(chǎn)品開發(fā)研制或選用時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎。
煙塵CEMS測量技術(shù)及其國內(nèi)外主要產(chǎn)品
β射線法：
原理是β射線通過物質(zhì)時(shí)強(qiáng)度被衰減,其衰減強(qiáng)度與物質(zhì)的質(zhì)量成正比。該法不受樣品顏色大小及原子量影響,可直接測量煙塵質(zhì)量濃度,與重量法相關(guān)性好。缺點(diǎn)是煙氣中水氣等其它氣態(tài)物有干擾;采用β同位素源如封閉不好可能存在輻射;適于便攜式直讀或間歇式連續(xù)監(jiān)測,不適合現(xiàn)場惡劣環(huán)境下長期在線連續(xù)監(jiān)測。國外產(chǎn)品如法國ESA公司BETA5M型測塵儀,由內(nèi)置的馬達(dá)與流速調(diào)節(jié)閥組成的系統(tǒng)完成等速采樣。國內(nèi)北京怡孚興業(yè)有限公司系引進(jìn)法國ESA公司同型產(chǎn)品,北京地海天環(huán)境科技開發(fā)中心的BDY I與BDY II β傳感器式煙塵測試儀。
光學(xué)法：
光學(xué)不透明度法該技術(shù)采用等速采樣稱重法測出煙塵質(zhì)量濃度,再與同時(shí)測得的光學(xué)不透明度建立函數(shù)關(guān)系,一般為線性關(guān)系。該技術(shù)特點(diǎn)是量程寬,監(jiān)測范圍0～10ｇ/ｍ3任選,可連續(xù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。缺點(diǎn)是只能監(jiān)測較大的煙塵顆粒,監(jiān)測精度差;不同大小煙塵顆粒透光率不同,需作相關(guān)校準(zhǔn);鏡面維護(hù)問題等。國外如澳大利亞GOYEN公司CPA1000型(擴(kuò)散式光源),德國SICK公司FW56 1型(國內(nèi)北京北分麥哈克分析儀器公司代理,紅外光),國內(nèi)如北京牡丹聯(lián)友電子工程有限公司的HP 5000型(可見光)。
光學(xué)后向散射法光源照射到煙道中,光束被煙塵顆粒散射,其散射光被與入射光成一定夾角的接收器接收,光強(qiáng)度與煙塵質(zhì)量濃度符合朗伯 比爾定律。該法測量結(jié)果受煙塵顆粒顏色的影響較大,不大適用于煤種不穩(wěn)定的工況測試;亦需作相關(guān)校準(zhǔn)。產(chǎn)品如北京凱爾科技發(fā)展有限公司的BKS 3000型煙塵在線監(jiān)測儀,其光源為紅外線,測定范圍0.005～10g/ ｍ3。
激光測塵法使用激光測塵的光學(xué)法有激光反射法和激光對穿法。二法均成熟,穩(wěn)定,可靠性強(qiáng),使用壽命長,目前國外應(yīng)用較多。激光反射法與煙塵顆粒顏色有關(guān),要求煤種盡可能穩(wěn)定。激光對穿法與重量法相關(guān)性好,穩(wěn)定、靈敏、精度高,設(shè)備體積小,鏡面維護(hù)量小。國外產(chǎn)品如美國熱電子公司ＬＭ3188型激光測塵儀(激光對穿);法國ＯＬＤＨＡＭ公司的ＥＰ1000煙塵分析儀(反射法);德國ＳＩＣＫ公司的ＦＷ100含塵量監(jiān)測儀(北分代理,反射法)。國內(nèi)如北京航天益來電子科技有限公司的ＣＹＡ 200(激光對穿法);北京天融環(huán)保設(shè)備中心的ＴＲ系列設(shè)備(對穿法)。
1.4煙氣流速的連續(xù)測量技術(shù)煙氣參數(shù)包括流速、含氧量、濕度、溫度、壓力等,本文僅介紹其中的首要參數(shù)———流速的連續(xù)測量技術(shù)。
皮托管法是煙氣流速連續(xù)測量常用方法,該法與手工常規(guī)方法一致,缺點(diǎn)是易堵,需要不斷吹掃。北京牡丹聯(lián)友等公司產(chǎn)品為此技術(shù)。
熱平衡法該法連續(xù)工作性能好,適用于煙塵污染嚴(yán)重的場合。能測量極低(0 1ｍ ｓ)的流速,但測得的是質(zhì)量流量,需用體積流量儀現(xiàn)場標(biāo)定,再用比重系數(shù)修正。北京航天益來等公司產(chǎn)品用此技術(shù)。
超聲波法探頭與氣體流量方向成一定角度,聲波沿不同方向傳送的時(shí)間差與氣體流速有關(guān),從而進(jìn)行氣體流速測定。該法不受溫度、壓力、煙氣成分變化影響,但產(chǎn)品價(jià)格較貴(如北分代理德國ＳＩＣＫ公司制造ＦＬＯＷＳＩＣ流速測定儀14萬元 套)。
1.5數(shù)據(jù)采集處理與通訊子系統(tǒng)以微機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集與通訊子系統(tǒng)主要起以下作用:
數(shù)據(jù)采集:數(shù)據(jù)采集器定時(shí)采集各項(xiàng)參數(shù),并生成各污染物濃度對應(yīng)的干基、濕基及折算濃度
數(shù)據(jù)處理:實(shí)時(shí)監(jiān)測所采集到的數(shù)據(jù)量非常大,微機(jī)根據(jù)程序指令生成小時(shí)濃度均值及日、月、年的累積排放總量。在均值計(jì)算中,按設(shè)定方法剔除異常值。最后可根據(jù)需要制成各類報(bào)表或圖形。
自動(dòng)控制:由微機(jī)控制實(shí)現(xiàn)監(jiān)測儀器的定時(shí)開關(guān)、校零、校標(biāo),按一定時(shí)段處理數(shù)據(jù),定時(shí)傳輸數(shù)據(jù)等。在微機(jī)運(yùn)行程序中根據(jù)需要可編入各種指令,據(jù)此就能根據(jù)給定的各種定值與隨時(shí)取得的各種信號(hào)值比較后的情況進(jìn)行故障報(bào)警,延時(shí),過壓、欠壓保護(hù)等自動(dòng)控制。
通訊系統(tǒng):煙氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中各子站的微機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和處理或日常所需的數(shù)據(jù),負(fù)責(zé)操縱各控制元器件的動(dòng)作。中心站的微機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)控并可干預(yù)各子站微機(jī)的運(yùn)行情況,負(fù)責(zé)各子站數(shù)據(jù)的匯總、貯存及進(jìn)一步生成。子站與中心站各設(shè)一臺(tái)調(diào)制解調(diào)器(ＭＯＤＥＭ),子站的微機(jī)通過ＭＯＤＥＭ即可將數(shù)據(jù)信息經(jīng)公共電話網(wǎng)傳遞到中心站,再經(jīng)ＭＯＤＥＭ進(jìn)入中心站的微機(jī)。
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