稀释法CEMS-脱硫,高湿,低浓度

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稀释法系统校准
• Thermo的稀释系统可在预先设定的时间间隔内，自动或手动对仪器的零点 及跨度进行系统校准。 • 系统校准是将校准气注入到探头顶部，对系统的所有部件包括探头过滤器、 采样管线、探头控制器以及分析仪器进行校准，这种系统校准方式与直接 采样系统所采用的只对分析仪器进行的部分校准具有本质的区别，是美国 EPA唯一认可的校准方式。DY EDUCTOR JET EDUCTOR DRIVE (DILUTION AIR INPUT) EDUCTOR HOUSING ASSY
ORIFICE HOLDER EDUCTOR EXHAUST (DILUTED SAMPLE OUTLET)
CRITICAL ORIFICE SAMPLE GAS
61.7%
16.6% 12.4% 2.5% 2.4% 95.6%
24
解决方案
• 问题：烟气温度低、湿度大，烟气易凝结，进入CEMS的烟气由于凝 结将导致组分浓度改变；并导致部件易损坏，部件防腐要求高；直抽 法所需的冷凝器、蠕动泵工作负荷高，系统维护量大。 解决方法： 稀释。 无需伴热管线 无需采样泵 无需制冷器 更清洁的样气，无需高防腐
低浓度，高湿度，低烟温，高腐蚀 解决方案
稀释法CEMS气态污染物子系统组成(1个测点的配置)
A. 稀释探头
B A
B. 仪表气处理单元
C. 烟气分析仪 D. 探头控制器 E. 校准钢瓶 F. 数据采集装置
D
E
F
C
2
烟气条件所带来的问题
烟气条件 低浓度（SO2 35mg/M3, NOx 50mg/M3） 湿度高，温度低 腐蚀性强 技术关键 要求系统精度更高 防止烟气凝结，对于直接抽取法CEMS 而言，要求更强的制冷能力、排水能力 材质要求高
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43i SO2 Analyzer
43i型二氧化硫分析仪
• 美国环境保护总署认证
• 专利脉冲荧光原理 • 标准量程50,100,200,500ppb, 1,2,5,10,20,50,100ppm • 最低检测限: 0.5 ppb • 响应时间: 80 秒达到满量程的95% • 线性: +/-1%
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传统直接抽取法（冷干法）需解决的问题
• 制冷器 产生冷凝水，对SO2有吸收作用，导致误差 • NDIR分析仪的量程 最低量程100或150ppm（约300mg/M3）
4
解决方案
• 问题：对低浓度气态污染物监测，通常直接抽取法CEMS受方法限制， 最低量程的误差难以满足精度要求。 • 解决方法：稀释法CEMS对低浓度气态污染物监测，比直接抽取法 CEMS有更好的精度。主要从以下几个方面保证系统的准确性：
样品气
NO
(NO 模式) 流量传感器 模式 切换电磁阀 电子线路 NO2 - NO 转换炉 (NOX 模式) 压力传感器
C 过滤器 毛细管
NC
反应室
PMT
干燥空气
流量传 感器
O3发生器
毛细管
过滤
采样泵
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42i NO/NOx/NO2 Analyzer
氮氧化物分析仪美国市场排名
Top Five NOx Manufacturers (Source of Data, EPA’s 2nd Quarter 2006 EDR Database – ―Total 3,491 NOx Analyzers‖) NOx 制造商前5名排名（数据来源：EPA 2006年2季度EDR数据库 － NOx 分析仪总数1,491台）
真空测量管
稀释样品管线
7
音速小孔
8
烟道内稀释探头和烟道外稀释探头核心
烟道内稀释探头的稀释核心
完全置于烟道内，稀释点的温度 压力和烟道内的温度压力是一致 的。
烟道外稀释探头的稀释核心
置于烟道外，烟道内的高温不会 对稀释核心造成影响，同时稀释 核心仍然要加热到140℃，以保证 烟气内水分不析出。
EDUCTOR BODY EDUCTOR JET EDUCTOR DRIVE (DILUTION AIR INPUT) EDUCTOR HOUSING ASSY
PURGE/CAL GAS INLET PORT
PARTICLES LARGER THAN 5 MICRONS DROP OUT
FILTER ELEMENT
STAINLESS STEEL FILTER HOUSING
From Purge Valve
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烟道外稀释探头核心校准模式示意图 高尘环境中 CEMS的应用－PRO2000W
EDUCTOR BODY EDUCTOR JET EDUCTOR DRIVE (DILUTION AIR INPUT) EDUCTOR HOUSING ASSY
ORIFICE HOLDER EDUCTOR EXHAUST (DILUTED SAMPLE OUTLET)
CRITICAL ORIFICE SAMPLE GAS
PHOTO MULTIPLIER TUBE
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43i SO2 Analyzer 二氧化硫分析仪美国市场排名
二氧化硫分析仪美国市场排名
Top Five SO2 Manufacturers (Source of Data, EPA’s 2nd Quarter 2006 EDR Database – ―Total 1,134 SO2 Analyzers‖)
保证恒定的稀释比例 高精度的分析仪 系统校准
5
稀释抽取法的理论基础—音响小孔
几何特征：
音响小孔的直径远远大于孔的长度,或孔的长 度远远小于孔的直径。
d l
L
流体特性：
当小孔两端的压力差大于0.46倍以上时, 气体流经小孔的速度主要取决于气体分子流 经小孔时的速度（即：当地音速）， 而与当 地温度、与小孔两端的气压变化无关。（即， 产生恒流）。
SO2 制造商前5名排名（数据来源：EPA 2006年2季度EDR数据库 － SO2 分析仪总数1,134台） • Thermo Fisher Scientific 785 analyzers 69.2%
•
• • •
Teledyne/Monitor Labs/API
Forney/Anarad/CSI Ametek/Western Research Siemens
•
• • • •
Thermo Fisher Scientific
Teledyne/Monitor Labs/API Rosemount Horiba Forney/Anarad/CSI
2,155 analyzers
578 analyzers 434 analyzers 87 analyzers 84 analyzers Total
1,2,5,10,20,50,100ppm
– 最低检测限: 0.4 ppb – 响应时间: 40 秒达到满量程的95%
– 线性: +/-1%
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42i NO/NOx/NO2 Analyzer
化学发光法原理：
• 当样品中的NO与O3混合时，生 成激发态的NO2与O2。激发态 NO2在返回基态时发出红外光。
PURGE/CAL GAS INLET PORT
PARTICLES LARGER THAN 5 MICRONS DROP OUT
FILTER ELEMENT
STAINLESS STEEL FILTER HOUSING
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烟道外稀释探头核心吹扫模式示意图 高尘环境中 CEMS的应用－PRO2000W PRO2001WHP 吹扫模式
δP 0.46
6
200型CEMS系统稀释比
• Thermo的探头采用独特的音速小孔设计。当音速小孔两端的压差大于 0.46倍时，即产生恒流。 • 烟道内稀释系统稀释比在1:10到1:250之间，烟道外稀释系统稀释比在 1:16到1:175之间。
玻璃丝绵过滤器
喷嘴
文丘里管
稀释气管线
粗过滤器
临界小孔
校准气管线
PURGE/CAL GAS INLET PORT
PARTICLES LARGER THAN 5 MICRONS DROP OUT
FILTER ELEMENT
STAINLESS STEEL FILTER HOUSING
From Calibration Valve
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稀释法空气净化系统
• Thermo的稀释法CEMS中，配备了专用的空气净化系统。空气净化系统 可对用户提供的仪表用压缩空气进行再次除尘、除水、除油、 去除SO2 和NOx处理。 • 如系统需要对CO2浓度进行监测，则可配备专用的CO2装置。 • 经过空气净化系统处理后的仪表用压缩空气，露点为-30C 到 - 40C ， 压力620 ± 68 KPa。此指标将保证稀释系统的精确运行。
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43i SO2 Analyzer
REFLECTIVE BANDPASS FILTERS CONDENSING LENS
CIRCULAR BAFFLE U.V. LIGHT SOURCE
REACTION VOLUME
PHOTODETECTOR
RELAY LENS BANDPASS FILTER
ELECTRONICS
• 该反应的发射光谱在600－ 3200nm范围内，最大发射波长 为1200nm。
NO＋O3→NO2*＋O2 NO2*→NO2＋hv
• 反应发射光谱在400—1400nm范 围内，峰值波长为600nm。
3NO2 ＋M → 325ºC→ 3NO＋MoO3
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42i NO/NOx/NO2 Analyzer
ORIFICE HOLDER EDUCTOR EXHAUST (DILUTED SAMPLE OUTLET)
CRITICAL ORIFICE SAMPLE GAS
PURGE/CAL GAS INLET PORT
PARTICLES LARGER THAN 5 MICRONS DROP OUT
FILTER ELEMENT
•
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稀释烟气后对样品中水分的影响
稀释后含水量对应的露点温度应低于当地极端最低温度
Temperature oC
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Temperature oF
-40 -31 -22 -13 -4 5 14 23 32 41 50 59 68 77 86 95 104 113 122
257 analyzers
30 analyzers 22 analyzers 14 analyzers
22.6%
2.6% 1.9% 1.2%
Total
97.5%
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42i NO/NOx/NO2 Analyzer
42i型氮氧化物分析仪
–
美国环境保护总署认证
– 化学发光原理
– 标准量程: 50,100,200,500ppb,
STAINLESS STEEL FILTER HOUSING
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稀释系统—稀释探头
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稀释探头-PRO2001WHP烟道外稀释探头
PRO2001WHP 烟道外湿基稀释 探头 烟道外稀释探头，法兰安装， 最高耐温538º C
适用于高粉尘、高温环境 适用于高湿度环境
加热套管
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烟道外稀释探头核心采样模式示意图 高尘环境中 CEMS的应用－PRO2000W
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43i SO2 Analyzer
脉冲荧光法原理:
用波长190-230nm紫外光照射样品， 则SO2吸收紫外光产生能级跃迁， SO2从基态变为激发态，即：
SO2＋hv1→SO2*
激发态SO2*不稳定，瞬间返回基态， 发射出波峰为330nm的荧光，即
SO2*→SO2＋hv2
产生荧光的强度和SO2浓度成正比， 用光电倍增管及电子测量系统测量 荧光强度，即可得知SO2的浓度
PRO2001WHP 取样模式
EDUCTOR BODY EDUCTOR JET EDUCTOR DRIVE (DILUTION AIR INPUT) EDUCTOR HOUSING ASSY
ORIFICE HOLDER EDUCTOR EXHAUST (DILUTED SAMPLE OUTLET)
CRITICAL ORIFICE SAMPLE GAS
% H2O by Volume
0.013 0.022 0.038 0.062 0.102 0.163 0.257 0.398 0.607 0.869 1.227 1.771 2.363 3.229 4.375 5.882 7.862 10.461 13.884
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稀释法的采样管线
• 稀释系统使样品露点大大降低，因此在多数环境下，无需对采样管线进 行全程跟踪加热。所以，连结采样探头和分析仪器的采样管线是无需加 热型的。 • 稀释系统的采样管线由四根聚四氟乙烯管组成，其中两根分别用于往采 样探头输送校准气和稀释空气，一根用于往各种分析仪器输送稀释后的 烟气样品，另一根用于探头部分的真空度监测。所有采样管线除真空管 线外都是正压，可以避免由于气体泄漏所引入的误差。 • 稀释采样法在样品的采集和传输过程中，不象非稀释采样法那样需要采 样泵及若干个流量控制阀，从而减低了购买和运行维护成本，而且减少 了故障隐患。 • 采样管线距离可达100米。