颗粒物排放连续监测系统介绍

烟气颗粒物连续监测系统

动态湿烟气条件下真正的质量浓度测量

一、颗粒物测量的技术挑战

●烟气颗粒物的动态变化

•除尘袋泄露，电除尘调整

•吸收剂喷入（比如HCl干法吸附喷射）

•燃料变化和添加剂喷射

●恶劣的烟道工况

•抽取式系统样品传输的风险

•湿度造成测量误差

•化学析出可能导致探头堵塞

●由于过程变化需要多种修正

•由于煤种变化、电除尘器调整、脱硫调整等工艺变化，都会导致颗粒物特性变化，工业研究注意到现有非直接的质量测量技术在响应曲线中，都显示出“偏移”

二、PM CEMS概述

Thermo Scientific TM颗粒物排放连续监测系统（简称PM CEMS），用于烟气中可过滤颗粒物连续监测，适用于在火力发电生产、水泥行业、冶金行业、及化学工业等行业中烟气排放中烟尘含量的监测，尤其高湿、低浓度烟气烟尘的连续监测，也适合于过程控制尘浓度的测量。PM CEMS的特点是采用光散射+微量振荡天平两种测量技术结合的方式，测量结果是可溯源至NIST标准的真正质量浓度，可以满足日益严苛的环保法规关于精度的要求。

PM CEMS优势特点：

●连续测量可过滤颗粒物

●不会受颗粒物特性变化的影响

●克服湿烟气的影响

●TEOM方法进行内部质量参比校正

●通过TEOM实现计量溯源

二、工作原理

PM CEMS采用光散射结合微量振荡天平（简称TEOM）技术进行颗粒物质量的监测。

1、光散射

光散射法很适合于对颗粒物的质量进行连续测量。众所周知，当光束遇到颗粒物时，颗粒物会造成光线向四外散射。散射光的强度可由下面的公式给出：

式中：R=散射光强

I0=光源强度

N=颗粒物数量浓度

C m=质量浓度

f(dp)=颗粒物粒径函数

λ= 光源波长

r= 造成光散射的颗粒物到检测器的距离

i1，i2=散射光强函数

f(λ)=光源/检测器波长函数

F(θ)=光系统的几何散射角度

2、微量振荡天平

光散射法测量颗粒物浓度可以有很宽的量程范围和很快的

响应速度。然而，上述公式中的众多参数都会影响测量的准确性。因此，需要用连续称重法作为参考来对光散射的结果进行修正。

用称重方法测量质量的基本原理是测量微振荡天平（TEOM）锥型管的振荡频率。锥形管是一根空管，一端被固定，另一端可以自由振动。锥形管的头上装有可更换的滤膜，当锥形管吸入样气时，滤膜便可收集颗粒物。在采样期间，锥形管在电路的控制辅助下，以其精准的固有振荡频率振动。电子计数器精确测量其频率，该频率直接与滤膜的质量相关。

具体地说：

这里

f = 振荡频率

= 校准常数

K

m = 质量

按照上述关系式，如果在一段时间内测到两个不同的频率（f1，f2），则在这段时间内质量的变化（△m）可按下列公式计算得出：

如果在测量质量的同时也测量了经过TEOM的样气体积，则由下列公式可计算出尘的质量浓度：

式中：

C PM=颗粒物浓度

△M=累计颗粒物质量

△V=样气体积

3、质量修正

仪器定期用TEOM的称重结果作为参考生成一个对光散射响应的修正因数（PM factor），然后便可计算出最后的浓度结果PM WET。

微振荡天平系统测量的是频率，而频率和质量之间有直接关系。当系统质量发生变化时，频率也会随之而变化。然而，无论颗粒物的特性如何（如大小、形状、反光系数或化学成分等），都不会影响测量的精确。

配合光散射技术，PM CEMS具有了高精度、高准确度、低检出限、高测量范围的优点。4、工作方式

Monitor模式:

PM CEMS仪器的操作功能方式中最主要的就是Monitor方式（图1-1）。在这种方式下，稀释后的样气流经光前散射表，仪器用PM factor对光散射实时响应信号（FWD）进行修正运算后得出尘的浓度结果

Mass模式：

PM factor是用Mass方式下以质量称重结果，除以光散射响应值得出的。

Mass模式下，样气流按指定的时间（如2-3小时）即流经光散射表，又流经微振荡天平（TEOM）。

在Mass方式结束时，用光散射响应的均值FWD和TEOM的均值更新PM factor，其计算公式如下：

图1—1 PM CEMS 气路图

三、先进的技术优点

PM CEMS综合了光散射法和质量微天平方法的优点，可以准确测量烟气中颗粒物浓度。系统不受颗粒物大小、化学组成变化的影响，系统通过重量参比法进行线性修正。系统设计满足美国EPA性能规范PS 11、质量保证程序Procedure 2的要求，并通过了审核程序Method 5或17的验证。

受电厂燃料、工艺过程、控制参数的影响，烟气颗粒物的变化性和动态特性变化非常强。PM CEMS采用光散射、锥形微量震荡天平（TEOM）双测量平台，可以辨别质量浓度变化还是颗粒物其它特性变化。锥型微量震荡天平（TEOM）是质量传感器，对连续测量的光散射设备进行内部参比校正。

PM CEMS采用稀释抽取法，允许更低的传输温度，并可以减少维护量，提高系统使用寿命和运行时间。按一定比例稀释的样品被抽取进入光散射平台，这一部分进行系统连续测量。在一个可选择的时间表中，样品通过光散射平台后，进入TEOM惯性微量天平平台对光散射响应换算为真正的质量浓度。

手工称重是通常的外部计量溯源方法及QA方法，一般颗粒物测量仪表通过光散射平台的检查与校准，可保持光散射平台的光学响应准确性；我公司的PM CEMS产品保持了这些一般产品的特性，与此同时我们由于内部采用了TEOM（微量锥形振荡天平），我们还可以通过TEOM称重进行修正，可保证系统更好的质量测量的准确性，而且TEOM 模块的NIST溯源能力，使系统在其内部获得计量溯源的能力；TEOM模块的校准，可使系统在整个运行过程中保持系统准确性及NIST溯源能力。TEOM 模块NIST溯源能力，这一独特的系统内部计量溯源功能，可以使系统保持更好的数据准确性。

PM CEMS由稀释抽取探头，Model 3880i探头控制器，气动电气管束组成。烟道流速可以通过模拟量、数字化通讯方式输入进入系统，实现颗粒物等速采样。

四、性能参数

量程：0–3,10,250 mg/m3

准确度：±20%未进行污染源校正；±10%污染源校正后

电源：200–240 VAC @ 50/60 Hz, 30A

仪表气：80 slpm @ 0.55~0.7MPa（75–100 psi）

探头尺寸：1117.85mm（44.01”）(宽) + 914/1524mm（36”/60”）护套X 474.73mm（18.69”）(高) X 307.09mm（12.09”）(深)

探头重量：59 Kg (130 lbs)

探头控制器尺寸：482.6mm（19”）(宽) X 218.95mm（8.62”）(高) X 655.32mm（25.8”）(深)

探头控制器重量：25 Kg. (55 lbs)

环境温度：探头控制器操作温度4–50 ℃; 无凝结水

模拟量输出： 6 路电压0–100 mV, 1, 5, 10 V；6 路电流0-20 mA, 4-20 mA

开关量输出： 1 路电源故障, 10 路继电器