烟气自动监测设备基本原理及构造

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采用比例稀释法,稀释比例造成误差 探头反吹难度大,不好控制,易堵塞 探头部分烟囱内外有温差,容易结水,造成腐蚀 对零空气要求高,很难达到需求的露点,造成样气的结露点高 于常温,造成腐蚀和污染物的损失 技术复杂,成本高,要求运行环境好,维护麻烦
直接测量法
内置式
光学镜头在烟囱内,易受污染 单端安装,安装调试简单 震动对测量影响小
此两种方法现在暂时不推荐使用
四种测尘方法的比较
方 法 特 点 不 足 效 果 结 论
激光对穿法 成熟、稳定、 体积小,使用 最多。易实现 在线标定。
成熟、稳定、体 积小,安装容易。 测量精度较高。
不直接与烟尘浓 度成正比、低浓 度下灵敏度小。
与颗粒物颜色相关。 在高浓度时,测量 值易达到饱和。
国内使用证明,与 手工方法一致性好, 运行稳定。

皮托管——差压流量计
• 原理简介 S型皮托管是由两根相同的金属管并 联组成。测量端有方向相反的两个 开口,测量时,面向气流的开口测 的压力为全压,背向气流的开口测 的压力为静压,用压力差转化成流 速 几个问题 堵塞——需要定时反吹 磨损腐蚀——定期更换,一般周 期3年 烟道截面积和流场的稳定性很重 要
粉尘浓度测量。
பைடு நூலகம்
I I 0 eck L
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透射单程光测烟尘示意图
当一束光通过含 有烟尘的烟气时, 光强因烟尘的吸 收和散射作用而 减弱。通过测定 入射光束通过烟 气后的光强与原 来光强的比值来 定量烟尘的浓度
接收器
发射器
三、常见烟气分析仪分析原理方法
非分散红外吸收法(NDIR)
紫外差分吸收法(DOAS) 紫外荧光法 化学发光法 傅立叶变化红外光谱分析法 (FTIR) 激光法分析仪
朗伯-比尔定律
当一束平行单色光通过 某一均匀非散射的吸光 物质时,吸光度A与吸光 物质的浓度c及吸收层厚 度b成正比。即光被吸收 的量正比于光程中产生 光吸收的分子数目成正 比。 (应用:SO2吸收7300nm、NO吸收 5300nm的红外光; SO2吸收280—320nm、NO吸收195— 225nm的紫外光)
非分散红外光测量与分析原理
样气以恒定的流量注入检测室,当红外线穿过检 测室时,样气吸收一定的红外线能量,穿过参比室 和检测室后的红外线的光强度产生差值,通过检测 器将光强度差值转换成电信号,最后计算出样气中 待测成分的浓度。
紫外光测量与分析原理(点测量)
氙灯光源发出的紫外光汇聚进入光纤,通过光纤传输到检测室,穿过检 测室时经被测气体吸收后,通过光纤传输到光谱仪。在光谱仪内部经过 光栅分光,由阵列传感器将分光后的光信号转换为电信号,再将电信号 转换成气体的吸收光谱信息,然后经过比较谱线,计算被测物的浓度。
广泛用于布袋除尘 泄漏报警器
五、烟气参数测量技术简介
• • • • • 流速---流量 氧量 温度 湿度 压力
烟气流速的测量常用技术简介
• 主要测量方法 – 皮托管——差压分析法 – 热式流量计 – 靶式流量计 – 转子流量计——风杯 – 超声波流速仪 流速是在线监测系统中最难测量的参数 最大的原因在于现场工况的不稳定性
后处理方式
需要全程拌热传输样气。
完全抽取系统过程示意图
除水份和相关 杂质后的烟气
拌热管长 距离传输
烟气
除尘 装置
预处 理系 统
气路 分配 单元
SO2分析仪 数据采集处理单元 NOX分析仪
烟 囱
除尘后的烟气
热管采样探头的原理
取样管 反吹气体 拌热管 反吹装置
烟囱
未经处理的 原烟气
经除尘后的烟气
直接测量法的缺点:
分析仪表全部暴露在高温、高湿、高尘的现场环境中,不易稳定可靠工作 维护难度大,光机电计算机一体化,全系统集成度高,维护人员必须具有系 统级水平 烟气介质的改变对测量影响很大---温度、颜色、颗粒的大小、湿度的高低 不好定标. 机械运动部件多,易出故障. 烟气中的烟尘、水分浓度变化会影起测量值的变化。


CEMS的主要测量参数
污染物主要有:二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)、颗粒物(烟尘) 烟气参数主要有:氧含量(O2)、烟气流速(流量)、烟气湿度、温度和压力等。 其他参数:CO、CO2、HCL、HF、H2S等。

CEMS组成框图
颗粒物监测子系统 气态污染物监测子系统
烟气排放参数监测子系统
散射测烟尘的优缺点
• 优点:
安装方便 精度相对较高—低浓度烟尘
• 缺点:
容易受颗粒物颜色变化的影响。 价格高。 技术相对复杂。
射线法和电荷感应法
• 射线法 基于颗粒物质对恒定能量射线的吸收量正比于颗粒物的质量 • 电荷感应法 运动烟尘粒子摩擦产生静电,利用直流/交流耦合探测头捕捉电 荷量的多少,测量烟尘

稀释抽取系统
SO2-紫外荧光分析

NOX化学发光法

直接测量法
紫外差分吸收光谱法(DOAS)
分类依据 主要以烟气从现场到分析房的 取样方法分类,主要涉及的参 数是SO2、NOX等气态污染物的 浓度,与烟尘、流速、温度、 压力等参数无关 稀释法:将烟气用零空气稀释 后,是混合烟气的结露点降到 一定温度以下,再进行传输到 分析仪进行分析 热管法:是通过一根拌热管, 将烟气传输到分析仪进行分析 直接测量法方法是将分析仪直 接插入到所要测量的烟道中现 场分析。
当没有气体出现时
I0
当有气体出现时
I
气体吸收光强度, I = Io - I
四、颗粒物监测子系统
光透射法颗粒 物监测仪
排放源 光源
C h 传感器 u a n 传 感 器
后散射法颗粒 物监测仪
控制单元
射线法(用量很少),主要用于环境 空气中PM10的测量。 电荷感应法法(已经不适于在线监测)。
透射法烟尘分析仪工作原理
废气自动监测设备基本原理及构造
吕俊鹏
2014年4月
目录
一、CEMS概要介绍
二、气态污染物监测子系统
三、常见烟气分析仪分析原理
四、颗粒物监测子系统 五、烟气排放参数监测子系统 六、数据处理子系统 七、前沿技术交流
一、CEMS概要介绍

CEMS概念
英文Continuous Emission Monitoring System的缩写。 烟气连续排放监测系统。 可对固定污染源长时间在线连续监测,实时监测污染物的排放浓度,计 算排放率、排放总量。 并将数据上传到上级(或几级)环保部门的监控中心,确保排污企业污 染物浓度和排放总量达标。 各种相关的环保设备如脱硫、脱销等装置,也依靠CEMS的数据进行监控 和管理,以提高环保设施的效率。
SO2分析仪
烟气 除尘
烟气
装置
数据采集处理单元
NOX分析仪
除尘后 的烟气
结露点降低 的混合样气
稀释法的优缺点
稀释采样法的主要优点:
采样流量小,减轻了尘和水的预处理要求 样气正压传输,不怕管道微小泄露 实现全程标定时,标气耗量小。 采用单分析仪测量,湿基测量
稀释采样法的主要缺点:
完全抽取系统(热管法)
热湿法(高温法)
在测量过程中不降温,气体成分不变,有过滤环节,不降温除水。 高温分析仪,采购和维护成本高。 可测量HCL、NH3、H2S等易溶于水的物质。 适用于垃圾焚烧排放监测
前处理方式
直接在采样探头后进行烟气处理,过滤、降温、除水。 不需要拌热传输样气。 预处理系统在平台上,维护不方便,防护等级要求高。
紫外光测量与分析原理(线测量)
烟气
反射镜 光 源 光谱仪
傅利叶变换红外光谱测量与分析原理
FTIR原理
当采样气体进入检测室时,红外 光束中一些特定波长的光被被测气体 分子吸收,而吸收强度取决于分子中 原子间的化学键的作用力,被吸收的 光线的波长(或频率)对每种气体来 说都是唯一的,FTIR 分析仪用其特有 的分析方法来检测比较这些特征光的 光谱图,计算出每种气体的浓度。基 于FTIR光谱技术原理的分析仪能够同 时测量上百种化合物,极快的响应时 间并且交叉干扰比NDIR分析少。FTIR 的最大特点是不需要对照参考物质频 繁地校准分析仪
数据处理子系统 通讯子系统
传输到环保局 采样伴热系统
烟气参数信号
通 过 无 线 通 讯 传 输 环保局监控平台
一体化温压流 测量信号
固定污染源监测小屋
有线通讯传输 企业中控系统
CEMS系统示意图
二、气态污染物监测子系统分类
——采样方法分类,气体分析方法
完全抽取系统(热管法)
红外光谱吸收原理 紫外光谱吸收原理
取样过滤除尘腔 烟囱壁
不锈钢过滤器
红色部分为拌热装置
热管法的优缺点
直接抽取法的优点:
1、专用分析仪,每台分析仪可测量多种成分 2、 技术相对简单、成熟,易操作,易维护 3、 不受温度和压力的限制 4、 直接抽取测量,所测数值反映真实值,精确度高
直接抽取法的缺点
1、全程标定时,标气量消耗较大。 2、干基测量时,脱水环节会引起溶水损失,导致较小误差 3、预处理系统的零部件的耐腐蚀性要求较高。
信号处理器
透射双程光测烟尘示意图
双光程颗粒物监测仪器 将发射器和接收器部件 装在同一个壳体中,安 装在烟道同一侧。另一 侧用反射镜取代了接收 器。其优点是结构紧凑, 更重要的是发射器光源 和接收器的光敏部件是 在同一个温度下运行, 克服了单光程监测仪器 中的热漂移影响。
发射/接收
反射
反吹
反吹
烟气
数据采集器
透射法测尘的优缺点
• 优点:
技术成熟、运行稳定、体积小,现场使用最多。 测低浓度时精度低。 价格相对较低
• 缺点
安装比较麻烦 受震动和测量介质折射率的影响
散射测烟尘示意图
•光通过含有颗粒物的 烟气时发生散射,在颗 粒粒径不变的条件下, 散射后的光强与入射光 强的比值与烟气中颗粒 物的浓度成正比 • 通过测量散射光强就 可以得到烟尘强度
稀释抽取系统
烟道内稀释
需要选用耐热耐腐蚀的材料 工艺要求比较高 样气输送管线不需要拌热
配稀释空气(零气)
烟道外稀释
样气输送管线不需要拌热 配稀释空气(零气)
稀释抽取探头
稀释法过程示意图
零空 气发 生器 仪表气
烟 囱
零空气
常温长距离传输
混合 稀释 腔 气路 分配 单元
可调二极管激光分析仪(TDLAS)
LasIR可调二极管激光(TDLAS)气体分析仪是采用近红外可调式激光 器( NIR Tunable diode Laser,TDL)作为光源的红外气体分析仪。 基本原理与普通的红外气体分析基本相似:根据 Lamber-Beer定律, 特定气体只吸收特定波长的光谱, 吸收的强度与气体浓度成正比,通过对 气体吸收强度的检测,计算出特定气体的浓度。 I=Io esp(-σcl) I 被吸收后的光强度 Io 吸收前的光强度 σ 截面分子吸收强度 C 吸收物质的浓度 l 光程路径长度
紫外荧光法
当190nm~230nm附近的紫外光照射 到二氧化硫气体后,二氧化硫分子吸 收紫外光的能量后由基态转变成激发 态,由激发态返回基态时发出荧光, 荧光强度的大小与二氧化硫的浓度成 正比。
化学发光法
• 基于NO与O3的 化学发光反应生 成激发态的NO分 子,在返回基态 时放出与NO浓度 成正比的光,用 光电倍增管接收 此光即可得到NO 的浓度。
外置式
光学镜头在烟囱外,不易受污染 两端安装,安装调试相对复杂 受震动的影响大,光路校正 不适合于高浓度和大直径的管道
直接测量法过程示意图
光源发射端 光源接收端 测量数据输出
分析仪
烟 囱
分析仪
直接测量法的优缺点
直接测量法的优点:
无需管线传输,湿基测量 实时分析,响应时间快 不需要采样管线,成本低
符合国家重量法标 准,数据准确、适 于连续运行。
运行效果较好。
激光散射法
适用于连续监测运 行。
B射线法
与质量浓度直 接相关,与手 工方法相近。 简单、价格便 宜
复杂、难以长期 运行,存在辐射。
较少用于长期在线 检测,故障率较高。
便携式直读仪器的 发展方向,
电荷法
精确度和相关性 太差
国内试验表明:用 于质量浓度测量不 准确。
工作原理-(激光透射法)
A. 采用激光进行烟道内透过率T(transmission)/浊度O(opacity)/消
光度E(extinction)测量。
Imeasure T N* I reference
O 1 T
1 E log( ) T
B. 通过比重法测量粉尘含量,建立起消光度和粉尘浓度关系,实现对
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