CESM烟尘烟气在线监测系统

CESM烟尘烟气在线监测系统

烟气排放连续监测系统是一种对烟气成份（SO2、NO x、烟尘）及相关烟气参数进行在线自动连续监测的设备。本设备是集光、机、电及计算机技术为一体的高科技产品，采用国家环保总局及美国环境保护组织（USEPA）推荐的紫外差分吸收光谱技术，具有在线连续测量、价格低、系统工作可靠、运行维护费用低、安装简便、无需人员监守等优点。烟气排放连续监测系统

1．概述

烟气排放连续监测系统是一种对烟气成份（SO2、NO x、烟尘）及相关烟气参数进行在线自动连续监测的设备。本设备是集光、机、电及计算机技术为一体的高科技产品，采用国家环保总局及美国环境保护组织（USEPA）推荐的紫外差分吸收光谱技术，具有在线连续测量、价格低、系统工作可靠、运行维护费用低、安装简便、无需人员监守等优点。

产品符合中华人民共和国环境保护行业标准HJ/T76-2001«固定污染源排放烟气连续监测系统技术条件及检测方法»，并通过国家环保局检测中心测试合格。

2．系统组成

烟气排放连续监测系统是由气态污染物（SO2、NO X）、颗粒物（粉尘）、烟气参数测量子系统、数据采集和处理子系统、数据通讯系统等组成（见图一）。通过现场采样方式，测定烟气中污染物浓度，同时测量烟气温度、烟气压力、流速、流量、烟气含氧量等参数，送至工控单元计算出烟气污染物排放率、排放量，显示和打印各种参数、图表并通过数据、图文传输系统分别传输至企业污染源监控站和环保行政管理部门。

图1 系统结构示意图

2.1．烟气在线监测仪

全套设备包括测试分析仪、净化空气吹扫系统等几部分。由测试仪完成SO2、NO x、烟尘浓度测量，经过RS232口传至现场工控机，完成数据采集、处理、存储。净化空气吹扫系统向测试仪镜片不断的吹扫，以保持测试仪镜片的清洁。

在整套设备中，分析仪是核心，所有原始数据的获得全由它完成。分析仪主要包括光学系统、机械结构、电子学测量和控制系统等部分。

图2 外型及外部连接

光学系统

光学系统是完成烟气光谱采样的关键。光学系统主要由发射和接收两大部分组成，包括光源、透镜、角反射器、狭缝和多道光谱仪等。光源发出的光经过透镜直接进入烟道中，通过烟气吸收后经角反射器返回，由狭逢进入光谱仪，由光栅分光，在光栅色散焦平面由二

极管阵列探测器（PDA）接收。

机械结构

机械结构部分包括插入式气体采样管、二极管阵列探测器的线性检测及本底测量装置的机械驱动。考虑到烟道中温度很高，而且有SO2等腐蚀性很强的污染气体，所以气体通道包括测量槽及有关配件均采用不锈钢、透紫外光的石英玻璃材料制作，如图3所示。气体通道上的光学元件和密封元件均耐高温耐腐蚀。

图3 内置净化空气导流系统

工作过程

利用气态污染物对特定波段的光具有吸收特性，选择波段在200nm~320nm的紫外光作光源，在此波段内水分子和其它气体几乎没有吸收。入射光被污染物吸收后，经光栅分光，由高灵敏二级管阵列探测器测量吸收光谱，并由此经计算机利用反演算法得到污染物的种类和含量。

氘灯发出的宽带光谱经石英聚光透镜后通过光分束器，再由反射镜反射到准直透镜，通过前窗镜照射到探头后端的角反射镜上，探头窗镜上装有透光波段200nm~250nm的紫外滤光片。角反射镜反射光按原光路返回到光分束器上，然后经过准直透镜照射到光谱仪的入射狭缝上，通过光栅色散形成光谱。高灵敏度线阵CCD探测器将光信号转变为电信号，CCD探测器输出的信号经前置放大器放大后送入高速信号采集A/D和CPU处理单元；控制处理单元的功能是将该信号数字化并存入存储器，然后由系统总控制单元采用适当地算法对其进行处理得到SO2、NO x浓度、烟气温度等信息。在数据分析和处理中采用硬件和软件平均滤波技术，构成了差分吸收光谱测量系统，从而使光源强度随着时间的慢变化

图4 紫外差分吸收光谱法烟道SO2在线监测技术原理

不影响测量精度。由于计算是通过吸收峰来进行的，是由谱线的峰值和谷值来反演出来的，而粉尘只是对整条谱线起着衰减的效果。当然若粉尘密度太大，以至于发出的光回不来了，或衰减至一个极低的水平，那么吸收谱线不能分辨，此时这种方法就不适用了。水汽没有影响也是同样道理。

工作原理

1、SO2/NO x测量

根据Beer定理，探测器接收的透过吸收介质的光谱强度可表示为：

s：SO2/NO x吸收截面

N：SO

2 /NO

x

浓度

a2：除SO2 /NO x以外的其它气体散射和吸收所引起的消光系数图5 烟气中主要吸收气体分布

烟尘的测量

根据Beer定理，采用不透明度测试原理，即单色平行光束进入充满气体和颗粒物的烟气时，其光强因烟气中颗粒物对光的吸收和散射作用而减弱。

I

：发射光强 I ：接收光强

K ：消光系数 l ：光程 c ：烟尘浓度

烟气在线监测仪的技术特点

Ø一台设备可同时测量多种烟气成份；

Ø光栅光谱仪分光，二极管阵列PDA为光谱采样器，省去了用光电倍增管的光谱扫描机构，使系统更稳定、测量更精确；

Ø光谱采样在烟道中，省去了复杂的抽气和定标过程，实现了实时连续监测；

Ø气体浓度计算中应用光学差分吸收技术，可消除烟尘及光源幅度慢变化对测量结果的影响；

Ø仪器中空气吹扫装置保证烟道内光学元件不被烟气污染，延长了维护周期，提高了测量精度。

Ø特有的技术和设计，保证了系统几乎没有零点漂移。

主要技术指标

2.2．氧化锆氧量分析仪

工作原理

氧化锆氧量分析仪的传感器核心元件是用稳定氧化锆固体电解质材料制作而成的氧化锆管，在600℃以上的温度时，它具有良好的氧离子导电性。在锆管封闭端两侧涂覆多孔铂电极，当锆管两侧的氧浓度不同时，高浓度侧的氧分子获得铂电极上的自由电子，以离子的形式同过氧化锆离子导体到达低浓度侧，通过铂电极释放出电子，变成氧气释放出来。这样两侧产生一氧浓度差电势，形成一个电池。

根据能斯特方程有：

式中：R-气体常数

T-绝对温度

F-法拉第常数

P1-参比气体的氧分压

P2-待测气体的氧分压

E-氧浓度差电势

通过适当的换算处理，即可得到被测气体的氧浓度。