Model200稀释法CEMS手册簿V11.docx
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Model200稀释法CEMS手册簿V11
Model200稀释法CEMS
用户维护手册
赛默飞世尔科技（中国）有限公司
前言0
3、量程校准16
四、日常维护检查17
第三章常见故障及解决方法18
第四章推荐耗材及备件19
前言
本文包括了对我公司所提供的Model200型烟气连续排放监测系统（CEMS，ContinuousEmissionsMonitoringSystem）的原理、操作进行概括性介绍，并未对所有设备的所有操作进行全面详述，每种设备的具体操作请详细阅读设备说明书。
如果本文中的叙述与具体设备的说明书有矛盾之处，请以设备的说明书为准。
第一章系统介绍
一、烟气连续排放监测系统简述
1、系统任务
（1）实现大气污染物排放源的实时连续监测；
（2）为脱硫、脱硝系统实现系统控制提供相关参数；
（3）计算污染物排放量，为环境管理提供数据；
（4）为炉窑控制提供参数。
2、监测项目
（1）普通烟气监测：
SO2、NOX、烟尘、流量、温度、压力、湿度、O2。
（2）脱硫、脱硝系统：
FGD或SCR入口、FGD或SCR出口监测，根据控制要求配置。
（3）垃圾焚烧炉：
除普通烟气监测项目外，还可能包括HF、HCl、NH3、CO、CO2等。
3、系统组成
（1）稀释探头：
用于样气采样，含探头和探头控制器；
（2）预处理系统：
空气净化系统；
（3）烟气分析仪：
测量SO2、NOX、HF、HCl、NH3、CO、CO2等气态污染物浓度；
（4）烟尘分析仪：
测量烟尘浓度；
（5）烟气参数监测装置：
测量流量、温度、压力、湿度、O2；
（6）系统控制装置、数据采集系统：
工控机；
（7）附件：
校准钢瓶等。
图1-1CEMS系统组成部分
4、系统框图
图1-2CEMS系统组成框图
二、SO2和NOx监测
1、简介
我司CEMS采用稀释法，是一种独特的现场样品预处理的气体采集方式。
在采样探头顶部，通过一个音速小孔进行采样，并用干燥的仪表空气在探头内部进行稀释。
样品气进入分析仪之前不需要除湿处理，因为样品气经过稀释后，有效地降低了样品的露点温度，使之低于安装地的环境最低温度，从而避免了样品气在环境温度下产生的结露现象；另一方面，样品气虽然经过稀释，但仍为带湿气体，测量过程是典型的湿法测量。
稀释探头采样流量通常为50ml/min，而非稀释探头采样流量一般大于1000ml/min，因而稀释法更不容易发生探头过滤器堵塞，维护周期长，维护费用低。
由于稀释探头采样不需要除湿设备，因而无需增加购置除湿设备的成本及其维护费用，除湿设备的损坏会导致湿度增加使样气结露并腐蚀而导致分析仪器故障。
稀释法可以彻底避免样品气在采样管线中冷凝结水，这样就无需加热气体传输管线并可避免许多与其他采样技术伴随而来的麻烦。
稀释法是美国EPA优选的带湿测量方法，不仅避免了除湿过程中产生的SO2和NOX损失，而且彻底消除了直接采样法经常发生的由于水份没有从样品中彻底消除而带来的腐蚀影响。
稀释法提供带湿样品气测量数值和带湿烟气流量值，因而不再需要为数据修正提供额外的湿度计。
具有以下优点：
●准确的湿法测量——美国EPA优选方法
●稀释系统大大提高了系统的可靠率，降低了系统运营和维护成本，只有直接采样系统的1/3到1/2
●采用探头内瞬间稀释技术，彻底消除冷凝水影响，无需跟踪加热采样管线
●稀释后烟气含水量被降低到露点以下，采样管无需加热或保温
●彻底避免因为结露而对仪器产生的可能损坏
●稀释技术解决了烟气含尘量高而引有的堵塞问题
●烟气采样流量只是直接采样系统的1/50到1/100，相应烟气中含尘量也只是1/50到1/100
●采用从采样探头开始的全系统动态校准
●采用系统校准，保证系统的准确性，最大程度保证昨天精度
●全汉化中文数据处理和报表生成
●样品气传输快，维护工作量小，消耗品用量少
●国家环保部认证【质（认）字No.2014-008】，CMC认证【沪制01150222】，ISO9001认证
2、稀释采样系统
2.1稀释比
稀释比=（Q1+Q2）/Q2
其中：
Q1—稀释气流量（升/分）；
Q2—样气流量（升/分）。
Q1可以由操作者调节，稀释比可以在一定范围内改变。
将经稀释的样品（Q1+Q2）经采样管线送至烟气检测仪。
采样系统的稀释比必须满足两个标准:
第一：
使用的监测仪的测量范围应与实际抽取的样品的预计的浓度（稀释后）一致。
例：
预计烟气中SO2最大浓度为560ppm，SO2监测仪的测量范围为0-10ppm，因此稀释比为560/10=56/1。
第二：
稀释比应保证在最低环境温度下采样管线不会结露。
应取得以下系统参数：
a.最低环境温度；
b.实际烟气的水蒸气百分数含量最大值。
按下表找出最低温度，并读出相应烟气的实际水蒸气百分含量。
表1-1温度和水蒸气压力对应表
温度
（℃）
水蒸气压力（冰点
以上）毫米汞柱
水蒸气%含
量在1bar
温度
（℃）
水蒸气压力（冰点
以上）毫米汞柱
水蒸气%含
量在1bar
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0.17
0.28
0.47
0.77
1.24
1.95
2.13
2.32
2.53
2.76
3.01
3.28
3.47
3.88
4.22
0.022
0.037
0.062
0.101
0.163
0.256
0.280
0.305
0.333
0.363
0.396
0.431
0.456
0.510
0.555
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
20
25
30
4.58
4.92
5.29
5.68
6.10
6.54
7.01
7.54
8.04
8.61
9.20
17.53
23.76
31.82
0.602
0.647
0.696
0.747
0.802
0.860
0.922
0.992
1.057
1.132
1.210
2.305
3.124
4.185
例：
给出以下参数：
a.最低环境温度为5℃；
b.实际烟气的水蒸气最大百分含量为24%。
5℃1bar时，水蒸气百分含量为0.396（假设稀释管线的压力）。
计算出最小稀释比为24/0.396=61:
1。
应选择标准1和2得到的最大稀释比以满足分析仪。
各种临界小孔的平均稀释比由下表给出。
表1-2临界小孔名义流量和稀释比对应表
临界小孔名义流量（毫升/分）
稀释平均值
20
215:
1到350:
1
50
95:
1到150:
1
100
44:
1到75:
1
150
32:
1到50:
1
200
27:
1到37:
1
250
20:
1到30:
1
500
12:
1到16:
1
2.2稀释法采样探头
为保证恒定的稀释比，赛默飞世尔公司的探头设计采用独特的音速小孔设计。
当系统能够满足设定的最小真空度要求时，音速小孔两端的压差将大于0.46倍，此时通过音速小孔的气体流量将是恒定的，温度,压力的变化将不会影响稀释比。
这就使得整个探头的流量控制是靠气动来完成的，因而无需任何专用电源和电路，具有体积小、安装简单、维护方便的特点。
稀释系统保证的是稀释比的恒定，而并非给出一个确认的稀释比例。
通过稀释比例的恒定，保证系统的准确性。
对临界小孔（音速小孔）的解释：
理论上，小孔压缩长度比其直径小，临界小孔的下游绝对压力与上游绝对压力之比小于或等于0.53时会产生临界流速，通过小孔的体积流量与上下游压力无关；它只由气体速度决定，接近声速。
临界小孔由硼硅酸盐耐热玻璃制成，最高工作温度可达400℃。
稀释气由分析小间内的零气系统送到采样探头处，文丘里模块产生负压，使得在采样腔室内产品负压。
烟气从探杆吸入，进入到采样腔室，经过滤芯，再经过限流小孔后与稀释气混合，送到分析仪进行分析。
系统校准模式下是将校准气注入到校准与吹扫口，进入采样腔室，经过滤芯，再经过限流小孔后与稀释气混合，送到分析仪进行分析。
多余校准气从探杆进入烟道。
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。
系统校准可由手工完成或由数据处理器自
动设定完成，也可以通过网络由远程控制实现。
图1-3稀释探头示意图
2.3采样管线
由于稀释样品的露点低而无需跟踪加热，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。
采样管线由三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。
所有采样管线都是正压，从而避免了由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，不像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。
2.4稀释空气净化系统
稀释空气和零点校准气采用除尘、除水、除油，以及必要时除CO2和浓度过高的空气本底中的SO2和NOX的仪表空气，它应该是干燥的，露点为-30℃到-40℃，压力620±68kPa。
赛默飞世尔公司采用专门的空气净化装置，很好地满足了以上要求（企业提供的压缩空气压力需保证在0.6-0.8MPa之间）。
图1-4稀释空气净化系统
3、分析系统
图1-543iSO2气体分析仪外观图
赛默飞世尔公司是目前市场上普遍采用的脉冲紫外荧光法SO2分析仪的发明者，其市场占有率超过70%；也是化学发光法NOx分析仪的发明者，其市场占有率超过60%。
分析系统采用模块化的组合方式，可以根据用户的实际监测要求，灵活地配置系统构成，各项参数独立监测，保证每一台仪器都在最优化的条件下工作，与多参数分析仪器相比，具有结果更准确、维护更便捷的特点。
赛默飞世尔公司的其他气体分析仪器也拥有世界上最大的市场占有率，广泛地受到用户的好评。
3.1SO2气体分析仪
（1）原理
43i型SO2气体分析仪采用脉冲荧光法原理（见图1-6）。
用波长190~230nm紫外光照射样品，则SO2吸收紫外光被激发至激发态，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
发射荧光强度和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
图1-643iSO2气体分析仪原理图
（2）技术指标
预设定量程：
0-0.05,0.1,0.2,0.5,1,2,5和10ppm
0-0.2,0.5,1,2,5,10,20和25mg/m3
扩展量程：
0-0.05,1,2,5,10,20,50和100ppm
0-2,5,10,20,50,100,200和250mg/m3
客户量程：
0-0.05~10ppm
0-0.2~250mg/m3
零点噪声：
1.0ppbRMS（10s平均时间）,0.5ppbRMS（60s平均时间）,0.25ppbRMS（300s平均时间）最低检测限：
2.0ppb（10s平均时间）,1.0ppb（60s平均时间）,0.5ppb（300s平均时间）零点漂移（24h）：
小于1ppb
量程漂移（24h）：
±0.5%
反应时间：
80秒（10s平均时间）,110秒（60s平均时间）,320秒（300s平均时间）精度：
读数的1%或1ppb（以大的为准）
线性：
量程的±1%（<100ppm）
流量要求：
0.5L/min.（标准），1L/min.（可选）
干扰：
小于最低检测限
除了在以下情况下：
（EPA标准）NO<3ppb,M-Xylene<2ppb,H2O<2%ofreading
运行温度：
20℃-30℃
电源要求：
100VAC,115VAC,220-240VAC±10%@165W
尺寸和重量：
16.75英寸（W）×8.62英寸（H）×23英寸（D）,48磅（21.8kg）
输出：
可选电压模拟输出,RS232/RS485,TCP/IP,10状态继电器,电源故障指示（标准）.
0-20或4-20mA隔离电流输出（可选）
3.2NO-NO2-NOX气体分析仪
（1）原理
NOx分析仪采用化学发光法原理（见图1-7）：
NO＋O3→NO2*＋O2
NO2*→NO2＋hv
该反应的发射光谱在600~3200nm范围内，最大发射波长为1200nm。
NO2＋O→NO＋O2
O＋NO＋M→NO2*＋MNO2*→NO2＋hv
反应发射光谱在400~1400nm范围内，峰值波长为600nm。
图1-742iNO-NO2-NOX气体分析仪原理图
样品气经过滤，再通过毛细管及模式电磁阀分别进入NO2转换室或反应室，在NO2转换室，NO2被转化为NO，在反应室NO与O3反应产生特征荧光，荧光强度与NO浓度成正比，从光电倍增管得到荧光强度信号，从而得出NOX浓度。
（2）技术指标
测量原理：
化学荧光法
予设定量程：
0-0.05,0.1,0.2,0.5,1,2,5,10,20,50和100ppm
0-0.1,0.2,0.5,1,2,5,10,20,50,100和150mg/m3
客户量程：
0-0.05~100ppm
0-0.1~150mg/m3零点噪声：
0.20ppbRMS（60s平均时间）最低检测限：
0.40ppb（60s平均时间）零点漂移（24h）：
小于0.4ppb量程漂移（24h）：
满量程的±1%反应时间：
40秒（10s平均时间）
80秒（60s平均时间）
300秒（300s平均时间）精度：
±0.4ppb（量程500ppb）线性：
量程的±1%
流量要求：
0.6L/min（标准）
运行温度：
20℃-30℃
电源要求：
100VAC,115VAC,220-240VAC±10%@300W
尺寸和重量：
16.75英寸（W）×8.62英寸（H）×23英寸（D）,55磅（25kg）
输出：
可选电压模拟输出,RS232/RS485,TCP/IP,10状态继电器,电源故障指示（标准）.
0-20或4-20mA隔离电流输出（可选）
第二章系统日常操作维护要点
一、系统启动与关闭
1、启动系统
1、检查所有系统接线和管路已正确连接。
2、打开稀释探头加热器开关后检查温度控制是恒定的并能维持设定点。
设定温度控制器温度在120－
150℃。
尤其在FGD投运的情况下，必须保证探头加热正常（如果有）。
3、打开无热干燥机
4、启动工厂供仪用空气系统。
（1）打开仪用空气阀门。
（2）对全部的管路和接头检漏。
（3）检查无热干燥机出口压力大于0.6MPa。
储气罐压力大于0.6MPa，并且保证储气罐压力稳定。
（4）检查氧校准的调节阀，保证阀已关闭；检查氧校准空气气路压力表，必须小于0.05MPa；检查去往干燥剂的气路的调节阀已打开，保证有微量气流即可。
5、检查稀释气输出压力在0.25～0.4MPa。
6、打开分析仪电源。
在打开NOX分析仪电源前，必须保证干燥剂未失效，如果干燥剂已全部变为粉色，必须更换。
7、分析仪刚启动后，可能出现一些分析仪内部温度报警，分析仪完成预热后，各种报警将自动消除；当报警全部消除后，应对系统进行校准，校准步骤见后文，相关章节。
8、分析仪完成预热后，如果仍然存在报警，应进行相应检查，相应步骤见分析仪操作手册。
2、关闭系统
1、如果关闭无热干燥机，应将仪用空气气源关闭。
2、关闭系统时，必须关闭校准气体钢瓶。
3、关闭42i和43i分析仪时，请正常关闭仪器前面板的开关按钮。
4、如系统需长时间关闭仪器请先将42i分析仪的臭氧开关（见仪器说明书）关闭，10分钟后关闭仪器。
二、分析仪常用操作
本部分只对分析仪的部分日常操作进行介绍，详细介绍请阅读分析仪操作手册。
1、按键功能
按
软键，直接进入相应菜单的快捷方式。
按
按钮返回到主菜单或按
按钮返回到运行屏幕。
使用
按钮和
按钮上下移动光标。
使用
按钮和按钮左右移动光标。
按
按钮进行选择，相当于确认。
使用
与当前内容相关，即提供与正在显示的屏幕相关的附加信息。
2、报警查询
在主菜单上，选择ALARMS。
报警菜单屏幕会显示一些由分析仪监控的项目，如果监控的项目超出了设定的上限或下限，则该项目
的状态将从“OK”（“良好”）分别转到“LOW”（“过低”）或“HIGH”（“过高”）。
如果该报警不是等级报警（LevelAlarm），则状态将从“OK”（“良好”）转到“Fail”（“失败”）。
这里会显示探测到的报警数量，表示已经发生了多少次报警。
如果没有发现报警，则显示数字零。
为了观察某个项目的实际读数以及它的最大值和最小值，可将光标移到该项目上，然后按下
按钮。
只有激活了零点/量距检查或自动校准选项后才能看到零点/量距检查或自动校准屏幕。
主板状态，接口板状态，I/O扩展板状态（如果安装了）表明了电源正在工作，连接成功。
关于这些报警，没有设置屏幕。
图2-1SO2分析仪报警菜单列表
图2-2NO-NO2-NOX分析仪报警菜单列表
3、校准菜单
可使用校准系数菜单对仪器进行手动校正。
在主菜单，选择CALIBRATIONFACTORS。
以下以SO2分析仪为例，说明“校准系数”菜单的使用。
图2-3SO2分析仪校准系数菜单
SO2背景修正（SO2BKG）
SO2背景修正在零点校准时使用。
SO2背景是在提取零空气样本时，检测器所读出的信号。
尽管背景由浓度表示，但背景信号实际是由电气噪声和散射光组合而成的。
在检测器将SO2读数归零前，检测器将这些值分别存储为SO2背景修正。
SO2背景屏幕用于仪器零背景的手动调节。
在进行背景调节前，让检测器提取零空气样本，直到获取稳定的读数。
显示器显示的是当前SO2读数，这个读数即是SO2背景信号。
屏幕下一行显示存储器存储的SO2
背景修正，用来修正SO2读数。
也即从SO2读数中减去SO2背景修正。
以下的范例中，在提取零空气样本时，分析仪显示的SO2背景修正为35.7ppb。
SO2背景修正为0.0ppb，表示分析仪适用的的不是归零背景修正。
用问号提示修改背景修正。
在这种情况下，背景修正必须增加到
35.7ppm，使SO2的读数为0ppb。
在以下范例中，要将SO2读数设置为0，使用
将SO2背景修正增加至35.7ppb。
随着SO2背景修正的增加，SO2浓度也随之增加。
但这时还没有进行实际修正。
要退出该屏幕，不保存任何调整，按
返回校准系数菜单或
返回运用屏幕。
按
实际将SO2读数设定为0ppb，保存新的35.7ppb背景修正。
在主菜单，选择CalibrationFactors>SO2Bkg。
使用
和上增加或减小拟获得的背景值。
按
保存新背景。
按
返回校准系数菜单或
返回运行屏幕。
图2-4SO2背景修正操作菜单
SO2跨度系数（SO2COEF）
SO2跨度系数通常在校准时由仪器处理器进行计算。
跨度系数用于修正SO2读数。
SO2跨度系数的值一般接近1.000。
SO2跨度系数屏幕允许在提取已知浓度的跨度气体样本时对SO2跨度系数进行手动调整。
注意：
如果测得的浓度不是有效的跨度值（高于或低于选定的量程或0），浓度值就会显示为ERROR。
屏幕显示当前的SO2浓度读数。
屏幕下一行显示存储在存储器的SO2跨度系数，用于修正SO2浓度。
注意，如果跨度系数值
发生变化，上一行的当前SO2浓度读数也会发生变化。
但是，只有按
时才会真正修改存储器存储的值。
图2-5SO2跨度系数操作菜单
三、系统校准操作
1、校准流程
稀释法对整个系统流程校准。
稀释气由分析小间内的零气系统送到采样探头处，文丘里模块产生负压，使得在采样腔室内产品负压。
烟气从探杆吸入，进入到采样腔室，经过滤芯，再经过限流小孔后与稀释气混合，送到分析仪进行分析，这样使整个系统都得到了检验。
2、零点校准
探头控制器按下零点校准按钮，调节流量为2L/min左右，使零气输入探头。
等到仪器读数稳定后，如果读数有一定误差，可以按前述步骤，调整分析仪背景值，使读数为零。
3、量程校准
步骤一：
确定校准气瓶、气瓶减压阀、管路、探头控制器已正确连接。
步骤二：
关闭减压阀出口阀，打开气瓶，打开气瓶减压阀出口阀，输出标气压力在0.1～0.2MPa，使探
头控制器上的校准气浮子流量计大约在2L/min。
步骤三：
分析仪读数稳定后，如果读数有一定误差，可以按前述步骤，调整分析仪校准系数，使读数正
确。
四、日常维护检查
表2-1CEMS推荐维护周期
任务
周
月
季度
半年
年
检查硅胶指示剂
X
更换干燥剂
X
更换探头滤芯
X
检查采样管线密封性
X
检查压缩空气压力＞0.6MPa
X
检查稀释气压力＞0.2MPa
X
检查探头处加热温度（120-150℃）
（脱硫CEMS）
X
检查室内空调温度（20-26℃）
X
清理限流小孔及文丘里管
X
更换采样探头处各密封圈
X
检查采样泵抽力
X
更换采用泵膜
X
更换SO2/NOX去除器
X
更换氨去除器（脱硝CEMS出口）
X
检查仪表读数与上传数据偏差（或
校准）
X
系统零点跨点校准
按当地环保维护要求
第三章常见故障及解决方法
表3-1常见故障及解决方法
现象
原因
解决方法
单台仪器零点或跨点校准误差较
大
单台分析仪器的原因
参考该仪器说明书
所有仪器零点或跨点都有校准误
差，但误差大小不同
1.仪器间温度太高或太低
2.单台仪器有问题
1.检
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