固定污染源连续监测系统选型方案去价格与厂家 谢泽财.docx
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固定污染源连续监测系统选型方案去价格与厂家谢泽财
固定污染源连续监测系统选型方案
传统型方案
谢泽才
前言
本方案只是初步的造型方案，如需实施集成工作，须召集电器工程师、采购工程师、程序工程师和系统集成工程师共同参与。
并要分六个阶段实现：
第一阶段必须预审方案可行性进而修改，耗时须三天，同时安软件工程师开始编写程序；第二阶段为寻价阶段，耗时须一周；第三阶段为采购阶段，耗时根据供应周期而定；第四阶段为系统集成，调试、检测；第五阶为现场测试；第六阶段是信息回馈、系统优化和总结。
本方案中的价格也只供参考。
CEMS的应用技术初步选择
CEMS是英文ContinuousEmissionMonitoringSystem的缩写。
是污染源排放连续监测系统，可对固定污染源长时间在线连续监控。
CEMS分别由颗粒物监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气参数监测子系统和数据采集处理与通讯子系统5部分组成。
一般测量的参数：
常测参数：
SO2、NOX、O2、烟尘、流速、温度、压力
CEMS组成框图
一、采样方法的选择
采样方法分类：
直接抽取法（热管法）
■湿基方法
■干基方法
■渗透脱水技术
稀释抽取法
■内置稀释法
■外置稀释法
直接插入法
■光学分析法
■传感器法
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
▪热管法：
是通过一根拌热管，将烟气传输到分析仪进行分析
▪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
▪InSiut方法是将分析仪直接插入到所要测量的烟到中现场分析
热管法过程示意图
热管法的优缺点
▪直接抽取法的优点：
Ø专用分析仪，每台分析仪可测量多种成分
Ø技术相对简单、成熟，易操作，易维护
Ø不受温度和压力的限制
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
Ø无法从头用标气标定，因为取样流量太大（典型值2L/MIN）
Ø存在不同气体的交叉干扰，动态范围小
Ø干基测量时，脱水环节会引起溶水损失，导致误差
国内的代表厂家有：
宇星科技、北京雪迪龙、青岛佳明、北京凯尔和武汉宇虹
稀释法过程示意图
稀释法的优缺点
▪稀释采样法的主要优点：
Ø采样流量小，减轻了尘和水的预处理要求
Ø样气正压传输，不怕管道微小泄露
Ø可以实现从头标定，标气耗量小
Ø采用单分析仪测量，没有交叉干扰，湿基测量
▪稀释采样法的主要缺点：
Ø采用比例稀释法，稀释比例造成误差
Ø探头反吹难度大，不好控制，易堵塞
Ø探头部分烟囱内外有温差，容易结水，造成腐蚀
Ø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
Ø技术复杂，成本高，要求运行环境好，维护麻烦
国内的代表厂家有：
聚光科技
三种测量技术方法的对比
取样方法
测量方法
优点
缺点
运行效果
结论
占有率
1、直接取样
将一束光直接照射在烟道气体中，利用烟气的特征吸收光谱进行测量
简单，无需管线，响应时间快，湿基测量。
应用最少，不太准确。
不能在线标定。
易堵，易污染。
环境恶劣，难以长期运行。
方法本身存在难以克服的困难，难以长期连续工作
目前不太适合在线连续监测的需要。
5．0%
成本低
2、完全抽取
烟气被除尘，通过加热保温的采样管，在经细除尘、除湿后，进入导气管等预处理设施，最后进入测量分析仪。
多为干基，也有湿基。
专用分析仪，运行稳定，每台分析仪可测量多种成分，技术相对简单、成熟，易操作，易维护，成本较低
直接抽取测量，所测数值反映真实值
无法从头用标气标定，因为取样流量太大（典型值2L/MIN）
存在不同气体的交叉干扰
干基测量时，脱水环节会引起溶水损失，导致误差
在国外烟尘浓度很低，可连续工作3各月左右，在国内仅能连续工作2周左右
用于除尘效果好的场合。
20%
成本较低
3、稀释法
用稀释气体在探头内与烟气按一定比例进行稀释混合，稀释后烟气进入连续监测系统进行测定。
采样流量小减轻了尘和水的预处理要求样气正压传输，不怕管道微小泄露可以实现从头标定，标气耗量小采用单分析仪测量，没有交叉干扰，湿基测量。
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
在国外绝大多数采用这种方法，在国内大量长期稳定运行，维护量极小。
适用于各种场合。
75%
成本高
所以，我们在技术选型时，初步选定为完全抽取法和稀释法两种。
而根据北京雪迪龙提供的资料，两者存在以下区别：
序号
项目
完全抽取加热法
稀释法
1
仪器精度
±1%FS
（0-500ppm）
±2%FS（0-1ppm）
实际：
0-500ppm±2%FS
2
响应时间
30s-1min
根据取样管长度
30s-1min
根据取样管长度
3
稳定性
零点漂移：
±2%FS/年
量程漂移：
±2%FS/年
零点漂移：
±2%FS/天
量程漂移：
±2%FS/天
4
使用环境温度
0-45℃
15-35℃
5
仪器等级
工业型仪器，适合有腐蚀性气体、含尘、强振动、电磁干扰下使用
使用环境温度：
0-45℃
实验室仪器，要求环境条件较好
使用环境温度：
15-35℃
6
仪器显示和控制信号输出
仪器直接显示干基下的气体的各种成份
由分析仪直接输出气体成份4-20mA信号
输出信号直接参与控制
仪器显示湿基下的被稀释的气体成份，要求根据稀释比在计算机或控制器中算出各种气体组份，并用湿度仪传来的信号，通过计算扣除水份。
通过计算机和控制器，通过D/A转换器输出4-20mA气体成份信号
不太适合参与控制
7
仪器系统误差
仪器在除水时SO2有少量的损失产生的误差（一般≤2%）可通过在探头端标定找出损失量，做为参考值，产生的负误差
一拖二不会产生系统误差
由于稀释比不稳定产生系统误差
标定气体是干基，样气是湿基（含20-30%水和其它成份），标定会产生较大的误差
标定气和样气的压力不同产生的误差
用变动的样气含水量做为定值参数进行计算带来误差
一拖二由于稀释探头稀释比不一样，产生很大的误差
稀释气如含有1ppmSO2，产生
100ppmSO2正误差
8
国外厂家和
使用地区
西门子公司
ABB公司
罗斯蒙特（欧洲厂）
横河
崛场
岛津
欧洲80%
日本95%
韩国95%
台湾80%
中国2000年前40%
2000年后80%
KVB公司
热电子公司
大西比公司
莫尼特尔公司
美国80%
中国2000年前60%
2000年后20%
9
仪器的使用和维护
⏹仪器标定简单，直接可进行一点、二点、三点标定，仪器漂移±2%FS/年，可半年以上做一次标定，日常使用可用空气自动标定，无需标准气
⏹整个系统采用成熟传统的技术，一般仪表人员容易掌握，系统的参数：
加热管温度、流量、样气湿度都有保护和报警，系统具有自动诊断功能
⏹采用ppm级仪器，预热时间短，信号大，稳定可靠，仪器维护简单
⏹适合在开车和电收尘不工作时使用，仪器样气气室可拆卸清洗
⏹探头过滤器更换简单，工作量小
⏹采用保温加热管线，管线有温度报警装置，可长期使用（寿命不低于5年）
⏹仪器光源采用低温、低能量红外陶瓷光源，可永久使用，寿命不低于10年
⏹仪器检测器采用微流量传感器，使用寿命10年以上
⏹维护成本低，备品备件便宜230V+10%-15%,48-63Hz
⏹仪器标定复杂，间接，根据稀释探头和仪器的水平决定定期标定时间，需用标准气进行标定
⏹整个系统较复杂，一般的技术人员不易掌握，除CEMS用稀释探头，其它类似烟道气工况的成份分析都没有采用此法
⏹采用ppb级仪器，预热时间长，原始信号小，稳定性差，仪器维护难度较大
⏹不适合开车和电收尘不工作时使用，仪器样气气室不能拆卸清洗
⏹探头过滤器不容易更换，更换耗时
⏹采用多路管线，管线需连续提供干燥洁净空气
⏹仪器光源采用高能量紫外光源，使用寿命2年左右
⏹仪器采用紫外检测器，使用寿命5年
⏹维护成本高，备品备件较贵
10
反吹
用加热空气反吹
有定时反吹和气阻时反吹
探头没有易损部件
用冷空气反吹
只有定时反吹
探头内有易损部件
11
湿度测量
采用测氧计算法，能获得连续的湿度信号
测量方法可靠，无维护量，国家标准HJ/T75-2001A.3.1规定了红外吸收法和测氧计算法两种标准方法
无可靠、合适的连续测量方法，一般用离线测量或标定的结果，做为一常数输入数据处理系统，而水份含量对稀释法测量成份的计算和烟气总排放量的计算至关重要
12
数据处理系统
数据处理系统采用西门子PAS中文版软件，具有数据运算、统计存贮、事件分类处理、数据合理性检查功能，可以删除指定的记录，并有数据远传功能
从表中可以看出，北方雪迪龙已将完全抽取的热管法神化了，但该方法，也确实适合我国生产厂家的高浓度，采样管线差和站房恒温恒湿效果差的工况。
同时，该方法也有个很大的缺点，就是采样系统和预处理系统的维护量大，对油份过高的厂家不适合。
二、采样预处理系统的选择
采样技术
▪稀释采样（稀释探头）
▪热管采样（热管探头）
▪渗透脱水采样（用量很少）
稀释采样探头的原理
热管采样探头的原理
由于采样系统技术含量和价格不高，建议自己制造采样系统。
序号
设备名称
规格型号
单位
单价（自己寻）
1
采样管不锈钢滤芯
CEMS.01-15
个
5层烧结网
2
·
铁氟龙气管
￠6.35*￠4
米
￠9.525*￠6.35
3
加热圈
300W/220V
个
4
不锈钢直通接头
R1/4*￠6.35
个
5
不锈钢三通接头
￠6.35
个
6
加热带
120摄氏度
条
7
"O"圈（采样加热筒）
61.5*3.55
只
8
伴热管（含温度控器）
RDP2Q-J-40
米
9
耐压电磁阀
美国或德国为主
个
10
气动球阀
4M310-08B
个
11
采样箱
个
要求：
如能找到耐压（大于5公斤气压）耐高温（120度）的三通电磁阀，则可省去气动球阀
注：
如果是自己做的话，35米管线内，成本应该不会超过一万五
三、五大部份构成与选型
1、颗粒物监测子系统
1.1、烟尘测量常用技术
固体颗粒物分析方法介绍
Ø激光/红外/可见光透射法—浊度法（红外法受水期的影响比较大）
Ø激光/红外散射法
Ø射线法（用量很少）
Ø电荷感应法法（已经不适于在线监测）
1.2、优缺点比较
根据多年运营经验，在我国用得最多的是激光对穿法和散射法。
因为烟尘的影响因素主要是水气，而现在大多厂家生产的烟尘分析仪都只能测个大概，所以不须选择昂贵的进口产品，在此方案里面，建议选择激光后向散射粉尘仪。
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—50mg/m3
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
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，目前阶段国产设备稳定性不好
与颗粒物颜色相关，数据不稳定。
四种测尘方法的比较
烟尘分析仪，一定要知道运用在什么地方，以下只是个一般性的，水气不大，油烟不高。
生产厂家
名称
型号
单位
报价
备注
北京雪迪龙
测尘仪
MODEL2030
个
35000
耐用
聚光科技
激光粉尘仪
LDM-100
套
4.2
好用
吹扫单元
RB-400AS
宇星科技
后向散射烟尘仪
YX
台
他们成本不高，销售应该在二到三万
好用，能造假值，
注：
所有烟尘监测仪，必须让厂家提供必要的法兰和螺丝等配件。
下图是采用激光后向散射粉尘仪的安装设计图
如果厂方有用布袋除尘，推荐用德国Foedisch的PFM02，价格大概在三万左右。
2、烟气参数测量技术
▪流速---流量
▪氧量
▪温度
▪湿度
▪压力
2.1、烟气流速和烟温的测量
▪主要测量方法
Ø皮托管——差压分析法
Ø热线风速仪
Ø靶式流量计
Ø转子流量计——风杯
Ø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
综合价格和别的厂家常用情况，我们也只要采购S型皮托管、绝压传感器、烟温传感器和差压传感器，即可算出他的流速。
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
Ø堵塞——需要定时反吹
Ø磨损腐蚀——定期更换，一般周期3年
Ø烟道截面积和流场的稳定性很重要
☐1、烟气流速测量系统由S型皮托管、差压变送器、绝压变送器等构成。
用S型皮托管来测量烟道内烟气动压、全压计算烟气流速，结合烟道的截面积即可算出烟气的流量。
☐2、烟气的流速是烟气参数中一个很重要的物理量，其测量精度直接影响污染物排放总量的测量精度。
考虑到排气筒壁对烟气的摩擦，烟气在筒壁处的速度为零，筒壁附近一个区域内烟气流速形成明显的梯度分布，这个区域通常叫边界层。
边界层的厚度与流体的温度和粘度系数、以及排气壁的粗糙度和参数有关，同时流体内部的湍流运动也对边界层形成制约。
无论如何，远离变径管的圆柱筒内烟气的平均流速基本满足轴对称关系。
☐3、烟气流速的测量使用S型皮托管，S型皮托管的结构如下，该皮托管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。
测定时，面向气流的开口测得压力为全压，而背向气流方向的开口测得的压力小于静压。
如上图制作的皮托管，其修正系数为Kp为0.84±0.001。
S型皮托管的测压开口较大，不易被颗粒物堵塞，便于在烟囱中使用。
☐皮托管两管的差压由微差压传感器测得，将模拟量转换为数字量后，按下式计算流速：
Vs=Kp（2Pd/ρ）1/2
Vs—烟气的气体流速
Pd—排气动压
ρ—烟气密度
Kp—皮托管系数
☐烟气标干流量和压力测量：
计算出烟气的流速后，再根据烟囱的截面积、温度、静压、湿度计算出烟气的标干流量。
压力由精密绝压传感器测得，经变送器、模数转换后，计算出烟气的压力。
测温度常用技术
▪热电偶法
应用于高温场合—1800度
▪热电阻法
铂电极法---应用于中温场合--800度
铜电极法---应用于低温场合---150度
▪红外线测温法
价格贵，一般较少采用
高于600℃，就不能选热电阻的了，需选热电偶的，所以需要特制，这个在现场参数调查的时候一定要注意。
注：
WZPJ型一体化温度传感器设备具有线性化器，将由于温度变化而引起色热电阻阻值的变化转换成与温度成线性关系的4～20mA直流电流输出。
铂热电阻的电阻－温度的关系如下：
对于0℃～850℃的温度范围
R（t）=R（0℃）（1+At+Bt2）
式中：
R（t）——在温度为t时铂热电阻的电阻值，Ω；
A—常数，其值为3.9083×10－3℃－1；
B—常数，其值为－5.775×10－7℃－2；
由于铂电阻的阻值与温度的函数关系好，通过硬件与软件的补偿可以实现温度的高精度测量。
铂电阻用特殊的防腐材料加于保护，使用寿命长，精度高。
☐说明：
1、上面的0℃～850℃的温度范围是指铂热电阻温度测量范围。
温度传感器的测量范围为-50℃～350℃。
2、现在公司又采购了另外一种温度传感器，它的测量范围为0℃～350℃。
名称
规格型号
价格
备注
皮托管
S型，视烟囱半径有1米和1.5米等最好用不锈钢或玻璃钢材质的较好
差压传感器
B0300DP3AN401或STK201差压传感器
绝压传感器
SBP800A5BINO
PT100温度传感器
WZPJ型一体化温度传感器
电源、箱体
自己设计
如果是按我上面提供的算法，找到相关的传感器后，可以自己集成，也就解决了温度、流速和压力的监测因子，成本可控在几千内。
2.2测氧量常用技术
测氧在先分析仪时已经选好，以下就原理重点说明一下：
▪电化学原理法—氧化镐法、电解原电池法
▪电化学传感器法
▪顺磁法/磁气法--磁风法、磁压力法、磁力机械
氧化锆测氧含量
▪当氧化镐被加热时，由于氧离子在氧化镐晶体结构中的迁移作用，使氧化镐晶体变成导电体，烟气中氧浓度的不同使这种迁移作用产生的电流不同，会产生电压差，换算出氧含量，一般做成管装。
分直插式和抽取式
电解原电池法测氧
氧分子在碱性原电池（电解质）中，在一定的条件下（电解质温度、电导率恒定，气样的流量、温度恒定），氧化还原作用产生的原电池电流的大小与氧浓度成正比
☐氧传感器根据燃料电池的原理进行操作
☐氧在阴极和电解液的边界层处转换；
☐引起的电流是与氧浓度成比例的
2.3、测湿度常用技术
▪红外吸收法
利用红外吸收特征光谱
▪干基湿基氧测量计算法
▪电容法
根据经验，如果客户没有测含氧量的，我们就在网上找个电容法的测湿度仪配给客户，但，如果之前有干基测含氧量的，我就就选择加一套北京首钢湿氧分析仪和上海昶艾湿氧分析仪。
分析仪的测量方法：
都是氧化锆法。
测量烟气中的氧，这就是大家通常说的湿法测氧。
测湿度的方法：
☐
干湿氧法：
计算公式：
☐高温湿度法（广域比湿度传感器法）
测的是水蒸气分压值，与湿度值近似相等。
3、气体分析仪的选型
一套CEMS的好坏，关键在分析仪，而分析仪因价格不等，其分析方法也尽所不同，但一台好的分析仪，必须是重现性好，测量精确，使用寿命长和易于操作。
▪主要气态污染物分析方法
3.1、紫外荧光法SO2、化学发光法NOX---稀释
稀释法所用分析仪称为通用分析仪---主要用于大气环境分析（湿基测量）
但也有一些厂家是采用稀释法，但用的分析仪却是紫外差分法。
如聚光科技
仪器：
分光光谱气体分析仪
型号：
OMA-2000
生产厂家：
FPI
测量原理：
差分光学吸收光谱技术
注：
此分析仪必须配套稀释的采样系统来使用，有一定的局限性。
但据说他们也有那种热管法专用的分析仪，至于价格和能否适用，需待进一步了解。
3.2、红外非色散分析法、紫外非色散分析法、气体自相关滤光片、差分光谱分析技术、电化学传感器分析法、催化化学差热测量技术、激光/红外光声光谱测量技术----热管。
气体分析方法的相关应用
热管法分析仪称为专用分析仪---有高温和低温分析仪之分（对应干基测量和湿基测量）---现在常用的是低温分析仪，就我所接触的分析仪,实践中用得比较好和价格不太贵的分析仪推荐如下:
德国Dr.FoedischAGHangzhouRep.Office
仪器：
多组份气体分析仪
型号：
MGA-09
生产厂家：
德国Dr.Foedisch
测量原理：
SO2/NO/CO/CO2：
红外吸收；O2：
电化学
注：
该类分析仪功能强大，我曾到过德国专门学习，现在09系列集成了水气在分析仪内监测，并对监测进行补偿，也更适应我国国情。
首先推荐，如日后量大，建议向其采购零件，我能组装。
北京凯尔用的是
仪器：
SO2/No/O2/HCL多组份气体分析仪
型号：
MGA-3000
生产厂家：
英国ADC
测量原理：
SO2/NO/HCL：
红外吸收；O2：
顺磁法
注：
O2是顺磁法，是相当准确的，一般不用于在线监测，而用于过程监控，可取消，用电化学法。
北京雪迪龙SDL
仪器：
SO2/NOx/O2分析仪
型号：
MODEL1080
生产厂家：
SDL（自产）
测量原理：
SO2/NO/HCL：
红外吸收；O2：
电化学
此外，青岛佳明自产的JMUV-2005A系列气体分析仪和日本电机的ZRE型分析也很不错，都是多组分监测，价格也不算太贵。
3.3、预处理和系统设计
CEMS整体系统安装示意图
预处理的基本思路
预处理目的是除尘脱水，而脱水是关键。
现在一般用于脱水的主要有：
电子致冷器和压缩制冷来脱水。
一般为了系统稳定和脱水效果好的话，都采用压缩制冷来脱水。
压缩制冷器市面上也很多，建议用国外的产品为好。
根据下图气路设计，我们还要配备如下配件：
名称
型号规格
参考价格
供应商
标气
NOSO2混合标气
铁氟龙气管
￠6.35*￠4
￠9.525*￠6.35
NOx转换器
UR-102-05
标定电磁阀
VT307
200
切换电磁阀
VX-3334K-03-5G-B
蠕动泵
102R/D（含接头）
干燥过滤器
100-12-BX
100-12-DX
小过滤管
9900-05-BX
4、控制系统
CEMS要实现智能校准或反控功能，就必须用程序来控制电磁阀来实现气路的转变。
建议用PLC配以程序实现。
点位接入基本要求：
至少八组模拟量输入
输出控制点位要求：
至少四组开关量输出
程序可发挥公司优势，自己编写。
建议此项工作交给程序工程师主力完成。
5、数据采集、处理、系统软件
在CEMS系统中数据采集、处理、系统软件是非常重要的组成部分，目前CEMS系统软件大体分类：
1、根据HJ75-2007、HJ76-2007标准，采用自主开发的系统软件，如我们公司，青岛佳明等，和国外一些CEMS系统集成商。
2、采用专门为CEMS开发的组态软件，CEMS系统集成商不开发软件，而是使用开发好的软件。
可尽量配合公司现有的监控平台来修改为工控机软件。
最好用SQL和组态。
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