烟气排放连续监测系统技术方案.docx
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烟气排放连续监测系统技术方案
烟气排放连续监测系统技术方案
1系统概述
1.1简介
本公司研制生产的TGH-YX型光电式烟气排放连续监测系统（CEMS）是实施大气固定污染源排放污染物总量监测的连续在线监测系统。
主要用于对工业锅炉、电厂锅炉、工业窑炉等污染源烟道气中颗粒物、SO2、NOx等污染物动态连续监测，同时测量烟气流速、含氧量、烟气压力、烟气温度、烟气湿度等，自动记录污染物排放总量和排放时间，并可通过PSTN、GPRS、CDMA等通讯手段将监测数据传送到管理部门，实现对污染源排放的远程实时监控。
本系统的各项技术指标均满足国家环境保护总局《固定污染源排放烟气连续监测技术规范》（HJ/T75-2007）和《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》（HJ/T76-2007）的要求，以及《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》（HJ/T212－2005）的要求。
具有易操作、易扩充、高准确性、高可靠性及低维护等特点。
1.2TGH-YX型光电式烟气排放连续监测系统（CEMS）组成：
1.2.1颗粒物测量子系统
①颗粒物浓度传感器
②颗粒物浓度计算单元（二次仪表）
③空气净化系统或空气吹扫系统
1.2.2气态污染物测量子系统（包括含氧量）
①采样探头
②烟气预处理单元
③气体控制单元
④校准用标准气
⑤SO2、NOX、O2分析仪
⑥气源系统（反吹单元、零气单元）
⑦伴热管线
1.2.3烟气参数测量子系统
①烟气流速传感器
②烟气压力变送器
③烟气温度变送器
④烟气湿度变送器
1.2.4数据采集和处理系统
①工控机
②显示器
③A/D采集卡
④I/O卡
⑤软件
1.2.5远程通讯系统
①GPRS模块
②软件
系统示意图
1.3TGH—YX型光电式烟气排放连续监测系统（CEMS）结构示意图
数据采集与控制
显示
污染源监控网络系统
数据处理系统
GPRS/CDMA
CDMA
工控机
通讯模块
1.4系统主要技术指标
项目
技术指标
颗粒物
量程
可选0-300；0-1000；0-2000；0-3000；0-20000mg/m3
准确度
浓度≤50mg/m3时，误差不超过15mg/m3；
50mg/m3＜浓度≤100mg/m3时，相对误差不超过±25%；
100mg/m3＜浓度≤200mg/m3时，相对误差不超过±20%；
浓度＞200mg/m3时，相对误差不超过±15%
零点漂移
不超过±2%FS
跨度漂移
不超过±2%FS
相关系数
≥0.85
气态污染物
量程
SO2：
0-1430mg/m3（500ppm），0-7150mg/m3（2500ppm）；
NOx：
0-670mg/m3（500ppm），0-3350mg/m3（2500ppm）；
准确度
浓度≤20ppm时，绝对误差不超过±6ppm；
20ppm＜浓度≤250ppm时，相对误差不超过±20%；
浓度＞250ppm时，相对准确度不超过15%
零点漂移
不超过±1.5%FS
跨度漂移
不超过±1.5%FS
线性误差
不超过±2%
响应时间
≤90s
流速
量程
0－30m/s
相对误差
流速大于10m/s时，不超过±10%
流速小于等于10m/s时，不超过±12%
温度
量程
0～300℃
绝对误差
不超过±3℃
氧量
量程
0－25％
相对准确度
≤15％
湿度
量程
0－40Vol％
相对准确度
相对误差不超过±20％
电源
AC220V；AC380V
整机功耗
2500W
2.颗粒物测量子系统
2.1工作原理
根据朗伯—比尔定律，采用不透明度测试原理或者光散射原理，即单色平行光束I0，通过烟气时，其光强因烟气中颗粒物对光的吸收和散射作用而减弱，其规律满足I=I0e-αcl，其中：
a---衰减系数或吸收系数；l---光经过介质的距离；c---介质的浓度；I0---入射光强；I---出射光强/散射光强。
对于具体的测量环境及光波特性，α,l为常数，故C只与I/I0有关。
颗粒物测量子系统主要包括颗粒物浓度传感器和计算单元（二次仪表）。
颗粒物浓度传感器光学结构示意图
2.2仪器组件
2.2.1．颗粒物浓度传感器单元
颗粒物浓度传感器由发射/接收单元和反射单元两部分组成。
用于传输及接收测量光束的光学和电子模块，同心安装在烟道两侧。
采用双光程设计，将发射/接收单元和反射单元分别安装在烟道两侧，经过准直对光，发射单元发出的光经烟气后，由反射单元返回，被接收单元接收，（对于散射原理的系统，接收单元接收的是经过颗粒物散射后的光信号，而没有反射单元。
）进入光探测器，转变为电信号经放大器放大后输出到数据采集、处理器进行计算。
反射单元发射/接收单元
2.2.2．计算单元（二次仪表）
由用于测量值计算和信号输入/输出的电子器件、显示测量变量的LED背光液晶和控制按钮组成。
计算单元通常安装在仪器间的分析机柜内，也可以根据情况安装在工控机内部。
2.2.3．安装法兰（2个）
用来在烟道上安装发射/接收单元和反射单元。
2.2.4．空气吹扫系统
用来提供保护空气，防止烟道内烟气污染光学镜片。
2.3主要特点
1.采用半导体激光或LED光源，稳定度高，光束集中，使用寿命长
2.双光程测定，测量灵敏度高
3.定期校正零点、量程
4.维修简便，维护工作量小
5.适应性广、运行费用低
2.4技术参数
2.4.1．环境条件
烟道气温度：
＜300℃；
烟道气压力：
±5000Pa；
环境温度：
-20～45℃（传感器）、5～35℃（二次仪表）；
环境湿度：
＜90%
电源：
AC220V±10%50Hz，5A
2.4.2．技术指标
项目
指标
响应时间
＜10s
测量浓度范围
0～300，0～1000，0～2000，0～3000，0～20000mg/m3可选
检测光程距离
<10m（二法兰间距离）
消光度测量范围
0～0.09；0～0.18；0～0.45；0～0.99；0～1.8
零点漂移
±2％FS（24h）
跨度漂移
±2％FS（24h）
准确度
浓度≤50mg/m3时，误差不超过15mg/m3；
50mg/m3＜浓度≤100mg/m3时，相对误差不超过±25%；
100mg/m3＜浓度≤200mg/m3时，相对误差不超过±20%；
浓度＞200mg/m3时，相对误差不超过±15%
相关性
≧0.85
输出信号
4～20mA
结构
铝合金壳体全密封型
功率
30W
光源寿命
大于10000小时
整机寿命
5年
重量
主机：
10kg副机：
3.3kg
尺寸
主机：
450×220×220mm副机：
140×190×150mm
2.5颗粒物浓度传感器的安装、调试
2.5.1．安装条件
①安装、调试要求在污染源停止排放（无烟气）时进行，最佳时间为锅炉安装完毕烘炉后（72小时）后进行，有利于仪器的初始信号值达到仪器规定范围，并根据初始信号值确定系统的调零值；
②传感器安装位置位于所有颗粒物控制设备下游；二次仪表安装在仪器间分析机柜内；（见附录3、4）
③仪器所在监测位置应没有水滴和水雾；
④烟道振幅应小于2mm，安装点最小振动不大于1g（重力加速度）的加速度。
如果振动过大，必须安装必要的减震措施。
⑤安装位置易于接近，有足够的空间（不小于1m2），便于日常维护，并要确保维护人员安全；
警告空间不足或不易接近会导致操作困难，甚至从高空坠落！
⑥传感器一般安装在除尘器和引风机之间的烟道负压处，主、副机分别安装在烟道两侧。
如果安装在引风机后的烟道上，需安装空气吹扫系统。
焊接安装法兰处烟道钢板厚度应不小于6mm，不足应加厚，非金属烟道应安装钢板。
2.5.2.安装位置的选择
①优先选择在烟道垂直管段和烟道负压区域，应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位,安装位置应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于4倍直径，和距上述部件上游方向不小于2倍直径处。
对矩形烟道，其当量直径D=2AB/（A+B），式中A、B为边长。
②当安装位置不能满足上述要求时，应该尽可能选择气流稳定的断面，但是安装位置气流上游的直管段的长度必须大于气流下游的直管段的长度。
2.5.⒊颗粒物浓度传感器的安装
①在地面平整位置上焊接法兰和短管，短管和法兰必须互相垂直（注：
其它法兰焊接要求相同）。
警告焊接电弧对人眼有伤害，不要直接目视！
注意防止烧伤。
②焊接好的主、副机的法兰短管进一步焊接在安装位置的烟道两侧的钢板上，两短管轴线保证同心，两法兰盘端面必须垂直于地面，并尽量保证相互平行。
焊接后焊面要求光洁，无漏气现象。
法兰焊接部位用与仪器相近颜色的自喷漆喷涂防护，以免雨淋生锈。
小心涂漆防护不到位将会导致部件寿命减短。
注意不同心将会导致信号光束不能被反射到接收器上。
具体要求：
（1）短管焊接到烟道时突出烟道内壁20mm（钢板烟道）。
（2）两短管必须同轴。
（3）法兰盘四个螺孔位置不得歪扭，法兰盘上端两孔连线水平。
③钢板烟道壁厚应大于6mm，钢板厚度尺寸不足时采取加厚钢板措施。
④在法兰盘与颗粒物浓度传感器主、副机之间垫专用石棉垫，用M8×50的螺栓将颗粒物浓度传感器固定在对应的法兰盘上，仪器的进风口必须向下。
正压区安装时，需接空气吹扫系统
⑤传感器的防护罩与固定前板安装到位，牢固、平稳，不得倾斜、歪扭。
注意安装不正确或不牢固将会导致防风雨性能下降而减短仪器寿命，或者导致防护罩从高空坠落伤人！
⑥将七芯（信号1）、四芯（信号2）、三芯（电源）电缆依次安装到位、拧紧，另一端接入配电箱后再接入二次仪表。
三条电缆在固定防护罩的橡胶拉手上缠绕两、三圈，使其不承受电缆的拉力和重力。
注意注意三条电缆不得靠近烟道！
否则高温或者振动磨损会导致漏电！
⑦传感器插座属性
Ø浓度传感器3芯插座属性：
①AC220V---L；②AC220V---N；③FG
Ø浓度传感器4芯插座属性：
①GND；②+12V；③-12V；④流速信号
Ø浓度传感器7芯插座属性：
①③⑤⑦GND；②IS（信号光）；④IR（参考光）；⑥IV（流速信号）
2.6计算单元的操作
计算单元安装在分析机柜里，机柜位于分析小屋或者仪器间。
计算单元可以同时计算、处理、显示颗粒物浓度传感器和流速传感器的信号。
1.开机进入T（测试）状态，此状态下可显示颗粒物瞬时浓度和瞬时流速。
且当发生信号异常时将在屏上提示“信号异常”。
2.按压T/P键可进入P（标定）状态，此状态下可观察到来自浓度传感器的参考光IR、信号光Is、以及来自流速传感器流速信号值Iv，同时也可观察到其他参数情况，并可通过密码进行参数设置（测量的相关性需与重量法同步对比测试或者使用标准滤光片校准测试、以及皮托管法流速比对测试后确定）。
3.计算单元具有2路4～20mA电流输出（D/A），分别对应颗粒物浓度和烟气流速。
对应量程可以设定，基本出厂设置为：
颗粒物浓度：
0～2000mg/m3；烟气流速：
0～30m/s。
2.7空气吹扫系统
负压区不必要安装。
1.当锅炉房的除尘器和引风机之间的烟道很短，确无满足要求的安装位置时，颗粒物浓度传感器可安装在引风机后正压区，但需增装空气吹扫系统，其应安装于距传感器＜5m的水平基座上，安装位置便于维修、铺设电缆。
2.用耐压2kPa的3根橡皮夹布软管（Φ22mm）将颗粒物浓度传感器主、副机的进风口、以及流速传感器的进风口（对于皮托管流速传感器，其吹扫气源另外提供）与吹扫系统连接，要求软管尽量短，弯曲处少，不能有直角弯，保证联接可靠。
3.空气吹扫系统由专用配电箱供电（AC380V，220V10A），连接方法照图安装（配电箱内贴有电路图）。
电源必须保证与引风机同步运行或长期运行。
注意注意接线正确！
否则会导致产品部件烧毁！
2.8调试
注意必须保证浓度传感器主机、副机安装同心，并尽量保证在锅炉停运24小时以上进行，以保证调试时仪器零点准确。
1.检查浓度传感器、流速传感器、配电箱、二次仪表间连线正确。
2.检查接线无误后，仪器通电，并打开二次仪表，在P（标定）状态下，二次仪表信号光Is、参考光IR、流速信号Iv显示值的含义为：
显示1750，表示17.5mA；显示400，表示4mA；
3.参考光、信号光零位调节：
打开浓度传感器主机盖板，拨动摆使其处于遮住参考光的位置得到参考光零点IR0，在二次仪表上按“标1”键，可设定参考光零点IR0；再使摆处于遮住信号光的位置得到信号光零点IS0，在二次仪表上按“标2”键，可设定信号光零点IS0。
4.颗粒物零点调节：
当设备处于停炉状态，打开浓度传感器主机盖板、侧板,拨动摆使其处于遮住参考光的位置，调整激光器放大电路板的RW2使X3的6和2脚间输出为16mA。
然后按“A设”键，可设定浓度为0时的截距A0（停炉状态，烟道内浓度为0）。
如果设备处于运行状态（不具备停炉条件），可以根据实际烟道的跨距（安装后的主机副机法兰面之间的距离），在光线阴暗、大气干净的环境下（比如夜间）摆放主机副机的模拟工作状态进行调试。
5.颗粒物系数调节：
打开浓度传感器主机的法兰锁扣，在激光出射和烟道间插入反光镜，调整反光镜前的光阑，锁紧法兰锁扣。
拨动摆使其处于遮住参考光的位置，调整反光镜前的光阑，使激光器放大电路板的X3的6和2脚间输出16mA，再在反光镜和激光出射间加入相当于20%－80%量程的滤光片，锁紧法兰锁扣。
根据滤光片上标称的标准透射系数t,按照t2=（Is－4）/（16－4）的关系得到Is，并与系统测得的Is比对，转换为浓度值C的比对,求出系统的斜率修正系数K值，K＝Cs/Cc,其中Cs为计算浓度，Cc为仪器测量显示浓度。
并进行K值的设定。
（测量的相关性需与重量法同步对比测试后进行校核验证）
3气态污染物测量子系统
3.1工作原理
采用加热式（≥120℃）直接抽取方式，烟气经采样探头内置过滤器过滤，通过电伴热（120℃）取样管线输送至烟气预处理单元除水、冷却，经流量调节，进入气态污染物分析仪。
采用非分散红外分析法测量SO2、NOX，电化学法分析含氧量，结果以4～20mA方式输出至数据采集处理系统。
3.2系统构成
1．加热式采样探头，包括：
不锈钢取样管、取样探头、过滤器、温控器、电加热器、安装法兰
2.电伴热采样复合管线
3.烟气预处理单元，包括防腐电磁阀、冷却除水器、过滤器、流量调节器等
4.气体控制单元
5.校准系统（标准气、零气）
6.反吹单元，包括气源系统、电磁阀、过滤器、压力调节阀等
7.气态污染物分析仪，包括过滤器、SO2、NOX、O2分析模块
3.3主要特点
1.采样探头所有与烟气接触的部分均采用耐热、耐腐蚀的特种不锈钢、聚四氟乙烯等材料制成
2.采用加热式直接采样并伴热传送，避免烟气结露，测量更具有代表性
3.校准气通入的路线经过探头过滤器和采样管线后再进入分析仪系统，避免了管路损耗和漏气的影响，测量更加准确客观
4.定期高压气反吹，保证采样管路通畅
5.可同时分析SO2、NOX、O2等多个组份
6.操作简单、运行方便
7.多路4～20mA模拟输出及继电器接点输出
8.自动标定、故障自诊断
9.响应快，实时性好
3.4技术参数
3.4.1.环境条件
烟道气温度：
＜300℃；
烟道气压力：
±3000Pa；
环境温度：
5～45℃；
环境湿度：
＜90% RH
电源：
AC220V±10%50Hz
3.4.2.技术指标
项目
单位
指标
探头加热温度
℃
120～180
样气流量
L/min
3～5
取样管线伴热温度
℃
120
系统预热时间
分钟
30
SO2、NOX测量范围
ppm
0～500；0－2500
O2测量范围
0～21%
重复性
≤1%
线性误差
≤1％FS
系统响应时间
S
T90≤120
分析仪表流量
L/min
1.2～1.5
3.5安装
3.5.1.一般要求
1采样探头安装在烟道气态污染物混合均匀、烟气流速大于5m/s的位置，该处测得的SO2、NOX等气态污染物浓度能代表污染源的排放。
2烟道振幅应小于2mm，安装点最小振动不大于1g（重力加速度）的加速度。
如果振动过大，必须安装必要的减震措施。
3分析机柜应放置在专用分析小屋或者仪表间内，备有空调、换气扇等。
（见附录4）
4采样探头安装位置易于接近，有足够的空间（不小于1m2），便于日常维护，并要确保维护人员安全。
警告空间不足或不易接近会导致操作困难，甚至从高空坠落！
3.5.2.安装位置
●优先选择垂直管段和烟道负压区域。
●采样探头设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于2倍烟道直径，以及距上述部件上游方向不小于半倍烟道或管道直径处。
●对于矩形烟道，其当量直径D=2AB/（A+B），其中A、B为矩形边长。
●如果不能满足上述条件，尽量安装在气流稳定的断面，并保证安装点上游直管段长大于下游直管段长。
3.5.3.采样探头的安装
选择好取样点后，需按工程设计图纸要求，搭建工作平台并做好探头的开孔，焊好短管和法兰盘。
1.采样探头如果安装在水平烟道顶部，直接将法兰短管焊接在烟道上；如果安装在水平烟道侧面或竖直烟道上，短管应稍向烟道内下倾斜（＞5°）。
小心倾斜角度错误会导致腐蚀性物质沉积而缩短部件寿命！
2.将采样管接头处缠生料带，安装拧接在采样探头连接法兰内的接口处。
3.在采样探头法兰盘与焊接在烟道上的法兰盘之间垫专用石棉垫，用螺栓固定。
4.采样探头接入AC220V 50HZ电源，并将温控器输出的4～20mA信号引入分析机柜。
5.加热输送管线采取下垂走向布置，避免水平走向。
从采样探头测量点开始一直敷设到分析仪表间，向下倾斜度大于5°。
小心倾斜角度错误会导致腐蚀性物质沉积而缩短部件寿命！
6.在采样探头一端，加热输送管线通过固定卡子连接到探头的支架上，气管连接到探头的对应接口上，伴热线使用终端封闭。
3.5.4.系统机柜安装要求
1.位置选择原则为“就近原则”，系统机柜应尽量靠近采样探头位置，采样探头的加热输送管线应尽量短（一般不超过50米为宜）
2.仪器间面积10～12平方米，提供AC380V、220V/50HZ，功率为每套系统5KW的电源。
通风照明良好。
温度达到23℃±6℃（装有空调）。
安装地面平整，前、后、左、右距墙壁距离不小于1.2米。
小心环境温度不能得到保证会导致仪器不能正常工作！
3.进入仪器间的加热输送管线通过限流器（见附录2）接到配电箱的电源接线盒，气管接到机柜的对应接口上。
（也可以采用供电从采样探头一端接入的方法，但是要注意防雨措施的实施。
）
4.经过分析机柜除湿分析气体后的排空管线仍保持下垂倾斜度大于5°的走向。
排空管线在导出室外时更应如此，并且对室外排空管线部分（尽量短）作防冻堵塞的保护。
小心北方严寒季节导致排空管线冻结堵塞会损毁仪器间内的系统管路！
5.如用户能提供仪表用空气，可不装气源柜。
6.安装好校准气瓶并放置到相应位置。
3.6启动准备
1.检查系统成套装置的完整性。
将各部件安装好后检查系统的气路、电路连接正确与否。
分系统进行通电、通气调试。
2.系统预热：
采样探头、伴热管线通电加热，至设定温度方可开启机柜电源。
3.分析仪表预热：
分析仪通电经5分钟预热进行一次零点标定后进入测量画面，经半小时后再按分析仪面板上“CAL”键手动进行一次零点标定。
3.7调试
调试分段进行。
包括除水器参数设定、蠕动泵安装调试、气源柜压力设定、采样探头参数调试、整机气路调试、分析仪调试、与全系统校正。
3.7.1除水器参数设定
小心①仪器在运输时不准倾斜超过45°；②仪器停机后，必须过3分钟才能重新开机，切不可重复开停。
①指标：
制冷露点温度设定为5℃，上限报警温度设定为10℃；
②制冷露点温度设定方法：
点触“
”键，绿色数闪，出现设置温度，按“
”或“
”键将显示值设置为5℃，点触“
”键恢复到冷腔实际温度显示；
③报警及其他参数设定方法：
按“
”键三秒，然后按一下右移一位，按“
”或“
”、“
”键按下表设定，点触“
”键恢复到冷腔实际温度显示；
PV：
测量值
SV：
设定值
AT：
自整定指示灯
OUT：
控制输出指示灯
AL1：
上限报警输出指示灯
AL21：
下限报警输出指示灯
SET：
功能键
＜：
移位键
∨：
减数键
∧：
加数键
除水器温控仪显示面板
符号
名称
设定范围
说明
出厂设定
SU
主回路
全量程
主回路设定值
5
RL2
上限报警
全量程
第二报警设定值
10
SC
传感器修正
15℃
传感器修正设定值
0
P
比例
0-100
比例设定值
10
I
积分时间
0-1200秒
解除比例控制产生的静差
120
D
微分时间
0-1200秒
防止输出的波动，提高控制的稳定性
30
T
比例周期
0-100秒
控制输出周期设定
20
LOC
参数锁
0000-0002秒
“0000”为参数锁开，“0001”为自整定关，“0002”为所有参数屏蔽
0
Rt
自整定
ON/OFF
实现自整定功能的开启和关闭
OFF
3.7.2蠕动泵安装调试
1.按转子顺时针转动方向，给蠕动泵接AC220V电源。
2.软管的安装方法：
打开电源，转子开始转动时，将软管沿顺时针方向先放入一个夹子内，剩余的管子沿着转动方向让转子带进泵内，让转子带动泵管转动数圈，让泵管得到自由延展，最后将另一个夹子固定好。
3.用水检查入口能否吸入流体并从出口排出。
4.
注意在高湿度工况环境条件下妥善收集排出水并定期清理！
电机接线要注意方向，使转子保持顺时针转动，这样可大大降低管子的磨损。
5.
注意接线错误导致转子反转会形成水的聚集从而影响除水器工作！
泵内磨擦部位可涂少许硅油，可进一步减少泵磨损。
3.7.3气源柜压力设定
①.压力开关压力调整（参照下图）：
1接通电源，按照以下操作调整工作压力范围为（0.4～0.6MPa）。
2设定压力高低之调整：
将压力调整螺钉①右旋，则设定压力升高，反之则设定压力降低。
3压差之调整：
将压差调整螺丝②右旋，则电源切断的压差幅提高，反之则差幅缩小。
4①②调整螺丝互有关联，调整时要注意。
5按照设计的压力差，检查马达循环启动动作是否正常。
②.释气阀检查
压力达到设定压力（例如：
0.6MPa）时，压力开关会切断电源，此时释气阀应有几秒钟释气，将排气铜管内的气压释放。
③.气密性检验
⑴压力大于0.1MPa时自动排水器应无泄漏现象。
⑵将气源柜空气出口封堵，接通电源，压力达到设定压力（例如：
0.6MPa），关闭电源，半小时内压
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