污染源在线监控技术湖南省.docx
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污染源在线监控技术湖南省
污染源在线监控技术
培训资料
湖南省国家环境监理信息系统
及污染源在线监控技术培训班
二○○二年十一月
目
录
烟气污染源在线监控技术
第一章烟气连续排放监测系统概述
1．CEMS的概念
2．CEMS的组成和描述
3．CEMS的分类和测试技术
4．CEMS主要技术要求
5．CEMS安装和测量位置
6．参比方法采样位置和采样点
7．CEMS检测质量保证
第二章烟气连续排放监测系统采用的测量技术
1．烟尘浓度测量技术
2．气态污染物测量技术
3．烟气参数测量技术
第三章国内烟气连续排放监测系统介绍
1．国内CEMS仪器生产和销售情况
2．典型CEMS仪器介绍
3．CEMS仪器的运行与维护
4．CEMS发展趋势
１
废水污染源在线监控技术
第四章废水在线监测系统概述
1．国家环境监理信息系统工作原理
2．废水在线监测系统描述
3．废水在线监测系统功能
4．废水在线监测系统应用软件
5．废水在线监测系统监测设备
第五章废水在线自动监测系统采用的测量技术
1．智能环境监理适配器
2．数据采集器（黑匣子）
3．流量计
4．COD在线监测仪
5．PH计
第六章国内废水在线监测仪器介绍
1．国内废水在线监测仪器设备
2．在线监测设备的校准与维护
２
烟气污染源在线监控技术/何煌辉
第一章烟气连续排放监测系统概述
随着我国环境管理制度的不断完善，我国的环境管理已从浓度控制转向总量，相应的在
排放标准、排污收费、排污许可证、环境影响评价等重要管理制度上已逐步从对污染物排放
浓度的限制转向对污染物排放总量的控制。
在管理制度转变中一个亟待解决突出的问题是作
为管理监督手段的排放监测系统必须迅速建立适合总量控制要求的体系。
过去我国的污染物排放监测主要是以污染物浓度为主的监测，监测频次低，大部份污染
源的排放是根据估算，随意性很大。
这种情况极大地影响了排污许可证制度、排污收费等管
理制度的实施。
同时，由于污染源排放的基础数据是环境管理、规划、质量预测等的基础，
不准确的数据极大地影响了我国环境能源及经济发展重大决策的科学性和准确性，急需建立
能够连续测量污染物排放总量的监测系统。
1．CEMS的概念
烟气连续排放监测系统（Continuousemissionmonitoringsystemsforfluegas）简
称CEMS，测定污染源颗粒物和/或气态污染物浓度或排放速率所需的全部设备。
它是由采
样、测试、数据采集和处理三个子系统组成的监测体系。
采样系统：
采集、输送烟气或使烟气与测试系统隔离。
测试系统：
检测污染物，显示物理量或污染物浓度。
数据采集、处理系统：
采集并处理数据，生成图谱、报表，控制生动操作功能。
2．CEMS的组成和描述
烟气CEMS是由颗粒物CEMS和/或气态污染物CEMS（含O2或CO2）、烟气参数测量
子系统、数据采集处理子系统组成（图1）。
通过采样方式和非采样方式，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、烟气含湿量（或输入烟气含湿量）、
烟气含氧量（或二氧化碳含量）；计算烟气污染物排放率、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传输至管理部门。
3．CEMS的分类及测试技术
3.1CEMS的分类
烟气CEMS按测量方式分可分为三类：
抽取式监测系统、现场监测系统和遥测系统。
按测量技术或项目分则主要有如下几个方面：
3.1.1点测量CEMS
在烟道或管道断面某一点上或沿着等于或小于断面直径10%的路径上测量的CEMS。
3.1.2线测量CEMS
在沿着大于烟道或管道断面直径10%的路径上测量的CEMS。
3.1.3不透明度颗粒物CEMS
测量入射光通过含有颗粒物的烟气时，其光强度因颗粒物对光的吸和散射作用而减弱的
百分比的颗粒物CEMS。
3.1.4后向散射颗粒物CEMS
测量入射光所照射烟气中颗粒物对光向后散射光强度的颗粒物CEMS。
3.1.5β射线颗粒物CEMS
测量烟气中颗粒物对β射线吸收的颗粒物CEMS。
3.1.6直接抽取式烟气CEMS
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１
烟气污染源在线监控技术/何煌辉
烟气通过前端填有滤料并具有防止烟气中水份在管路中冷凝的加热、保温装置的采样管
和导气管，整体控温在120～160℃，在烟气进入分析仪前快速除去烟气中的水份，把烟气
温度冷却到≤15℃，或比环境温度低11℃后，再进行测定的CEMS。
颗粒物CEMS
颗粒物测量仪
烟气参数测量子系统
烟气温度变送器温度测量仪
烟气压力变送器压力测量仪
数据采集与控制系统
数
固
定
源
监
控
系
统
烟气流量变送器
烟气湿度变送器
含氧量变送器
二氧化碳变送器
流量测量仪
湿度测量仪
氧测量仪
二氧化碳测量仪
可输入含湿量
据
采
集
与
控
数
据
处
理
与
远
程
通
讯
打
印
显
示
气态污染物CEMS
系
气态污染物采样器
气态污染物分析仪
直接抽气法
制
统
校验标准气体
烟气预处理装置气体控制器
气态污染物采样器气态污染物分析仪
校验标准气体稀释气体
气态污染物测量仪
稀释抽气法
现场监测法
系
统
MODEM
环
保
行
政
主
管
部
门
表示任选一种气体参数测量仪和气态污染CEMS
图1烟气连续排放监测系统示意图
3.1.7稀释抽取式烟气CEMS
烟气通过前端填有滤料的“恒流稀释探头”和导气管，经纯净空气稀释的烟气进入分析
仪进行测量的CEMS。
3.1.8现场烟气CEMS
由直接插入烟道或管道安装在探头前端的电化学或光电传感器或发射一束光穿过烟道或管
道对烟气进行测量的CEMS。
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２
3.2CEMS采用的分析技术
烟气污染源在线监控技术/何煌辉
抽取和现场CEMS分析技术中采用了许多化学的、物理的方法。
如：
先进的光电技术、
气体滤光相关光谱技术、付里叶转换红外光谱技术等，如表1。
表1CEMS应用的分析技术
现场监测系统
抽取式监测系统
气体颗粒物
吸
分光光度技术
光后向散射
收
光
谱
发光
方法
电化
学法
差分吸收技术
气体滤光相关技术
付里叶转换红外技术
荧光（SO2）
化学发光（NOX）
火焰光度（SO2）
极谱法
电位测定法
电解催化法（O2）
顺磁法（O2）
点
测
量
线
测
量
吸收光谱（二阶导数光谱）
电解分析（极谱、电催化）
吸收光谱（差分吸收、气体滤
光相关）
点
测
量
线
测
量
带电离子转移
分子辐射衰减
光散射
光吸收
4．CEMS主要技术要求
4.1外观要求
仪器应有制造计量器具CMC标志和产品铭牌，仪器各部连接可靠，刻度、数字清晰，
仪器外壳或外罩应耐腐蚀、密封性能良好、防尘、防雨。
4.2环境条件
仪器在以下环境中应正常工作。
环境温度：
-10～45℃
相对湿度：
≤90%
大气压：
86～106kPa
烟气温度：
＜260℃
4.3供电电压
AC220V/50Hz
4.4安全要求
仪器应有漏电保护装置，防止人身触电。
4.5校准
仪器应能用手动和/或自动方法进行零点漂移和量程漂移校准，对于气态污染物CEMS
能用手动和自动方法输入标准气体校准仪器。
4.6净化
仪器应具有防止光学镜头、插入烟道或管道探头被烟气污染的净化系统；净化系统能克
服烟气压力，保持光学镜头、插入烟道或管道探头的清洁。
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３
4.7数据采集和处理
烟气污染源在线监控技术/何煌辉
仪器应具有记录、存贮、显示、数据处理、数据输出、打印、故障告警、安全管理和数
据、图文传输功能。
仪器应设置RS232、RS422、RS485中任一种通讯接口。
4.7.1数据采集控制器
4.7.1.1数据采集和控制
由仪器数据的采集和控制功能协调整个系统的时序，记录测定数据和仪器运行状态数
据，根据状态数据诊断仪器运行状态并在测定数据后面给出状态标记（P—电源故障、F—
排放源停运、C—校准、M—维护、O—超排放标准、Md—丢失数据、T—超测量上限、D—
仪器故障，……），当仪器运行不正常时发出告警信息。
当1h监测数据滑动平均值超过排放
标准时，仪器发出超标报警信息。
4.7.1.2数据存贮
仪器数据采集控制器应保证存储一年的原始数据，当存储空间不足保存10天原始数据
时，系统将自动提示告警信息。
4.7.1.3文档管理
仪器应能对数据文档进行保存和备份，能自动生成运行参数报告，数据报告，掉电记录
报告和操作记录报告。
4.7.1.4接口
仪器接口应具有扩展功能，模块化结构设计，可根据使用要求，实现单路或多路配置。
4.7.1.5安全管理
仪器应具有安全管理功能，操作人员需登录密码后，才能进入控制界面，系统对所有的
控制操作均自动记录并入库保存。
4.7.1.6异常情况自动恢复功能
受外界强干扰或偶然意外或掉电后又上电等情况发生时，造成程序中断，系统应能实现
自动启动，自动恢复运行状态并记录出现故障时的时间和恢复运行时的时间。
4.7.2数据处理和数据通讯
4.7.2.1数据通讯
仪器应具有数据通讯功能，周期地采集各个现场数据采集器发来的各种信息，进行处理、
存储，显示告警信息和相应数据。
提供网络接入功能，向有关部门定时传送数据和图表，并
随时接受数据查询。
并时发送时钟命令并校准时钟。
4.7.2.2数据查询和检索
显示仪器现场工作状态，可设置条件查询和显示历史数据，打印告警信息和各种图表，
实时显示污染物排放数据和相关烟气参数。
仪器应每10s获得一个累计平均值，能显示和打
印1min、15min的测试数据，生成小时、日、月报表，报表中应给出最大值、最小值、平
均值、参加统计的样本数。
4.7.2.3丢失数据修复
仪器应具有对丢失数据进行修复的功能。
4.7.2.4污染物浓度和排放率计算
仪器应具有计算污染浓度和排放功能。
4.8排气参数测定与污染物浓度换算和排放率计算
4.8.1排气参数测定
4.8.1.1排气温度的测定
由CEMS配置的热电偶或热电阻温度传感器连续测量。
4.8.1.2排气含湿量的测定
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４
烟气污染源在线监控技术/何煌辉
a．采用冷凝法、干湿球法、重量法中的一种方法测定，取平均值输入CEMS
b．由CEMS配置的电容式湿度传感器连续测量或氧传感器测量除湿前、后氧量计算排
气含湿量。
c．工艺参数估算法。
4.8.1.3排气中O2、CO2的测定
a．由CEMS配置的O2传感器或分散红外CO2检测仪分别连续测量排气中的O2或CO2
含量。
b．按下式计算排气中的O2、CO2含量。
−
O
CO
2
=
CO2max
1
2
4.8.1.4排气密度和气体分子量的计算
20.9/100
按GB/T16157——1996计算排气气密度和气体分子量。
4.8.1.5排气流速、流量的测定
a．测量大气压力：
由CEMS配置的大气压力传感器测出。
b．测量排气流速：
由皮托管连续测量系统、或靶式流量计测定烟道或管道断面某一固
定点的排气流速、或热平衡仪测定某一固定点的排气质量流量、或由超声波测速仪
测定断面排气平均流速。
c．排气流速和流量的计算
皮托管法、或靶式流量计法、热平衡仪法按下式计算烟道或管道断面平均流速：
V=KV
式中：
Kv——速度场系数；
s
vp
Vp——测定断面某一固定点的湿排气平均流速或平均质量流量，m/s或kg/h；
Vs——测定断面的湿排气平均流速，m/s。
超声波测速法按下式计算烟道或管道断面平均流速：
VS
=
l
−
11
2COSαtt
AB
式中：
l——安装在烟道上两侧A（接收/发射器）与B（接收/发射器）间的距离，m；
α——烟道中心线与AB间的距离l的夹角；
tA——声脉冲从A传到B的时间（顺气流方向），s
tB——声脉冲从B传到A的时间（逆气流方向），s。
排气流量的计算
工况下的湿排气流量按下式计算：
Q
s
=3600××
FVs
式中：
Qs——工况下湿排气流量，m3/h；
F——测定断面面积，m2。
标准状态下干排气流量按下式计算：
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273BP
（
sw）
=×
QQ
×a+S×1−
X
sn
s
273
+
ts
101325
式中：
Qsn——标准状态下干排气流量，m3/h；
Ba——大气压力，Pa；
Ps——排气静压，Pa
Ts——排气温度，℃
Xsw——排气中水份含量体积百分比，%
4.1.8.6颗粒物或气态污染物浓度和排放率计算
a.颗粒物或气态污染物浓度按下式计算：
C′=bX+a
式中：
C'——标准状态下干排气中颗粒物或气态污染物浓度，mg/Nm3，
X——CEMS显示的物理量；
b——回归方程斜率；
a——回归方程截距，mg/Nm3。
b.颗粒物或气态污染物折算排放浓度按下式计算：
C=C′×α′
α
式中：
C——折算成过量空气系数为α时的颗粒物或气态污染物排放浓度，mg/Nm3；
C′——颗粒物或气态污染物实测浓度，mg/Nm3；
α′——在测点实测的过量空气系数；
α——有关排放标准中规定的过量空气系数。
c.过量空气系数按下式计算：
α=
21
21−XO
2
式中：
X——排气中氧的体积百分数，%。
O2
d.颗粒物或气态污染物排放率按下式计算：
G=C′×Qns×10−6
式中：
G——颗粒物或气态污染物排放率，kg/h；
Qns——标准状态下干排气量，m3/h。
5．CEMS的安装和测量位置
5.1颗粒物CEMS的安装要求和测量位置
颗粒物CEMS应安装在能反映颗粒物排放状况有代表性的位置丰，具体要求如下：
5.1.1一般要求
a.位于所有控制设备下游；
b.光学原理颗粒物CEMS所在监测位置没有水滴和水雾；
c.便于日常维护，安装位置易于接近，有足够的空间，便于清洗光学镜头、检查和
调整光路准直、检验仪器性能和更换部件。
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5.1.2安装位置
烟气污染源在线监控技术/何煌辉
安装位置优先选择在垂直管段。
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。
5.1.2.1当监测位置在烟道或管道垂直管段上，离弯头下游的距离小于4倍直径时，安装位
置位于弯头下游大于2.5倍直径的地方。
5.1.2.2当监测位置在烟道或管道垂直管段上，离弯头上游的距离小于4倍直径时，安装位
置位于弯头上游大于2.5倍直径的地方。
5.1.2.3当监测位置在烟道或管道垂直管段两弯头之间，离弯头下游的距离小于4倍直径，
离弯头上游的距离小于1倍直径,安装位置位于弯头上游大于3倍直径的地方。
5.1.2.4当监测位置在烟道或管道的水平管段上，安装位置离垂直弯头下游的距离至少4倍
直径，位于烟道或管道底部向上垂直轴的1/3与1/2距离之间的地方。
5.1.2.5当监测位置在烟道或管道的水平管段上，安装位置离垂直弯头下游的距离少4倍直
径，气流在垂直管段向上流动时，位于烟道或管道底部向上垂直轴的1/2与2/3距离之间的
地方；气流在垂直管段向下流动时，位于烟道或管道底部向上垂直轴的1/3与1/2距离之间
的地方。
5.2气态污染物CEMS的安装和测量位置
5.2.1一般要求
a.位于气态污染物混合均匀的位置，该处测得的气态污染物浓度或排放率能代表固
定污染源的排放。
b.便于日常维护，安装位置易于接近，有足够的空间，便于清洗光学镜头、检查和
调整光路准直、检验仪器性能和更换部件。
5.2.2安装位置
5.2.2.1安装位置应设置在距离最近的控制装置、产生污染物和污染物浓度或排放率可能发
生变化部位下游不小于两位直径。
5.2.2.2离排气或控制装置上游不小于半倍直径。
5.2.3测定位置
5.2.3.1点测量CEMS的测定位置
测量点应符合下列条件之一：
a．离烟道或管道壁距离不小于1m。
b．位于或靠近烟道或管道矩心区域。
5.2.3.2线测量CEMS的测定位置
有效性测量线应符合下列条件之一：
a．离烟道或管道1m以外。
b．至少测量线的70%在烟道或管道断面的50%区域内。
c．在矩心区域中心。
5.3流速连续测量系统的安装和测定位置
5.3.1一般要求
安装位置不得影响颗粒颗物和气态污染物CEMS的测量。
5.3.2测定位置
测量点应符合下列条件之一：
a．离烟道或管道壁距离不少于1m。
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７
烟气污染源在线监控技术/何煌辉
b．靠近烟道或管道矩心区域，但不影响CEMS的测量。
6．参比方法采样位置和采样点
采样位置优先选择在垂直管段，应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位。
采样点位置和
数目按GB/T16157-1996设置。
7．CEMS检测质量保证
分为安装时的质量保证、校准时的质量保证和复检时的质量保证三个方面。
上述具体内容请参考HJ/T76——2001国家环保总局《固污染源排放烟气连续监测系统
技术要求及检测方法》
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８
烟气污染源在线监控技术/何煌辉
第二章烟气连续排放监测系统采用的测量技术
1.烟尘浓度测量技术
1.1测量原理
1.1.1不透明度法
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衰减，并遵循
Lambert-Beer定律：
I=I0exp（-aL）
（1）
式中，I0为入射光辐射强度；I为出射光辐射强度；a为与入射光波长、烟尘粒子半径、
烟尘浓度相关的衰减系数；L为光束透过烟气层的距离，即光程。
式
（1）的另一种表达式为：
I=I010-D
（2）
其中，D定义为光密度。
可以看出D值只与入射和出射光强度有关，直接反映了光的
衰减程度。
光密度法就是通过测定光束通过烟气后的光强与原光强的比值来定量光密度或烟
尘浓度。
测定仪主要由激光发射端、激光接收端组成。
激光发射端、激光接收端均为法兰安装形
式，留有反吹气接口、电源及信号线缆连接插座。
1.1.2β射线衰减法
使用等速采样设备对烟气进行等速采样，烟气通过滤带过滤后烟尘积集于样品滤带上，
通过β射线对空白和样品滤带的对比测量，从而得出颗粒物的精确质量。
1.1.3电荷转移监测仪法
任何两种不同的物质在动态状况下会互相之间产生静电荷。
如果颗粒物互相碰撞，电子将从
一种物质传导至另一种物质。
这时，此静电荷会产生微弱电流，这就是我们熟悉的“摩擦生电”
原理。
如果颗粒物只是流经过一种材料（探头），两者之间会形成一种感应电荷：
当流动中带正电
荷的颗粒物接近探头的有效距离时，探针内的电子将被吸引到接近颗粒物的外层。
当此颗粒物流
过探头安装位置后，探针内的电子将被推移至远离颗粒物的另一面。
当颗粒物离开有效感应距离
时，探针内电子将恢复原来的分布状况。
这种电子群的移动现象也能形成一股可被探测到的微弱
电流。
这就是"电荷感应"原理。
电荷法监测设备就是利用探测各烟尘颗粒物与探针之间所产生的静电荷，经过放大分析和处
理，转换成一种电子信号并传送进监测系统。
利用“摩擦生电”原理来获取信号的烟尘排放监测设
备称为“直流耦合”技术；利用“电荷感应”原理来获取信号的烟尘排放监测设备称为“交流耦合”技
术。
烟尘颗粒物排放量与“交流耦合”技术监测探头感应信号具有线性关系。
1.2颗粒物CEMS各种测量方法比较
常用的颗粒物CEMS主要有：
不透明度、向后散射、β射线吸收原理的CEMS。
颗粒
物CEMS的性能比较如表1。
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９
原理
不透明度
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表1颗粒物CEMS性能比较
后散射β射线（国外）β射线（国内）
方式
波长
光源或辐射源
灵敏度
线测量非抽取式
400～700mn
几万小时
30mg/m3
点测量非抽取式
≈880mn
几万小时
高
点测量抽取式
—
C145000年
高
点测量非抽取式
—
2年
高
干扰
安装
粒径、分布、颜色、水雾滴
较易易
较易
易
应用
1.2.1不透明度CEMS
建立专一经验关系式
特点：
直接测量（非抽取式）、实时连续采样、经几个国家认定机构认定、测量整个
烟道（园形）、国外有仪器标准。
不足：
测量不直接与颗粒物质量浓度成正比、要求发射源与接收器/反射器严格成一条
线、对低于30mg/m3的颗粒物浓度的灵敏度低。
影响：
颗粒物的颜色、粒径的大小、颗粒物的分布、烟气中的水份以水雾或水滴状态
存在、仪器镜面聚集尘和水雾。
读取方法：
建立参比方法与CEMS法的校正曲线，将CEMS显示物理量转换为质量浓
度（mg/m3）。
减少干扰：
给出校正曲线的置信区间，选择适合的安装位置，在直接与烟气接触的镜
面周围形成气幕，要求燃料来源稳定，净化设施正常运行。
1.2.2后向散射CEMS
特点：
直接测
升级会员 