CEMS系统描述.docx

CEMS系统描述.docx

《CEMS系统描述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CEMS系统描述.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

CEMS系统描述

EXCEL2230系列烟气连续监测系统（CEMS）

系统描述

编写：

深圳市祺润自动化技术有限公司

1系统描述

1.1概述

德国BUHLER分析技术有限公司是一家专业设计、制造和销售过程及环保分析仪器、预处理组件和系统成套的公司。

BUHLER的产品同时也被SIEMENS等公司选用作为OEM产

品应用在SIEMENS的分析系统中而销售到世界各地。

连续排放监测系统是BUHLER公司在其具有领先水平的产品基础上，根据实际应用为连续监测烟气中排放污染物而设计的系列化在线监测系统。

系统可以根据具体的应用进行配置，以实现对SO2、NOx、CO、O2、烟尘浓度、温度、压力、湿度、流量等参数的测量。

同时系统可以经过数据采集系统的通讯装置，例如调制解调器（Modem）、TCP/IP协议等将数据传送至环保部门，使用单位也可以进行远程的监测或接入DCS系统。

1.2引用标准

GB13223－1996火电厂大气污染物排放标准

GB／T16157－1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法

HJ／T47－1999烟气采样器技术条件

HJ／T48－1999烟尘采样器技术条件

HJ/T75-2001«火电厂烟气排放连续监测技术规范»

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»

GB3101－86有关量、单位和符号的一般原则

GB11920－89电站电气部分集中控制装置通用技术条件

SDJ9－87测量仪表装置设计技术规程

NEMA－ICS4工业控制设备及系统的端子板

NEMA－ICS6工业控制装置及系统的外壳

1.3系统构成

连续排放监测系统由以下三部分组成（见图1）：

I.颗粒物CEMS

II.气态污染物CEMS

III.烟气参数测定子系统

通过采样方式的方式，测定烟气中污染物浓度，同时测定烟气温度、烟气压力、流速测量、烟气含水分量、烟气含氧量；并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。

图1连续排放检测系统组成

1.3.1气态污染物CEMS

中国国家环保总局推荐使用直接测量和抽取测量两种方对气态污染物的含量进行测量。

BUHLER公司提供的气态污染物监测系统采用抽取测量方法中的加热取样法对气态污染物进行测量。

这种方法具有以下优点：

⏹基于干态测量

⏹设计和组成

⏹校验简单精度高

⏹响应时间快

⏹维护简便

⏹一体化的O2

⏹高稳定性-分析仪运行在可控样品调节下

⏹能低成本的同时检测多个烟气或烟囱中的组分

⏹样品的优化控制

⏹高精度分析系统

样品的取样系统采用高温取样，高温样气输送和快速制冷脱水的方法，保证测量结果的准确性。

高温取样探头包括进入烟道中的取样管和在烟道外的加热过滤器及温度控制系统。

取样管使用涂敷有聚四氟乙烯的不锈钢（316SUS）材质制造，并且据烟道尺寸配有1.5米等不同长度的加热取样管。

取样系统带有IP55标准的防护罩。

对于特殊的应用，电加热取样管线可以被控制加热到最高300°C。

温度控制系统除恒温控制整个取样探头外，在探头掉电或温度过低时可以输出报警信号给系统。

一个独立的自动反吹系统直接与取样探头连接。

用户可以根据现场情况在PLC上设定自动反吹的间隔时间。

为了防止仪表风失效而对分析系统产生的损失，仪表风流路设计了压力报警功能。

常温下的反吹仪表风经加热后进入在取样探头内部的被加热到180°C的10um过滤器内，这样可以很好地防止因仪表风对样气的冷却而产生的H2SO3，HCl，HF等酸性溶液对取样系统的腐蚀。

从取样探头抽出的样气通过电伴热取样管线进入样品预处理系统。

取样管线是自加热式的，利用加热材料的居里点进行控温，当温度低于居里点时，材料是导体并通过电流加热；当温度超过居里点时，材料转为绝缘体不加热。

居里点就是其恒定温度。

用该方法控温的最大好处是维护简单，可靠性高。

我们选择的加热温度是140°C。

取样管线的内层接液材料为TEFLONPFA材质，而外套是用抗紫外线照射和耐高低温的绝热保护材料制成的。

取样管线内置的温度传感器可以提供一个低温报警输出给PLC系统。

样品预处理系统的流程详见图2。

样品预处理系统由以下功能块组成：

⏹气体冷却系统

⏹抽气系统

⏹湿度报警系统

⏹精细过滤系统

⏹自动校验系统

被加热的样气经防腐电伴热取样管进入样品预处理系统中，样气的采样由防腐电磁阀控制，流入无氟压缩机制冷器，这样在压缩机气体冷却器中，样气的温度通过两级制冷被快速降到大约3°C±0.1°C，其中的冷凝物和任何杂质被去除，下游的样气中的水分含量将大大降低，可靠地保证了分析仪的安全及反应的灵敏性；

高防腐性能的样气取样泵是由湿度报警子系统及制冷系统的工作状态控制启停，同时当制冷器发生故障或样气湿度高时，PLC系统会根据湿度报警子系统的信号快速发出指令关闭进样电磁阀和取样泵，确保当意外发生导致取样管线有水存在时对昂贵的分析仪及预处理部件的损坏，从而提高了系统的可靠性。

分析仪入口的2u精细过滤器与取样系统内部的10u过滤器组成一个两级过滤系统有效的去除样气中的粉尘颗粒。

快速流路设计确保了分析系统的快速响应。

非分光红外线分析仪和其内部的电化学氧传感器来定量检测烟气中需测量的组分重量（CO，NO，SO2inmg/Nm3）和体积（O2inVol.-%）。

基本的测量原理是利用红外吸收确定CO，NO和SO2的含量，同时通过氧的电化学反应确定O2的含量。

分析仪独特的光路设计使交叉干扰和误差被降至最低。

分析仪容许通过环境空气进行自动标定。

同时也可以通过PLC的控制，定时引入量程标气实现自动标定。

系统的主要技术指标：

⏹取样过滤器温度：

180°C

⏹取样管线恒定温度：

140°C

⏹压缩机制冷：

两级，控制温度：

3°C±0.1°C；停留时间小于5秒

⏹蠕动泵自动排水量：

10ml/min

⏹湿度检测灵敏等级：

4档

⏹接液材质：

PVDF/PFA/PTFE

⏹测量/校准/反吹/故障的编程控制

多组分气体分析仪

型号:

ULTRAMAT23

测量原理:

非分光红外和电化学氧

测量组分和量程:

SO2:

0~500/4000mg/Nm3（其它量程也可要求）

NO:

0~500/4000mg/Nm3（其它量程也可要求）

O2:

0~5/25%（其它量程也可要求）

量程比:

1:

10

重复性:

<1%满量程

线性误差:

<1%满量程

零点漂移:

<1%满量程

响应时间:

T90<2.5s

输出信号:

每一组分有一路隔离的4~20mA

继电器输出:

8xAC/DC24V/1A

供电:

230VAC,50Hz

1.3.2颗粒物CEMS

国家环保总局对于颗粒物的检测方法作出了明确指导《HJT75-2001》，浊度法和光散射法。

DYNOPTIC是一家具有丰富粉尘仪表研究开发经验的英国公司。

其设计的SM-200是利用光在烟道中传输，烟道中的颗粒吸收光的强度以致在仪器的检测器上产生一个同烟尘浓度成正比的电信号后再通过ISO-KINETIC的方法将仪器的输出校验成mg/m3。

仪器被广泛用于工业锅炉、熔炉、火电厂和垃圾焚化炉中的烟道和烟囱颗粒物浓度监测，亦可用作布袋或除尘器效率的控制。

分析仪通过了欧洲的CE、韩国的KAITEC和ISO9001认证。

仪器具备以下特点：

对穿式安装，对准偏差高达3。

2KHz固定调频光源，寿命达3~5年。

接收器的接收信号仅与固有频率光的幅值有关，从而可消除环境光对分析仪的影响。

独特的光学设计，可完全消除环境光、未对准及振动引起的零点飘移。

低吹扫要求。

测量单元采用特殊的防腐材料，保证仪器在现场可长期可靠地运行。

技术指标：

测量范围：

0.001~9999（根据测量参数）

测量距离：

0~12000mm（法兰对法兰）

适用过程温度：

-100°C～+1100°C

响应时间：

小于1s

精度：

±2%满量程

环境温度：

-20~50°C

模拟输出：

可编程的0～10V或4~20mA

串口输出：

RS232或RS485

报警输出：

两个230V@10A无源触点

供电：

85～265VAC,50/60Hz,电流5A

1.3.3流速测量

1.3.3.1热质法

压差法、超声波法和热传感法是使用最多的三种分析方法。

压差法测量精度低，价格便宜，导压管需保温，且取压孔易受烟气中粉尘颗粒的堵塞而通常被限制在洁净气体的测量应用。

超声波法测量精度高，但安装复杂，对安装角度和中心线有严格的要求，且粉尘颗粒也容易在探头表面堆积而对测量产生误差。

同时价格昂贵。

虽然许多厂家增加额外的吹扫系统来消除粉尘堵塞和沉淀的问题，但增加额外的设备同时意味提高用户的维护工作量。

454FT系列热质流量计采用热传导原理。

传感元件包括两个带热套管保护的电阻式温度传感器（RTD），流体测量时一个RTD被加热一个RTD测量过程温度。

利用惠斯通电桥控制加热传感器的功率来保持加热传感器和参比温度传感器之间的恒定温差。

通过检测加热传感器RTD（RP）和测量流体介质的参比温度的传感器RTD之间的热量差来测量流体的质量流量。

454FT系列插入式流量变送器采用快速双铠装全焊接C276哈式合金探头。

在此设计中，温度和速度传感元件相互独立安装在两个单独金属套管内，因此改善了与其支撑构件的热量隔离，对于工况温度，流量的变化可产生更佳的响应时间。

同时大口径的取样孔有效的解决了粉尘堵塞的问题。

传感器材质均采用C276哈式合金。

这种材质在高温和腐蚀环境中的性能远远优于316不锈钢。

由于温度变化影响气体的热容，为保证测量的精度和重现性，必须对其进行温度补偿。

标准温度补偿（STC）适用于工艺温度低于125°C流速范围适中或温度低于200°C流速范围较低的场合。

对于介质工况温度和流速变化幅度大的场合，454FT可以利用VTM进行修正。

VTM是将工况温度分成两段或三段，利用微处理器在建立好的温度场中计算速度，进行流速的标定。

454FT系列在几个方面进行了创新以达到更高性能，低成本和更广泛的适用场合。

新型恒温桥路线路板采用更具效率的开关电源和微处理器直接对工艺气体进行温度补偿。

PCB线路板具备EEPROM可读取PCB系列号，标定系数和相应的数值以确保数据的可靠性。

传感器电子线路板包括传感器引线电阻补偿的独特桥路，可消除温度变化引起的输出变化。

技术特点：

⏹不受压降影响

⏹不需要温度补偿

⏹不需要大气压的补偿

⏹直接质量流速输出

⏹不易阻碍或阻塞，一般无需反吹

⏹最高可到1000:

1的量程比

⏹对于某个小流速改变有很大的流量信号输出

⏹不需要多个部件的连接

⏹不随温度变化产生电子漂移

⏹最小流速从0SMPS

⏹最大流速范围大约为:

120SMPS

⏹冬季仪表无需保温

⏹流量灵敏性窗口是在+/-20°斜角和旋转

⏹不需要流量整流栅

⏹微处理器能对各个流速数据点进行寻址、诊断和修正

⏹真实的流速平均以提高精度

技术指标：

⏹测量范围:

0~40m/s;0~300°C

⏹插入深度:

48”（1219.2mm）

⏹探头材质:

AlloyC-276

⏹过程连接:

2",150#法兰

⏹重复性:

0.25%F.S.

⏹响应时间:

≤1s

⏹信号输出:

2路4-20mA

⏹供电:

24VDC,0.6A,15W

⏹过程温度:

Max,200°C

过程压力:

Max,40Kpa

1.3.3.2差压法

压差法、超声波法和热传感法是使用最多的三种分析方法。

压差法（皮托管）测量精度低，价格便宜，导压管需保温，且取压孔易受烟气中粉尘颗粒的堵塞而通常被限制在洁净气体的测量应用。

超声波法测量精度高，但安装复杂，对安装角度和中心线有严格的要求，且粉尘颗粒也容易在探头表面堆积而对测量产生误差。

同时价格昂贵。

虽然许多厂家增加额外的吹扫系统来消除粉尘堵塞和沉淀的问题，但增加额外的设备同时意味提高用户的维护工作量。

热传感法相对压差法和超声波法因可以较好的解决上述问题因而比前两者更适合在CEMS中应用。

皮托管法的主要设备是皮托管和差压变送器。

皮托管有两个测压孔，一个孔对准气体流动方向，测量的是总压，另一孔与流动方向垂直，测量的是静压。

差压变送器测量它们的差，即动压。

流速与动压的平方根成正比。

因此，其测量精度在量程上半部较高，在量程下半部较低。

对于流速相对稳定且高于5m/s时测量精度尚好。

在低于3m/s时精度明显降低。

电厂锅炉排量大且稳定，设计流速在10—15m/s，比较合适。

另一个方面，流速与动压的关系和总压孔的风速系数有关。

由于烟气中的粉尘很多，粉尘一旦附着在总压孔上，风速系数变化，测量误差明显加大。

为了解决这个问题，皮托管系统增加了反吹管路和电磁阀，定时进行反吹。

压差法测量原理：

VK1·K2·V0（公式1）

V0C（2P/P0）0.5VMAX（I输出－4）/16（公式2）

K1（1/0）0.5（公式3）

K2{（t＋273.15）101.325/（PA＋PS）293.15}0.5（公式4）

式中：

V----工况下烟气计算流速m/s

V0---空气标准状态（20C，760mmHg）实测流速m/s

VMAX—皮托管流速测量上限值m/S

C----皮托管仪表系数；P----压差Pa

I输出—皮托管流速比例电流输出值mA

----工作状态烟气密度kg/m3

1---标准状态（20C，760mmHg）烟气密度kg/Nm3

0---标准状态（20C，760mmHg）空气密度kg/Nm3；01.205kg/Nm3

K1---烟气相对空气密度修正系数；K2----温压补偿系数

PA---安装地大气压kPa；Pa----实测管静压kPa

从公式1—公式4可以得出如下结论：

皮托管仪表系数对于流速测量非常重要，直接影响到测量结果。

流速和压差的平方根成正比，仪器的指示误差是非线性的。

测量接近上限时精度高，测量结果在量程范围50以下时明显下降。

测量结果同时与温度压力气体密度有关，在现场烟气的条件下精度很差。

即使经过校准也不可能很高。

为此，我们采取以下措施：

在皮托管的管壁上喷氟塑料，防腐蚀。

同时增加反吹结构，通过定时反吹，不断清除污染物，保证C不变；

选择高精度高灵敏度的差压变送器，将测量范围选择在最佳量程。

例如：

测量值在5—10m/s范围内，测量的范围就定在0—10m/s。

一般反吹气源的压力为4~6巴，所以选择的差压变送器耐压应高于6巴。

1.3.4湿度测量

HMP235型湿度分析仪是基于电容法在线连续测量过程气体中的水分。

传感器是高性能的薄膜湿度和温度传感元件。

电容式湿度传感器由多层热固聚合物构成。

根据水分在空气中分压均衡的原理，当环境中水分多时，水分会扩散到传感器中，而当环境中水分少时，传感器中的水分会扩散到环境中。

传感器中水分的多少的变化会改变介电聚合物的电容,从而改变电容式湿度传感器的测量电容值，测量到的电容值再经过微处理器处理后输出对应湿度的电流值。

已经投产超过十年，它的可靠性和最小的维护量被使用者津津乐道。

HMP235是一种高温应用的湿度传感器。

它有如下优点：

短时间的仃留温度可高达200C。

在40--＋180C的整个温度范围内有温度补偿。

安装法兰可选不锈钢的或铝的。

电缆长度有2，5，10米。

传感器保护：

不锈钢粉末冶金过滤器，外加PPS网或不锈钢网。

在交货时由用户自己选择输出参数。

在线单点标定，不需中断工作。

HUMICAP湿度传感器有良好的精密度和耐久的稳定性。

迟后可以忽略，能防止烟尘和大多数化学药品的腐蚀。

NEMA4（IP65）壳体保护，防尘，防水溅和防电磁干扰。

技术性能指标如下：

测量变量：

相对湿度

测量范围：

0--100RH

最大变差：

在授权的高质量校准以后，1RH（0--90RH

2RH（90--100RH）

用盐溶液校准（ASTME104-85）2RH（0--90RH）

3RH（90--100RH）

响应时间（T90）：

在20C时15S

传感器：

HUMICAPK

温度：

测量范围：

－40～＋180C

精度：

2C

传感器：

PT100，RTDIEC7511/3B级

电子线路典型温度影响：

0.005C

计算变量：

露点：

－40C--＋100C

混合比：

0～500g/kgd.a.

绝对湿度：

0—600g/m3

湿球温度：

0--＋100C

输出：

两个模拟量输出可选，量程可选。

0—20mA，0—1V

4—20mA：

0—5V

0－10V

串联数字输出：

RS232C；RS485；RS422或数字电流环。

报警继电器两个：

8A/230VA；24VDCSPCO

1.3.5数据采集系统

CEMS系统测得的全部参数能通过其数据输出系统进入DCS中进行监视、计算及控制，并且数据能以通讯方式传输至电厂环境监测站。

CEMS中分析仪器具有自我诊断功能。

这些诊断功能包括检测源和探头失效、超出量程情况和没有足够的采样流量的能力，并具有主要仪器部件故障警报功能。

CEMS中分析仪表的状态包括测量、故障、报警、校准、反吹等并能通过其数据输出系统进入DCS中进行监视。

CEMS系统还配备温度报警，压力报警和湿度报警，对高温取样的状态，取样过滤器的堵塞和冷凝情况进行监控，与取样泵连锁，从而保证系统取样的准确和仪器工作的可靠性。

CEMS系统能满足连续90天运行不需要非日常维修的要求（非日常维修是在CEMS运行的维护手册中常规部分没有要求的任何维修活动）。

CEMS系统的数据采集和处理系统（DAS）具有数据存储、处理、识别无效数据等功能。

能够控制CEMS的日常运行，包括：

自动校正循环，自动反吹采样系统的过滤器和探头，提供认证测试和检查所需资料，全部打印出测量的排放物成份及浓度数据（符合中华人民共和国有关标准的要求）。

CEMS系统可与脱硫除尘岛DCS系统连接并在控制室中进行监控。

数据的存储和检索：

硬件能存贮不低于5年以上监测小时平均值、监测系统相关工况参数数据，并能检索、打印或在屏幕上显示出来。

数据输出系统功能：

屏幕浏览显示

屏幕显示具有汉字系统功能，并能显示图形、表格、曲线、条形图或棒图等。

画面能显示过程变量的实时数据和设备运行状态。

在同一屏画面同一时间轴上，采用不同的显示颜色，能同时显示4个模拟量数值的趋势，并便于运行人员的检索和调用。

打印：

能定时或人工请求制表、打印

报警：

具有显示、打印、声音超限（异常报警）和事故报警信号功能。

接口：

DAS应有满足正常运行所需要的模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道，并能支持CEMS系统未来的扩容，留有一定数量的备用模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道。

DAS具有与脱硫DCS或其它仪器仪表的通讯接口。

所有与烟气接触的探头应能满足脱硫系统及机组各种运行工况下连续、可靠、稳定运行的要求，探头采用耐腐蚀材质。

CEMS系统提供校零、满量程校正的服务，且系统的校正简单易于操作。

在系统启动时需要各种校正气，应提供满足下列要求的校正气：

校正气的量满足系统启动后一年内正常校正和CEM系统测试用气。

提供的所有校正气应按照国家环保局的要求储存，一般储存在钢瓶内。

反吹空气系统：

CEMS系统应提供自动反吹空气系统，以防止烟气污染分析仪器部件。

当反吹空气系统失效时，应有报警信号输出。

提供的CEMS系统应具有自动清扫功能，定期自动清除探头、发射/接收单元和管路中的积灰等。

CEMS的测量必须是实时连续的，非多点切换测量。

所有输出的浓度信号可以通过数据处理后换算成干烟气的标态下的信号。

2系统安装

2.1气态污染物分析系统

气体取样系统是由取样探头、伴热带、样气预处理系统和气体分析仪（安装于机柜内）组成。

由于测量的对象的组分含量非常低，并且整个取样过程是一个抽出负压工作的过程，稍有空气漏入采样系统，将无法得到准确的测量数据。

因此在安装过程中应注意保证整个气路的气密性。

2.1.1取样探头（GAS222）的安装

GAS222取样探头由取样探管、加热的过滤组件、加热元件及保温层、控制组件（最新的型号已经取消此部件，改为自恒温式）和防护罩组成。

安装步骤如下：

a）拆除防护罩；

b）将取样探管旋进探头上的连接口，注意紧固好螺纹连接口；

c）用四个螺栓将取样探头法兰和已经焊接在烟道上的对接法兰连接并紧固好，注意在两个法兰间加装随带的密封垫圈，确保该处的密封性；

d）过滤组件是由三个O型密封圈、过滤器及手柄组成。

先将三个O型密封圈涂上随带的润滑油后，分别放入过滤器和手柄上的密封槽内，用手柄将过滤器推入取样筒并旋转90度。

e）去掉伴热管的外表皮及保温层，分开样气管和伴热带，用终端将伴热带堵上。

注意：

不要让伴热带内的两根电源线短路。

将样气管与取样探头上的样气接口连接并紧固。

f）用φ6软管将取样探头上的反吹接口与仪表风反吹组件连接，同时完成反吹电磁阀控制线，注意接完线后要拧紧插头，防止线路进水。

g）连接探头加热电源及探头故障报警信号线。

h）上述工作完成后，将防护罩装上并固定好。

2.1.2电伴热管的安装

电伴热带在敷设过程中，弯曲半径不小于0.5米，应保证烟道取样点为伴热带的最高点，并保证其最高点到分析柜内倾斜度不小于5度。

伴热带的电源是由分析柜内端子接入的，先考虑好气管及电源线的接入位置后，去掉外表皮，用胶带将保温层缠好，并插入测温无件，封头后即完成柜内起点的连接；伴热带的终点在取样探头处，去掉外表皮，分开样气管和伴热带，将样气管与探头的样气口连接，在伴热带的末端装上终端堵头。

禁止：

伴热带内的两根线短路。

2.1.3分析间内设备安装

分析柜内预处理部分在出厂均已安装就位，并做好了初步调试。

分析柜就位后，配置好标准气瓶上的减压阀，将标气用φ6软管引入分析柜内对应的位置；将检测完后的样气和排空气管引出分析间。

2.2浊度仪的安装（SM-200C）

注意：

安装前认真阅读本手册中《粉尘浓度计使用手册》。

a）将发射单元、接收单元分别与已经焊接在烟道上的对接法兰相连，两个法兰间应加装密封垫，并用四个M12*50的螺栓将两个法兰紧固。

注意：

反吹口须朝下。

b）将控制单元选择位置安装好，并按照说明书或图纸上的要求进行接线。

注意：

上述各设备的进线口必须朝下，以防止雨水进入设备。

c）如有反吹风机，须将反吹口与风机相连；如无反吹风机，由用户提供仪表风吹扫，须将仪表风引入各反吹口。

2.3流量计的安装（KURZ热质）

注意：

安装前认真阅读本手册中《流量计使用手册》。

流量计与烟道上已经焊接的对接法兰是通过一个不锈钢卡套相连，确认流体方向与仪器上金属箭头所指的方向一致，并紧固好卡套接头；按说明书或图纸上要求进行接线，注意进线口应朝下，进线口用堵头密封以防止漏雨。

完成接线后，注意检查仪表左右侧盖内有密封圈是否遗失后拧紧，检查密封以防止漏雨。

注意：

检查电缆进线口的密封和侧盖内的密封圈。

3系统启动调试

上述安装工作完成后，在系统送电前，用万用表检查各设备的供电端子对地的电阻，确定系统绝缘良好后，先投入伴热带、探头加热器及压缩机制