超低浓度排放CEMS.docx
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超低浓度排放CEMS
一、稀释法气态污染物监测
1、监测项目
主要监测指标：
SO2、NOX、O2
2、简介
稀释系统采用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（稀释比通常选择在100：
1至250：
1之间），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。
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。
这种测定方法是美国EPA优选的带湿计算方法，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。
稀释法的特点：
●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
●根据美国的调查，稀释系统的平均运营成本只有直接采样系统的1/3到1/2
●连续测量SO2浓度，SO2排放量、NOx浓度，NOx排放量及烟气浓度等参数
●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
●烟气采样流速只是直接采样系统的五十分之一到百分之一，相应烟气中含尘量也只是五十分之一到百分之一
●采用从采样探头开始的全系统动态校准
●美国环保局规定的校准方法，不仅针对稀释系统，同样针对直接采样系统
●保证系统的准确性，而非仪器的准确性。
●直接采样系统采样管内是负压，为避免管线泄漏产生的影响，更需系统校准
●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
●准确的湿法测量（不对烟气进行脱水处理）——美国EPA优选方法
●国家技术监督局系统认证，国家环保局认证，ISO9001认证
3、稀释采样系统
3.1稀释比
3.1.1稀释比=（Q1+Q2）/Q2
Q1是稀释气流量（升/分）。
Q1值可以由操作者调节，稀释比可以在一定范围内改变。
将经稀释的样品（Q1+Q2升/分）经采样管线送至烟气检测仪。
3.1.2计算确定稀释比
采样系统的稀释比必须满足两个标准:
第一个标准：
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。
稀释比应保证在最低环境温度下采样管线不会结露。
第二个标准：
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。
1个大气压下不同温度下大气中饱和水蒸汽的体积百分含量
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。
临界小孔名义流量（毫升/分）
稀释平均值
20
50
100
150
200
250
500
215:
1到350:
1
95:
1到150:
1
44:
1到75:
1
32:
1到50:
1
27:
1到37:
1
20:
1到30:
1
12:
1到16:
1
3.2稀释法采样探头
探头所有暴露在烟气中的部分，采用的是精心选择的耐热耐蚀的铝铬镍合金Inconel600,镍基铝合金HastelloyC276或不锈钢304pyrex玻璃等材料，以避免探头在烟气中被腐蚀。
稀释探头采样流量通常为100立方厘米/分钟，而非稀释探头采样流量大约是3500立方厘米/分钟，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。
为保证恒定的稀释比，我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750℉。
小孔的前部装有一个由高纯度石英纤维制成的精过滤器。
过滤器被包起来以防止过滤材料开缝。
精过滤器将微粒收集在松散的过滤材料中。
这个过滤器对胶质的固体（湿水蒸气和干的固体组成）特别有效。
耐热玻璃小孔与探头的泵使用石墨管箍经过一个标准不锈钢SwagelokTM装置相连。
探头采用文丘里管抽气，经加压的纯净气体用于驱动喷射泵或驱动气动抽气器（文丘里管）。
一定体积的压缩空气（一般是3至7升）通过尖喷嘴吹进文丘里管，造成真空。
实验结果证明，应用我公司独特设计的稀释采样探头，烟气工况压力及温度变化对稀释比例的影响非常小，对测量结果基本没有影响。
3.3采样管线
由于稀释样品的露点低，因而在我国绝大多数地区无需跟踪加热，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。
结合我省的天气情况和一般电厂的工况：
一般电厂排烟温度100－130℃，湿度6－8％（无湿法脱硫装置），如果冬季最低气温为0℃。
采用100：
1的稀释比，查询上文“1个大气压下不同温度下大气中饱和水蒸汽的体积百分含量”表可知，在0℃，稀释100倍后的烟气不会发生凝结。
稀释系统的采样管线由四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，另一根用于探头部分的真空度监测。
所有采样管线除真空管线外都是正压，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，不象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。
采样管线距离最远可达100米。
3.4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°C到-40°C，压力620±68KPa。
3.5自动校准
稀释系统可在预先设定的时间间隔内自动或手动对仪器的零点及跨度进行系统校准。
系统校准是将校准气注入到探头顶部，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。
系统采用干燥压缩空气校准零点，采用钢瓶气校准跨度。
数据采集及处理系统将规定值与校准数据进行比较，以检验仪器的准确度，根据美国EPA的要求对数据进行有效性判断，在有效的情况下可以自动进行数据修正。
系统校准在美国环保局要求中规定是必须的，无论针对何种采样系统。
否则无法判定监测系统的系统误差。
4、分析系统
在气体分析技术方面，采用世界上最先进可靠的分析仪器。
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。
目前普遍采用的是脉冲紫外荧光法SO2分析仪和化学发光法NOx分析仪。
4.1SO2气体分析仪
4.1.1分析仪特点
采用脉冲荧光分析法的卓越设计，仪器对SO2分析的灵敏度高，稳定性好，用户可对仪器进行故障诊断，此外，仪器还具有数据通讯能力。
仪器具有人机对话的操作方式，用户对仪器的操作可通过一个显示屏和几个简化功能键完成。
每步操作都有相应的帮助信息，用户可根据提示进入所需功能界面。
用户可以用软件设定测量范围以及存贮带分析时间的SO2浓度值。
扩展的故障诊断功能可显示仪器的各项即时工作状态参数。
目前，可显示的参数包括压力、流量、直流电压、机内温度、反应室温度、PMT工作电压、灯强度、灯压和光电跨度测试等。
4.1.2原理
SO2分析仪采用脉冲荧光法原理（见下图）
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
4.1.3技术指标
型号:
43i
测量原理:
脉冲荧光法
予设定量程：
0-0.05,0.1,0.2,0.5,1,2,5,and10ppm
0-0.2,0.5,1,2,5,10,20,and25mg/m3
扩展量程：
0-0.05,1,2,5,10,20,50and100ppm
0-2,5,10,20,50,100,200,and250mg/m3
客户量程：
0-0.05to10ppm
0-0.2to250mg/m3
零点噪声：
1.0ppbRMS（10秒平均时间）,0.5ppbRMS（60秒平均时间）,
0.25ppbRMS（300秒平均时间）
最低检测限：
2.0ppb（10秒平均时间）,1.0ppb（60秒平均时间）,
0.5ppb（300秒平均时间）
零点漂移（24hour）：
小于1ppb
量程漂移（24hour）：
+/-1%
反应时间：
80秒（10secondaveragetime）
110秒（60secondaveragetime）
320秒（300secondaveragetime）
精度：
读数的1%或1ppb（取大者）
线性：
量程的+/-1%；<100ppm
流量要求：
0.5liters/min.（标准）
1liter/min.（可选）
干扰：
<最低检测限
运行温度：
20C-30C
电源要求：
100vac,115vac,220-240vac+/-10%@165W
尺寸和重量：
16.75”（W）x8.62”（H）x23”（D）,48lbs.（21.8kg）
输出：
可选择：
电压，RS232/RS485,TCP/IP,10状态继电器,和电源故障指示（标准）.
0-20或4-20mA隔离电流输出（可选）
4.2NO-NO2-NOX气体分析仪
4.2.1分析仪特点
具有优异的光学、机械及化学性能，增加了高性能的电子器件，改进了用户界面。
仪器采用化学发光法对氮氧化物进行分析，其工作可靠有效，输出简单易读，对氮氧化物的分析能力可从1ppb到100ppm。
仪器提供人机对话的操作方式，用户对仪器的操作可通过显示屏和几个简化功能键完成。
每步操作都有提示信息，用户可根据提示进入所需功能界面。
仪器可以按照用户设定的格式存贮测量结果，最多可存贮一个月的NO，NO2及NOX的小时均值。
仪器的故障诊断功能可显示仪器的各项即时工作状态参数。
可显示的参数包括压力、流量、直流电压、机内温度、反应室温度、PMT工作电压和转换器温度等。
4.2.2原理
NOx分析仪采用化学荧光法原理（见下图）
（1）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。
（2）NO2＋O→NO＋O2
O＋NO＋M→NO2*＋M
NO2*→NO2＋hv
反应发射光谱在400—1400nm范围内，峰值波长为600nm。
样品气经过滤，样品气通过毛细管及模式阀门分别进入NO2转换室和反应室，在此室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。
4.2.3技术指标
型号:
42i
测量原理:
化学荧光法
予设定量程：
0-0.05,0.1,0.2,0.5,1,2,5,10,20,50and100ppm
0-0.1,0.2,0.5,1,2,5,10,20,50,100and150mg/m3
客户量程：
0-0.05to100ppm
0-0.1to150mg/m3
零点噪声：
0.20ppbRMS（60秒平均时间）
最低检测限：
0.40ppb（60秒平均时间）
零点漂移（24hour）：
小于0.4ppb
量程漂移（24hour）：
满量程的+/-1%
反应时间：
40秒（10秒平均时间）
80秒（60秒平均时间）
300秒（300秒平均时间）
精度：
+/-0.4ppb（量程500ppb）
线性：
量程的+/-1%
流量要求：
0.6liters/min.（标准）
运行温度：
20C-30C
电源要求：
100vac,115vac,220-240vac+/-10%@300W
尺寸和重量：
16.75”（W）x8.62”（H）x23”（D）,55lbs.（25kg）
输出：
可选择：
电压，RS232/RS485,TCP/IP,10状态继电器,和电源故障指示（标准）.
0-20或4-20mA隔离电流输出（可选
附件二产品相关证书
1、稀释法CEMS环保部适用性认证（部分章节）
2、产品计量认证
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