济南SINZEN新泽仪器生产的7参数CEMS冷凝抽取烟气在线监测分析系统技术方案

第1章    项目介绍

    烟气排放连续监测系统对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测并将信息实时传输到主管部门的装置，被称为“烟气自动监控系统”（简称CEMS），可对固定污染源（如锅炉、工业炉窑、焚烧炉等）排放烟气中的颗粒物、气态污染物的浓度（mg/m3）和排放率（kg/h、t/d、t/a）进行连续地、实时地跟踪测试。济南SINZEN新泽仪器生产的7参数CEMS冷凝抽取烟气在线监测分析系统技术方案

    根据贵方提供的监测需求，山东新泽仪器有限公司自主开发的烟气排放连续监测系统采用*的紫外差分吸收光谱技术+抽取冷凝法，抽取式热湿法CEMS能够测量SO2、NOx、O2、温度、压力、流速、粉尘、湿度等多项参数，并将所有的监测参数传输至用户DCS系统，通过数采仪与环保部门的数据系统通讯。系统设备放置在分析小屋内，操作和维护方便；整套系统结构简单，模块化设计，稳定性强，运行成本低。

第2章    项目设计依据

乙方所提供的分析仪系统遵循下述标准和规范：

u     GB-12519-2010      分析仪器通用技术条件

u     ISA S5.1                 仪表符号和标志

u     GB 50131-2007          自动化仪表工程施工及验收规范

u     GB 3095-2012      环境空气质量标准

u     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

u     GB50093—2002   自动化仪表工程施工及验收规范

u     GB 13223-2011    火电厂大气污染物排放标准

u     GB16297-1996     大气污染物综合排放标准

u     HJ/T75           固定污染源烟气排放连续监测技术规范（试行）

u     HJ/T76—2007     固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法（试行）

u     HJ/T212—2005    污染源在线自动监控(监测)系统传输标准

u     HJ/T 352—2007    环境污染源自动监控信息传输、交换技术规范（试行）

u     HJ/T 47—1999     烟气采样器技术条件

u     HJ/T 48—1999     烟尘采样器技术条件

u     GB/T 15464-2008   仪器仪表包装通用技术条件

u     GB/T 191-2008     包装储运图示标

第3章    工作范围  

乙方工作范围

在线分析系统的内部设计；

分析系统的运输和现场开箱验收工作；

指导甲方进行分析系统的安装和调试；

系统安装完成后对甲方人员在现场进行仪表培训：基本操作和日常维护知识。

甲方工作范围

提供正确完整的工况数据表，以便于乙方设计在线分析系统；

负责提供在线分析系统公用工程条件，并负责分析系统的现场安装和相关公用条件的施工建设，例如公用工程管线（电源、电信号）等的敷设；

详见烟气公用工程。

第4章    项目设计方案

4.1   测量项目

测量参数：SO2、NOX、O2、温度、压力、流速（流量）、粉尘；

4.2   测量方法

u     烟气采样方法：高温冷凝法抽取式；

u     SO2、NOX测量方法：紫外差分吸收光谱（DOAS）分析技术；

u     O2测量方法：电化学；

u     烟气温度测量方法：热敏电阻（或热电偶）；

u     烟气压力测量方法：压力传感器；

u    烟气流速测量方法：微差压法(皮托管)；

u     烟气粉尘测量方法：激光散射法;

4.3   系统特点

烟气在线系统主要具有以下技术优势：

u     优势一：基于冷凝直接抽取式高温伴热法，*的紫外差分吸收光谱技术，光谱全息光栅分光，二极管阵列检测，获得完整连续吸收光谱，高波长分辨率保证探测下限低、温漂小、响应时间小，不用增加NO2→NO转化器，可直接测量NO2，灵活扩展CO、CO2等模块。

u     优势二：采用PLC控制，自动化程度高，液晶屏显示系统流路，采集系统的详细状态信息，可作为数据有效性审核的zui有利资源；

u     优势三：二级冷凝快速除水、降温，减少气、水接触时间，降低SO2损耗，采样探头运用多级粉尘过滤技术与定时反吹相结合，有效解决探头易堵塞的难题，适应高尘、高湿、高温、高腐蚀性等zui恶劣环境；

u     优势四：分析仪气体室由不锈钢加工而成，气体室强壮、成本低，受水分、粉尘的影响小，检测器与气体室采用光纤连接，更换方便，维护成本低；

u     优势五：智能化设计，自动调零，量程超限报警，湿度报警，采样探头温度异常报警、冷凝器温度异常报警、加热温度异常报警、故障报警；

u     优势六：温压流检测仪采用一体化机柜，高精密微差压变送器（检测下限低），自动调零，自动反吹，反吹保护，数据上传与显示等功能;

第5章    系统配置清单

5.1   CEMS供货主设备清单

5.2   备品备件

5.2.1   随机备品备件清单

5.2.2   一年备品备件清单

5.2.3   技术资料清单

第6章    系统组成部分介绍

6.1   烟气排放连续监测系统组成

  CEMS一般由烟尘监测子系统（粉尘）、气态污染物监测子系统（SO2、NOX）、烟气参数监测子系统(温度、压力、流速、O2)、系统控制及数据采集处理子系统四个基本部分组成。具体介绍如下：

6.2   CEMS示意图

图6-2-1抽取式冷凝法CEMS系统组成图

本系统由置于烟囱上的采样探头、粉尘仪和温压流一体化探头，以及置于小屋中的分析机柜、标气和压缩气源组成。

ü       采样探头负责烟气采样，内置陶瓷或不锈钢滤芯用于过滤烟气中的粉尘。

ü       伴热管线高温伴热避免烟气中水蒸气冷凝。

ü       粉尘仪用于测量烟囱粉尘浓度。

ü       温压流用于测量烟囱内烟气的温度、压力和流速。

ü       分析机柜负责抽取烟气，过滤、冷凝除水后测量SO2、NOx、O2组分。

ü       标气用于校准分析仪表。

ü       空压机产生压缩空气，用于对伴热管线、采样探头、温压流进行定期反吹。

6.3   机柜说明

图6-3-1抽取式冷凝法CEMS系统机柜正面一

图6-3-2抽取式冷凝法CEMS系统机柜正面二

6.4   系统参数说明

u   烟气温度限制(zui低/zui高)：0-300（可订制）

u   采样方式：直接抽取

u   设备对振动的要求： 无振动             

u   整个系统压缩空气要求：0.4Mpa以上，无油无水

u   zui大耗气量：2.2m3/h         

u   平均耗气量：0.45m3/h

u   zui大气流量(L/min)：2

u   平均气流量(L/min)：1.5

u   尺寸：800mm×800mm×2000mm

u   重量：约150kg

u   伴热管线温度：120ºC～200ºC

u   探头伴热温度：120ºC～200ºC

u   防护等级：机柜IP42，其他IP65

u   供电：220VAC±10%，＞3000W

u   环境温度：-20ºC～50ºC

u   环境湿度：5%Rh～95%Rh（不结露）

u   对外输出：4-20mA，RS232，RS485

u   标准气体：8L,钢瓶

6.5   系统各部分介绍

6.5.1   采样系统介绍

    样气通过取样探杆进入到取样探头内，经过陶瓷滤芯过滤后，除去样气中的粉尘；取样探头通过加热器加热到120℃～150℃，防止样气在经过取样探头后，产生冷凝水。来自采样探头的样气经高温伴热管线，通过二级过滤器除尘，经过两级冷凝系统除水后直接进入分析仪内测量气体室，气体室放置于分析仪内，通过紫外光纤连接到紫外差分分析仪，实现对烟气的测量，zui后通过采样泵将被测烟气排空;冷凝下来的水经排水系统排掉。由控制单元实现自动反吹、自动标定、制冷温度报警提示等功能，并显示系统的各种工作状态。

    预处理系统中采用一级快速冷凝除水，确保气体组分不变。采用二级冷凝精细过滤，确保气体测量室不被污染，从而提高分析仪的使用寿命。

    所有探头、采样系统部件都采用耐腐蚀材料，其中，探头材质为特种耐酸不锈钢(316L)、过滤器材质为陶瓷、采样伴热管线为特别定制的Φ8聚四氟乙烯伴热管。采样伴热管线的长度为从分析机柜至采样点，采样伴热管线提供反吹通道，以满足系统反吹的需要。采用一体化采样伴包。加热采样线为电加热方式。加热采样线的加热套管中有温度传感器，由温度控制器控制并提供伴热温度报警信号输出。在分析仪界面上输入湿度后，可将被测气体浓度转换为干烟气浓度。分析仪定时会进入校准状态进行自动调零，此时系统切换到反吹气路，调零阀打开，在分析仪内部采样泵的作用下，环境空气经过直接进入气体室，对气体室中残留的被测气体进行吹扫，从而实现调零，同时实现氧的量程校准；调零同时，系统控制反吹球阀开或关，实现对伴热管、探头过滤器的反吹。

6.5.2   烟气气体污染物采样器

图6-5-2-1高温采样探头

6.5.3   伴热管线介绍

    伴热采样复合管是环保监测系统中在线分析成套系统的重要部件，它是由一组耐腐蚀高性能氟树脂导管平行敷设特种自限温电热带及各种电线，外加玻纤保温层，zui后经过挤塑聚乙烯(PE)或聚氯乙烯(PVC)为保护外套复合而成。

    自限温电热带的自动限温功能，可以保证采样管内维持一定的恒温，保证采集样品与初始值保持基本*，zui终确保系统连续、正确的采集样气。根据采集样气的成份、温度等实际情况，采样导管可以选用不同材质，电热带可以根据用户选型选用高、中、低温的产品，另外根据功能配置各种导线等。

防腐采样伴热复合管是由多种器件组合集多种功能于一体的复合体：

　　采样：可组合多种类型、材质的采样管；

　　伴热：自调功率，自动补偿，伴热保温，高效绝热；

6.5.4   主要参数

6.6   气态污染物监测子系统

6.6.1   SO2、NOX、O2分析仪表

6.6.1.1 仪表描述

    基于紫外分光吸收光谱技术研发的烟气分析仪（以下简称分析仪）是我公司针对国内外环保、工业控制现场在线气体分析自主研发的烟气分析仪产品。该分析仪能够测量SO2、NOx、O2、等气体的浓度，具有测量精度高、可靠性高、响应时间快、适用范围广等特点，各项指标达到或超过国内外同类产品。

分析仪由光源、气体室、光纤、光谱仪、HMI板、液晶屏、薄膜按键、接口板、AB板、直流电源等部件组成，其中：

光源：采用氙灯光源，以脉冲方式工作，寿命可达到5～10年。

气体室：也称为流通池、测量池，样品流经气体室时将对光源发出的紫外光发生吸收，形成吸收光谱。

光纤：紫外石英光纤，将带有样气浓度信息的光谱传输给光谱仪。

光谱仪：对紫外光进行分光和光电信号转换。

HMI板、液晶屏、薄膜按键模块：人机交互界面。

6.6.1.2 测量原理

    烟气分析仪是基于紫外吸收光谱分析技术和紫外差分算法（DOAS）的气体分析仪器。光源发出的光束汇聚进入光纤，通过光纤传输到外置的高温测量室，穿过气体室时被待测气体吸收后，由光纤传输到光谱仪，在光谱仪内部经过光栅分光，由阵列传感器将分光后的光信号转换为电信号，获得气体的连续吸收光谱信息。仪器根据此光谱信息采用差分吸收光谱算法（DOAS），得到被测气体的浓度。

图一

    分析仪采用紫外差分算法检测气体浓度，其中SO2、NO、NO2等气体在紫外波段存在吸收（如图二），利用此光路（如图一）即可计算出吸收光谱，然后利用DOAS技术，可以计算得到SO2、NO、NO2等气体的含量，DOAS技术可以确保计算结果受光路污染、气体中粉尘等杂质的影响小。

图二

6.6.1.3 技术指标

u     分析方法：紫外差分吸收光谱技术（SO2/NOX）

u     SO2测量范围（ppm）： 0-50-100-300-3000（支持双量程）

u     NOX测量范围（ppm）：0-50-100-300-3000（支持双量程）

u     O2测量范围：0-25%

u     重复性：  ≤±1%F.S.

u     零点漂移：≤2%F.S./周；

u     全幅漂移：≤2%F.S./周；

u     线性误差：≤±2%F.S.

u     示值误差：≤±5%F.S.

u     响应时间：＜25秒

u     用电量：220±10%VAC 100W；

u     仪用空气要求：0.4Mpa以上，无油无水；

u     4-20mA输入接口：2路，可灵活配置，100欧负载

u     4-20mA输出接口：4路，输出内容可配置，zui大带载能力<800欧

u     开关量输入接口：4路，可灵活配置

u     继电器输出接口：8路，输出内容可配置，DC24V

u     通讯接口：1路232，1路485(支持Modbus协议)

6.6.1.4 压缩机式冷凝干燥器

      图6-6-1-4冷凝干燥器

6.6.1.5 分析仪特点

Ø 可靠性高、无运动部件

1)     光源采用脉冲氙灯，寿命达5~10年，按照3次/秒计算，使用寿命达10年；脉冲氙灯属冷光源，与红外光源相比，具有寿命长，稳定性好，无预热时间的优点。

2)     无光学运动部件，无切光轮、滤光轮、干涉仪等光学运动部件，可靠性高，现场振动不损伤仪表，也不影响测量结果。

Ø 模块化设计、维护方便

3)     气体室成本低，分析仪气体室由不锈钢加工而成，内部无需镜面抛光、镀金，气体室强壮、成本低，受水分、粉尘的影响小，检测器与气体室采用光纤连接，更换方便，维护成本低。

4)     光源、光谱仪、HMI模块、气体室、接口模块等采用模块化设计，可靠性高、可扩展性好、维护方便。

Ø 测量精度高、稳定性好

5)     采用紫外吸收光谱气体分析技术和化学计量学算法是目前SO2、NO、O2等气体在线分析手段，具有测量精度*不受水分和粉尘影响、探测下限低、温漂小等优点。量程比zui高可达10:1，zui低量程可做到0-10ppm,zui低检测下限为100ppb，支持双量程自动切换；

6)     可同时测量NO、NO2，NO和NO2在紫外波段均有吸收，通过同时测量NO和NO2并累加得到NOx，为客户节省采购NO2→NO转化器的费用，且提高了系统的可靠性。

Ø 丰富的接口，友好的人机界面

7)     提供丰富接口，可方便集成到各类控制系统。可通过RS-485和RS-232等通信方式，触摸屏式人机界面，操作简单、使用方便为仪器的日常操作、维护和管理提供便利。

6.7  烟气参数监测子系统

6.7.1  烟气温压流一体化监测仪

6.7.1.1 概述

温压流一体化监测仪拥有高精度微差压/静压传感器，同时配备反吹单元，是专门针对烟气排放连续监测的高粉尘、高温、高湿环境而开发的一体化温度、压力、流速监测仪，符合国家相关标准的要求，可以用于烟气排放监测系统(CEMS)进行烟气温度、压力、流速及流量的实时连续测量。

6.7.1.2 测量原理

温压流一体化测量装置的结构主要包括微差压变送器、静压传感器、热电阻（或热电偶）、皮托管、控制单元、反吹单元、显示单元、数据传输单元等。其测量原理是：一次取压元件采用传统的皮托管测量方式。皮托管内外表面均做了特殊处理，可有效避免烟气腐蚀并减少粉尘粘附。反吹单元主要用于脏污气体（如锅炉排放的烟气）测量时的系统反吹。温压流一体机采用高精密微差压变送器，自动调零，自动反吹，反吹保护，数据上传与显示等功能;

6.7.1.3温度压力流速监测仪优势

u   实时测量温度、压力、流速，并通过3路4-20mA模拟信号输出，支持RS485；

u   流速检测可达2-40m/s；

u   采用高精密微差压变送器，自动零点校准，可灵活配置变送器维修更方便，良好的人机交互界面。

u   可适应高粉尘、高温、高湿等烟气场合；

u   流速测量精度高、可靠性好、可*连续工作；

u   自身配备自动反吹单元，可定时反吹皮托管内的颗粒物；具备反吹保护功能；

u   结构紧凑，可直接安装在管道上；

6.7.1.4     技术指标

6.7.1.4.1     烟气流速监测仪

u   量程 ：0-40m/s 0-15m/s可订制

u   测量精度：≤±2%F.S.

u   分析方法： 皮托管法                   

u   环境温度限制(zui低/zui高)：-40～60℃

u   电源：220±10%VAC

u   仪用空气要求：0.4Mpa以上，无油无水                         

u   响应时间：<1s；

u   输出信号：4~20mA，RS485/RS232灵活配置；

u   皮托管材质：不锈钢；

u   反吹单元：自动反吹，自动调零；

u   皮托管插入长度：500~1700mm可选（订制）；

u   压力变送器量程：-10~10kPa、zui小±200Pa或其它订制量程；

u   介质温度范围：-40~500℃；

6.7.1.4.2烟气压力监测仪      

u   量程(高/低)：±10Kpa

u   测量精度：≤±2%

u   分析方法：静压传感器                    

u   环境温度限制(zui低/zui高)：-40～60℃

u   用电量：5w            

u   输出信号型式：（4～20）mA，RS485/RS232灵活配置

6.7.1.4.3温度监测仪             

u   量程(高/低)：0-300/800℃可定制

u   测量精度：≤±2%

u   分析方法：热电阻（或热电偶）                    

u   环境温度限制(zui低/zui高)：-40～60℃

u   用电量：2W           

u   输出信号型式：（4～20）mA，RS485/RS232灵活配置

6.8   氧含量分析仪介绍

6.8.1      O2分析仪技术指标

u   分析方法：电化学

u   量程：（0-25）%

u   线性误差：≤±2%F.S.

u   零点漂移：≤±1%F.S.

u   量程漂移：≤±1%F.S.

u   响应时间：<15s

u   用电量（kVA）：<3W

u   输出信号型式：4-20mA

6.9   烟尘检测子系统

6.9.1   粉尘仪

6.9.2   概述

粉尘仪基于烟尘粒子的背向散射原理，用于对固定污染源颗粒污染物进行在线连续测量。

该粉尘仪可用于各种污染排放源的颗粒污染物浓度实时连续测量，可适用于低浓度排放的监测要求，也可适用于高浓度排放的监测。仪器可适用于电厂，钢厂，水泥厂等烟尘监测，也可用于除尘设备及其他粉体工程的过程控制。

6.9.3   测量原理

系统原理框图示意图所示：

    光学部分包括激光光源、功率控制、光电传感、散射光接收部分。激光器发出的650nm束以一个微小的角度射入排放源,激光束与烟尘粒子作用产生散射光，背向散射光通过接受系统进入传感器转变成电信号进行处理。电路部分实现光电转换、激光束的调制、信号放大、解调、光源的功率控制、V/I转换及HMI显示功能。校准器用于产生稳定的光信号，对仪器进行零点及量程校准。

6.9.4   技术优势

u   采用激光散射原理，不怕烟道的机械振动及烟气温度不均造成的折射率不均造成的光束摆动。

u   支持双量程自动切换，支持超低排放监测，可订制zui低量程可达0-10mg/m3，zui低检测下限0.1 mg/m3；

u   提供高湿工况粉尘监测方案，提供漏光工况粉尘监测方案；

u   单端安装，无需光路对穿。

u   具有LCD显示功能，可以直接在现场读取粉尘浓度。

u   激光束经过调制后，使得系统的抗*力得以大幅度提升。

u   仪器设计贯彻“无工具”现场安装的思路，zui大限度地降低现场安装的复杂度。

u   采用标准(4-20)mA工业标准电流输出，连接方便。支持RS485；

u   仪器整体功耗非常小，大约3w左右。

u   模块化设计，特殊工况需定制。

6.9.5   技术指标

6.10   烟气分析仪软件

6.10.1   功能介绍

u   实时气体浓度测量（SO2、NOx、O2），测量结果可通过4-20mA或RS485/232输出。

u   实现分析仪的自动或手动调零或量程校准。

u   采用脉冲方式实现自动或手动探头、流速反吹。

u   分析仪提供强大的配置功能，通过界面或RS485/RS232接口实现远程光谱获取、分析仪各种电磁阀控制、分析仪状态信息获取、分析仪配置等。

u   支持对粉尘、温度、压力、流速、湿度的供电（24VDC）和4-20mA信号采集，并通过RS485传输到上位机。

u   系统关机前对探头、气体室的自动吹扫保护。

6.10.2   界面介绍

本系统采用液晶显示屏和薄膜按键，界面如图6-2所示：

图6-2显示·操作面板示意图

l       显示画面

接通电源时，仪器显示测试界面（也称<主界面>，如上图所示）。测试界面因组分不同而异，本手册将以SO2、NO和O2三组分为示例进行介绍。

l       操作面板

各按键说明如下所示。

6.11   系统控制及数据采集子系统

6.11.1   上位机软件

    在线监控系统是自行开发的针对烟气连续排放连续监控系统。本软件实时监测从分析仪传输过来的数据，存储到数据库，并显示当前的湿基值、干基值、折算值和排放率及系统报表显示与输出。

    数据采集和处理系统的配置主要包括数据采集模块、触摸屏一体化工控机、CEMS监控软件，一套鼠标键盘，WINXP操作系统、杀毒软件等。

    分析仪数据直接传输到工控机内，模拟量信号采用数据采集模块传输至工控机，在工控机内，根据温度、压力、流速，氧含量等参数，将烟气浓度折算成标态，并计算出各烟气污染物的总量排放，生成符合环保要求的报表；

    工控机软件可通过485接口采集浓度数据，并实现折算、存储、汇总、报表输出、向数采仪发送数据等功能。

说明：

数据处理系统满足《固定污染源烟气排放连续监测技术协议》（HJ/T75-2007）的要求。

系统提供98%以上的数据可利用率，并保持数据完好率。

（3）触摸屏一体化的工控机并支持与企业DCS的相关参数交换。

（4）一体化的工控机预留合理的数字量的输入/输出口，支持可能的系统扩展。仪器产生的信息将通过标准国标协议传给接收方数采单元，并负责与数采单元的通讯调试工作。分析数据和报警信号送至DCS，留有接口，至DCS分析信号采用硬接线4—20mA连接方式。

（5）自动完成数据整理和报告。

工控机软件要求安装到运行Window XP的PC或工控机上。对于比较简单的应用，例如脱硫效率监测，上位机也是可以不需要的，分析仪可以将数据直接通过4-20mA或485发送的DCS，同时分析仪HMI具有较强大的数据存储能力，可以保存历史数据达1年（每分钟1个数据），通过串口命令，可以随时将历史数据读出。

工控机软件详细的说明请参考《上位机软件操作手册》。

具体操作说明参考操作手册。

注：不管是超低排放烟气分析仪还是普通烟气在线监测系统，或过程气在线检测分析仪生产，都必须知道需方的工况条件，才能生产出适合的气体分析预处理系统。起码要知道使用方工况的压力、流速、水分、粉尘量、烟道的材质、烟道的壁厚、背景气等。没有上述基本的工况技术参数，而做出的报价甚至下生产都是对对方或自己的公司及其不负责任的。CEMS烟气在线监测系统现场工况调查表。

7.CEMS冷凝抽取烟气在线连续监测系统图片展示

请

：仝（tong）西甲

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资料获取：www.cemsx。。ｃｏｍ

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