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        我國現階段CEMS在線監測系統的應用現狀

        發表時間:2022-02-25  |  點擊率:806

        煙氣排放連續監測系統(CEMS)是用于實時、連續地測定工業排放的煙氣中多種污染物濃度的監測系統,一般由氣態污染物監測單元、顆粒物監測單元、煙氣參數監測單元、數據采集與處理傳輸單元組成??梢酝ㄟ^連續采樣和分析,測定煙氣中的氣體濃度,顆粒物濃度,煙氣溫度、流速、壓力、濕度、含氧量等,同時通過計算得到污染物的濃度和排放總量。

        一  CEMS中煙氣分析儀測量技術現狀

            

        1
        直接測量法




        直接測量法主要是由直接安裝在煙道上的煙氣連續監測系統對煙氣進行實時的測量,一般分為二種:電化學法和差分吸收光譜法。


        電化學法是將煙氣傳感器安裝在探頭端部,探頭直接插入煙道,使用電化學或光電傳感器測量小范圍內的污染物濃度(相當于點測量);而差分吸收光譜法是傳感器和探頭直接安裝在煙道或管道上,利用煙氣的特征光譜(紅外/紫外/差分吸收)對污染物進行分析并測量污染物的濃度(相當于線測量)。


        目前直接測量的技術主要是紫外波段的差分吸收光譜技術(DOAS)、可協諧調半導體激光吸收光譜技術(TDLAS)、以及差分吸收激光技術。直接測量法的特點是系統簡單,既沒有采樣預處理裝置,也沒有采樣管線,避免了被測煙氣會被前端干擾或破壞,同時可以避免組分之間的干擾,其監測數值響應速度快,且為實時數值,具有代表性。并且其測量精度高,可以用于低濃度數值的測量。


        其缺點是該方法受到煙氣溫度壓力等因素的限制,需要經常進行修正,使用維護不是很方便,而且由于存在水分和振動等因素的干擾,測量精度會很低。由于系統直接安裝在煙道上,很難實現線性標定。


        分析儀表與未經過預處理的煙氣直接接觸,很容易遭到煙氣的腐蝕以及煙氣中雜質的堵塞,從而影響系統的正常運行。在我國已安裝的煙氣連續監測設備中,使用直接測量法的較少,約有5%。




        2
        直接抽取法



        直接抽取法是采用專門的加熱探頭將煙氣從煙道內抽取出來,煙氣經過溫度120-130℃的伴熱管線,然后經過系統的預處理進行除塵、除水等步驟,最后進入煙氣分析儀進行氣體檢測分析?,F階段常用的直接抽取法主要分為二種:稀釋采樣法、完全抽取法。



        ①稀釋采樣法

        稀釋采樣法是根據直接抽取的方法,用干凈的空氣將煙氣稀釋至可以直接測量的干煙氣,而后通入煙氣分析儀進行測量。二氧化硫采用的是紫外熒光法測量、氮氧化物采用的是化學發光法測量。


        由于零氣的預處理在前,消除了空氣中水分對測量的干擾,無須加熱和保溫,大大減少了維護量,后期的煙氣監測采用國際通用的物理光譜測試技術,監測精度高,實時性好,因而被列為美國EPA的優選方法。


        此種方法目前安裝比例大約占25.5%。其優點是系統的采氣量較小,不受煙氣溫度的限制,連續運行時間長,測量準確度高,可全程標定,采樣管線無需進行加熱及除濕,可防止在氣體傳輸及測量過程中出現水分凝結和管路堵塞的現象。


        其缺點為系統復雜,尤其是采樣探頭系統,對維護人員的要求較高;煙氣經過稀釋,需采用精度較高的分析儀器進行測量,因此對分析儀的要求較高;煙氣經過稀釋,會造成檢測的靈敏度降低,系統測量誤差變大,不適宜低濃度的煙氣測量;煙氣經過稀釋,因需要高純度氣體對氣體過濾要求較高,需經常更換氣體過濾裝置,使得耗材及維護量增多。


        ②完全抽取法

        完全抽取法是煙氣自動監測方法,煙氣通過采樣探頭與加熱管線進入系統預處理,再通過冷凝器、干燥器,進入煙氣分析儀進行測試,二氧化硫、氮氧化物的測量方法主要采用紅外光譜法、紫外光譜法、熱導法。煙氣采樣過程需全程加熱,進入系統預處理后需立刻冷凝,對系統所有設備的質量要求較高,儀器維護的工作量較大,整個系統造價成本偏高。


        完全抽取法又可分為冷干法和熱濕法,其主要區別在于冷干法測量的氣態污染物無水分,而熱濕法測量的氣態污染物含水分,所以冷干法氣態污染物濃度為干基值,熱濕法氣態污染物濃度為濕基值。在我國冷干法被廣泛的應用約占測量設備的90%,其測量原理主要是非分散紅外技術。其他還有紅外分析、化學發光分析、紫外熒光分析等技術。


        完全抽取法的優點是具有很強的適應性,可以分析各類煙氣組分的氣體,在各個污染行業都有廣泛的應用;該方法對煙氣進行預處理后,煙氣比較干凈,對分析儀器的污染較小,不會損壞分析儀器,整個系統的穩定性和準確性較高,便于長期運行,且后期維護成本較低、維護量較少;


        該方法的分析儀器均在專門的監測室內,安裝了空調,長期恒溫環境,保證了分析儀器的工作環境,延長了分析儀器的使用壽命。


        缺點在于因采樣探頭與煙氣長時間接觸,采樣探頭容易腐蝕,且煙氣中的水分和粉塵會附在采樣探頭上,容易造成采樣探頭堵塞,更有甚者會造成伴熱管堵塞,從而影響氣體的抽??;


        因分析儀器對經過預處理的煙氣要求較高,需去除水分和粉塵,所以必須有一套完整的加熱、除水除塵、冷凝系統,煙氣經過的管理接頭較多,容易出現漏氣現象,從而影響測量;由于該方法預處理系統復雜,且分析儀器精度較高,一套完整的煙氣測量系統造價較高,投資成本遠遠高于其他系統。


        CEMS煙氣參數測量技術現狀



        1
        煙氣流速


        流速測量分為皮托管式測量、熱導式測量、超聲波法測量。皮托管式測量主要是測量煙氣的總壓和靜壓,計算煙氣差壓,依照伯努利方程,得出煙氣流速。通常使用的皮托管式測量有S型和L型二種。其優點是結構簡單,安裝方便,易于維護,運行可靠,缺點是容易產生堵塞。煙氣在線監測系統大部分采用的就是皮托管式測量。


        2
        煙氣含氧量


        煙氣含氧量是作為判斷鍋爐燃燒時過??諝馐欠裣♂専煔鉂舛鹊闹匾笜?,也是對濃度進行折算時的重要依據。煙氣含氧量測量方法主要是氧化鋯法和氧電池電化學法。


        氧化鋯法是利用二氧化鋯在高溫時的電解催化作用,形成煙氣一側的電極和與含有氧氣的標準氣體(通常為空氣)接觸的參考電極產生電位的不同,從而測量出煙氣中的含氧量。一般測量探頭壽命約為1~2年,且測量的含氧量數值為濕氧數值。


        而氧電池電化學法運用的是電化學傳感器原理,一般使用壽命是1~3年,且測量的含氧量數值為干氧數值。目前,煙氣含氧量的測量技術較為成熟,存在的問題較小。


        3
        煙氣溫濕度


        主要采用的是鉑電阻溫度傳感器,溫度大致為-200℃~650℃電阻約為100歐姆,并配合-50℃~350℃量程的溫度變送器進行測量。


        濕度測量一般有干濕球法,濕度傳感器法,紅外吸收法等。由于濕度只是用于計算干基值和濕基值的轉換,目前在CEMS的技術要求規范中,沒有嚴格地對濕度的連續自動監測作出特定要求,所以可采用手工測量其數值,并輸入儀器采用特定值得方法。







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