烟气脱硫脱硝出入口CEMS烟气连续在线监测

4.2 采样及预处理单元

采样单元的作用是将烟道中气体取出并输送到预处理单元，这期间不能发生尘埃堵塞和形成酸雨。

4.2.1 探头及预处理单元

4.2.1.1 专用电伴热取样探头安装在烟道上，含取样和吹扫单元，由下列几个部件组成：

1）采样探头：Φ30mm不锈钢，伸进烟道约一米处左右位置，样气通过此管进入采样器。

2）陶瓷过滤器：过滤精度为10um，烟道中尘埃绝大部分被挡在过滤器之外。

3）电加热管：为防止在采样单元冷凝而建立的设备，加热温度可以控制在140℃左右。

4）法兰对接：采样单元法兰与工艺管口法兰相对接，完成采样单元的安装。

5）金属固定支架外壳：采样单元各部件有护罩连接在一起，达到防雨防尘的目的。

6）反吹系统：为了防止尘埃在过滤器周围堆积，造成堵塞影响样气流动，设备必须定时反吹，反吹周期在现场根据具体情况，通过触摸屏进行设定或修改。

4.2.1.2 探头技术参数

1）加热温度：120～160℃

2）电源：AC220V ±10%   50Hz

3）功率：150W

4）工作环境温度：-20～45℃

5）粉尘过滤能力：200g/nm3

4.2.1.3 专用电伴热取样管

加热取样管是连接探头和预处理系统的连线，采用电伴热形式，中间样气管采用F6聚四氟乙烯耐腐蚀软管，采样内温度控制在120～160℃，使得烟气中的水含量以蒸汽的状态形式存在，防止结露与二氧化硫混合生成酸，并由报警装置。

4.2.1.4 采样管技术参数

1）加热温度：120～160℃

2）电源：AC220V ±10%  50Hz

3）功率：40W/m

4）重量：1.5Kg/m

4.2.2 预处理单元

预处理系统保证在最短的滞后时间内，选取有代表性的样气，样气的状态，如温度、压力、流速、含水量、含尘量等，干净程度必须满足分析仪表的操作条件。主要完成以下几项工作。

1）样品抽取：用取样泵将烟道中气体抽取，提供给分析仪器测量SO2、O2含量。

2）冷凝除水：双路压缩机制冷器两级除湿干燥，蠕动泵自动排水，并且采用膜式除湿器除去样气中的含水量。

3）精密过滤器：进一步精密除尘，保证整体过滤精度在0.2um以下。

4）定标：定时对仪器进行零点和量程的标定。

5）流量调节：保证分析仪器的进样流量在0.5～0.7L/min以内。

预处理单元包括：压缩机冷凝器、防腐真空取样泵、雾过滤器、精密过滤器、中枢反吹单元等，完成样气的净化、除尘、除湿，其过滤精度达到0.1um，完全达到分析仪器要求的超净、恒温、恒流稳定的样气标气，连续不断的送入分析仪器，从而确保了分析仪的准确性和可靠性。首先样气进入机柜时经过一个电动球阀，通常电动球阀是打开状态，当吹扫时，电动球阀关闭，，防止反吹气进入机柜，起到保护预处理系统的作用。样品气进入压缩机冷凝器除去湿气，冷凝液集结在冷凝器的下方，通过排液蠕动泵自动排除。接着样气经过一个保护过滤器除尘，再经过一个两位一通电磁阀，自动校零时洁净的空气通过此阀，经取样泵抽出，对分析仪的零点进行校准，接着气体进入二级制冷器进一步除湿干燥，除湿后的气体通过取样泵和一个手动三通阀，注入标准气对仪器的量程进行标校，最后对样气再做进一步干燥后进入分析仪。

冷凝器的故障信号产生时，取样泵停止工作，故障排除后取样泵自动启动。测量后的废气排到室外，产生的冷凝液储存在防腐储液罐内，通过自动疏水阀自动排除。如有故障或需要维护时，相应的信号送往控制室，操作人员会及时发现。

4.3 分析机柜

1）外形规格：2000mm(H)*600mm(W)*600mm(D)

2）防护等级：IP54

3）机柜材质：冷轧碳钢板

4）为了方便机柜的吊运，机柜顶部带有起重用的吊耳。

4.4 系统技术指标

1）适应范围：烟气成份、烟尘、流量、温度参数的在线分析与连续监测。

2）减小电击事件影响的措施，采用以下两种措施以使电击事件影响最小：保证系统接地，信号要加信号隔离器，在电缆的进口和出口安装电涌抑制装置，用于系统电涌抑制设计。

3）设备接地最大电阻：设备接地最大电阻小于4欧。

4）烟道上设备的保护方法：烟道上没有防护罩的部件能够经受住高温并且使绝缘的；所有布置在室外或环境条件恶劣地方的控制箱、柜全部采用碳钢喷塑材料，防护等级不小于IP65.

5）防止探头管线堵塞的措施：采样探头是带温度控制装置的，探头温度控制在120～160℃，水份一直处于蒸汽状态，不会液化，探头过滤器过滤精度达到5um，可把绝大多数粉尘过滤掉，同时，探头有定时反吹功能，可将附着在探头过滤器芯上的粉尘吹回烟道。所以，采样探头及管线不会产生堵塞。

6）校准气储存方法及要求：标准气储存在环境条件控制的仪表间内，标气瓶用木材制作或钢铁制作的托架固定在离主机柜1～2米的墙壁上，瓶底放在地上，确定标气瓶固定可靠，并易于拆装，标气瓶通过减压阀、耐腐蚀的气管连接到气样控制单元或者直接接到分析仪的标准口上，检查密封性，标气瓶出气口和减压阀出气口配备压力表，以指示压力和剩余的容量。环境要求：温度5～45℃，相对湿度：0～75%，附近无强烈热源和震动源。

4.5 系统功能（CEMS系统包括）

1）反吹功能：设计的CEMS的SO2、O2采样探头、烟尘仪发射端和接收端具有吹扫功能。

2）自诊断和报警功能：自诊断和报警内容至少包括：检测源和探头的失效、各监测项越限情况（上下量程）、没有足够的采样流量的能力、伴热电线温度报警和主要仪器部件（如仪器盖内温度过高发生异常）。

3）指示功能：DAS除了可以指示上述提到的自诊断和报警内容，还可以显示分析仪在校正循环中、校正气瓶低压、过量的校正误差等内容。

4）其它功能：主要分析仪器自诊断、自动控制、自动校准、系统网络化、错误代码指示等功能。

5）数据处理系统：选用的PAS-DAS是目前国内唯一符合国家环保要求以及既将颁布的《火电厂烟气连续监测系统技术规范》的数据采集、控制和处理系统。详细情况参见PAS-DAS介绍。

6）CEMS具有高可靠性、安全性、可维修性和可扩展性。监测设备满足两套烟气成分采样探头系统的运行要求，同时设计方案考虑了一定的预留口和容量，CEMS可与电厂、电力局、环保局的局域网形成MIS/SIS网，可以远传通讯。

7）报告的烟气流量=工况下湿烟气量*（大气压+烟气静压）/101300*273/（273+烟气温度）*（1-烟气湿度），包含了温度、压力、湿度的修正为标况干烟气量。

8）配置的软件与系统的硬件资源相适应，除系统软件、应用软件外，还配置了在线故障诊断和杀毒软件等。

9）CEMS设计的分析仪器和监测仪表包含了为日常维护人员检修提供的电信号接口，极大的方便了技术人员检修。

10）所有烟道设备可以满足在下列恶劣环境下应用：烟道压力：-4.9～+4.9kPa，烟囱入口温度：小于250℃，相对湿度：大于95%RH。

11）CEMS设计时采用了最优数量的烟道安装探头，降低现场安装难度，提供检修方便。

4.6 测量原理

4.6.1 SO2、O2分析原理多组份一体化设计的分析仪，含：

——非分散红外吸收法SO2分析仪

——电化学化学反应法O2分析仪

电加热式直接抽取探头抽取烟气，经过除尘、加热（120～160℃）、保温（大于120℃）等环节，样气被引导至预处理系统，再由样气控制系统对来自监测烟囱的烟气进行切换，并分配到SO2、O2分析仪中进行分析。

利用SO2在红外区7.3um（7300nm）附近的红外吸收量的变化。利用氧气在催化剂的作用下转换成电流信号，该信号强与弱与氧气浓度成线性关系。高品质的制造工艺和设计工艺，保障了系统的精确测量。

4.6.2 粉尘仪测量原理：

包括光学部分、电路部分、标定部分和风室。光学部分包括激光光源及功率控制、光电传感、散射光接收部分。激光光源及功率控制保证光源的稳定性，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下产生散射光，背向散射通过接受系统进入传感器，转换成电信号进行处理。测量区的大小通过光栏接受镜头参数及传感器大小光源的探角决定。电炉部分实现光电转换、激光束的调制、信号放大、解调光源的功率控制、V/I转换功能。标定器用于产生一稳定的光信号，对仪器进行零点几量程的标定。风室一腔体，留有与清洁空气源连接的接口，用于保护仪器不被烟气污染。

4.6.3 流量测量原理

根据差压法测定烟气的排放量

4.6.4 温度测量原理

温度测量采用热电阻法

4.6.5 压力测量原理

压力采用静压和动压的差压原理

4.7 设备特点

4.7.1 系统特点

1）系统的设计能远远满足在至少90天运行，不需要日常维护。

2）系统符合HJ/T75-20017《烟气排放连续监测技术规范》。

3）CEMS系统具有主要仪器部件故障报警功能。

4）CEMS系统提供自动校零、量程校正服务。

5）凡CEMS系统部件和采样探头与烟气接触的部位时，提供一个清洗空气系统，以防止烟气污染分析仪器气室。

6）采样管线为一根完整的线包，包括了采样通道、校准通道、反吹通道以及内部伴热管线，使用外套管保护，构成一个整体。外套管能消除外界温度变化对测量的影响，该特点适用我国冬夏季温差变化很大的场合应用。伴热温度可以自我调节，同时，内嵌有温度探头（PT100）检测伴热温度是否正常，该温度信号传输到DAS中作为诊断内容。校准通道满足两倍于正常运行气压无泄漏的要求。

7）独立的反吹管设计：降低安装检修难度，提高采样反吹质量。根据多年运行经验，该系统正常工况下常年不需要反吹，在取样泵的前端，设有带电接点的负压表，若发生堵塞，信号自动传输到PLC，中枢则自动启动反吹装置。

8）采样管采用电加热控温干法直接取样方式，辅助环节少，可靠性高，能够真实的反映烟气成份含量，无附加误差。

9）其探头过滤器采用特殊工艺制造的陶瓷材料。过滤面积大，耐腐蚀、强度高、过滤器效率好。取样管道的自动吹扫配置，系统能在高粉尘工况恶劣条件下连续采样工作，保证系统长期可靠运行。

10）采用PLC控制，自动化程度高、维护工作量小邓特点。

11）具有故障自诊断功能。

12）分析仪单点自动标定功能，仪器标定不使用标准气，降低运营成本，减少系统的非正常运行时间。

4.8 数据采集处理及控制系统

CEMS计算机硬件系统采用高可靠性的品牌工业计算机，它适用于在恶劣工作环境条件下连续正常运行。数据采集控制系统软件用来获取和处理来自各分析传输来的数据，并进行实时而有效的控制和处理，对各CEMS厂商的分析仪具有良好的兼容性。充分参考中国环保法规，并与应用实际相结合，是目前为止唯一满足国内环保、电力行业对烟气连续监测系统的关于数据、报表的要求的数据采集控制系统，该系统包括两部分，既可编程逻辑控制器、处理及控制子系统。

PLC是CEMS系统的数据采集、控制单元。与常规的控制方式不同，PLC提供了更为丰富的功能和更高的可靠性和扩展能力。在CEMS系统中，PLC提供了各种模拟量数字量的输入输出信号，并通过软件进行深度处理。

PLC提供了24小时的记录接口系统，可以将加工过的数据传输给DAS，其控制指令通过DAS激活。

1）数据处理及控制系统具有丰富的功能，包括：

数据采集：根据需要，定时的采集各个通道的模拟量数字量数据。采样的的对象可以包括SO、烟尘、烟气流量（温度、温度、压力、含氧量）等。

数据处理：根据采样得到的数据，可以计算得到各种测量项的分析结果以及需要的统计数据，可以提供烟气气体成份既时值、指定时间段内的平均值和指定时间段内的排放量，并且可以识别无效的数据。

数据保存：根据需要，以保存原始采用数据和统计数据，即时烟气气体浓度，单位时间内烟气气体浓度平均值，小时、日、月、年内烟气气体浓度平均值和各种烟气的累计干烟气排放量。

数据显示：可以即时显示采集到的通道烟气监测数据和监测日期时间。形式可以有：数据显示，显示各通道各种烟气的测量值。每个数据组伴随显示正常范围值和超限报警值。屏幕上可以始终保留显示几个数据组。可以通过鼠标操作显示当日内以网数据组。

条形图显示：每个通道的采样数据在一个条形图上显示，条形图由浓度标尺，正常范围和超限报警值。在图上以不同颜色的北京显示。煤采样一次，条形图刷新一次。在条形图上方，显示条形图所示的数值，显示采样趋势图，以曲线的形式显示当前测量的个通道的烟气浓度。

显示历史数据：选择某一通道，在某一段时间内，某一时间单位下的浓度或累计排放量。

数据打印：根据需要，可以随时打印报表、显示内容、校正记录等。

适应性：系统具有自适应性，只要修改系统设置和建立相应的测试模板，系统就可以适应新的一次测量仪表。修改系统设置，也可以改变测量对象。

系统操作：校准：通过系统设置，系统可以定时定标。如果需要，也可以在安全认证后在操作界面上即时标定。反吹：通过系统设定，系统可以定时反吹。如果需要，也可以在安全认证后在操作界面上即时反吹。报警：系统可以提供超限报警和事故报警。自检：系统提供自检工具，若由异常给出提示。

数据的安全性和保密性：进入系统必须经过安全认证，以避免误操作和确保系统数据的保密性，提供数据备份功能。

数据传输：所监测参数可以就地显示并传至厂内的环保监测站，留有接口可将信号传输到电厂集中单元控制室显示和记录。

数据丢失处理：数据丢失处理完全符合即将颁布执行的《烟气连续监测系统技术规范》要求。

2）报告系统

报告系统可自动产生报告，并要求符合下列各式：

表2-1-1 电厂大气污染物排放量 日报表

表2-1-2 电厂大气污染物排放量 日报表

注：以上数据均以小时平均值为基础

表2-2 电厂大气污染物排放量 月报表

注：以上数据均以日平均值为基础

表2-3 电厂大气污染物排放量 年报表