脱硫烟气在线监控系统

脱硫烟气在线监控系统

   TK-1000型烟气排放连续监测系统（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。或者说，CEMS是烟气排放在线监测和排污计量系统。

    TK-1000型烟气排放连续监测系统一般由烟尘检测子系统、气态污染物监测子系统、烟气参数监测子系统、系统控制及数据采集处理子系统四个基本部分组成。

    SO2、 NOx、O2采用本公司自主开发的SUV-100型烟气排放连续监测系统（气态污染物监测子系统部分）分析，抽取式热湿法预处理，其中：

l  SO2、NO_x采用高温伴热紫外差分吸收光谱（DOAS）分析技术

l  O₂采用氧化锆

高温伴热紫外差分吸收光谱（DOAS）分析技术除了能够测量NO_x外，还能够分析SO₂、NH₃、CL₂、H₂S、O₃、HCL等气体。

与抽取冷凝法CMES相比，本系统具有测量准确、可靠性高、投资成本低、响应速度快等优点，由于抽取热湿法采用全程伴热，避免抽取冷凝法产生的冷凝水吸收SO₂导致测量结果偏低等缺点；

         与原位法CEMS相比，本系统具有支持在线校准、测量值波动小、可靠性高、设备简单等优点；

         与在位法CEMS相比，本系统具有安装调试方便、现场设施要求低等优点。

         本CMES系统整机结构紧凑，方便运输和安装。

2技术优势

?  所有指标均在高温状态下测量

避免冷凝水吸收导致测量结果偏低，并腐蚀预处理管路；

?  CEMS系统结构简单，集成度高

在引流泵的作用下，烟气经探头、伴热管线后直接进入测量室，测量NO_x浓度，再进入氧化锆/引流泵模块后，直接排出，系统构造简单，集成度高，维护方便；

?  核心器件和算法全部自主研发

核心器件包括光源、光谱仪、气体室、湿度模块、粉尘仪等全部自主研发，DOAS算法也自主研发，系统具有较强的市场竞争力；

3技术规格

尺寸：600mm×800mm×2000mm

重量：约300kg

测量参数：NO₂、NO、O₂

伴热管线温度：120oC～200oC

探头伴热温度：120oC～200oC

防护等级：机柜IP42，其他IP65

供电：220VAC，3000W

环境温度：-20oC～50oC

环境湿度：5%Rh～95%Rh（不结露）

对外输出：4-20mA，RS232，RS485

4设计标准

       本设计严格按照以下标准、规范：

4.1国家标准

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

GB50093—2002 自动化仪表工程施工及验收规范

4.2技术规范

HJ/T75—2007固定污染源烟气排放连续监测技术规范（试行）

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）

HJ/T212—2005污染源在线自动监控(监测)系统传输标准

HJ/T352—2007 环境污染源自动监控信息传输、交换技术规范（试行）

HJ/T47—1999 烟气采样器技术条件

HJ/T48—1999 烟尘采样器技术条件

5 系统介绍

5.1 CEMS描述

         我方专门针对污染源排放特点，提供具有环保产品认证的TK-1000型烟气排放连续监测系统。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。保证在贵公司工况下能连续可靠运行的要求。

         SO2、NOX、O2在线监测系统由置于烟囱上的采样探头以及置于小屋中的分析机柜，标气组成。其中采样探头负责烟气采样，高温伴热避免烟气中水蒸气冷凝，内置陶瓷滤芯用于过滤烟气中的粉尘；分析机柜负责抽取烟气，并直接高温测量SO2、NO_x、O₂指标；标气用于校准分析仪表。

         系统提供一套功能完善的数据采集系统（DAS），具有显示监测、数据处理、报表管理、远程通讯、远程监控、异常报警等功能。

         系统的气体分析采用抽取冷凝法（全程伴热直接抽取法），完全符合有关《固定污染源烟气排放连续监测技术规范（试运行）》（HJ/T75-2007）要求。

5.2系统流路原理

 

系统采用一拖一模式，进入系统后由一个手动三通阀切换，根据用户的需要，选择某一流路进行分析。

分析仪进入测量状态后，气动球阀切换到采样气路，在引流泵的作用下，被测气体经由探头杆、过滤器、电动球阀进入高温伴热气体室，分析仪利用紫外差分吸收技术（DOAS）对气体进行分析，得到NO2、NO等气体的浓度（高温湿法），并利用氧化锆测量O2的浓度，*后排空。

分析仪定时会进入校准/反吹状态进行自动调零，此时气动球阀切换到反吹气路，调零电磁阀打开，在采样泵的作用下，环境空气经过滤器、调零电磁阀后进入气体室，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，分析仪控制反吹电磁阀开或关，实现对探头过滤器的反吹。

5.3系统电气控制原理

系统电气控制以紫外气体分析仪为核心，不再需要PLC

5.4系统机柜说明

系统正面

编号	名称	说明
(1)	紫外气体分析仪	气体室外置
(2)	工控机	安装数据采集、换算、显示、存储、上传软件
(3)	控制面板	包括控制探头、伴热管线和加热盒的3个温控表，以及调零、反吹、量程校准3个按钮

 

系统反面

 

编号	名称	说明
(1)	高温紫外气体分析仪背部
(2)	加热盒	可以伴热到120oC，内置气体室、球阀（电动执行机构安装在加热盒外部，避免损坏）、氧化锆/湿度/引流泵模块
(3)	温控器背部
(4)	电磁阀	3个，分别实现反吹、校准和引流泵供气
(5)	控制按钮背部
(6)	固态继电器	与温控器配套
(7)	电气控制	实现各种供电的分配、电磁阀/电动执行机构等的控制、信号输入输出等
(8)	氧化锆变送模块	采集镐头信号，处理后形成4-20mA电流信号输出
(9)	微压流量计	通过测量加热盒内流路上下游的压差，指示当前样气采样流速
(10)	开关电源	2块，提供机柜内部24VDC、12VDC供电，以及外部粉尘仪、温压流一体化24VDC供电
(11)	数据采集模块	负责采集粉尘仪、温压流一体化信号（4-20mA），并传输到工控机
(12)	过滤减压阀	为系统提供压力稳定、干净的高压空气

5.5烟气气体污染物采样器

         烟气气态污染物采样器（以下简称取样探头）

         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。

5.6紫外分析仪

SUV-100型SO2、NO_X气体分析仪采用高温紫外差分气体分析技术，其内部构成如图：

        分析仪采用紫外差分算法检测气体浓度，其中SO2、NO等气体在紫外波段存在吸收，

         利用光路，分析仪可以采集得到原始光谱，利用样气原始光谱和零气原始光谱，即可计算出吸收光谱，然后利用DOAS技术，可以计算得到SO2和NO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。

型号	SUV-100
原理	紫外差分吸收光谱
量程	*小量程为50ppm，*大量程为100%，支持双量程，量程比达到1:10
线性度	±1.5% F.S.
示值误差	< 5%
重复性	< ±0.5% F.S.
零点漂移	< ±1.5% F.S. / 7天
量程漂移	< ±1.5% F.S. / 7天
工作温度	-10 ~ 50°C
响应时间（T90）	<10秒
4-20mA输入接口	2路，可灵活配置，100欧负载
4-20mA输出接口	4路，输出内容可配置，*大带载能力<800欧
开关量输入接口	4路，可灵活配置
继电器输出接口	8路，输出内容可配置，DC30V2A
通讯接口	1路232，1路485(支持Modbus协议)
电源/功率	220±20% VAC / 100W
预热时间	无需

5.7氧含量分析仪

 

a.概述

         氧含量分析仪是山东新泽仪器有限公司自行开发的针对烟气连续排放连续监测系统。采用氧化锆测量原理，氧化锆氧分析仪具有结构和采样预处理系统较简单、灵敏度和分辨率高、测量范围宽、响应速度较快等优点。

b.测量原理

         氧化锆材料是一种氧化锆固体电解质，是在纯氧化锆中掺以一定量的氧化钙或氧化钇经高温烧结后形成的稳定的氧化锆瓷烧结体。由于在它的立方晶格中含有氧离子空穴，因此，在高温条件下它是良好的氧离子导体。

   利用它的这一特性，在一定的温度下，当传感器两侧的氧含量不同时，它便是一个典型的氧浓差电池。如果在氧化锆管内外涂制纯铂电极，用电炉对氧化锆管加热，使其内外壁接触氧分压不同的气体，氧化锆管就成为一个氧浓差电池，在两个铂电极上将发生如下反应：
    在空气侧（参比侧）电极上：O2+4e→2O2-
    在低氧侧（被测侧）电极上：2O2-→O2+4e
当这两种迁移达到平衡后，便在两电极间产生一个与氧浓差有关的电势信号E。
氧电势值E符合能斯特方程：

 

式中：
R-气体常数
T-锆管的绝对温度
F-法拉第常数
P_X-被测气体氧浓度百分数
P_A-参比气氧浓度百分数，一般为20.6％。

c.技术特点

高精度、线性输出

量程可选：0-25%或0-100%

多种输出方式：4-20mA，0-10VDC和RS232通讯接口

外部触发自动或手动校准。也可以通过板载按钮开关来启动校准

可以在空气中（20.9%O2）或其他任何已知氧浓度环境中校准

周期性的3.3VDC逻辑输出可以用作诊断目的直接监测氧泵循环

可调的输出滤波可实现快速、动态或慢速、稳定的输出响应

电源和传感器操作LED指示

d.技术指标

测量范围：0～25%

 测量精度：±2%

检验频率：12个月

 响应时间：<15s

输出信号：4～20mA

 4～20mA负载：100～750Ω

输入电压：220VAC

功耗：15W

存储温度：-10～60℃

操作温度：-10～60℃

该系统气态污染物监测采用抽取式冷干法，其原理是由德国进口采样泵通过采样探头抽取样气，采样探头具备除尘、加热、恒温控制等功能，样气被引导至预处理系统，去除颗粒物、水分、腐蚀性气体等，再由控制系统对样气进行切换，分配样气经由疏水过滤器后进入气体分析仪中进行分析，测量SO2、NOX、氧含量等参数。
CEMS在线分析的可靠性，主要决定于测量仪表及样品处理系统的设计选型及配置，测量仪表及系统部件的选型必须适用、可靠，材质必须满足防腐蚀要求。例如，与烟气接触的管道及部件必须选用耐腐蚀的聚四氟乙烯或316不锈钢材质，探头、取样泵、除湿器等必须耐腐蚀。系统安装调试中，特别注意确保烟气采样、传输中要加热保温在烟气露点之上，同时要保证烟气除湿过程的快速除水，避免被测组分被水分吸收而流失，以确保样气的真实性。
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