cems烟气监测系统

一、系统概述

cems烟气监测系统能对企业废气排放口的SO₂、NO_X、颗粒物（粉尘）、烟气温度、烟气压力、流速、烟气含氧量、烟气湿度等数据自动采集、分析和储存，实现自动、实时、准确地监控监测企业废气排放情况和治理设施的运行状态，既便于企业环保管理层了解和掌握污染治理和废气排放的整体情况，也利于环保主管部门的监控和管理，为实现节能减排、总量控制提供切实有效的监管手段。

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、NO_X、氧含量等参数。

颗粒物监测采用激光后向散射原理，温度采用温度传感器测量，压力采用压力传感器测量，烟气流量采用差压皮托管测量，将测量信号传输至数据采集与处理系统。

数据处理系统具有现场数据实时传送、储存、报表统计和图形数据分析等功能，可将各数据传输至DCS系统，实现工作现场无人值守。

我公司固定污染源烟气排放连续监测系统结构紧凑，设备维护简单，动态范围广，实时性强，运行成本低，系统采用模块化结构，组合方便，可将监测数据通过数据采集仪传输至各级环保部门。

二、规范性引用文件

● 环发[2002]26号   国家环保总局《燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策》

● HJ T76-2017     《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》

● HJ T75-2017    《固定污染源排放烟气连续监测系统技术规范》（试行）

● GB16297-1996  《大气污染物物综合排放标准》

● GB13271-91    《锅炉大气污染物物排放标准》

● GB5468-91     《锅炉烟尘测试方法》

● 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》

● GB3101－86     《有关量、单位和符号的一般原则》

● GB/T16157—1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态物采样方法》

● GB13223-2003  《火电厂大气污染物物综合排放标准》

● HJ/T 212－2005 《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》

● HJ/T373-2007   《固定污染源监测质量保证与质量控制技术规范（试行）》

三、认证许可

本系统满足以下认证组织的相关要求，并通过相关认证：

● 中环协（北京）认证中心  《环保产品认证》

四、运行环境

● 温度：15℃ ~ 35℃

● 湿度：≤85%

● 大气压：86～106Kpa

● 烟气温度：<300℃

● 供电电压：AC 220V±10%，频率50Hz

● 接地电阻：＜4Ω

第二章 系统组成与描述

我公司固定污染源烟气排放连续监测系统由采样探头、粉尘仪、温压流一体监测仪、分析机柜、标准样气、管线等组成。其中采样探头、粉尘仪、温压流探头安装于监测点（烟道或烟囱），分析机柜安放于室内。样气通过采样探头、伴热管线进入分析机柜，经由分析机柜内的预处理系统进入烟气分析仪，测量SO₂、NO_X、氧含量等参数；粉尘仪用于测量粉尘浓度，温压流一体监测仪用于测量温度、压力、流速，测量信号通过电缆传输至分析机柜内的数据采集与处理系统；置于分析机柜内部的工控系统可实现实时数据的显示、数据传输、数据储存、历史数据查询、图形数据分析、报表统计等功能。标准气体用于校准分析仪表。

一、采样探头

采样探头包括采样探杆、采样腔、加热装置、温控装置、探头滤芯、主体机壳等，避免出现冷凝，确保样气正常进入预处理系统。

采样探头特点：

1、采用加热自动调节单元，加热温度维持至150℃左右，避免冷凝。

2、探头滤芯采用2um气孔的镍钛合金，有效去除样气中的烟尘。

3、探头具备反吹功能，通过控制系统实现自动反吹，限度克服阻塞问题，减少维护量。

4、与烟气接触部分、法兰等均采用316L不锈钢材质，避免长时间使用后带来的材质腐蚀、测量误差等问题。

5、探头主体机壳部分采用烤漆处理。

二、烟气伴热管

烟气伴热管连接采样探头和预处理系统，是由两组耐腐高性能四氟乙烯导管辅以高温恒功率电热带以及补偿线缆组成内芯，外加进口原料保温层，最后敷以聚乙烯（PE）保护外套复合而成。采样管内温度控制在120℃左右，使得烟气中水含量以蒸气状态存在，防止水结露与SO₂生成酸。

三、预处理系统

预处理系统包括气体冷凝器、细过滤组合、疏水过滤器、蠕动泵、调节阀等，完成样气的除尘、除水，保证干净、流量稳定的样气进去气体分析仪，确保分析仪器的准确性和可靠性。

预处理系统流程：

样气进入机柜时经过一个截止阀，通常截止阀是打开状态，当吹扫时，截止阀关闭，防止吹扫气进入机柜，保护预处理系统；然后进入制冷器除去湿气，冷凝液集结在制冷器的下方，通过排液蠕动泵排除；接着气体经过一个保护过滤器除尘；然后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,经取样泵采出，对分析仪零点进行校准；接着气体进入二级制冷器进一步除湿，除湿后的气体通过取样泵，然后通过一个手动三通阀，通过它注入标准气来校准仪表量程，再经过阻水过滤器对样气进一步除水，最后进入分析仪。

预处理系统特点：

1、预处理系统置于分析机柜内部，布局合理美观，预留空间大，便于检修。

2、两级制冷器，增强制冷效果，有效排除样气中的水分。

3、两级细过滤组合，增强样气净化效果。

4、两个蠕动泵，样气水分较重时确保排水效果。

5、增加疏水过滤器，增强对分析仪的防护。

四、SO₂、NOx测量单元

气体分析仪的工作原理基于朗伯-比尔定律，其分析方法属于紫外吸收光谱法。分析仪的测量单元，由光源、气体室、光纤和光谱仪（含光阑、全息光栅、线阵检测器）等组件构成。

分析仪光电原理示意图

光源发出的紫外光经光学视窗进入气体室，被流经气体室的被测样气所吸收，携带被测样气吸收信息的光经透镜汇聚后耦合入光纤，经光纤传输送入光谱仪进行分光处理，即可得到气体的吸收光谱。

通过对光谱进行差分分析，并结合化学计量学算法，可以得出气体中相关组分的浓度。

1、技术特点

●  采用紫外光谱分析技术，排除了交叉干扰，可同时测量多种气体的浓度；

●  采用差分吸收光谱算法，消除了烟尘、水分、光源变化等影响因素，保证了测量的准确性和稳定性；

●  利用气体在不同波段的吸收强弱不同，可实现量程切换，动态范围大；

● 光源、测量室、光谱仪之间采用光纤连接，无运动部件，可靠性好、安装维护方便；

● 采用脉冲氙灯光源，寿命超过五年，无需预热时间，稳定性好；

● 每天自动进行仪器校正，增强了数据的可靠性；

● 具有故障、断电和检测数据超标等异常等情况下的自动报警及记录功能；

● 触摸屏显示，操作简单方便，界面友好。

2、技术参数

五、氧含量测量单元

测量方法：电化学法

量程：（0～25）%          

输出信号分辨率：<输出信号范围的0.2%

重复性：≤0.05%O₂                                                         

偏差：在有自动标定的情况，可以忽略；在无自动标定的情况下，暴露于空气中1年的典型值是1%O₂/年

六、粉尘测量单元

采用激光背散射原理，分辨率高，可适用于低浓度排放的监测要求，也可适用与高浓度排放的监测；结构上采用单端安装，无需光路对中，不怕烟道的机械振动及烟气温度不均造成的折射率不均引起的光束摆动；仪器设计过程限度地降低现场安装的复杂度，安装维护极其简单，限度地减少由于现场安装调试带来的诸多问题；采用标准4-20mA工业标准电流输出，连接方便；仪器整体功耗非常小,大约5W左右；校准器就地放置，避免混淆及丢失；非点测量，具有较大的取样区，可适用各种直径烟囱的使用。

粉尘仪包括激光光源及功率控制单元、光电传感与小信号预处理单元、散射光接收单元、显示与输入单元、输出驱动单元、主控单元。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转换功能。整个系统的构成包括主机及校准系统、吹扫系统、连接附件及防雨箱。

 系统原理图

1、技术特点

● 采用激光背散射原理,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。

● 单端安装,无需光路对中。

● 激光束经过调制后，使得系统的抗干扰能力得以大幅度提升。

● 仪器设计贯彻“无工具”现场安装的思路，限度地降低现场安装的复杂度。

● 采用标准(4-20)mA工业标准电流输出,连接方便。

● 仪器整体功耗非常小,大约5w左右。

2、技术参数

七、温压流测量单元

1、流速

测量原理： 皮托管

测量范围：0～40m/s。             

测量精度：≤±2%F.S.

输入电压：220VDC

输出电流：两线制4～20mA

2、温度

测量原理：温度传感器

测量范围：0～150℃。（标准量程：0-400℃）

测量精度：±0.5%

输入电压：220VDC

输出电流：两线制4～20mA

3压力

测量原理：压力传感器

测量范围：-1～1Kpa。（标准量程-10kPa- +10kPa）

测量精度：±0.5%

输入电压：220VDC

输出电流：两线制4～20mA

八 、数据采集及处理系统

数据采集和处理系统用来获取和处理来自各分析仪传输来的数据，并进行实时而有效的控制和处理，具有高可靠性和高稳定性，该系统包括可编程逻辑控制器（PLC）和数据处理及控制子系统。

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、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。

数据处理及控制子系统可实现数据采集、数据处理、数据保存、数据实时显示、历史数据查询、图形数据分析、报表统计、数据传输、控制校准、反吹等功能。

1、实时显示界面

2、参数设置界面

3、实时曲线界面

4、历史数据界面

5、报表菜单界面

6、运行记录界面

7、计算公式界面

6、通讯协议界面

第三章 系统安装

一、系统安装要求

1、监测点选择要求

监测点位置应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于4倍直径，和距上述部件上游方向不小于2倍直径处。对矩形烟道，其当量直径D=2AB/（A+B），式中A、B为边长。如果不能达到这样的条件，以采样管安装孔为界按距离入口2/3，距离出口1/3的比率安装。也可安装在烟气总排放的垂直烟囱上，一般安装在烟囱总高度距地面的三分之一处（砖烟囱），但以安装在烟气排放气流平稳处为主。

具体要求应满足HJ/T75-2017 固定污染源烟气排放连续监测技术规范中第6条要求以及HJ/T76-2017 固定污染源烟气排放连续监测技术要求及监测方法中第6条要求。概述如下：

1）  位于固定污染源排放控制设备下游。

2）  人员易于到达，有足够空间。当平台高度>5m时，应提供Z梯/旋梯/升降梯。

3）  应优先选择垂直管段和烟道负压区。

4）  监测点应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位。

5）  每台固定污染源排放设备应安装一套烟气CEMS。

6）  若一个固定污染源排气先通过多个烟道后进入该固定污染源总排放口时，应尽可能将烟气CEMS安装在总排放口上。

7）  点测量CEMS的监测点应离烟道壁的距离大于烟道直径的30%，且不小1m，位于或接近烟道截面积的矩心区。

2、安装平台准备

2.1平台要求

安装平台示意图

1）检修平台一般按400kg/m²等效均布荷载设计，大于此值时应按实际要求或相邻的楼面荷载系数设计。

2）钢平台的其他构件设计应符合《钢结构设计规范》。

3）平台采用机械性能高于于A3F的钢材制作。

4）平台一切敞开的边缘均应设置安全防护栏杆。防护栏杆的设计应符          GB 4053.3-83《固定式工业防护栏杆》的要求。

5）平台铺板应采用大于4mm厚的经防滑处理的钢板或者采用Φ16的圆钢制作踏棍，考虑雨天，平台不得积水。

6）平台应安装在牢固可靠的支撑结构上，并与其刚性连接；梯间平台不得悬挂在梯段上。

7）平台全部采用焊接，焊接要求应符合《钢结构焊接规范》。

8）平台钢梁应平直，铺板应平整，不得有斜扭、翘曲等缺陷。

9）制成后的平台应涂防锈漆和面漆。

10）平台外边缘到烟囱外壁的距离不得小于1200mm。

护栏示意图

1）防护栏杆的高度不得低于1200mm。

2）栏杆的全部构件采用性能不低于Q235-A·F的钢材制造。

3）栏杆的结构宜采用焊接，焊接的要求应符合GBJ 205的技术规定。

4）扶手宜采用外径Φ33.5～50mm的钢管，立柱宜采用大于等于50×50×4角钢或Φ33.5～50mm的钢管，立柱间隙宜为1200mm（外直径）。

5）横杆采用大于等于25×4扁钢或Φ16的圆钢。横杆与上、下构件的净距离小于等于380mm。

6）挡板宜采用大于等于100×2扁钢制造。如果平台设有满足挡板功能及强度要求的其他结构边沿时，允许不另设挡板。

7）室外栏杆、挡板与平台间隙为10～20mm，室内不留间隙。

8）所有结构表面应光滑、无毛刺，安装后不应有歪斜、扭曲、变形及其他缺陷。

9）栏杆表面必须认真除锈，并做防腐涂装。

10）栏杆的设计，必须保证其扶手所能承受水平方向垂直施加的载荷大于等于

500N/m。

3、监测室的准备

主视图

俯视图

3.1、监测室要求

1）监测室尺寸不低于3000mm（长）×3000mm（宽）×3000mm（高），门尺寸不低于1000mm（宽）×2200mm（高）。

2）监测室设有窗户，尺寸不低于1500mm（宽）×1000mm（高）。

3）仪器室内配置配电箱一个，配220V/8KW交流电源，配1个总空开（40A），2个20A空开，1个10A空开，空开必须有独立接地。

4）监测室内须设有照明系统，配备冷暖空调，保证室内温度在20℃～30℃，湿度保持在90%以下，无震动。

5）监测室内须配备除水除油气源，气源压力达到0.4～0.8Mp。

6）监测室内距地面高度2500mm处，为烟气伴热管和电缆管路等开孔铺设桥架，桥架尺寸为100mm（宽）×50mm（高），机柜背面墙壁靠近地面位置开一Ф30mm孔，用于排放废气废水。

7）监测室做好防漏、防雷工作，地面做好防潮、防尘工作，提供良好可靠接地点，接地电阻小于4Ω。

8）监测室地面须比室外地面高10cm，以免雨水倒灌，同时应使用角度较小的坡道，以便搬运机柜。