cems煙氣監測系統

一、系統概述

cems煙氣監測系統能對企業廢氣排放口的SO₂、NO_X、顆粒物（粉塵）、煙氣溫度、煙氣壓力、流速、煙氣含氧量、煙氣濕度等數據自動采集、分析和儲存，實現自動、實時、準確地監控監測企業廢氣排放情況和治理設施的運行狀態，既便于企業環保管理層了解和掌握污染治理和廢氣排放的整體情況，也利于環保主管部門的監控和管理，為實現節能減排、總量控制提供切實有效的監管手段。

該系統氣態污染物監測采用抽取式冷干法，其原理是由德國進口采樣泵通過采樣探頭抽取樣氣，采樣探頭具備除塵、加熱、恒溫控制等功能，樣氣被引導至預處理系統，去除顆粒物、水分、腐蝕性氣體等，再由控制系統對樣氣進行切換，分配樣氣經由疏水過濾器后進入氣體分析儀中進行分析，測量SO₂、NO_X、氧含量等參數。

顆粒物監測采用激光后向散射原理，溫度采用溫度傳感器測量，壓力采用壓力傳感器測量，煙氣流量采用差壓皮托管測量，將測量信號傳輸至數據采集與處理系統。

數據處理系統具有現場數據實時傳送、儲存、報表統計和圖形數據分析等功能，可將各數據傳輸至DCS系統，實現工作現場無人值守。

我公司固定污染源煙氣排放連續監測系統結構緊湊，設備維護簡單，動態范圍廣，實時性強，運行成本低，系統采用模塊化結構，組合方便，可將監測數據通過數據采集儀傳輸至各級環保部門。

二、規范性引用文件

● 環發[2002]26號   國家環?？偩帧度济憾趸蚺欧盼廴痉乐渭夹g政策》

● HJ T76-2017     《固定污染源排放煙氣連續監測系統技術要求及檢測方法》

● HJ T75-2017    《固定污染源排放煙氣連續監測系統技術規范》（試行）

● GB16297-1996  《大氣污染物物綜合排放標準》

● GB13271-91    《鍋爐大氣污染物物排放標準》

● GB5468-91     《鍋爐煙塵測試方法》

● GB/T16157-1996 《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法》

● GB3101－86     《有關量、單位和符號的一般原則》

● GB/T16157—1996《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態物采樣方法》

● GB13223-2003  《火電廠大氣污染物物綜合排放標準》

● HJ/T 212－2005 《污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準》

● HJ/T373-2007   《固定污染源監測質量保證與質量控制技術規范（試行）》

三、認證許可

本系統滿足以下認證組織的相關要求，并通過相關認證：

● 中環協（北京）認證中心  《環保產品認證》

四、運行環境

● 溫度：15℃ ~ 35℃

● 濕度：≤85%

● 大氣壓：86～106Kpa

● 煙氣溫度：<300℃

● 供電電壓：AC 220V±10%，頻率50Hz

● 接地電阻：＜4Ω

第二章 系統組成與描述

我公司固定污染源煙氣排放連續監測系統由采樣探頭、粉塵儀、溫壓流一體監測儀、分析機柜、標準樣氣、管線等組成。其中采樣探頭、粉塵儀、溫壓流探頭安裝于監測點（煙道或煙囪），分析機柜安放于室內。樣氣通過采樣探頭、伴熱管線進入分析機柜，經由分析機柜內的預處理系統進入煙氣分析儀，測量SO₂、NO_X、氧含量等參數；粉塵儀用于測量粉塵濃度，溫壓流一體監測儀用于測量溫度、壓力、流速，測量信號通過電纜傳輸至分析機柜內的數據采集與處理系統；置于分析機柜內部的工控系統可實現實時數據的顯示、數據傳輸、數據儲存、歷史數據查詢、圖形數據分析、報表統計等功能。標準氣體用于校準分析儀表。

一、采樣探頭

采樣探頭包括采樣探桿、采樣腔、加熱裝置、溫控裝置、探頭濾芯、主體機殼等，避免出現冷凝，確保樣氣正常進入預處理系統。

采樣探頭特點：

1、采用加熱自動調節單元，加熱溫度維持至150℃左右，避免冷凝。

2、探頭濾芯采用2um氣孔的鎳鈦合金，有效去除樣氣中的煙塵。

3、探頭具備反吹功能，通過控制系統實現自動反吹，最大限度克服阻塞問題，減少維護量。

4、與煙氣接觸部分、法蘭等均采用316L不銹鋼材質，避免長時間使用后帶來的材質腐蝕、測量誤差等問題。

5、探頭主體機殼部分采用烤漆處理。

二、煙氣伴熱管

煙氣伴熱管連接采樣探頭和預處理系統，是由兩組耐腐高性能四氟乙烯導管輔以高溫恒功率電熱帶以及補償線纜組成內芯，外加進口原料保溫層，最后敷以聚乙烯（PE）保護外套復合而成。采樣管內溫度控制在120℃左右，使得煙氣中水含量以蒸氣狀態存在，防止水結露與SO₂生成酸。

三、預處理系統

預處理系統包括氣體冷凝器、細過濾組合、疏水過濾器、蠕動泵、調節閥等，完成樣氣的除塵、除水，保證干凈、流量穩定的樣氣進去氣體分析儀，確保分析儀器的準確性和可靠性。

預處理系統流程：

樣氣進入機柜時經過一個截止閥，通常截止閥是打開狀態，當吹掃時，截止閥關閉，防止吹掃氣進入機柜，保護預處理系統；然后進入制冷器除去濕氣，冷凝液集結在制冷器的下方，通過排液蠕動泵排除；接著氣體經過一個保護過濾器除塵；然后經過一個兩位一通電磁閥，自動校零時潔凈的空氣通過此閥,經取樣泵采出，對分析儀零點進行校準；接著氣體進入二級制冷器進一步除濕，除濕后的氣體通過取樣泵，然后通過一個手動三通閥，通過它注入標準氣來校準儀表量程，再經過阻水過濾器對樣氣進一步除水，最后進入分析儀。

預處理系統特點：

1、預處理系統置于分析機柜內部，布局合理美觀，預留空間大，便于檢修。

2、兩級制冷器，增強制冷效果，有效排除樣氣中的水分。

3、兩級細過濾組合，增強樣氣凈化效果。

4、兩個蠕動泵，樣氣水分較重時確保排水效果。

5、增加疏水過濾器，增強對分析儀的防護。

四、SO₂、NOx測量單元

氣體分析儀的工作原理基于朗伯-比爾定律，其分析方法屬于紫外吸收光譜法。分析儀的測量單元，由光源、氣體室、光纖和光譜儀（含光闌、全息光柵、線陣檢測器）等組件構成。

分析儀光電原理示意圖

光源發出的紫外光經光學視窗進入氣體室，被流經氣體室的被測樣氣所吸收，攜帶被測樣氣吸收信息的光經透鏡匯聚后耦合入光纖，經光纖傳輸送入光譜儀進行分光處理，即可得到氣體的吸收光譜。

通過對光譜進行差分分析，并結合化學計量學算法，可以得出氣體中相關組分的濃度。

1、技術特點

●  采用紫外光譜分析技術，排除了交叉干擾，可同時測量多種氣體的濃度；

●  采用差分吸收光譜算法，消除了煙塵、水分、光源變化等影響因素，保證了測量的準確性和穩定性；

●  利用氣體在不同波段的吸收強弱不同，可實現量程切換，動態范圍大；

● 光源、測量室、光譜儀之間采用光纖連接，無運動部件，可靠性好、安裝維護方便；

● 采用脈沖氙燈光源，壽命超過五年，無需預熱時間，穩定性好；

● 每天自動進行儀器校正，增強了數據的可靠性；

● 具有故障、斷電和檢測數據超標等異常等情況下的自動報警及記錄功能；

● 觸摸屏顯示，操作簡單方便，界面友好。

2、技術參數

五、氧含量測量單元

測量方法：電化學法

最大量程：（0～25）%          

輸出信號分辨率：<輸出信號范圍的0.2%

重復性：≤0.05%O₂                                                         

偏差：在有自動標定的情況，可以忽略；在無自動標定的情況下，暴露于空氣中1年的典型值是1%O₂/年

六、粉塵測量單元

采用激光背散射原理，分辨率高，可適用于低濃度排放的監測要求，也可適用與高濃度排放的監測；結構上采用單端安裝，無需光路對中，不怕煙道的機械振動及煙氣溫度不均造成的折射率不均引起的光束擺動；儀器設計過程最大限度地降低現場安裝的復雜度，安裝維護極其簡單，最大限度地減少由于現場安裝調試帶來的諸多問題；采用標準4-20mA工業標準電流輸出，連接方便；儀器整體功耗非常小,大約5W左右；校準器就地放置，避免混淆及丟失；非點測量，具有較大的取樣區，可適用各種直徑煙囪的使用。

粉塵儀包括激光光源及功率控制單元、光電傳感與小信號預處理單元、散射光接收單元、顯示與輸入單元、輸出驅動單元、主控單元。激光器發出的650nm束以一個微小的角度射入排放源,激光束與煙塵粒子作用產生散射光,背向散射光通過接受系統進入傳感器轉變成電信號進行處理。電路部分實現光電轉換、激光束的調制、信號放大、解調、光源的功率控制、V/I轉換功能。整個系統的構成包括主機及校準系統、吹掃系統、連接附件及防雨箱。

 系統原理圖

1、技術特點

● 采用激光背散射原理,不怕煙道的機械振動及煙氣溫度不均造成的折射率不均造成的光束擺動。

● 單端安裝,無需光路對中。

● 激光束經過調制后，使得系統的抗干擾能力得以大幅度提升。

● 儀器設計貫徹“無工具”現場安裝的思路，最大限度地降低現場安裝的復雜度。

● 采用標準(4-20)mA工業標準電流輸出,連接方便。

● 儀器整體功耗非常小,大約5w左右。

2、技術參數

七、溫壓流測量單元

1、流速

測量原理： 皮托管

測量范圍：0～40m/s。             

測量精度：≤±2%F.S.

輸入電壓：220VDC

輸出電流：兩線制4～20mA

2、溫度

測量原理：溫度傳感器

測量范圍：0～150℃。（標準量程：0-400℃）

測量精度：±0.5%

輸入電壓：220VDC

輸出電流：兩線制4～20mA

3壓力

測量原理：壓力傳感器

測量范圍：-1～1Kpa。（標準量程-10kPa- +10kPa）

測量精度：±0.5%

輸入電壓：220VDC

輸出電流：兩線制4～20mA

八 、數據采集及處理系統

數據采集和處理系統用來獲取和處理來自各分析儀傳輸來的數據，并進行實時而有效的控制和處理，具有高可靠性和高穩定性，該系統包括可編程邏輯控制器（PLC）和數據處理及控制子系統。

PLC是CEMS系統的數據采集、控制單元。與常規的控制方式不同，PLC提供了更為豐富的功能和更高的可靠性、擴展能力。在CEMS系統中， PLC提供了各種模擬量數字量的輸入輸出信號，并通過軟件進行深度處理，PLC提供了24小時的記錄接口系統，可以將加工過的數據傳輸給DAS，其控制指令通過DAS激活。

數據處理及控制子系統可實現數據采集、數據處理、數據保存、數據實時顯示、歷史數據查詢、圖形數據分析、報表統計、數據傳輸、控制校準、反吹等功能。

1、實時顯示界面

2、參數設置界面

3、實時曲線界面

4、歷史數據界面

5、報表菜單界面

6、運行記錄界面

7、計算公式界面

6、通訊協議界面

第三章 系統安裝

一、系統安裝要求

1、監測點選擇要求

監測點位置應設置在距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于4倍直徑，和距上述部件上游方向不小于2倍直徑處。對矩形煙道，其當量直徑D=2AB/（A+B），式中A、B為邊長。如果不能達到這樣的條件，以采樣管安裝孔為界按距離入口2/3，距離出口1/3的比率安裝。也可安裝在煙氣總排放的垂直煙囪上，一般安裝在煙囪總高度距地面的三分之一處（磚煙囪），但以安裝在煙氣排放氣流平穩處為主。

具體要求應滿足HJ/T75-2017 固定污染源煙氣排放連續監測技術規范中第6條要求以及HJ/T76-2017 固定污染源煙氣排放連續監測技術要求及監測方法中第6條要求。概述如下：

1）  位于固定污染源排放控制設備下游。

2）  人員易于到達，有足夠空間。當平臺高度>5m時，應提供Z梯/旋梯/升降梯。

3）  應優先選擇垂直管段和煙道負壓區。

4）  監測點應避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位。

5）  每臺固定污染源排放設備應安裝一套煙氣CEMS。

6）  若一個固定污染源排氣先通過多個煙道后進入該固定污染源總排放口時，應盡可能將煙氣CEMS安裝在總排放口上。

7）  點測量CEMS的監測點應離煙道壁的距離大于煙道直徑的30%，且不小1m，位于或接近煙道截面積的矩心區。

2、安裝平臺準備

2.1平臺要求

安裝平臺示意圖

1）檢修平臺一般按400kg/m²等效均布荷載設計，大于此值時應按實際要求或相鄰的樓面荷載系數設計。

2）鋼平臺的其他構件設計應符合《鋼結構設計規范》。

3）平臺采用機械性能高于于A3F的鋼材制作。

4）平臺一切敞開的邊緣均應設置安全防護欄桿。防護欄桿的設計應符          GB 4053.3-83《固定式工業防護欄桿》的要求。

5）平臺鋪板應采用大于4mm厚的經防滑處理的鋼板或者采用Φ16的圓鋼制作踏棍，考慮雨天，平臺不得積水。

6）平臺應安裝在牢固可靠的支撐結構上，并與其剛性連接；梯間平臺不得懸掛在梯段上。

7）平臺全部采用焊接，焊接要求應符合《鋼結構焊接規范》。

8）平臺鋼梁應平直，鋪板應平整，不得有斜扭、翹曲等缺陷。

9）制成后的平臺應涂防銹漆和面漆。

10）平臺外邊緣到煙囪外壁的距離不得小于1200mm。

護欄示意圖

1）防護欄桿的高度不得低于1200mm。

2）欄桿的全部構件采用性能不低于Q235-A·F的鋼材制造。

3）欄桿的結構宜采用焊接，焊接的要求應符合GBJ 205的技術規定。

4）扶手宜采用外徑Φ33.5～50mm的鋼管，立柱宜采用大于等于50×50×4角鋼或Φ33.5～50mm的鋼管，立柱間隙宜為1200mm（外直徑）。

5）橫桿采用大于等于25×4扁鋼或Φ16的圓鋼。橫桿與上、下構件的凈距離小于等于380mm。

6）擋板宜采用大于等于100×2扁鋼制造。如果平臺設有滿足擋板功能及強度要求的其他結構邊沿時，允許不另設擋板。

7）室外欄桿、擋板與平臺間隙為10～20mm，室內不留間隙。

8）所有結構表面應光滑、無毛刺，安裝后不應有歪斜、扭曲、變形及其他缺陷。

9）欄桿表面必須認真除銹，并做防腐涂裝。

10）欄桿的設計，必須保證其扶手所能承受水平方向垂直施加的載荷大于等于

500N/m。

3、監測室的準備

主視圖

俯視圖

3.1、監測室要求

1）監測室尺寸不低于3000mm（長）×3000mm（寬）×3000mm（高），門尺寸不低于1000mm（寬）×2200mm（高）。

2）監測室設有窗戶，尺寸不低于1500mm（寬）×1000mm（高）。

3）儀器室內配置配電箱一個，配220V/8KW交流電源，配1個總空開（40A），2個20A空開，1個10A空開，空開必須有獨立接地。

4）監測室內須設有照明系統，配備冷暖空調，保證室內溫度在20℃～30℃，濕度保持在90%以下，無震動。

5）監測室內須配備除水除油氣源，氣源壓力達到0.4～0.8Mp。

6）監測室內距地面高度2500mm處，為煙氣伴熱管和電纜管路等開孔鋪設橋架，橋架尺寸為100mm（寬）×50mm（高），機柜背面墻壁靠近地面位置開一Ф30mm孔，用于排放廢氣廢水。

7）監測室做好防漏、防雷工作，地面做好防潮、防塵工作，提供良好可靠接地點，接地電阻小于4Ω。

8）監測室地面須比室外地面高10cm，以免雨水倒灌，同時應使用角度較小的坡道，以便搬運機柜。