cems煙氣監(jiān)測系統(tǒng)

一、系統(tǒng)概述

cems煙氣監(jiān)測系統(tǒng)能對企業(yè)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(shù)據(jù)自動采集、分析和儲存，實現(xiàn)自動、實時、準(zhǔn)確地監(jiān)控監(jiān)測企業(yè)廢氣排放情況和治理設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，既便于企業(yè)環(huán)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(huán)保主管部門的監(jiān)控和管理，為實現(xiàn)節(jié)能減排、總量控制提供切實有效的監(jiān)管手段。

該系統(tǒng)氣態(tài)污染物監(jiān)測采用抽取式冷干法，其原理是由德國進(jìn)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(dǎo)至預(yù)處理系統(tǒng)，去除顆粒物、水分、腐蝕性氣體等，再由控制系統(tǒng)對樣氣進(jìn)行切換，分配樣氣經(jīng)由疏水過濾器后進(jìn)入氣體分析儀中進(jìn)行分析，測量SO₂、NO_X、氧含量等參數(shù)。

顆粒物監(jiān)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(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時傳送、儲存、報表統(tǒng)計和圖形數(shù)據(jù)分析等功能，可將各數(shù)據(jù)傳輸至DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)工作現(xiàn)場無人值守。

我公司固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備維護(hù)簡單，動態(tài)范圍廣，實時性強(qiáng)，運(yùn)行成本低，系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，組合方便，可將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集儀傳輸至各級環(huán)保部門。

二、規(guī)范性引用文件

● 環(huán)發(fā)[2002]26號   國家環(huán)保總局《燃煤二氧化硫排放污染防治技術(shù)政策》

● HJ T76-2017     《固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》

● HJ T75-2017    《固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（試行）

● GB16297-1996  《大氣污染物物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》

● GB13271-91    《鍋爐大氣污染物物排放標(biāo)準(zhǔn)》

● 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(tài)污染物采樣方法》

● GB3101－86     《有關(guān)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(tài)物采樣方法》

● GB13223-2003  《火電廠大氣污染物物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》

● HJ/T 212－2005 《污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》

● HJ/T373-2007   《固定污染源監(jiān)測質(zhì)量保證與質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)范（試行）》

三、認(rèn)證許可

本系統(tǒng)滿足以下認(rèn)證組織的相關(guān)要求，并通過相關(guān)認(rèn)證：

● 中環(huán)協(xié)（北京）認(rèn)證中心  《環(huán)保產(chǎn)品認(rèn)證》

四、運(yùn)行環(huán)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(tǒng)組成與描述

我公司固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)由采樣探頭、粉塵儀、溫壓流一體監(jiān)測儀、分析機(jī)柜、標(biāo)準(zhǔn)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(jiān)測點（煙道或煙囪），分析機(jī)柜安放于室內(nèi)。樣氣通過采樣探頭、伴熱管線進(jìn)入分析機(jī)柜，經(jīng)由分析機(jī)柜內(nèi)的預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)入煙氣分析儀，測量SO₂、NO_X、氧含量等參數(shù)；粉塵儀用于測量粉塵濃度，溫壓流一體監(jiān)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(jī)柜內(nèi)的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)；置于分析機(jī)柜內(nèi)部的工控系統(tǒng)可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的顯示、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)儲存、歷史數(shù)據(jù)查詢、圖形數(shù)據(jù)分析、報表統(tǒng)計等功能。標(biāo)準(zhǔn)氣體用于校準(zhǔn)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(jī)殼等，避免出現(xiàn)冷凝，確保樣氣正常進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)。

采樣探頭特點：

1、采用加熱自動調(diào)節(jié)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(tǒng)實現(xiàn)自動反吹，最大限度克服阻塞問題，減少維護(hù)量。

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

5、探頭主體機(jī)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(yù)處理系統(tǒng)，是由兩組耐腐高性能四氟乙烯導(dǎo)管輔以高溫恒功率電熱帶以及補(bǔ)償線纜組成內(nèi)芯，外加進(jìn)口原料保溫層，最后敷以聚乙烯（PE）保護(hù)外套復(fù)合而成。采樣管內(nèi)溫度控制在120℃左右，使得煙氣中水含量以蒸氣狀態(tài)存在，防止水結(jié)露與SO₂生成酸。

三、預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)包括氣體冷凝器、細(xì)過濾組合、疏水過濾器、蠕動泵、調(diào)節(jié)閥等，完成樣氣的除塵、除水，保證干凈、流量穩(wěn)定的樣氣進(jìn)去氣體分析儀，確保分析儀器的準(zhǔn)確性和可靠性。

預(yù)處理系統(tǒng)流程：

樣氣進(jìn)入機(jī)柜時經(jīng)過一個截止閥，通常截止閥是打開狀態(tài)，當(dāng)吹掃時，截止閥關(guān)閉，防止吹掃氣進(jìn)入機(jī)柜，保護(hù)預(yù)處理系統(tǒng)；然后進(jìn)入制冷器除去濕氣，冷凝液集結(jié)在制冷器的下方，通過排液蠕動泵排除；接著氣體經(jīng)過一個保護(hù)過濾器除塵；然后經(jīng)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(jīng)取樣泵采出，對分析儀零點進(jìn)行校準(zhǔn)；接著氣體進(jìn)入二級制冷器進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)氣來校準(zhǔn)儀表量程，再經(jīng)過阻水過濾器對樣氣進(jìn)一步除水，最后進(jìn)入分析儀。

預(yù)處理系統(tǒng)特點：

1、預(yù)處理系統(tǒng)置于分析機(jī)柜內(nèi)部，布局合理美觀，預(yù)留空間大，便于檢修。

2、兩級制冷器，增強(qiáng)制冷效果，有效排除樣氣中的水分。

3、兩級細(xì)過濾組合，增強(qiáng)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(qiáng)對分析儀的防護(hù)。

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(gòu)成。

分析儀光電原理示意圖

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

通過對光譜進(jìn)行差分分析，并結(jié)合化學(xué)計量學(xué)算法，可以得出氣體中相關(guān)組分的濃度。

1、技術(shù)特點

●  采用紫外光譜分析技術(shù)，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(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；

●  利用氣體在不同波段的吸收強(qiáng)弱不同，可實現(xiàn)量程切換，動態(tài)范圍大；

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

● 采用脈沖氙燈光源，壽命超過五年，無需預(yù)熱時間，穩(wěn)定性好；

● 每天自動進(jìn)行儀器校正，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的可靠性；

● 具有故障、斷電和檢測數(shù)據(jù)超標(biāo)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(shù)參數(shù)

五、氧含量測量單元

測量方法：電化學(xué)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(fù)性：≤0.05%O₂                                                         

偏差：在有自動標(biāo)定的情況，可以忽略；在無自動標(biāo)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(jiān)測要求，也可適用與高濃度排放的監(jiān)測；結(jié)構(gòu)上采用單端安裝，無需光路對中，不怕煙道的機(jī)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(shè)計過程最大限度地降低現(xiàn)場安裝的復(fù)雜度，安裝維護(hù)極其簡單，最大限度地減少由于現(xiàn)場安裝調(diào)試帶來的諸多問題；采用標(biāo)準(zhǔn)4-20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電流輸出，連接方便；儀器整體功耗非常小,大約5W左右；校準(zhǔn)器就地放置，避免混淆及丟失；非點測量，具有較大的取樣區(qū)，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(yù)處理單元、散射光接收單元、顯示與輸入單元、輸出驅(qū)動單元、主控單元。激光器發(fā)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(chǎn)生散射光,背向散射光通過接受系統(tǒng)進(jìn)入傳感器轉(zhuǎn)變成電信號進(jìn)行處理。電路部分實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換、激光束的調(diào)制、信號放大、解調(diào)、光源的功率控制、V/I轉(zhuǎn)換功能。整個系統(tǒng)的構(gòu)成包括主機(jī)及校準(zhǔn)系統(tǒng)、吹掃系統(tǒng)、連接附件及防雨箱。

 系統(tǒng)原理圖

1、技術(shù)特點

● 采用激光背散射原理,不怕煙道的機(jī)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(jīng)過調(diào)制后，使得系統(tǒng)的抗干擾能力得以大幅度提升。

● 儀器設(shè)計貫徹“無工具”現(xiàn)場安裝的思路，最大限度地降低現(xiàn)場安裝的復(fù)雜度。

● 采用標(biāo)準(zhǔn)(4-20)mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)參數(shù)

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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)

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

PLC是CEMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制單元。與常規(guī)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(kuò)展能力。在CEMS系統(tǒng)中， PLC提供了各種模擬量數(shù)字量的輸入輸出信號，并通過軟件進(jìn)行深度處理，PLC提供了24小時的記錄接口系統(tǒng)，可以將加工過的數(shù)據(jù)傳輸給DAS，其控制指令通過DAS激活。

數(shù)據(jù)處理及控制子系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)實時顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、圖形數(shù)據(jù)分析、報表統(tǒng)計、數(shù)據(jù)傳輸、控制校準(zhǔn)、反吹等功能。

1、實時顯示界面

2、參數(shù)設(shè)置界面

3、實時曲線界面

4、歷史數(shù)據(jù)界面

5、報表菜單界面

6、運(yùn)行記錄界面

7、計算公式界面

6、通訊協(xié)議界面

第三章 系統(tǒng)安裝

一、系統(tǒng)安裝要求

1、監(jiān)測點選擇要求

監(jiān)測點位置應(yīng)設(shè)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(dāng)量直徑D=2AB/（A+B），式中A、B為邊長。如果不能達(dá)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(wěn)處為主。

具體要求應(yīng)滿足HJ/T75-2017 固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范中第6條要求以及HJ/T76-2017 固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)要求及監(jiān)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(shè)備下游。

2）  人員易于到達(dá)，有足夠空間。當(dāng)平臺高度>5m時，應(yīng)提供Z梯/旋梯/升降梯。

3）  應(yīng)優(yōu)先選擇垂直管段和煙道負(fù)壓區(qū)。

4）  監(jiān)測點應(yīng)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(shè)備應(yīng)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(jìn)入該固定污染源總排放口時，應(yīng)盡可能將煙氣CEMS安裝在總排放口上。

7）  點測量CEMS的監(jiān)測點應(yīng)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(qū)。

2、安裝平臺準(zhǔn)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(shè)計，大于此值時應(yīng)按實際要求或相鄰的樓面荷載系數(shù)設(shè)計。

2）鋼平臺的其他構(gòu)件設(shè)計應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》。

3）平臺采用機(jī)械性能高于于A3F的鋼材制作。

4）平臺一切敞開的邊緣均應(yīng)設(shè)置安全防護(hù)欄桿。防護(hù)欄桿的設(shè)計應(yīng)符          GB 4053.3-83《固定式工業(yè)防護(hù)欄桿》的要求。

5）平臺鋪板應(yīng)采用大于4mm厚的經(jīng)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(yīng)安裝在牢固可靠的支撐結(jié)構(gòu)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(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》。

8）平臺鋼梁應(yīng)平直，鋪板應(yīng)平整，不得有斜扭、翹曲等缺陷。

9）制成后的平臺應(yīng)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(hù)欄示意圖

1）防護(hù)欄桿的高度不得低于1200mm。

2）欄桿的全部構(gòu)件采用性能不低于Q235-A·F的鋼材制造。

3）欄桿的結(jié)構(gòu)宜采用焊接，焊接的要求應(yīng)符合GBJ 205的技術(shù)規(guī)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(gòu)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(shè)有滿足擋板功能及強(qiáng)度要求的其他結(jié)構(gòu)邊沿時，允許不另設(shè)擋板。

7）室外欄桿、擋板與平臺間隙為10～20mm，室內(nèi)不留間隙。

8）所有結(jié)構(gòu)表面應(yīng)光滑、無毛刺，安裝后不應(yīng)有歪斜、扭曲、變形及其他缺陷。

9）欄桿表面必須認(rèn)真除銹，并做防腐涂裝。

10）欄桿的設(shè)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(jiān)測室的準(zhǔn)備

主視圖

俯視圖

3.1、監(jiān)測室要求

1）監(jiān)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(jiān)測室設(shè)有窗戶，尺寸不低于1500mm（寬）×1000mm（高）。

3）儀器室內(nèi)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(jiān)測室內(nèi)須設(shè)有照明系統(tǒng)，配備冷暖空調(diào)，保證室內(nèi)溫度在20℃～30℃，濕度保持在90%以下，無震動。

5）監(jiān)測室內(nèi)須配備除水除油氣源，氣源壓力達(dá)到0.4～0.8Mp。

6）監(jiān)測室內(nèi)距地面高度2500mm處，為煙氣伴熱管和電纜管路等開孔鋪設(shè)橋架，橋架尺寸為100mm（寬）×50mm（高），機(jī)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(jiān)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(jiān)測室地面須比室外地面高10cm，以免雨水倒灌，同時應(yīng)使用角度較小的坡道，以便搬運(yùn)機(jī)柜。