CEMS系统基本原理

烟气排放连续监测系统对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测并将信息实时传输到数据，被称为“烟气自动监控系统”(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。

根据贵方提供的监测需求，我们自主开发的烟气排放连续监测系统采用的传感器+抽取冷凝法，抽取式热湿法 CEMS能够测量 SO2、NOx、O2、温度、压力、流速、粉尘、湿度等多项参数，并将所有的监测参数传输至用户 DCS 系统，系统设备放置在分析小屋内，操作和维护方便;整套系统结构简单，模块化设计，稳定性强，运行成本低。

执行标准

《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》(HJ 75-2017)

《固定污染源排放烟气(SO2、NOx,颗粒物)连续监测系统技术要求及检测方法》(HJ 76—2017)

《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)

《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB/T 16157-1996)

《污染源在线监控(监测)系统数据传输标准》 HJ212

《烟气采样器技术条件》 HJ/T47《烟尘采样器技术条件》 HJ/T48

世界银行的排放标准

测量项目

　　测量参数：SO2、NOX、O2、温度、压力、流速(流量)、粉尘;

测量方法

　　烟气采样方法：高温冷凝法抽取式;

　　SO2、NOX 测量方法：传感器分析技术;

　　O2 测量方法：电化学;

　　烟气温度测量方法： 热敏电阻(或热电偶);

　　烟气压力测量方法：压力传感器;

　　烟气流速测量方法：微差压法(皮托管);

　　烟气粉尘测量方法：静电感应

系统特点

　　烟气在线系统主要具有以下技术特点：

　　特点一：基于冷凝直接抽取式高温伴热法，的传感器技术。

　　特点二：采用 PLC 控制，自动化程度高，液晶屏显示系统流路，采集系统的详细状态信息，可作为数据有效性审核的有利资源;

　　特点三：二级冷凝快速除水、降温，减少气、水接触时间，降低 SO2 损耗，采样探头运用多级粉尘过滤技术与定时反吹相结合，有效解决探头易堵塞的难题，适应高尘、高湿、高温、高腐蚀性等恶劣环境;

　　特点四：分析仪气体室由不锈钢加工而成，气体室强壮、成本低，受水分、粉尘的影响小，检测器与气体室采用光纤连接，更换方便，维护成本低;

　　特点五：智能化设计，自动调零，量程超限报警，湿度报警，采样探头温度异常报警、冷凝器温度异常报警、加热温度异常报警、故障报警;

　　特点六：温压流检测仪采用一体化机柜，高精密微差压变送器(检测下限低)，自动调零，自动反吹，反吹保护，数据上传与显示等功能;

　　系统组成

　　CEMS一般由烟尘监测子系统(粉尘)、气态污染物监测子系(SO2、NOX)烟气参数监测子系统(温度、压力、流速、O2)、系统控制及数据处理子系统四个基本部分组成。

　　CEMS 示意图

　　本系统由置于烟囱上的采样探头、粉尘仪和温压流一体化探头，以及置于小屋中的分析机柜、标气和压缩气源组成。

　　采样探头负责烟气采样，内置陶瓷或不锈钢滤芯用于过滤烟气中的粉尘。

　　伴热管线高温伴热避免烟气中水蒸气冷凝。

　　粉尘仪用于测量烟囱粉尘浓度。

　　温压流用于测量烟囱内烟气的温度、压力和流速。

　　分析机柜负责抽取烟气，过滤、冷凝除水后测量 SO2、NOx、O2 组分。

　　标气用于校准分析仪表。

　　空压机产生压缩空气，用于对伴热管线、采样探头、温压流进行定期反吹。

　　机柜说明

抽取式冷凝法 CEMS 系统机柜正面

监测子系统参数

SO2、NOX 分析仪表

基于传感器技术研发的烟气分析仪(以下简称分析仪)是我公司针对国内外环保、工业控制现场在线气体分析自主研发的烟气分析仪产品。该分析仪能够测量 SO2、NOx、O2、等气体的浓度，具有测量精度高、可靠性高、响应时间快、适用范围广等特点，各项指标达到或超过国内外同类产品。

分析仪由传感器、气体室、液晶屏、接口板、AB板、直流电源等部件组成。

分析方法：传感器技术(SO2/NOX)

　　SO2 测量范围(ppm)： 0-50-100-300-3000(支持双量程)

　　NOX 测量范围(ppm)：0-50-100-300-3000(支持双量程)

　　O2 测量范围：0-25%

　　重复性： ≤±1%F.S.

　　零点漂移：≤ 2%F.S./周;

　　全幅漂移：≤ 2%F.S./周;

　　线性误差：≤±2%F.S.

　　示值误差：≤±5%F.S.

　　响应时间：<25 秒

　　用电量：220±10%VAC 100W;

　　仪用空气要求：0.4Mpa 以上，无油无水;

　　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，DC24V

　　通讯接口：1 路 232，1 路 485(支持 Modbus 协议)

压缩机式冷凝干燥器

冷凝干燥器

可靠性高、无运动部件

光源采用脉冲氙灯，寿命达 5~10 年，按照 3 次/秒计算，使用寿命达 10 年;脉冲氙灯属冷光源，与红外光源相比，具有寿命长，稳定性好，无预热时间的优点。

无光学运动部件，无切光轮、滤光轮、干涉仪等光学运动部件，可靠性高，现场振动不损伤仪表，也不影响测量结果。

模块化设计、维护方便

气体室成本低，分析仪气体室由不锈钢加工而成，内部无需镜面抛光、镀金，气体室强壮、成本低，受水分、粉尘的影响小，检测器与气体室采用光纤连接，更换方便，维护成本低。

光源、光谱仪、HMI 模块、气体室、接口模块等采用模块化设计，可靠性高、可扩展性好、维护方便。

烟气温压流一体化监测仪

温压流一体化监测仪拥有高精度微差压/静压传感器，同时配备反吹单元，是专门针对烟气排放连续监测的高粉尘、高温、高湿环境而开发的一体化温度、压力、流速监测仪，符合国家相关标准的要求，可以用于烟气排放监测系统(CEMS)进行烟气温度、压力、流速及流量的实时连续测量。

温压流一体化测量装置的结构主要包括微差压变送器、静压传感器、热电阻(或热电偶)、皮托管、控制单元、反吹单元、显示单元、数据传输单元等。其测量原理是：一次取压元件采用传统的皮托管测量方式。皮托管内外表面均做了特殊处理，可有效避免烟气腐蚀并减少粉尘粘附。反吹单元主要用于脏污气体(如锅炉排放的烟气)测量时的系统反吹。温压流一体机采用高精密微差压变送器，自动调零，自动反吹，反吹保护，数据上传与显示等功能;

温度压力流速监测仪优势

实时测量温度、压力、流速，并通过 3 路 4-20mA 模拟信号输出，支持RS485;

流速检测可达 2-40m/s;

采用高精密微差压变送器，自动零点校准，可灵活配置变送器维修更方便，良好的人机交互界面。

可适应高粉尘、高温、高湿等烟气场合;

流速测量精度高、可靠性好、可长期连续工作;

自身配备自动反吹单元，可定时反吹皮托管内的颗粒物;具备反吹保护功能;

结构紧凑，可直接安装在管道上;

烟气流速监测仪

量程 ：0-40m/s 0-15m/s 可订制

测量精度：≤±2%F.S.

分析方法： 皮托管法

环境温度限制  ：-40～60℃

电源：220±10%VAC

仪用空气要求：0.4Mpa 以上，无油无水

响应时间：<1s;

输出信号：4~20mA，RS485/RS232 灵活配置;

皮托管材质：碳钢;

反吹单元：自动反吹，自动调零;

皮托管插入长度：500~1700mm 可选(订制);

压力变送器量程：-10~10kPa、 小±200Pa 或其它订制量程;

介质温度范围：-40~500℃;

烟气压力监测仪

量程(高/低) ：±10Kpa

测量精度：≤±2%

分析方法：静压传感器

环境温度限制：-40～60℃

用电量：5w

输出信号型式：(4～20)mA， RS485/RS232 灵活配置

温度监测仪

量程(高/低) ：0-300/800℃可定制

测量精度：≤±2%

分析方法： 热电阻(或热电偶)

环境温度限制：-40～60℃

用电量：2W

输出信号型式： (4～20)mA ，RS485/RS232 灵活配置

O2 分析仪技术指标

分析方法：电化学

量程：(0-25)%

线性误差：≤±2%F.S.

零点漂移：≤±1%F.S.

量程漂移：≤±1%F.S.

响应时间：<15s

用电量(kVA)：<3W

输出信号型式：4-20mA

粉尘仪

粉尘浓度测量仪采用准确可靠的交流静电测量技术。当粉尘粒子经过传感器时，粉尘粒子所携带的微弱电荷被传感器采集并传送至处理器，处理器把信号处理结果转换成与粉尘含量成线性关系的输出值。

安装

　　提供所有用于在烟囱上安装所需的部件，包括安装法兰、安装托架，不锈钢防护罩(这些需要根据工况现场焊接)5μm不锈钢烧结过滤器和自动反吹功能、电加热、压力取样元件等并提供硬件定位的安装图。

　　提供安装示意图、小屋布置示意图，并负责所有设备，如探头、发射/接受单元和所有管线的指导安装。CEMS排气管路应规范敷设，不应随意放置，防止尾气污染周围环境。

使用的材料

　　凡是与烟气接触的探头等应满足电厂运行工况的烟气成分、温度条件下能连续可靠运行的要求。材料由聚四氟乙烯、玻璃、能承受205℃温度的不锈钢以及其他耐腐蚀合金组成。

CEMS部件

　　所有安装在烟道内采样系统部件应由Hasteloy C-276或具有同等耐腐蚀的不锈钢构成，并可在除尘器出口高烟气温度(0-400℃)下连续正常运行。

　　测量探头内置净化空气导流系统，以保证光学界面无尘。

　　控制装置控制仪器运行、空气清洗系统以及数据采集、计算和输入输出。

　　净化空气装置提供清洁空气，防止仪器受污染和高温影响。

　　采样线应由聚四氟乙烯构成，采样线长度为从分析仪器至采样点。对于加热采样线应具有自供调节功能，外套管能消除天气变化对测量的影响。从烟囱和烟道中连续地采样，将部分样气送入分析仪。

　　校正气线应在两倍于正常校正气运行压力下保证无泄漏。

校正设备和标准

　　卖方应提供CEMS的校零和满量程校正服务。

　　系统校正应简单，易于操作，成本低。

　　●校正气的量应能满足启动后正常校正30天和CEMS测试用气。

　　●校正气一般应储存在钢瓶内，应说明其种类、浓度和数量以及储气筒的材料安全数据表。

　　提供的分析仪器应没有明显的干扰。即在测量单个烟气或多个烟气成分混合时浓度值结果差异没有一位数以上数据(至少保持前两位有效浓度数据没有变化);当浓度值大于满量程的0.2%或测量标定值时，分析仪器对此应有反应。

警报

　　提供CEMS系统干接点输出功能，以警报下列情况：

　　●系统故障报警。

　　●温度异常报警。

　　●采样气路堵塞报警。(这个功能目前没有但可以实现)

　　●缺仪表风报警。(这个功能目前实现不了)

　　分析仪器室内(非CEMS小屋)和仪器内提供和安装各种必要的管道和挡板，以将气体分配到分析仪器。在各种潜在运行工况下所有设备需要合适地被冷却或加热，以防止设备因热而导致设备漂移或运行问题。

　　系统被设计成根据冷却或加热的失效能自动报警。报警被设计成能在仪表盘上显示并输出开关信号及时通知操作人员处理问题。报警由卖方设定触发的低温或高温。

反吹空气保护

　　当CEMS部件如探头或发射/接受单元与烟气接触时，买方提供一路吹扫气源至卖方压缩空气入口，以防止烟气污染分析仪器部件。当反吹空气系统失效时，一个警报信号显示在CEMS上。卖方提供的CEMS应具有自动清扫功能，定期自动清除探头的积灰。

数据处理总要求

　　应负责数据采集、数据处理、数据输出等功能满足本技术协议的要求。

　　应负责完成数据处理单元的检查，包括卖方数据处理单元的出厂检验。

　　应负责参加和支持在CEMS组装厂的出厂检验。

　　应负责参加和帮助安装后启动和初试验(详见商务合同)。