在線分析儀器與分析系統(tǒng)設計與應用6教學文案

在線(zàixiàn)分析儀器及分析系統(tǒng)

設計與應用技術講座

第二部分(6)第一講在線(zàixiàn)分析系統(tǒng)概述第二講樣氣取樣處理系統(tǒng)第三講分析系統(tǒng)設計應用主講人朱衛(wèi)東2011年第一頁，共166頁。在線氣體分析(fēnxī)系統(tǒng)設計與

工程應用技術(第二部分)第一講在線分析(fēnxī)系統(tǒng)概述第二講樣氣取樣及處理系統(tǒng)第三講在線分析(fēnxī)系統(tǒng)設計、集成與應用第四講CEMS的煙氣參數監(jiān)測分析(fēnxī)技術第五講煙氣脫硫脫硝CEMS的設計應用第六講在線分析(fēnxī)系統(tǒng)在石化行業(yè)的應用

第二頁，共166頁。第一講在線分析系統(tǒng)(xìtǒng)概述1.1在線(zàixiàn)分析儀器與在線(zàixiàn)分析系統(tǒng)的發(fā)展流程工業(yè)自動化主要檢測控制參量溫度T壓力P流量F物位L成分量A在線分析儀器的發(fā)展現場取樣離線分析工業(yè)過程控制對成分量需求分析儀器自動化可靠性提高在線分析儀器原位分析抽取分析第三頁，共166頁。流程在線分析(fēnxī)舉例：燃煤電廠在線監(jiān)測

第四頁，共166頁。在線分析儀器在過程(guòchéng)控制上的應用

第五頁，共166頁。在線分析儀器又稱過程分析儀器，通常指直接安裝在工業(yè)生產流程(liúchéng)或其他源流體現場，對被測介質組成的成分參數或物性參數進行自動連續(xù)分析測量的一類儀器。過程分析中，在線分析儀器大致分為兩類，一類是直接安裝在流程(liúchéng)工藝管線上的在線分析儀器（on-line），儀器傳感器直接安裝在工藝管道或設備中，也稱為原位分析儀器；另一類是通過簡單的取樣樣品處理，將樣氣從工藝管線取出，送到安裝在現場的過程分析儀器（in-line）檢測。這類簡單的取樣樣品處理被稱為在線分析儀器的取樣預處理部件。第六頁，共166頁。國產在線氣體分析儀器的發(fā)展回顧二十世紀五十年代到六十年代初期二十世紀六十年代中期到七十年代二十世紀八十到九十年代二十一世紀以來1957年國產熱導式CO2分析儀產出。為滿足工業(yè)發(fā)展及國防需求國產儀器陸續(xù)產出H2/CO/SO2、NH3,以及O2和紅外等氣體分析儀，國內組建一批分析儀器廠。1965年國產工業(yè)氣相色譜儀產出，1974年第二代工業(yè)色譜儀產出。七十年代國產分析儀器行業(yè)形成體系。批量產出光學（紅外）、電化學、電導、熱學、順磁氧、色譜等系列在線分析儀器。七十年代后期引進國外先進分析儀器技術并國產化。1984年國產工業(yè)質譜儀，用于8312等重點工程。國產在線分析儀器通過科技創(chuàng)新及引進消化吸收，實現了產品更新?lián)Q代。七五、八五期間，通過科技攻關及引進吸收，在線分析系統(tǒng)得到發(fā)展。九十年代改革開放，國企改制，民企得到新發(fā)展。2000年以來，在線分析儀器及分析系統(tǒng)行業(yè)得到大發(fā)展。目前已有數百家分析儀器公司，涌現一批上規(guī)模的民企和國企。在線分析工程技術開始得到推進第七頁，共166頁。在線分析(fēnxī)儀器及在線分析(fēnxī)系統(tǒng)已在石油化工、冶金、電力、建材、化肥、環(huán)境、安全監(jiān)測等領域得到廣泛應用。對流程工業(yè)的安全生產、產品質量、節(jié)能降耗和污染減排等發(fā)揮了重要作用。在線分析(fēnxī)系統(tǒng)通常采取系統(tǒng)集成技術，根據不同在線分析(fēnxī)要求，集成包括在線分析(fēnxī)儀、其他相關檢測參量及自動化技術等組合的分析(fēnxī)系統(tǒng)。在線分析(fēnxī)系統(tǒng)的集成技術應用，除分析(fēnxī)儀器、樣品取樣處理、數據處理傳輸技術外，還涉及到現代分析(fēnxī)化學、物理學、機械、電子學、計算機技術及自動化等綜合學科的交叉應用。第八頁，共166頁。1.2在線分析(fēnxī)系統(tǒng)的分類與基本組成1.2.1在線氣體分析系統(tǒng)的分類在線氣體分析系統(tǒng)的分類與在線分析儀器的分類相似。按照在線分析儀器是否通過取樣分析被分為：取樣式在線分析系統(tǒng)及非取樣式在線分析系統(tǒng)；按照在線分析儀器傳感器的安裝位置又分為原位安裝及現場安裝；按照對被分析的樣品(yàngpǐn)氣是否進行除濕處理又分為干法分析及濕法分析。第九頁，共166頁。在線(zàixiàn)氣體分析系統(tǒng)在線氣體分析系統(tǒng)圖1-1在線氣體分析系統(tǒng)的分類框圖取樣式在線分析系統(tǒng)非取樣式在線分析系統(tǒng)原位式在線分析系統(tǒng)正壓式取樣分析系統(tǒng)遙測法在線分析系統(tǒng)參數監(jiān)測法分析系統(tǒng)抽取式取樣分析系統(tǒng)圖1-1在線氣體分析系統(tǒng)(xìtǒng)的分類框圖第十頁，共166頁。1.2.2抽取式分析系統(tǒng)(xìtǒng)的分類圖1-2抽取式分析系統(tǒng)分類框圖抽取式分析系統(tǒng)直接抽取法稀釋抽取法冷/干法熱/濕法煙道內稀釋法煙道外稀釋法緊密耦合法第十一頁，共166頁。1.2.3原位式在線分析系統(tǒng)(xìtǒng)的分類原位式在線分析系統(tǒng)被分為點測量在線分析系統(tǒng)和線測量在線分析系統(tǒng)。點測量原位式分析儀器的傳感器探頭直接安裝在工藝管線(guǎnxiàn)上。線測量原位式分析通常是發(fā)射一束光橫穿過流程管道，進行樣品氣的分析檢測。又分為單光程和雙光程分析兩種形式第十二頁，共166頁。1.2.4在線分析(fēnxī)系統(tǒng)的應用分類在線分析系統(tǒng)的應用主要分為兩大類，一類是流程工業(yè)的過程控制工藝組分的在線成分量檢測應用，一類是環(huán)境監(jiān)測領域的固定源污染物排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）。流程工業(yè)的在線分析系統(tǒng)應用非常廣泛，在線分析系統(tǒng)組成有各種類型。而環(huán)境監(jiān)測領域的CEMS的組成類型也差不多。但CEMS的基本組成，已有國家標準明確規(guī)范。目前CEMS是我國在線分析系統(tǒng)中唯一有明確標準規(guī)范的分析系統(tǒng)。CEMS的系統(tǒng)組成框圖(kuàngtú)參見下圖。第十三頁，共166頁。環(huán)境監(jiān)測領域(lǐnɡyù)標準規(guī)定的CEMS組成示意圖第十四頁，共166頁。1.3．在線氣體(qìtǐ)分析系統(tǒng)的基本組成1.3.1在線氣體分析系統(tǒng)(xìtǒng)的基本組成概述在線氣體分析系統(tǒng)(xìtǒng)的的基本組成按照取樣式和非取樣式分類而不同。取樣式分析系統(tǒng)(xìtǒng)的基本組成主要包括樣品取樣處理系統(tǒng)(xìtǒng)、在線分析儀器、數據采集處理傳輸以及分析小屋或分析柜等。非取樣式在線分析系統(tǒng)(xìtǒng)，無需樣品取樣處理系統(tǒng)(xìtǒng)，如：原位式在線分析系統(tǒng)(xìtǒng)只包括原位式在線分析儀器及數據采集處理等部分。第十五頁，共166頁。取樣式在線分析系統(tǒng)樣氣取樣處理系統(tǒng)分析測試系統(tǒng)數據采集處理傳輸系統(tǒng)取樣探頭樣品傳輸樣品處理系統(tǒng)部件內分析測試流程組合各類分析測試儀器分析小屋或分析柜數據采集數據控制數據處理數據通訊圖1-3取樣式在線(zàixiàn)分析系統(tǒng)組成框圖第十六頁，共166頁。1.3.3冷干法抽取式在線分析系統(tǒng)(xìtǒng)的組成⑴冷/干法樣品處理系統(tǒng)(xìtǒng)要求冷/干法的取樣處理應保證樣品氣被測組分是真實的，保證能滿足在線分析儀器對被測樣品氣的要求。在線分析儀器要求：被測量的樣品氣，應該是無塵的（不含顆粒物）、干燥的（不含水汽）、并符合分析儀器要求的適宜的環(huán)境溫度范圍（常溫）。第十七頁，共166頁。通常冷/干法分析系統(tǒng)的取樣處理的除塵要求能達到0.1～0.3μm；除濕器的設定冷凝溫度一般為為3-5℃；除濕器出口的溫度約在5℃～8℃，分析儀器傳感器大多(dàduō)恒溫在40℃左右，在分析檢測中不會有水分析出。第十八頁，共166頁。常規(guī)冷/干法分析(fēnxī)系統(tǒng)組成示意圖取樣泵取樣探頭加熱管線冷卻除濕器分析儀器分析柜被測煙道

第十九頁，共166頁。1.4在線(zàixiàn)分析系統(tǒng)的主要性能特性1.4.1在線分析系統(tǒng)的可靠性在線分析系統(tǒng)的可靠性是在線分析行業(yè)最關注的性能特性，是指按照客戶的要求進行可靠性設計，保證產品(chǎnpǐn)有合理的可靠度，能滿足客戶的預期使用壽命的特性。第二十頁，共166頁。可靠性是產品在規(guī)定的條件(tiáojiàn)下完成規(guī)定功能的能力，或者是在規(guī)定的時間能保持完成規(guī)定功能的能力，也可以理解為系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的能力。可靠性是與時間（t）有關的函數，表征產品可靠性的指標有可靠度、失效率、可靠壽命、首次故障平均時間（MTTF）、平均無故障工作時間（MTBF）、維修度、可用度等。在線分析儀器及系統(tǒng)常用MTBF表示。如：氧化鋯氧分析儀的MTBF要求達到8000小時以上。第二十一頁，共166頁。國內用于環(huán)境監(jiān)測的煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS），在標準中提出了至少連續(xù)運行90天的質量保證要求。在90天運行時間內，除系統(tǒng)正常維護外，不允許出現需要維修的故障；如出現故障維修后需重新檢測(jiǎncè)，這也是對系統(tǒng)可靠性及長期穩(wěn)定性的強制考核要求。第二十二頁，共166頁。1.4.2在線(zàixiàn)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指在規(guī)定的工作條件下，輸入保持不變，在規(guī)定的時間內分析系統(tǒng)的輸出信號（分析儀器示值）保持不變的能力。穩(wěn)定性用噪聲及漂移兩個參數(cānshù)表征，噪聲表示隨機誤差，漂移表示系統(tǒng)誤差。常用檢測指標有：基線噪聲、零點漂移、量程漂移等。在線分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標，一般用在檢測期間內的零點漂移和量程漂移的相對示值誤差表示，如：≤±2%F.S./7d。對分析系統(tǒng)檢測期間的時間間隔大多要求為7d（168h）。第二十三頁，共166頁。分析系統(tǒng)的準確性是指系統(tǒng)測量的指示值與被測量真值保持一致的能力。主要取決于分析儀器的準確度，也包含系統(tǒng)取樣處理帶來的系統(tǒng)影響誤差(wùchā)。系統(tǒng)的準確性的指標大多用準確度，即測量誤差(wùchā)表示，常用指標為：絕對誤差(wùchā)和相對誤差(wùchā)。分析系統(tǒng)在檢測標定時，一般分為系統(tǒng)內標及外標。內標主要測定分析儀器的測量誤差(wùchā)，外標要求從取樣探頭處通入標氣進行系統(tǒng)標定。也可采用規(guī)定參比方法標準進行在線比對檢測。第二十四頁，共166頁。1.4.3在線分析(fēnxī)系統(tǒng)的適應性在線分析系統(tǒng)的適應性主要指分析系統(tǒng)對流程工業(yè)成份量檢測項目需求的適應能力。包括滿足被測項目的工藝組分成份量的檢測要求，以及對被測項目的環(huán)境適應性要求。適應性體現為系統(tǒng)的技術“解決方案”。應該從客戶的需求分析出發(fā)，充分分析客戶的工藝及環(huán)境條件，根據客戶招標(zhāobiāo)文件提出的項目技術可行性及成套性，提出適宜的技術解決方案，滿足客戶對成份量監(jiān)測的要求。第二十五頁，共166頁。從可靠性設計的要求(yāoqiú)出發(fā)，對客戶預期的產品生命周期即使用壽命，應有適宜的目標。對產品的使用并不要特別追求更長的使用壽命，從產品的競爭要求(yāoqiú)和產品技術更新周期考慮，可靠性設計的目標是“壽命的平衡”。事實上，客戶的需求是變化的，技術進步很快，系統(tǒng)只要能滿足客戶的現在需求和潛在需求，并具有合理的生命周期就是適宜的。第二十六頁，共166頁。1.4.4在線(zàixiàn)分析系統(tǒng)的安全性在線分析系統(tǒng)的安全性主要包括系統(tǒng)電氣安全、系統(tǒng)氣路密封性、防爆安全及網絡信息安全等。系統(tǒng)電氣安全包括系統(tǒng)防止(fángzhǐ)觸電、著火、防雷擊、防電磁干擾等電氣安全；系統(tǒng)氣路密封性是防止(fángzhǐ)管路泄露造成毒害氣體危及人身安全；系統(tǒng)的防爆安全是系統(tǒng)在爆炸環(huán)境下的防爆設計的級別和能力，包括在線分析儀器及分析小屋的防爆設計要求；第二十七頁，共166頁。系統(tǒng)的網絡信息安全是系統(tǒng)輸出的信息在傳輸中的安全性，以及分析(fēnxī)儀器及系統(tǒng)的專業(yè)網絡的安全性等。在線分析(fēnxī)系統(tǒng)的安全性又可分為硬件和軟件的安全性，系統(tǒng)硬件的安全性主要指系統(tǒng)各功能部件的安全性和系統(tǒng)對內外部的安全性軟件安全主要指防病毒及通信安全，特別是信息數據的傳輸的安全。第二十八頁，共166頁。1.4.5在線(zàixiàn)分析系統(tǒng)的可維護性在線分析系統(tǒng)的可維護性是指系統(tǒng)通過預防性維護保證系統(tǒng)的正常運行，以及出現故障后通過維修恢復原有性能的特性。通常用可維修度表達，其定義是“在可維修系統(tǒng)中，當按照規(guī)定的方法(fāngfǎ)進行維修時，在規(guī)定的時間內，將設備恢復到原有性能的概率”任何一個系統(tǒng)都可能出現故障或失效，提高系統(tǒng)的可維修度，可以增加系統(tǒng)的正常運行時間，需要對系統(tǒng)進行可維修性設計。第二十九頁，共166頁。1.4.6在線分析(fēnxī)系統(tǒng)的其他性能特性1）在線分析系統(tǒng)的動態(tài)特性系統(tǒng)的動態(tài)特性主要指系統(tǒng)的反應時間，要求系統(tǒng)的反應要快、要靈敏(línɡm(xù)ǐn)。通常在線分析儀器已給出儀器的反應時間指標。分析系統(tǒng)取樣及處理系統(tǒng)會增加儀器的滯后時間。系統(tǒng)內部空間死體積要盡量減小，儀器盡量靠近取樣點，減少樣品氣輸送管線長度。一般要求分析系統(tǒng)的總滯后時間不大于60s，為減小總滯后時間，可采取快速旁路加快反應速度。第三十頁，共166頁。2）在線分析系統(tǒng)的成套性系統(tǒng)成套性是指在線分析系統(tǒng)滿足客戶要求的合理配置，包括(bāokuò)硬件、軟件配置，系統(tǒng)的輔助工程和備品備件等。3）在線分析系統(tǒng)的工藝性系統(tǒng)的工藝特性是系統(tǒng)設計制造水平的體現，系統(tǒng)的制造工藝，包括(bāokuò)嚴格的裝配調試工藝是確保分析系統(tǒng)產品質量的保證。第三十一頁，共166頁。第二講樣氣取樣(qǔyàng)及處理系統(tǒng)2.1樣氣取樣處理系統(tǒng)的基本功能①樣品提?。簭呐欧旁慈狱c提取所需樣品流的功能，簡稱取樣。通常采用取樣探頭抽取樣品流，并根據樣品流工藝參數設計相應的功能。②樣品傳輸：將樣品流從取樣點輸送到在線分析儀器入口端的功能，根據樣品流的特性，選擇(xuǎnzé)合適的樣品傳輸管線及其控制參數。③樣品處理：樣品處理是指對樣品流除去或改變那些障礙組分和干擾組分，使之符合在線分析儀器對樣氣檢測的要求。樣品處理要求只改變樣品流的物理和（或）化學物質，而不改變其組分。第三十二頁，共166頁。④樣品排放：樣品排放包括分析儀器樣氣出口端的煙氣排放，及旁通流（快速放散回路的煙氣流）和廢液的排放。⑤流路切換：分析系統(tǒng)流程設計主要(zhǔyào)有分析回路、標定回路、快速放散回路及探頭反吹回路等，分析回路包括系統(tǒng)經樣氣處理后，供給一套或多套分析儀器的樣品流路。第三十三頁，共166頁。⑥系統(tǒng)監(jiān)控：樣品處理系統(tǒng)通過PLC實現自動控制處理，包括系統(tǒng)流路切換、系統(tǒng)反吹控制及系統(tǒng)各主要部件的監(jiān)控，如：煙氣溫度、流量、含水分的報警等功能；還包括對監(jiān)測信號的采集，即系統(tǒng)的狀態(tài)(zhuàngtài)監(jiān)控等。⑦公用設施：系統(tǒng)的公用設施主要是為分析儀器及樣品處理各部件提供必要的工作條件，確保系統(tǒng)正常工作。第三十四頁，共166頁。系統(tǒng)的氣態(tài)污染物分析系統(tǒng)通常集成為氣體分析柜，氣體分析柜需要與其他設備(shèbèi)安裝在分析小屋內。分析小屋應滿足在線分析儀器的安裝環(huán)境和使用要求。分析小屋的附屬公用設施，主要包括：配電箱、反吹壓縮空氣源、標準氣瓶、廢氣、廢液排放設施、環(huán)境溫度控制設備(shèbèi)和安全保證措施等，從而保證在線分析系統(tǒng)的可靠、準確運行。第三十五頁，共166頁。2.2樣氣取樣處理系統(tǒng)的基本(jīběn)性能特性①滯后時間樣品處理系統(tǒng)(xìtǒng)的滯后時間是指樣品從取樣點傳送到在線分析儀器入口端所經過的時間。又稱樣品傳送滯后時間。樣品傳送滯后時間+分析儀器的響應時間=分析系統(tǒng)(xìtǒng)滯后時間，即指樣品從取樣點取出到得到分析結果的這段時間。②滲透率（泄漏率）在規(guī)定工作壓力范圍內，單位時間滲入（如大氣）或漏出樣品處理系統(tǒng)(xìtǒng)或其部件的流體量。表示樣品處理系統(tǒng)(xìtǒng)的密封性能。第三十六頁，共166頁。③綜合誤差樣品(yàngpǐn)處理后的樣品(yàngpǐn)流和取樣點被測組分濃度之差。其差異可能是由吸附、稀釋、滲透或樣品(yàngpǐn)流中被測組分的相互作用而引起的。綜合誤差考察樣品(yàngpǐn)經過處理后是否失真及失真的程度。④安全指標樣品(yàngpǐn)處理系統(tǒng)由各部件按照系統(tǒng)流程設計要求配置，包括系統(tǒng)的供電及控制系統(tǒng)。安全指標主要指對系統(tǒng)的絕緣及耐壓等強制性安全指標，也包括：系統(tǒng)的接地、防靜電、防雷擊及抗電磁干擾等安全特性。第三十七頁，共166頁。2.2.2樣品處理系統(tǒng)(xìtǒng)的特殊性能特性⑴體積效應（富集效應）體積效應是指由于從樣品流中除去一些組分，導致處理樣品流中的被測組分濃度升高的效應。⑵稀釋效應稀釋效應是指向樣品流注入惰性組分而形成的稀釋流，導致被測組分濃度降低或特性發(fā)生變化的效應。⑶轉換器效率由轉換器產生的特定實際摩爾(móěr)濃度與被轉換的理想最大摩爾(móěr)濃度之比被稱為轉換器效率。第三十八頁，共166頁。2.3樣氣取樣(qǔyàng)及取樣(qǔyàng)探頭2.3.1CEMS取樣點選擇及安裝要求取樣點選擇及安裝的一般性要求取樣點的選擇應符合國家標準規(guī)定的要求，應位于氣態(tài)污染物混合均勻的位置。CEMS取樣點開孔位置的選擇原則優(yōu)先選擇在垂直管段(ɡuǎnduàn)和煙道負壓區(qū)域應盡可能選擇在氣流穩(wěn)定的斷面第三十九頁，共166頁。2.3.2常用(chánɡyònɡ)取樣探頭①正壓取樣探頭取樣探管直接插入管道，并安裝球閥可在線更換探管。②內置過濾器取樣探頭取樣探頭過濾器安裝在探管頭部（在煙道內）被稱為內置過濾器式探頭。③外置加熱過濾取樣探頭探頭過濾器裝在煙道外部與法蘭連接的圓筒內，通過加熱過濾器，可以避免濕煙氣冷凝，煙氣從加熱的過濾器中抽出，經加熱樣品管線，再送到樣品處理(chǔlǐ)系統(tǒng)第四十頁，共166頁。圖2-2加熱(jiārè)外置過濾器探頭圖2-1外置過濾器式探頭(tàntóu)第四十一頁，共166頁。第四十二頁，共166頁。第四十三頁，共166頁。③外置高溫加熱取樣探頭外置高溫型取樣探頭，探頭的溫度(wēndù)控制范圍為0～320℃，探頭過濾器的加熱保溫溫度(wēndù)為300℃左右。常用于煙氣脫硝的加熱取樣。普通型煙氣加熱取樣探頭的加熱保溫溫度(wēndù)為150℃左右。常用于煙氣脫硫的加熱取樣設定探頭過濾器保溫溫度(wēndù)的原則是確保在煙氣在取樣過濾探頭不出現冷凝水，不能低于煙氣酸露點以下第四十四頁，共166頁。④石化用的高溫裂解取樣探頭石油化工的取樣及樣品處理系統(tǒng)，其組分復雜應用難度很大。以乙烯裂解氣為例：其樣品也是高溫、高含水以及高油塵，樣品溫度最大達到：650℃，壓力最大到0.14MPa。取樣探頭采用高溫裂解取樣探頭技術。該取樣探頭裝置先經過雜質過濾，采用渦旋制冷管產生(chǎnshēng)制冷氣源，通過列管冷卻器使樣品氣的水分及重的烴類冷凝為液體，返回到工藝管道，樣品溫度通過溫控器控制，其輸出壓力及流量達到預定要求。樣品再經過除水及油霧后送在線色譜儀檢測。第四十五頁，共166頁。圖2-3美國流體數據(shùjù)公司Py-Gas取樣器系統(tǒng)示意圖第四十六頁，共166頁。⑤建材用的高溫、高粉塵取樣(qǔyàng)探頭此探頭專用于水泥旋轉窯尾煙室及預分解爐的取樣(qǔyàng)處理系統(tǒng)。其樣品氣溫度高，窯尾樣氣溫度達到1350℃，預分解爐樣氣達到900℃，相對濕度達到65%，粉塵含量達到2000g/m3,分析對象：CO/NOx/O2。該系統(tǒng)的高溫取樣(qǔyàng)探頭技術難度最大。由于現場條件太惡劣，高溫探頭經常出現堵塞，高溫探頭的維護量很大，可靠性還需要改進第四十七頁，共166頁。圖2-4西門子CEMAT-GAS高溫(gāowēn)取樣探頭原理圖第四十八頁，共166頁。⑥取樣探頭的反吹防堵用高壓氣體對取樣探頭過濾器進行“反吹”，可使探頭堵塞現象減至最低，反吹氣體一般使用60～100psi（0.4～0.7MPa）干燥(gānzào)、潔凈的儀表空氣，反向（與煙氣流動方向相反）吹掃過濾器。反吹可以采取脈沖方式產生。過濾器的反吹周期間隔時間從15min~8h不等，脈沖反吹持續(xù)時間為5×2s（10s）。對于要求不能間斷取樣分析的系統(tǒng)，可以采用雙探頭取樣技術。第四十九頁，共166頁。2.4樣氣傳輸(chuánshū)管線2.4.1樣品傳輸的基本要求樣品傳輸的基本要求是：樣品在傳輸過程中保持樣品被分析組分不失真，并滿足分析系統(tǒng)的要求。①防止相變。樣氣傳輸過程中氣態(tài)樣品要保持為氣態(tài)。冷/干法樣氣傳輸管線(guǎnxiàn)需要加熱保溫在煙氣露點之上。對脫硫煙氣分析的電加熱傳輸管線(guǎnxiàn)應保溫在110℃～120℃。.對脫硝煙氣分析的電加熱傳輸管線(guǎnxiàn)應保溫在280℃以上。第五十頁，共166頁。②樣氣傳輸管線不得泄漏。以免樣品氣外泄或環(huán)境空氣侵入，造成分析誤差及污染環(huán)境。對源級抽取法的傳輸管線從取樣探頭到分析柜或除濕器整個管路，安裝的傾斜度不得小于5°。③樣氣傳輸管線應盡可能短。也就是要求取樣點與分析柜的距離要盡量短，使得傳輸管線的容積盡可能小，樣品氣流速盡可能快，樣氣傳輸的滯后時間應小于30秒，最大不宜超過60秒。如達不到系統(tǒng)響應時間的要求，可采取快速循環(huán)回路或快速旁通(pánɡtōnɡ)回路，以縮短樣品傳輸的滯后時間。第五十一頁，共166頁。④對冷/干法CEMS，樣氣傳輸管線的連接應特別注意電加熱傳輸管線與取樣探頭的連接接頭處，以及與分析柜內的除濕器接頭處的加熱與保溫，防止在這些部位會出現因局部溫度降低產生(chǎnshēng)冷凝水，導致腐蝕管路及連接件。第五十二頁，共166頁。2.4.2樣品(yàngpǐn)傳輸管線樣品傳輸管線是將樣品從取樣探頭傳輸到樣品處理系統(tǒng)或分析儀的管線。樣品傳輸管線的全過程傳輸要加熱保溫在煙氣露點之上溫度。樣品傳輸管線的伴熱保溫方式有蒸汽伴熱和電伴熱兩種。電伴熱的溫度較低在250℃左右，而蒸汽保溫溫度高可達到450℃，蒸汽伴熱通常用在需伴熱的溫度較高的場合。一般情況下，冷/干法(ɡànfǎ)CEMS采用電加熱樣品傳輸管線。第五十三頁，共166頁。電伴熱組合管纜的電伴熱帶按加熱控制方式(fāngshì)可分為恒功率型、限功率型或稱自限型、自調控型三種，CEMS中大多使用限功率型電伴熱組合管纜。

圖2-5典型(diǎnxíng)的電伴熱組合管纜第五十四頁，共166頁。2.4.3電伴熱帶(rèdài)及電伴熱管纜電伴熱帶常用有：自調控電伴熱帶、恒功率電伴熱帶、限功率電伴熱帶、串聯(lián)型電伴熱帶。前三種均屬于并聯(lián)型電伴熱帶，它們是在兩條平行的電源母線之間并聯(lián)電熱元件構成的。樣品傳輸管線(guǎnxiàn)的電伴熱大多選用自調控電伴熱帶無需配溫控器。樣品溫度較高時采用限功率電伴熱帶。

第五十五頁，共166頁。2,5樣氣除水及除濕部件(bùjiàn)2.5.1樣品除水要求及方法①除水要求通常把將氣體(qìtǐ)樣品露點降至常溫（15～20℃）叫做除水，而將樣品露點降至常溫以下叫做除濕或脫濕。第五十六頁，共166頁。②除水方法冷卻降溫有水冷（可降至30℃或環(huán)境溫度）、渦旋管制冷（可降至-10℃或更低）、冷劑壓縮制冷（可降至5℃或更低）、半導體制冷等。慣性分離有旋液分離器、氣液分離罐等。前者利用(lìyòng)離心作用進行分離，后者利用(lìyòng)重力作用進行分離。第五十七頁，共166頁。過濾有聚結(jùjié)過濾器、旁通過濾器、膜式過濾器、紙質過濾器和監(jiān)視（脫脂棉）過濾器等。前三種用于脫除液滴，后兩種用于分析儀之前的最后除濕。這些過濾器只能除去液態(tài)水，而不能除去氣態(tài)水，即不能降低樣氣的露點。。第五十八頁，共166頁。Nafion管干燥器Nafion管干燥器是一種除濕干燥裝置，以水合作用的吸收為基礎進行工作，具有除濕能力強、速度快、選擇性好、耐腐蝕等優(yōu)點，但它只能除去氣態(tài)水而不能除去液態(tài)水。干燥劑吸收吸附所謂吸收，是指水分與干燥劑發(fā)生了化學反應變成另一種物質，這種干燥劑稱為化學干燥劑；所謂吸附，是指水分被干燥劑（如分子篩）吸附于其上，水分本身并未發(fā)生變化，這種干燥劑稱為物理(wùlǐ)干燥劑。某些干燥劑對氣樣中一些組分也有吸收吸附作用；隨著時間推移，干燥劑脫濕能力會逐漸降低。第五十九頁，共166頁。2.5.2冷卻(lěngquè)降溫除水①樣品降溫除水常用的冷卻器渦旋管冷卻器根據渦旋制冷原理工作。壓縮機冷卻器又稱為(chēnɡwéi)冷劑循環(huán)冷卻器，其工作原理和電冰箱完全相同。半導體冷卻器根據帕爾帖熱電效應原理工作。水冷卻器通過與冷卻水的換熱實現樣品的降溫，有列管式、盤管式、套管式幾種結構類型。第六十頁，共166頁。渦旋管冷卻器、壓縮機冷卻器和半導體冷卻器主要用于濕度高、含水量較大的氣體樣品降溫除水。其中(qízhōng)以壓縮機冷卻器除濕效果最好，但價格較高。半導體冷卻器難以用在防爆場所，渦旋管冷卻器對氣源的要求高、耗氣量大，適用于防爆場所。②渦旋管冷卻器圖2-7渦旋(wōxuán)管的結構示意圖第六十一頁，共166頁。渦旋管冷卻器中，常溫壓縮空氣經噴嘴(pēnzuǐ)沿切線方向噴入渦旋發(fā)生器，由于切向噴嘴(pēnzuǐ)的作用，在渦旋發(fā)生器中形成沿圓周方向以音速旋轉前進的高速氣流，順渦旋管向左運動。熱端裝有控制閥，當氣流到達熱端時，外圈氣流從控制閥閥芯周邊排出，內圈氣流受到閥芯的阻擋，反向折轉沿渦旋管向右運動，由冷端出口排出。第六十二頁，共166頁。渦旋(wōxuán)管冷卻器的結構簡單，啟動快，維護方便，但耗氣量較大，可達50～100L/min。采用較高氣壓時，氣樣的溫度可降至-40～-10℃。在實際使用中，溫度給定不能太低，一般設定在1～5℃，使氣樣含水量降至0.6%～0.8%左右即可。若低于0℃以下時，冷凝出的水凍結會堵塞管道。第六十三頁，共166頁。渦旋(wōxuán)管工作原理圖

第六十四頁，共166頁。③壓縮機冷卻器壓縮機冷卻器的制冷原理和電冰箱完全相同，如圖2-9所示。制冷劑蒸氣(zhēnɡqì)經壓縮機壓縮后，在冷凝器中液化并放出熱量，在進入干燥器脫除可能夾帶的水分。毛細管的作用是產生一定的節(jié)流壓差，保持入口前制冷劑的受壓液化狀態(tài)并使其出口釋壓膨脹汽化。制冷劑在汽化器中充分汽化并大量吸熱，使與之換熱的樣品冷卻降溫。第六十五頁，共166頁。壓縮機冷卻器的制冷(zhìlěng)原理圖第六十六頁，共166頁。壓縮機冷卻器的除濕裝置示意見下圖，它由一組放置在液體中的盤管組成。盤管材料有玻璃、Kynar(聚偏二氟乙烯)和Teflon（聚四氟乙烯）等，液體可以是水或某種防凍液，有時也采用空氣。這些液體由制冷系統(tǒng)冷卻，為了(wèile)避免煙氣中的水分在盤管中凍結，液體的溫度不允許低于35℉（1.67℃）。水蒸氣冷凝液由液體收集器集中，用蠕動泵定期或連續(xù)排出。第六十七頁，共166頁。增加一組冷卻盤管可進一步降低水分含量，但更為有效(yǒuxiào)的措施是在第一級盤管之后加一個樣品泵，從第一級冷卻器加壓向第二級冷卻器傳送樣氣。氣體在壓力下比在真空下更容易冷凝第六十八頁，共166頁。壓縮機冷卻器的除濕裝置(zhuāngzhì)

第六十九頁，共166頁。④半導體冷卻器半導體冷卻器如圖2-11左圖所示，半導體冷卻器又稱熱點冷卻器，其優(yōu)點是：外形尺寸小，使用壽命長，工作可靠(kěkào)，維護簡便，控制靈活方便，且容易實現較低的制冷溫度。其缺點是制冷效率低，成本高。半導體冷卻器的除濕裝置是將一個撞擊器（impinger，又稱射流熱交換器jetstreamheatexchangers）裝在吸熱塊中，吸熱塊與珀爾帖元件的冷端連接，其裝置圖參見圖2-12右圖。珀爾帖元件的熱端由一組散熱片散熱或用風扇將熱量驅散。第七十頁，共166頁。圖2-11半導體冷卻器的除濕裝置(zhuāngzhì)圖第七十一頁，共166頁。⑤氣體冷卻除濕單元裝置氣體冷卻除濕單元是由冷卻器、精細過濾器、隔膜泵及蠕動泵等組成的獨立單元。氣體樣品在隔膜泵的抽吸作用下進入冷卻器，冷卻脫濕后的樣品經精細過濾器后由隔膜泵排出。冷凝出來的水分經粗過濾器后由蠕動泵排出，蠕動泵的作用是阻氣排液。此外，該冷卻單元內配有溫控系統(tǒng)，可以將氣樣出口溫度控制在5℃±0.1℃之內，氣樣溫度精確控制意味著氣樣含水量的精確控制，便于從分析結果中扣除水分造成的干擾(gānrǎo)和影響。第七十二頁，共166頁。⑥水冷卻器氣體樣品冷卻除水采用(cǎiyòng)的水冷卻器大多為盤管式水冷卻器。第七十三頁，共166頁。2.5.3慣性(guànxìng)分離除水①旋液分離器樣氣沿切線方向進入分離器，經過分離片時由于旋轉而產生(chǎnshēng)離心力，水分被甩到器壁上，沿壁流下。樣氣中如果還有灰塵，經過濾器過濾后進入分析儀進行分析。氣室下部的積水達到一定液位高度時，浮子浮起，帶動膜片閥開啟，把積水排出。其結構如圖2-12左邊所示。②K.O.罐用于分離氣體樣品中液滴。結構如圖2-12右邊所示，氣樣中液滴在慣性和重力作用下滴落入罐中。第七十四頁，共166頁。圖2-12旋液分離器結構(jiégòu)及氣液分離罐結構(jiégòu)示意圖第七十五頁，共166頁。③聚集過濾器聚結器也稱凝結器，是一種能將樣品中的微小液體顆粒聚集成大的液滴，在重力作用下將其分離出來的裝置。聚結器中的分離元件是一種壓緊的纖維填充層，通常采用玻璃纖維（俗稱玻璃棉）。當氣樣流經分離元件時，玻璃纖維攔截(lánjié)懸浮于氣體中的微小液滴，液滴在重力作用下，向著纖維填充層的下部流動，并在重力作用下滴落到聚結器的底部出口排出。第七十六頁，共166頁。聚結器能有效實現(shíxiàn)氣霧狀樣品的氣液分離。聚結器只能除去液態(tài)的水霧，而不能除去氣態(tài)的水蒸氣，即氣樣通過聚結器后，其露點不會降低。第七十七頁，共166頁。圖2-13左邊是聚結器的典型結構。

圖2-13右邊(yòubian)是一種水平式聚結器。

第七十八頁，共166頁。2.5.4膜式過濾器膜式過濾器（membranefilter）又稱薄膜過濾器，用于濾除氣體樣品中的微小液滴。過濾元件是一種微孔薄膜，多采用聚四氟乙烯材料制成。氣體分子或水蒸氣很容易通過薄膜的微孔，樣氣通過膜式過濾器后不會(bùhuì)改變其組成，正常操作條件下，即使是最小的液體顆粒，薄膜都不允許其通過。因而，膜式過濾器只能除去液態(tài)的水，而不能除去氣態(tài)的水，氣樣通過膜式過濾器后，其露點不會(bùhuì)降低。圖2-14是A+公司200系列Genis膜式過濾器的結構及其在樣品處理中的應用。第七十九頁，共166頁。圖2-14Genis膜式過濾器的結構(jiégòu)及應用示意圖第八十頁，共166頁。膜式過濾器有以下主要特點。過濾孔徑最小可達0.01μm。PTFE薄膜具有(jùyǒu)優(yōu)良的防腐蝕性能，除氫氟酸外，可耐其他介質腐蝕。PTFE薄膜與絕大多數氣體都不發(fā)生化學反應，且具有(jùyǒu)很低的吸附性，因而不會改變樣氣的組成和含量，可用于10-6甚至10-9級的微量分析系統(tǒng)中。操作壓力最高可達5000psi（350barG）薄膜不但持久耐用，而且非常柔韌。第八十一頁，共166頁。聚結薄膜組合過濾器圖2-15左是一種聚結薄膜組合過濾器。聚結薄膜組合過濾器由聚結器過濾器和薄膜過濾器兩部分組成，聚結器過濾器位于下部，過濾元件采用燒結多孔材料，呈筒形；薄膜過濾器位于上部，過濾元件采用疏水性微孔PTFE薄膜。氣體從入口進入并被直接向下導入聚結過濾器。聚結過濾器將所有(suǒyǒu)的顆粒物捕獲，并不斷將顆粒物由底部排液口排出。樣氣向上流到薄膜過濾器的上游一側，流經薄膜濾室后從下游一側的旁通口流出。薄膜位于濾室上方，經薄膜進一步濾除殘留微小液體顆粒后的樣氣由頂部樣氣出口排出。第八十二頁，共166頁。圖2-15聚結(jùjié)薄膜組合過濾器及聚結(jùjié)薄膜組合過濾器的應用第八十三頁，共166頁。2.5.5Nafion管干燥器Nafion管干燥器（Nafiondryer）是PermaPure公司開發(fā)生產的一種除濕干燥裝置，其結構如圖2-16所示。在一個(yīɡè)不銹鋼、聚丙烯或橡膠外殼中裝有多根Nafion管，樣品氣從管內流過，凈化氣從管外流過，樣品氣中的水分子穿過Nafion管半透膜被凈化氣帶走，從而達到除濕目的。Nafion管的干燥原理完全不同于多微孔材料的滲透管，滲透管基于氣體分子的大小來遷移氣體，而Nafion管本身并沒有孔，它是以水合作用的吸收為基礎來進行工作的。第八十四頁，共166頁。Nafion管干燥器示意圖第八十五頁，共166頁。Nafion管干燥器的特點和優(yōu)點(yōudiǎn)①除濕能力強。常溫常壓下，樣氣經Nafion管干燥后可達到的最大露點溫度是-45℃，相當于含水量為100μL/L。②除濕速度快。由于水合作用的吸收是一個一級化學反應，這個過程會在瞬間完成。③樣氣經干燥后其組成和含量基本不變。氣態(tài)水分子可以隨意通過Nafion管，而其他分子基本上都不能通過。第八十六頁，共166頁。④Nafion管和聚四氟乙烯一樣，具有極強的耐腐蝕性能，即使是氫氟酸或別的凝結酸，Nafion管都可以承受。耐溫、耐壓能力較好，Nafion管可以承受的最高溫度為190℃，最高壓力(yālì)為1MPaG。Nafion管干燥器無可移動部件，一般無需維護。第八十七頁，共166頁。使用維護注意事項①謹防液態(tài)水進入Nafion管干燥器Nafion管只能分離氣態(tài)水而不能分離液態(tài)水，聚結器和膜式過濾器只能分離液態(tài)水而不能分離氣態(tài)水，Nafion管則恰好與之相反。②要定期對Nafion管進行清洗要想使Nafion管干燥器發(fā)揮最大效率(xiàolǜ)，則必須定期對管的內、外表面進行清洗，第八十八頁，共166頁。③操作溫度其最高操作溫度建議為110℃。④操作壓力(yālì)應注意避免咋Nafion管內造成負壓⑤凈化氣凈化氣可以采用干的空氣或氮氣，凈化氣流速設定為濕樣品氣流速的2倍。第八十九頁，共166頁。2.5.6冷凝(lěngníng)液的排出①采用自動浮子排液閥排液自動浮子排液閥的結構如圖2-17所示。當液位引起浮子上升時打開閥門，使液體排出。樣氣壓力較高時不適用。②采用手動排液裝置排液手動排液裝置的結構如圖2-18所示。該方法(fāngfǎ)適用于壓力較高的場合。③采用蠕動泵自動排液適合對少量冷凝液連續(xù)自動排放，用于冷凝除濕器冷凝液自動排放，同時能阻止氣體的排出。蠕動泵要定期維護，每30-60天進行預防性更換。第九十頁，共166頁。2.6樣氣除塵(chúchén)及除塵(chúchén)部件2.6.1樣品除塵要求(yāoqiú)及方法①過濾除塵主要用來濾除樣品中的固體顆粒物，有時也用于濾除液體顆粒物（水霧、油霧等）②旋風分離除塵旋風分離器是一種慣性分離器，利用樣品旋轉產生的離心力將氣/固、氣/液、液/固混合樣品加以分離。廣泛用于液樣，對含塵粒度較大的氣樣效果也很好。③靜電除塵④水洗除塵第九十一頁，共166頁。2.6.2過濾(guòl(fā)ǜ)除塵粗過濾器篩網過濾器采用金屬絲網燒結過濾器采用不銹鋼粉末冶金過濾器和陶瓷過濾器，燒結過濾器濾芯孔徑(kǒngjìng)較小，屬于細過濾器。纖維或紙質過濾器，濾芯孔徑(kǒngjìng)小，也屬于細過濾器膜式過濾器采用多微孔塑料薄膜，濾除非常微小的顆粒，屬于精細過濾器。第九十二頁，共166頁。2.6.3精細(jīngxì)過濾器（finefilter）精細過濾器有兩種類型：表面過濾器和深度過濾器。表面過濾器是一個簡單的紙質過濾器，它能夠(nénggòu)把某一粒徑的顆粒物排除在外。深度過濾器在散裝的過濾材料內部收集顆粒物。過濾材料通常采用石英玻璃纖維，過濾材料的裝填密度和厚度足以將細小的顆粒物攔截下來。第九十三頁，共166頁。2.6.4直通個和旁通(pánɡtōnɡ)過濾器直通過濾器又稱在線過濾器（on-linefilter），它只有一個出口，樣品全部通過濾芯后排出(páichū)。旁通過濾器（by-passfilter）又稱為自清掃式過濾器，它有兩個出口，一部分樣品經過濾后由樣品出口排出(páichū)，其余樣品未經過濾由旁通出口排出(páichū)。第九十四頁，共166頁。圖2-19NuproFW系列(xìliè)在線過濾器的結圖2-210NuproF系列(xìliè)和TF系列(xìliè)在線過濾器的結構第九十五頁，共166頁。2.6.5氣溶膠過濾器所謂氣溶膠（aerosol）是指氣體中的懸浮液體微粒，如煙霧、油霧、水霧等，其粒徑小于1μm，采用一般的過濾方法很難將其濾除。氣溶膠過濾器的有關技術數據(shùjù)如下：樣品溫度：max.+80℃；樣品壓力：0.2～2barabs.；樣品流量：max.300NL/h；樣品通過過濾器后的壓降：1kPa；過濾效果：粒徑大于1μm的微粒99.9999%被濾除。第九十六頁，共166頁。圖2-21CLF系列(xìliè)氣溶膠過濾器結構第九十七頁，共166頁。2.7樣品(yàngpǐn)抽氣泵2.7.1樣品泵（samplepumps）的要求樣品系統(tǒng)中使用的泵有隔膜泵、噴射泵、膜盒泵、電磁泵、活塞泵、離心泵、齒輪泵、蠕動泵等多種類型，其結構簡圖見圖2-22。對于壓力不大于0.01MPa的微正壓或負壓的氣體(qìtǐ)樣品取樣都要使用泵抽吸被測氣樣，保證樣品達到分析儀要求的流量，常用隔膜泵及噴射泵。在樣品增壓排放系統(tǒng)中，常用電磁泵、活塞泵、離心泵等進行輸送。在氣液分離系統(tǒng)中，常用蠕動泵替代氣液分離閥起阻氣排液作用。第九十八頁，共166頁。第九十九頁，共166頁。2.7.2隔膜泵隔膜泵是無油泵，避免了油蒸汽污染的問題。隔膜泵的工作原理是機械沖程活塞或由連接棒移動使軟隔膜擴張和收縮抽取氣體。隔膜為圓形，由軟金屬片、聚四氟乙烯、聚氨酯或其他合成橡膠制成。隔膜往復運動，以短脈沖方式移動氣體，當隔膜向下移動時，氣流通過氣體進口吸氣閥進入(jìnrù)泵的內腔；當隔膜向上移動時，吸氣閥關閉同時排氣閥打開，泵腔中的氣體從氣體出口進入(jìnrù)采樣管。因為只有泵腔、隔膜和閥門與氣體接觸，故氣體被污染的可能性很小。第一百頁，共166頁。出口進口向下向上出口進口隔膜圖2-23隔膜泵的工作(gōngzuò)原理示意圖第一百零一頁，共166頁。樣品系統(tǒng)所用的泵，其體積流量遠小于工藝裝置中所用的泵，泵送效率和動力消耗是不太重要的，而高可靠性、樣品不受污染、耐腐蝕性則是最重要的問題。以德國M&C分析儀器公司MP47-EX型防爆隔膜泵為例，其主要性能指標如下。泵送流量：最大6L/min（在一個大氣壓下）；泵送壓力:0.4～2.2barabs.；樣品溫度范圍：-30～+80℃；配管尺寸：1/4in；部件材質：泵頭PTFE(聚四氟乙烯)，隔膜PTFE（聚四氟乙烯）；防爆等級(děngjí)：Ⅱ2GEEXe，qⅡT3；防護等級(děngjí)：IP44EN60529。第一百零二頁，共166頁。2.7.3噴射泵噴射泵又稱為文丘里抽吸器，它是一種利用高速第二流體（水、空氣或蒸汽，又稱工作(gōngzuò)流體）在文丘里管中產生的低壓把樣品抽吸出來的裝置。噴射泵的結構如圖2-24所示。工作(gōngzuò)流體經噴射進入吸入腔體，形成低壓區(qū)，從而把低壓樣品吸入，再經擴壓管中的喉管將混合流體升壓后排出，控制第二流體入口壓力，就能控制樣品的吸入量。由于樣品經過泵后與第二流體發(fā)生混合，因而噴射泵應位于分析儀之后第一百零三頁，共166頁。圖2-24噴射泵的結構(jiégòu)示意圖第一百零四頁，共166頁。2.8樣品流量(liúliàng)與壓力調節(jié)部件2.8.1樣品流量調節(jié)①球閥（ballvalves）球閥的閥芯呈球形，用于切斷或接通樣品流路。樣品處理系統(tǒng)中大量使用的是二通球閥和三通球閥，根據驅動方式，二通、三通球閥又可分為手動、氣動、電動(diàndònɡ)三種。此外，有時還在少數場合使用四通、五通、七通球閥。圖2-25是二通、三通球閥的結構。第一百零五頁，共166頁。圖2-25二通、三通(sāntōnɡ)球閥結構第一百零六頁，共166頁。②旋塞閥閥芯呈圓柱形，其作用(zuòyòng)同二通閥，不同之處是它有全開、全關和節(jié)流（半開）三種開度。

圖2-26旋塞閥結構圖第一百零七頁，共166頁。③單向閥又稱止逆閥、止回閥，只允許樣品單向流動(liúdòng)，而不能逆向流動(liúdòng)。圖2-27兩種單向閥結構(jiégòu)第一百零八頁，共166頁。④針閥（needlevalves）針閥的閥芯呈圓錐形，用于微調樣品流量(liúliàng)和壓力。圖2-28是兩種針閥的結構圖2-28兩種針閥結構(jiégòu)第一百零九頁，共166頁。⑤穩(wěn)流閥用于穩(wěn)定樣品流量和壓力。穩(wěn)流閥的結構有多種形式，但它們(tāmen)都具有在輸入壓力或輸入負載變化時，能自動保持輸出流量恒定的性能。穩(wěn)流閥的穩(wěn)流性能是有條件的，只有當輸入壓力變化不太大時，輸出才具有高穩(wěn)定性。因此，一般穩(wěn)流閥需串接穩(wěn)壓閥或針閥。第一百一十頁，共166頁。⑥限流閥（restrictor）限流閥用以限制樣品(yàngpǐn)流量不超過某一允許值，起安全保護作用。⑦浮子流量計（flowmeter）又稱轉子流量計，用于指示樣品(yàngpǐn)流量。其錐形圓管材料有玻璃和金屬兩種，浮子材料有不銹鋼、銅、鋁、塑料等幾種。樣品(yàngpǐn)系統(tǒng)中多使用帶針閥的浮子流量計，即可指示流量，也可調節(jié)流量。有時也使用帶低流量報警接點的浮子流量計，當樣品(yàngpǐn)流量低于規(guī)定值時發(fā)出報警信號，以免分析儀發(fā)出錯誤的測量信號。第一百一十一頁，共166頁。2.8.2樣品壓力(yālì)調節(jié)①壓力調節(jié)閥（pressureregulator）壓力調節(jié)閥也稱為減壓閥，是取樣和樣品處理系統(tǒng)中廣泛使用的減壓和壓力調節(jié)部件。按照被調介質的相態(tài)，可分為氣體減壓閥和液體減壓閥兩類，氣體減壓閥又有多種結構類型，如普通減壓閥、高壓減壓閥、背壓調節(jié)閥、雙級減壓閥、帶蒸汽(zhēnɡqì)或電加熱的減壓閥等。②穩(wěn)壓閥和穩(wěn)壓器穩(wěn)壓閥的結構及工作原理和穩(wěn)流閥完全相同，穩(wěn)流必須穩(wěn)壓，只有穩(wěn)定了壓力，流量才能穩(wěn)定。第一百一十二頁，共166頁。③泄壓閥（reliefvalves）泄壓閥又稱安全閥，用以保護分析儀和某些耐壓能力有限的樣品(yàngpǐn)處理部件免受高壓樣品(yàngpǐn)的損害。圖2-33右圖是一種安全泄壓閥的結構。④壓力表（pressuregauge）測量氨氣、氧氣等介質壓力時，應采用氨氣、氧氣壓力表等專用壓力表。測量強腐蝕性介質壓力時，可選用隔膜壓力表。第一百一十三頁，共166頁。第一百一十四頁，共166頁。2.9其他特殊(tèshū)功能部件2.9.1氮氧化物轉換爐氮氧化物轉換爐較多采用金屬鉬作催化劑，在高溫下將NO2催化還原為NO，其反應式如下：3NO2+Mo→3NO+MoO3鉬轉化爐的反應溫度為375℃±50℃，反應轉化率>96%，鉬在反應過程中會逐步(zhúbù)消耗，轉化率會逐步(zhúbù)下降。在鉬將耗盡時，轉化率將急劇下降，這時鉬需要再生或更換。鉬催化劑經再生可反復使用，再生反應為：3H2+MoO3→Mo+3H2O第一百一十五頁，共166頁。2.9.2除有害物質過濾器采用吸附過濾器可去除微量有害組分。吸附過濾器的結構參見圖2-31。吸附過濾器的容積根據樣氣流量及有害組分及干擾組分的含量確定，高度在100～200mm之間。樣氣由入口進入后，先沿狹窄流路向下流動，再轉向上流動，樣氣與吸附劑充分接觸，增強(zēngqiáng)吸附效果，同時冷凝液滴直接滴落到過濾器底部?？捎玫奈讲牧霞斑m用范圍參見表2-2。第一百一十六頁，共166頁。圖2-31吸附(xīfù)過濾器的結構示意圖第一百一十七頁，共166頁。第一百一十八頁，共166頁。2.10配管及管材(ɡuǎncái)⑴管材及管件1）直通式樣品取樣管通常采用316不銹鋼管。2）正壓式傳輸管線應優(yōu)先采用316不銹鋼無縫Tube管。3）需要(xūyào)電加熱保溫的樣品傳輸管線，其樣品管道大多采用耐腐蝕及耐高溫（200℃以下）的聚四氟乙烯管道。第一百一十九頁，共166頁。4）管子的連接應采用壓接方式，使用雙卡套式壓接接頭，管件（接頭、閥門）材質、規(guī)格(guīgé)應與管子相同和配套。5）常用氣體樣品管采用6mm或1/4inODTube管。用于反吹以及快速放散的管道一般為10mm或3/8in。應注意管壁厚度符合耐壓的要求。第一百二十頁，共166頁。⑵Pipe管與Tube管Pipe管與Tube管是兩種規(guī)格、系列的管子。Pipe管是大口徑管子，在15～1500mm（1/2～60in）之間，用公稱直徑DN表示管子管徑規(guī)格，常用于工藝管道及公用工程管道。Tube管是小管徑管子，在3～12mm(1/8～1/2in)之間，用外徑OD表示管子管徑規(guī)格，其管壁很薄，不允許套螺紋，只能用卡套方式連接。外徑相同的管子和管件之間可以用卡套連接。其厚度采用(cǎiyòng)實際壁厚表示。僅用于儀表系統(tǒng)的測量管路、氣動信號管路及在線分析儀的樣品管路。第一百二十一頁，共166頁。⑶配管安裝要求樣品處理系統(tǒng)的配管和部件應能承受1.5倍最大操作壓力而無泄漏和損壞；所有(suǒyǒu)進出分析柜的管子均應通過穿板接頭；壓力表安裝應采用壓力表轉換接頭；所有(suǒyǒu)壓接接頭均應采用雙卡套型。當需要采用其他軟管連接時，對軟管的材質及連接方式應提出設計要求，軟管必須保證耐腐蝕以及少吸附，常用聚四氟乙烯管等，采用裝用的連接接頭，確保系統(tǒng)的密封。第一百二十二頁，共166頁。第三講在線分析系統(tǒng)(xìtǒng)的設計與應用3.1冷干法CEMS的分析流程設計（1）冷/干法CEMS的設計要求包括對取樣點的選擇及安裝設計、樣品處理系統(tǒng)的流程的設計及分析儀器的選型設計等。①冷干法CEMS各監(jiān)測系統(tǒng)的取樣點選擇及安裝設計應符合國家環(huán)保標準HJ/T75-2007《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術規(guī)范》規(guī)定的要求。通常由用戶與供應商共同確定合適的取樣點，供應商提供取樣點開孔及安裝法蘭要求，以確保(quèbǎo)分析系統(tǒng)到現場后的正確安裝。第一百二十三頁，共166頁。②冷干法CEMS氣態(tài)污染物取樣(qǔyàng)處理系統(tǒng)設計氣態(tài)污染物分析系統(tǒng)的設計主要包括：樣品取樣(qǔyàng)處理系統(tǒng)的流程設計及各部件的配置和分析儀器的選型等。應充分了解用戶取樣(qǔyàng)點的煙氣參數及環(huán)境條件，主要包括：煙氣壓力、溫度、流量、含塵量、含水分、被測組分的濃度范圍及其環(huán)境條件。根據以上條件，在分析系統(tǒng)設計中采取適宜的樣品處理流程。第一百二十四頁，共166頁。樣品處理流程設計的基本要求應保證：樣品氣滿足分析儀器對樣品氣的要求；樣品氣被分析的組分不能失真（與排放源煙氣中的被測組分及含量一致）；樣品的消耗量最少；系統(tǒng)構成盡量簡單(jiǎndān)；易于操作和維護；能長期安全可靠工作。第一百二十五頁，共166頁。③分析儀器的選型設計冷/干法CEMS配套的分析儀器是常用的工業(yè)在線分析儀器如：紅外、紫外、熱磁、電化學等分析儀器。按照被分析組分及其濃度范圍(fànwéi)選擇適宜的分析儀器，可選擇單一組分分析儀或多組分分析儀器。選擇適宜的分析儀器應注意其：測量范圍(fànwéi)、分析精度及干擾氣體的影響度，并有較高的性價比。第一百二十六頁，共166頁。（2）樣品處理系統(tǒng)各功能部件的要求及典型設計(shèjì)參數取樣探頭：采用加熱過濾型式，探頭應加熱保溫到150～180℃，探頭內置粗過濾器，其除塵精度可達2-3微米。內置過濾器采用陶瓷過濾器或不銹鋼燒結過濾器，過濾器作為對煙氣的粗過濾。過濾器外部采用電加熱帶，并進行恒溫控制，溫控設計(shèjì)范圍在0～180℃可調。樣氣輸送管線：要求加熱保溫在110℃～120℃左右，采用電加熱一體化管纜，管纜通常包括樣氣管線、標氣管線及反吹氣管線。第一百二十七頁，共166頁。冷凝除濕器：按照煙氣含水量多少，采取一級或兩級除濕，一級除濕可采用電子除濕器或單頭的壓縮機式除濕器；二級除濕大多采取雙頭的壓縮機除濕器，冷凝除濕的溫度一般設定為3-5℃；煙氣除塵：按照煙氣含塵量多少，采取2-3級除塵，除取樣探頭內設粗過濾器外，樣品處理系統(tǒng)(xìtǒng)設有氣溶膠過濾器，實現精過濾除塵和除去煙氣中的酸霧滴；再通過第三級過濾--精細過濾器，其除塵過濾精度達到0.1-0.3微米。第一百二十八頁，共166頁。抽氣泵：通常煙道氣的壓力是負壓或微正壓，系統(tǒng)需要煙氣壓力選取合適取樣泵抽取煙氣，冷/干法CEMS取樣泵大多采用膜式泵，通常設置除濕器后或兩級除濕器中間，取樣流量約3-5L/min。流路設計(shèjì)：煙氣經過除塵、除濕處理后進入系統(tǒng)的分析回路，通過壓力流量調節(jié)進入分析儀器分析。為保證取樣探頭的可靠工作，系統(tǒng)設有探頭反吹回路。此外，系統(tǒng)還設有分析儀器標定回路及快速放散回路和廢氣廢液排放回路。第一百二十九頁，共166頁。系統(tǒng)(xìtǒng)報警及自動控制：為保證分析系統(tǒng)(xìtǒng)正常工作，系統(tǒng)(xìtǒng)設有溫度、壓力、流量、濕度等報警器。分析系統(tǒng)(xìtǒng)的自動控制由PLC控制，實現自動反吹、自動/手動標定，自動報警以及采集報警和分析測量信號。分析柜及分析小屋：樣氣處理系統(tǒng)(xìtǒng)及分析儀器集成安裝在分析柜內。分析小屋內安裝分析柜等，以及滿足分析儀器環(huán)境要求的公共條件：供電電源、供氣（儀表空氣）、環(huán)境溫度（空調）及安全設施等。分析小屋又分為土木結構及金屬結構兩種。第一百三十頁，共166頁。

（3）冷/干法CEMS氣態(tài)污染物分析系統(tǒng)(xìtǒng)流程典型設計第一百三十一頁，共166頁。3.1.2冷/干法CEMS樣品(yàngpǐn)處理流路設計冷/干法CEMS的樣品處理流路設計主要包括：分析回路、標定回路、反吹回路、快速放散回路、廢氣(fèiqì)廢液排放回路等。分析回路設有流量、壓力調節(jié)裝置，保證分析儀器對被測樣氣的壓力流量要求，一般單臺分析儀器樣氣流量約1L/min。標定回路通過切換閥、穩(wěn)壓閥及調節(jié)閥等管路、閥件，將標準氣通入分析儀器進行自動或手動標定，通常儀器標定從儀器入口通入標氣（內標），對CEMS的系統(tǒng)標定按標準要求必須從取樣探頭通入標氣（外標）。第一百三十二頁，共166頁。反吹回路，主要是對探頭反吹防堵，也有對管路、探頭同時實現反吹.采取加熱脈沖式吹掃，出廠時由PLC設定反吹周期為8小時，脈沖反吹為5分鐘左右，脈沖反吹的頻次為5×2s=10s,停5s，反吹的儀表空氣要經過預熱.快速放散回路，是為了加快系統(tǒng)分析速度(sùdù)，滿足分析系統(tǒng)的響應時間要求,放散流量約1.5-2L/min。廢氣廢液排放回路，是通過排放總管后排出分析小屋，注意對毒害氣體排放應經過處理。系統(tǒng)設有各種報警功能，如：濕度報警、流量報警及加熱溫度報警等功能。第一百三十三頁，共166頁。3.2冷干法CEMS分析系統(tǒng)的集成(jíchénɡ)與應用3.2.1氣態(tài)污染物監(jiān)測系統(tǒng)包括：采樣及傳輸系統(tǒng)、樣氣處理系統(tǒng)、分析儀器、控制單元及組件、分析儀表柜或分析小屋，以及配電(pèidiàn)設備，校正系統(tǒng)等公用工程設施。系統(tǒng)典型設計技術包括：分析系統(tǒng)的流程設計、分析系統(tǒng)的電氣設計、分析系統(tǒng)的控制設計—PLC設計、分析系統(tǒng)柜或分析小屋的設計等。分析系統(tǒng)的流程設計決定系統(tǒng)各功能部件的選擇與配置，系統(tǒng)的除塵設計，一般采取三級除塵技術，其除塵精度達到0.3～0.1μm，保證分析儀器要求。第一百三十四頁，共166頁。系統(tǒng)的除濕設計，一般采取一級或兩級除濕技術，一級除濕大多采用電子除濕器或單頭壓縮機式冷凝除濕器；兩級除濕一般采用雙頭壓縮機式冷凝除濕器，并將膜式抽氣泵，安放在一級除濕后，二級除濕之前，除濕器的冷凝溫度控制在3℃～5℃，冷凝器出口樣氣溫度約在5℃～8℃，滿足分析儀器的常溫要求。系統(tǒng)抽氣泵采用膜式抽氣泵提供抽取煙氣的動力，要求耐腐蝕、抽氣性能強，能滿足分析系統(tǒng)對樣氣的流量要求。系統(tǒng)壓力及流量調節(jié)、標定按分析流程要求。系統(tǒng)的自動控制及報警(bàojǐng)設計，采用PLC實現對分析流程的自動控制及報警(bàojǐng)，并實現與DAS通訊。第一百三十五頁，共166頁。3.2.2顆粒物監(jiān)測(jiāncè)系統(tǒng)顆粒物監(jiān)測系統(tǒng)是一個獨立的CEMS檢測系統(tǒng)，常采用光學透射法、散射法、靜電法及β射線法等測塵儀器在線監(jiān)測煙塵濃度。煙塵含量較高（大于200mg/m3）時，大多選用光學透射法測量煙塵儀器；煙塵含量較低（小于200mg/m3）時，選用后向散射法測量煙塵儀器由于除塵技術改進，其出口(chūkǒu)含塵量只達到幾十mg/m3，大多采用后向散射法測塵儀。靜電法及β射線法測塵儀在CEMS中應用較少。β射線法測塵儀能直接測量煙塵的質量濃度，有較好應用前景。第一百三十六頁，共166頁。3.2.3煙氣(yānqì)參數監(jiān)測系統(tǒng)煙氣參數監(jiān)測系統(tǒng)主要有煙氣流速儀、煙氣濕度儀及煙氣含氧量檢測儀等組成(zǔchénɡ)。其中：煙氣流速儀通常為煙氣溫度、壓力及流速三位一體化檢測系統(tǒng)組成(zǔchénɡ)。國內CEMS的配置選型大多選用皮托管流速儀及阻容式濕度儀，氧含量檢測常采用氧化鋯氧分析儀、磁氧分析儀及電化學測氧儀。第一百三十七頁，共166頁。3.2.4數據(shùjù)采集處理系統(tǒng)（DAS）數據采集處理系統(tǒng)（DAS）的主要功能，包括：數據采集，數據控制、數據處理（包括：顯示、存貯、圖表生成、打印）及數據通信等功能。通常DAS的硬件：工業(yè)(gōngyè)控制計算機可以安裝在分析小屋或控制室，也有將工控計算機安裝在一體化的分析柜內。數據采集處理系統(tǒng)的硬件主要包括：工控計算機、輸入/輸出及通訊模塊等。軟件采用專用于排放源煙氣監(jiān)測的組態(tài)軟件，要求數據處理及通訊符合國家對CEMS的標準要求。第一百三十八頁，共166頁。3.2.5冷干法(ɡànfǎ)CEMS的應用冷干法CEMS在我國的煙氣連續(xù)排放監(jiān)測中得到廣泛應用。冷干法的優(yōu)點：基于干法測量、樣氣干燥潔凈、在線標定、維護方便、測量準確可靠(kěkào)。冷干法在線分析系統(tǒng)已成為國內在線分析系統(tǒng)及環(huán)境監(jiān)測領域連續(xù)排放監(jiān)測的主流產品，廣泛應用在脫硫、脫硝的二氧化硫、氮氧化物的排放監(jiān)測，以及在冶金、建材、石油化工等流程工業(yè)領域的在線氣體的分析監(jiān)測。第一百三十九頁，共166頁。3.3熱濕法在線(zàixiàn)分析系統(tǒng)集成與應用3.3.1熱/濕法CEMS的特點熱/濕法CEMS要求被測樣氣在采樣、傳輸、處理、分析(fēnxī)的全過程中，都要保持“熱濕”狀態(tài)，也就是必須保溫在被測量樣氣的露點以上。熱/濕法適用于濕煙氣分析(fēnxī)，特別適用于排放源煙氣的氣態(tài)污染物中有可溶于水的被測氣體的測量，如：垃圾焚燒爐煙氣排放的監(jiān)測。熱/濕法CEMS能保證在分析(fēnxī)過程中，被測煙氣的被測組分不失真，減少了被測樣氣由于水分吸收引起的測量誤差。第一百四十頁，共166頁。3.3.2熱/濕法CEMS的系統(tǒng)(xìtǒng)設計熱/濕法CEMS通常由高溫型取樣系統(tǒng)、高溫型測量系統(tǒng)及分析機柜等組成。高溫型取樣系統(tǒng)包括帶加熱過濾器的高溫取樣探頭、高溫條件下運行的測量/反吹/校準閥件、和電伴熱煙氣傳輸管線和反吹管線等。高溫測量系統(tǒng)包括：高溫型抽取泵、高溫流量計，及高溫分析儀器等，通常將高溫型抽取泵、高溫流量計、連接管道和高溫分析儀器的傳感器氣室等安裝(ānzhuāng)在一個恒溫柜內。在用于煙氣中含有HL、HF、NH3的微量檢測時，要特別注意連接管道管壁的吸附性，即使采用PDFE材料的氣路對HL、HF、NH3仍有吸附。第一百四十一頁，共166頁。

3.3.3熱/濕法CEMS的典型應用

用于垃圾焚燒爐的廢氣排放監(jiān)測的高溫型取樣(qǔyàng)分析系統(tǒng)氣路圖第一百四十二頁，共166頁。3.4稀釋法在線(zàixiàn)分析系統(tǒng)的集成與應用3.4.1稀釋法CEMS概述稀釋法的優(yōu)點是吸入探頭的樣氣量(qìliàng)很少，按照稀釋比100:1計，被測樣氣量(qìliàng)、煙塵量及含濕量同比減少，樣氣露點降低，因而樣氣輸送不需要采用加熱傳輸管線，適合于需要濕法測量，以及樣氣內含有易溶于水的微量組分測量。第一百四十三頁，共166頁。稀釋法采樣分析系統(tǒng)流程參見下圖。稀釋采樣一種是煙道內稀釋法，將稀釋探頭插入煙道，在煙道內稀釋煙氣；參見內稀釋探頭圖。另一種是煙道外稀釋法，取樣探頭稀釋煙氣是在煙道外部，參見外稀釋探頭圖。在煙道外稀釋煙氣可以在煙囪旁邊進行，也可以在CEME分析小屋進行。如果在分析小屋稀釋，則必須使用加熱(jiārè)的樣品管線。第一百四十四頁，共166頁。第一百四十五頁，共166頁。

煙道(yāndào)內稀釋探頭圖第一百四十六頁，共166頁。煙道(yāndào)外稀釋探頭第一百四十七頁，共166頁。3.4.4稀釋(xīshì)法零空氣處理（1）稀釋法對零空氣的要求稀釋抽取探頭系統(tǒng)需要的稀釋氣（也稱為零空氣）必須是干燥(gānzào)的、清潔的、無油的、沒有顆粒物和被測氣體，不能引起明顯的測量誤差。第一百四十八頁，共166頁。（2）典型(diǎnxíng)的稀釋空氣凈化系統(tǒng)參見下圖系統(tǒng)采用活性碳吸附劑去除空氣中碳氫化合物，采用不需加熱的干燥劑去除水分，采用凝結油過濾器去除油霧，采用5μm空氣過濾器除去粉塵，通過各種凈化處理技術為稀釋系統(tǒng)提供清潔和干燥的空氣。要求供給稀釋系統(tǒng)的空氣壓力保持穩(wěn)定通常為0.6～0.7Mpa。第一百四十九頁，共166頁。第一百五十頁，共166頁。3.5原位法在線(zàixiàn)分析系統(tǒng)的集成與應用3.5.1原位式在線