煙氣自動監(jiān)控系統(tǒng)簡介及發(fā)展

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煙氣自動監(jiān)控系統(tǒng)(CEMS)簡介及發(fā)展是英文ContinuousEmissionMonitoringSystem的縮寫，是指對大氣污染源排放的氣態(tài)污染物和顆粒物進(jìn)行濃度和排放總量連續(xù)監(jiān)測并將信息實時傳輸?shù)街鞴懿块T的裝置，被稱為煙氣自動監(jiān)控系統(tǒng)，亦稱煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)或煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)。CEMS分別由氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理與通訊子系統(tǒng)組成。氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)主要用于監(jiān)測氣態(tài)污染物SO2、NOx等的濃度和排放總量；顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)主要用來監(jiān)測煙塵的濃度和排放總量；煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)主要用來測量煙氣流速、煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣含氧量、煙氣濕度等，用于排放總量的積算和相關(guān)濃度的折算；數(shù)據(jù)采集處理與通訊子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器和計算機系統(tǒng)構(gòu)成，實時采集各項參數(shù)，生成各濃度值對應(yīng)的干基、濕基及折算濃度，生成日、月、年的累積排放量，完成丟失數(shù)據(jù)的補償并將報表實時傳輸?shù)街鞴懿块T。煙氣的采樣方法：有非抽取法和抽取法2種。抽取法又分為直接抽取法和稀釋抽取法。SO2的分析方法依其分析量程不同而異。紫外熒光法適用于低量程(稀釋抽取法)，該法靈敏度高，選擇性好。所用儀器中涉及紫外燈的脈沖點燃技術(shù)，必須有壽命長且光強穩(wěn)定的紫外燈、可長期連續(xù)工作的光電倍增管以及去除干擾的膜式過濾裝置，目前所用儀器主要靠進(jìn)口，價格較昂貴。非分散紅外法和紫外吸收法簡便可靠，適用于未經(jīng)稀釋的高濃度樣品，其中非分散紅外法的動態(tài)范圍較窄。電化學(xué)法的靈敏度不夠高，且因其傳感器壽命短，維護工作復(fù)雜，漂移（積累型）嚴(yán)重，不適用于連續(xù)監(jiān)測。SO2CEMS常用組合測量技術(shù)及其國內(nèi)外主要產(chǎn)品非抽取+紅外或紫外吸收法國外此類技術(shù)的早期產(chǎn)品出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代末至80年代初，即將一束紅外或紫外光直接照射到煙氣上，在探頭上開孔，煙氣從中流過，利用S02的特征吸收光譜進(jìn)行測量。其技術(shù)簡單，響應(yīng)快，勿需抽氣管線可直接實時測量濕基，缺點是探頭易被煙塵堵塞，分析儀易污染；探頭為開孔式，無法進(jìn)行在線校標(biāo)，精度差。90年代中期，以英國Procal公司為首，推出了封閉式產(chǎn)品，即用金屬燒結(jié)材料將探頭光路封閉，該材料在過濾掉煙塵的同時，氣體滲透到光路中進(jìn)行測量。這一由開口式向封閉式的改進(jìn)使非抽取方式得以實現(xiàn)在線校標(biāo)，同時解決了煙塵對SO2的測定干擾問題。封閉式探頭對光路的防污染要求高，須使用清潔壓縮空氣吹掃技術(shù)和獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計排除煙塵和煙氣對光路的污染。該技術(shù)在全球市場的占有率為5%，產(chǎn)品價格較低。國外有美國AIM公司的產(chǎn)品（紅外法），國內(nèi)如北京牡丹聯(lián)友公司的產(chǎn)品HP5000（紫外雙波長）。直接抽取+非分散紅外吸收法該技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代中期，煙氣經(jīng)除塵除濕后，測量的為煙氣干基，且克服了非抽取方式煙塵干擾的問題，但煙氣除塵、除濕（采樣管加熱）等預(yù)處理維護工作復(fù)雜，抽氣口易堵塞，采樣管線是負(fù)壓運行，稍有泄漏會影響測定結(jié)果。該技術(shù)在全球市場的占有率約為95%，產(chǎn)品價格適中。國外主要為日本島津公司和英國XENTRA4900型產(chǎn)品，國內(nèi)如北京北分麥哈克分析儀器有限公司的GXH902及GXH9021M，其主機UNOR及MULTOR為德國MAIHAK公司制造，還有北京天融環(huán)保設(shè)備中心的產(chǎn)品（德國技術(shù)）。稀釋抽取+紫外熒光法該技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代初期，其技術(shù)特點是稀釋采樣降低樣品露點溫度，解決了煙氣冷凝水問題,一般情況下勿需跟蹤加熱采樣管線，并解決了采樣探頭的腐蝕與堵塞問題，連續(xù)工作時間長。采樣管線在正壓下工作，從而防止由于泄漏所引入的誤差；經(jīng)稀釋的煙道氣樣品，可使氣體濃度最大減少到1350,可用靈敏度高的環(huán)境監(jiān)測儀器完成分析；由于濕度未從樣品中消除，測定的為濕基。缺點是響應(yīng)時間稍長（3min）;干燥壓縮空氣純度要求高，除水除硫制備繁雜，成本高；紫外熒光分析儀須進(jìn)口，價格昂貴。該技術(shù)在全球市場占有率約為85%,在美國高達(dá)90%。國外主要為美國熱電子（ThermoElectron公司）環(huán)境儀器公司200型產(chǎn)品及法國環(huán)境儀器公司（ESA）的產(chǎn)品，國內(nèi)如北京航天益來電子科技有限公司CYA200型及深圳中興新通訊設(shè)備有限公司的產(chǎn)品。我國實施煙塵CEMS的有關(guān)技術(shù)規(guī)定國家環(huán)保總局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)條件及檢驗方法》（目前為報批稿）中規(guī)定煙塵的連續(xù)監(jiān)測方法為光學(xué)法和射線法，且在技術(shù)說明中對電荷法提出了明確質(zhì)疑，在產(chǎn)品開發(fā)研制或選用時應(yīng)謹(jǐn)慎。煙塵CEMS測量技術(shù)及其國內(nèi)外主要產(chǎn)品原理是射線通過物質(zhì)時強度被衰減，其衰減強度與物質(zhì)的質(zhì)量成正比。該法不受樣品顏色大小及原子量影響，可直接測量煙塵質(zhì)量濃度，與重量法相關(guān)性好。缺點是煙氣中水氣等其它氣態(tài)物有干擾；采用同位素源如封閉不好可能存在輻射;適于便攜式直讀或間歇式連續(xù)監(jiān)測，不適合現(xiàn)場惡劣環(huán)境下長期在線連續(xù)監(jiān)測。國外產(chǎn)品如法國ESA公司BETA5M型測塵儀，由內(nèi)置的馬達(dá)與流速調(diào)節(jié)閥組成的系統(tǒng)完成等速采樣。國內(nèi)北京怡孚興業(yè)有限公司系引進(jìn)法國ESA公司同型產(chǎn)品，北京地海天環(huán)境科技開發(fā)中心的BDYI與BDYII傳感器式煙塵測試儀。光學(xué)不透明度法該技術(shù)采用等速采樣稱重法測出煙塵質(zhì)量濃度，再與同時測得的光學(xué)不透明度建立函數(shù)關(guān)系，一般為線性關(guān)系。該技術(shù)特點是量程寬，監(jiān)測范圍0?10g/m3任選，可連續(xù)實時在線監(jiān)測。缺點是只能監(jiān)測較大的煙塵顆粒，監(jiān)測精度差；不同大小煙塵顆粒透光率不同，需作相關(guān)校準(zhǔn)；鏡面維護問題等。國外如澳大利亞GOYEN公司CPA1000型（擴散式光源），德國SICK公司FW561型（國內(nèi)北京北分麥哈克分析儀器公司代理，紅外光），國內(nèi)如北京牡丹聯(lián)友電子工程有限公司的HP5000型（可見光）。光學(xué)后向散射法光源照射到煙道中，光束被煙塵顆粒散射，其散射光被與入射光成一定夾角的接收器接收，光強度與煙塵質(zhì)量濃度符合朗伯比爾定律。該法測量結(jié)果受煙塵顆粒顏色的影響較大，不大適用于煤種不穩(wěn)定的工況測試；亦需作相關(guān)校準(zhǔn)。產(chǎn)品如西安聚能儀器有限公司的TR-9300型煙塵在線監(jiān)測儀,其光源為紅外線，測定范圍0.005?10g/m3。激光測塵法使用激光測塵的光學(xué)法有激光反射法和激光對穿法。二法均成熟，穩(wěn)定，可靠性強，使用壽命長，目前國外應(yīng)用較多。激光反射法與煙塵顆粒顏色有關(guān)，要求煤種盡可能穩(wěn)定。激光對穿法與重量法相關(guān)性好，穩(wěn)定、靈敏、精度高，設(shè)備體積小，鏡面維護量小。國外產(chǎn)品如美國熱電子公司LM3188型激光測塵儀（激光對穿）;法國0LDHAM公司的EP1000煙塵分析儀（反射法）；德國SICK公司的FW100含塵量監(jiān)測儀（北分代理,反射法）。國內(nèi)如北京航天益來電子科技有限公司的CYA200（激光對穿法）；北京天融環(huán)保設(shè)備中心的丁R系列設(shè)備（對穿法）。煙氣參數(shù)包括流速、含氧量、濕度、溫度、壓力等，本文僅介紹其中的首要參數(shù)流速的連續(xù)測量技術(shù)。皮托管法是煙氣流速連續(xù)測量常用方法，該法與手工常規(guī)方法一致，缺點是易堵，需要不斷吹掃。北京牡丹聯(lián)友等公司產(chǎn)品為此技術(shù)。熱平衡法該法連續(xù)工作性能好，適用于煙塵污染嚴(yán)重的場合。能測量極低（01ms）的流速，但測得的是質(zhì)量流量，需用體積流量儀現(xiàn)場標(biāo)定，再用比重系數(shù)修正。北京航天益來等公司產(chǎn)品用此技術(shù)。超聲波法探頭與氣體流量方向成一定角度，聲波沿不同方向傳送的時間差與氣體流速有關(guān)，從而進(jìn)行氣體流速測定。該法不受溫度、壓力、煙氣成分變化影響，但產(chǎn)品價格較貴（如北分代理德國SICK公司制造FL0WSIC流速測定儀14萬元套）。以微機為核心的數(shù)據(jù)采集與通訊子系統(tǒng)主要起以下作用：數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)采集器定時采集各項參數(shù)，并生成各污染物濃度對應(yīng)的干基、濕基及折算濃度數(shù)據(jù)處理：實時監(jiān)測所采集到的數(shù)據(jù)量非常大，微機根據(jù)程序指令生成小時濃度均值及日、月、年的累積排放總量。在均值計算中，按設(shè)定方法剔除異常值。最后可根據(jù)需要制成各類報表或圖形。自動控制：由微機控制實現(xiàn)監(jiān)測儀器的定時開關(guān)、校零、校標(biāo)，按一定時段處理數(shù)據(jù)，定時傳輸數(shù)據(jù)等。在微機運行程序中根據(jù)需要可編入各種指令，據(jù)此就能根據(jù)給定的各種定值與隨時取得的各種信號值比較后的情況進(jìn)行故障報警，延時，過壓、欠壓保護等自動控制。通訊系統(tǒng)：煙氣自動監(jiān)控系統(tǒng)中各子站的微機負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和處理或日常所需的數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)操縱各控制元器件的動作。中心站的微機負(fù)責(zé)監(jiān)控并可干預(yù)各子站微機的運行情況，負(fù)責(zé)各子站數(shù)據(jù)的匯總、貯存及進(jìn)一步生成。子站與中心站各設(shè)一臺調(diào)制解調(diào)器(MODEM)，子站的微機通過MODEM即可將數(shù)據(jù)信息經(jīng)公共電話網(wǎng)傳遞到中心站，再經(jīng)MODEM進(jìn)入中心站的微機。煙氣SO