CEMS技术原理和现场检查要点.ppt

烟气排放连续监测系统 CEMS 运行质量保证和质量控制 提纲 烟气排放连续监测系统介绍及说明烟气排放连续监测系统现场运营和检查烟气排放连续监测系统数据处理和分析 什么是CEMS 固定污染源烟气排放连续监测系统烟气在线监测设备烟气自动监测设备ContinuousEmissionMonitoringSystem对固定污染源颗粒物浓度和气态污染物浓度以及污染物排放总量进行连续自动监测 并将监测数据和信息传送到环保主管部门 以确保排污企业排放污染物浓度和排放总量达标 CEMS全系统示意图 CEMS系统组成 CEMS各指标基本分析技术 CEMS的系统结构和关键部件 颗粒物排放连续自动监测单元国内目前主要仪器的分析方法 浊度法 光能量衰减原理光散射法 散射发光原理 CEMS的系统结构和关键部件 颗粒物排放连续自动监测单元浊度法 透射法 对穿法 双光程 内置式 外置式光散射法 前散射 边散射 后散射 粒径 波长 内置式 外置式关键部件 光源 检测器 气幕保护系统 校准装置 双光程浊度法烟尘仪 后向散射法烟尘仪 前向散射法烟尘仪 颗粒物连续监测系统 说明 目前国内主要的烟尘仪测量方式都是在位式 直接测量法 常见的有后向 前向光散射法这些仪器都必须跟手工方法进行比对 获得校准系数后 才能反映真实的烟尘浓度颗粒物测量值往往是 湿基浓度 实测浓度 用于环境管理时需必要的计算转换 颗粒物高湿低浓度排放监测技术 抽取测量方式颗粒物连续监测系统 CEMS的系统结构和关键部件 烟气 SO2 NOX 排放连续自动监测单元采样方法 完全抽取 稀释抽取 直接测量分析方法 吸收光谱技术 非分散红外 NDIR 非分散紫外 NDUV 紫外差分吸收 DOAS 气体过滤相关 GFC 等激发发光技术 紫外荧光法 化学发光法 气态污染物CEMS基本分类 CEMS的系统结构和关键部件 1 完全抽取式CEMS系统结构抽取系统 采样探头 采样伴热管 过滤器 除湿冷凝系统 采样泵 测试气体分析仪辅助系统 尾气排放系统 冷凝排水系统 反吹系统 冷干 后处理方式系统结构图 冷干 前处理方式系统结构图 热湿 系统结果图 不处理方式 CEMS的系统结构和关键部件 完全抽取式CEMS关键部件 采样探头 安装过滤器 不绣钢或多孔陶瓷材料 加热反吹装置 工厂压缩空气 采样探头 前处理方式 渗透脱水装置吹扫气预处理装置 洁净 干燥 持续的吹扫气体 伴热管线 恒功率自限温 冷凝器 电子冷凝器机械冷凝器 压缩机 渗透装置脱水 采样泵 过滤器 流量计 隔膜泵 常温 高温 射流泵 辅助系统 尾气排放 尾气排放管 冷凝水排放 蠕动泵 贮水盒 反吹系统 空压机 贮气罐 仪表气前处理装置 分析仪 完全抽取发 非分散红外吸收法紫外差分吸收法 分析仪 完全抽取法 气体过滤相关法傅里叶红外吸收法 CEMS的系统结构和关键部件 2 稀释抽取式CEMS系统结构抽取系统 稀释采样探头 过滤器 采样泵 测试气体分析仪辅助系统 尾气排放系统 反吹系统 稀释零气系统 稀释法系统结构图 CEMS的系统结构和关键部件 稀释抽取式CEMS关键部件 内稀释 外稀释 关键部件 稀释采样装置 采样探头和控制器 稀释零气系统过滤器 采样泵测试气体分析仪 稀释采样探头和控制器 稀释探头和控制器决定了样气的稀释比 是稀释系统最重要的部件 稀释法内稀释采样探头 稀释法外稀释采样探头 稀释法零气处理单元 稀释气需要免于油 颗粒物 二氧化碳 氮氧化物和二氧化硫的污染 分析仪 稀释抽取法 SO2紫外荧光法NOX化学发光法 CEMS的系统结构和关键部件 3 直接测量式CEMS系统结构气体分析系统辅助系统 气幕保护系统 流动等效校准系统 或在位式 原位式或in situ式 直接测量法系统结构图 CEMS的系统结构和关键部件 直接测量式CEMS关键部件 内置式 外置式 单光程 双光程 关键部件 气体分析系统 光源 检出器等 气幕保护系统流动等效校准装置 直接测量流动标气校准 直接测量法校准 流动标气池 放到测试光路中 固定式 移动式 手动 自动 直接测量内置式结构示意图 双光程 直接测量外置式结构示意图 单光程 烟气参数测量技术 CEMS的系统结构和关键部件 烟气参数连续自动监测单元烟气流速 差压传感器法 热平衡法 超声波法烟气温度 铂电阻法 热电偶法烟气压力 压力传感器 动压 静压 烟气湿度 干 湿氧法 高温电容法含氧量 电化学法 氧化锆法 顺磁法关键部件 各种传感器 加热或反吹等辅助系统 CEMS的系统结构和关键部件 烟气压力静压 压强的大小 作用在管道壁上 动压 体现在流速上 气体流动的动能 全压 静压和动压的和 压力传感器 变送器 法在流速的测量过程中同时测量 CEMS的系统结构和关键部件 烟气流速差压传感器法 S型皮托管法 两根金属管并联 开口方向面对气流测量全压 背对气流方向测量静压 利用微差压传感器测出流速值 皮托管系数 背对气流方向测量压力值小于真实静压 平均压差皮托管 阿牛巴皮托管 线测量 长期使用易堵塞 变形 烟气流速热平衡法速度传感器 长 与温度传感器 短 之间有恒定温差 当气体流过带走热量 需增加电流保证温差不变 测出流速值 水滴影响测试准确 造成热量损失气体的密度变化导致组分变化 水分等 会影响流速的校准 CEMS的系统结构和关键部件 CEMS的系统结构和关键部件 烟气流速超声波法通过测试烟道中上 下游安装的超声波传感器的发射和接收时间差 来计算烟气的流速值 线流速 圆形烟道可以直接作为断面流速 受腐蚀小 外部 安装位置影响较大 避免流速分层 有涡流的流场 CEMS的系统结构和关键部件 烟气温度热电偶法测量热电偶自由端和工作端的热电势大小计算温度 铂电阻法铂热电阻的阻值与温度的线性关系 CEMS的系统结构和关键部件 烟气湿度干 湿氧法测量烟气中湿氧含量 再将烟气除湿后测出干氧含量 从而用干氧与湿氧的差值再除以干氧得到湿度 测试点不相同 造成测试误差 测试原理不同 造成测试系统误差 漂移等 CEMS的系统结构和关键部件 烟气湿度高温电容法电容型聚合物薄膜 测湿传感器 测量气体中的水分子 从而测出湿度值 当电容极间含水分 造成电容量变化现场工况发生变化时 开炉或停炉 造成电容腐蚀损坏 CEMS的系统结构和关键部件 烟气湿度红外吸收法红外吸收光谱直接测量气体中的水分含量 即湿度值 分析原理与SO2相同 利用H2O分子在红外区的吸收测量 测量结果比较准确 单独测量成本较高 一般适用于高温全加热红外测量系统 直接测量红外系统或是傅立叶红外测量系统 CEMS的系统结构和关键部件 烟气含氧量电化学法原电池式传感器当氧气进入是发生电化学反应 根据输出电流与氧气含量的关系测量 注意 定期校准 检漏电化学传感器的寿命1 2年测试气体中的Cl2 H2S HF对传感器有损坏和干扰 CEMS的系统结构和关键部件 烟气含氧量氧化锆法利用高温氧化锆管两侧分别流过被测气体和参比气体 产生的电势以及锆管的工作温度计算出被测气体的氧含量 注意 定期校准 检漏传感器的寿命1年左右测试气体中的可燃气体或对氧化锆管腐蚀的气体会损坏元件和干扰测试 CEMS的系统结构和关键部件 烟气含氧量顺磁法 热磁 磁力机械 利用氧的顺磁性 当被测气体和参比气体氧含量不同时 产生磁风 磁压 从而计算出被测气体的氧含量 注意 定期校准必须保证测试气体是经过预处理后的干净的气体 保证测量精度 数据采集与处理子系统 采集各测量子系统的数据和状态参数对数据进行显示 计算 存储 统计保持与环境监控平台 企业 的数据传输工控机 数采仪 关于CEMS的说明 1 CEMS监测污染物测试原理以及采样 预处理 分析过程与手工监测方法是完全不同的 因此自动连续监测与手工参比监测之间很可能存在一定的系统误差如果证明这种由于分析原理不同造成的系统误差存在 这种误差是允许人为修正的 系统过程参数设置 关于CEMS的说明 2 CEMS测量颗粒物 烟气流速 温度 压力和湿度往往都是烟道或烟囱内的点测量或线测量 手工参比方法一般都是整个断面平均值 很显然手工方法的测量结果更具代表性 而且点和面之间很可能存在一定的误差 这个误差是必须进行相关校正并修正的 关于CEMS的说明 3 CEMS测量数据由于其测量原理 方法 采样点位 处理过程不同 其测试的数据状态不同体积浓度 ppm mol mol 质量浓度 mg m31ppm mg m3NOX与NO的换算 湿基与干基 实测 标干和折算的区别 实测 标干和折算浓度在CEMS界面和数据库以上浓度应都有显示和记录 关于CEMS的说明 4 系统中NO2转化采样红外法仪器 在样品中的二氧化氮在进行分析时 一般需要先转化为一氧化氮 才能进行浓度分析 二氧化氮到一氧化氮的还原转化过程 通常由分析仪内的一个转化炉完成 其转化过程公式如下 3NO2 Mo 300 350 C 3NO MoO3OR2NO2 S S Converter 600 C 2NO O2 关于CEMS的说明 4 转化炉分为钼转化炉和不锈钢转化炉两种 在常态浓度下使用钼转化炉进行转化 而样品浓度偏高时需要使用不锈钢转化炉 通常情况下 钼转化炉的寿命为5000ppm小时 既浓度为5000ppm的二氧化氮样品 连续进入钼炉一小时 钼炉既失效 由于各个厂商的设计样品流量和钼粉填充量不同 所以温度通常控制在150 350 C之间 转化效率一般要求大于95 提纲 烟气排放连续监测系统介绍及说明烟气排放连续监测系统现场运营和检查烟气排放连续监测系统数据处理和分析 CEMS现场检查 现场安装的规范性CEMS安装点位的选取CEMS安装配套环境条件设施的建设 现场安装的规范性 点位和位置 安装原则 固定污染源烟气排放连续监测技术规范 HJ T75 2007 前六后三 前四后二 前1 5后0 5 有代表性点位 前四后二 示意图 现场安装的规范性 点位和位置 每个排放源装一套CEMS多烟道汇总时 尽可能安在总排口 也可以每个烟道安一套CEMS安装平台应易于到达 便于维护 安装细则 周围环境条件 为了便于颗粒物和流速参比方法的校验和比对监测 烟气CEMS不宜安装在烟道内流速小于5m s的位置固定污染源烟气净化设备设置有旁路烟道时 应在旁路烟道内安装烟气流量连续计量装置火电厂湿法脱硫装置未安装GGH 烟气再加热系统 时 可将颗粒物CEMS安装在脱硫装置前的平直管道上当烟气CEMS安装在矩形烟道时 若烟道截面的高度大于4m 则不宜在烟道顶层开设参比方法采样孔 若烟道截面的宽度大于4m 则应在烟道两侧开设参比方法采样孔 并设置多层采样平台 大尺寸烟道两侧多层采样平台 对采样平台的要求 面积应不小于5m2平台宽度与长度应不小于2m 或平台的宽度应不小于采样枪长度外延1m周围设置1 2m以上的安全防护栏取样口垂直间距大于1 75m时 应设置双层取样操作平台 同一烟道两侧简陋的平台 爬梯 对参比孔的要求 参比孔应在CEMS监测断面下游 并尽量靠近参比孔内径不小于80mm 装法兰 正压烟道或有毒气时 应采用带闸板阀的密封采样孔采样点位置和数目 按照 固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样方法 GB T16157 1996 中4 2 4所述来布置应配备方便 安全的爬梯或电梯 6m CEMS现场检查 CEMS仪器的运行状态CEMS仪器自身安装要求和运行CEMS定期校准校验CEMS正常工作所处环境条件 颗粒物CEMS 检查要点 准直性 浊度法 气幕管线情况 裂 漏气 反吹气压缩机情况 马达噪声 振动等 反吹气预处理 过滤 除水 系统防护罩情况 防雨雪 双光程浊度法颗粒物CEMS 完全抽取方式CEMS现场检查关键点 采样预处理等系统故障环节 完全抽取系统 1 采样探头堵塞2 采样管路漏气3 加热系统失效4 采样流量降低5 除水系统6 过滤部件失效7 排水或排气不畅 1 2 2 3 4 5 6 7 7 采样探头 检查要点 目视检查 清洁度 灰尘 法兰情况 螺栓情况 锈死在法兰上 采样探头 略微向下倾斜 有无腐蚀 堵塞 系统是否具备定期反吹设备 是否定时执行 湿 粘的颗粒物的黏附 探头随气流抖动程度 采样探头加热温度设置 实际探头温度值对应 探头 机柜 软件 CEMS的仪器安装 采样伴热管走向和布置采样伴热管的核查内容主要有两个方面 即采样伴热管的走向角度和采样伴热管的设置温度 采样伴热管的长度适中 其走向应向下倾斜 角度不得小于5 并在每隔4 5m处装线卡箍固定 其走向为向上倾斜和出现U字形或V字形的布线 均容易形成水封 造成有害气体的损失 使监测结果偏低 采样伴热管的温度设置一般不得低于120 采样伴热管的温度低于120 烟气容易在采样内结露 形成水珠 吸附二氧化硫 使监测结果偏低 伴热管线 检查要点 从探头至分析小屋管线布设情况 至少倾斜5度 卡箍位置及安装 管线是否有纽结 缠绕甚至腐蚀 断裂 伴热管线加热情况 伴热管线的对接部分 刚出探头部分等接头是否有非加热环节 伴热管线的温度设置温度 实测温度机柜 软件读出 冷凝器 检查要点 除湿装置的运行情况效果检查 冷凝温度 设置温度 实际温度 机柜读出 冷凝器的核查主要是检查冷凝器的设置和实际控制温度是否在4 左右 如果冷凝器工作不正常 烟气只通过自然降温 烟气内的水份在控制机柜内取样管壁吸附凝结 因无法排除而越积越多 冷凝器内玻璃热交换管堵塞或冷凝泵 蠕动泵 故障以及排水管路堵塞造成抽水不畅 烟气通过冷凝装置降温过程中冷凝的水汽不能及时排出 都会造成烟气中SO2大量溶解于水被水吸收 致使SO2测量浓度降低 采样泵和细过滤器 检查要点 采样泵的工作情况 有无腐蚀 采样流量的变化 稳定 腐蚀 噪声 泄漏 泵膜和轴承的更换 细过滤器的工作状态 是否清洁 是否需要更换 白色黄色 更换 黑色 长期无维护 辅助系统 检查要点 蠕动泵工作是否正常 贮水罐滋生藻类否 多久倾倒一次 废气排放口冬季会否冰冻 保温否 反吹的频率 压缩机状态 仪表气有净化装置吗 全程是否使用特氟龙管 零部件 阀 接头等有无腐蚀现象 CEMS的气体分析仪表和整体机柜 完全抽取 稀释抽取 直接测量式CEMS核心分析仪表测试故障点 气体分析仪表 分析仪流量是否稳定 是否在正常范围内 进分析仪前管路里有冷凝水吗 有湿度报警装置没有 系统是否有漏气 零部件 阀 接头等腐蚀或泄漏情况 量程设置是否合理 污染源的正常排放数据应分布在所选量程的20 至80 内 标气的入口在哪里 是否能实现全程标定 现场通标气 检查零点 跨度漂移 2 5 F S 注意控制进气压力和流量 气体CEMS全程标定 校准 示意图 气体CEMS整体机柜 机柜内 外部气路 电路 信号线路清楚 布设规范 走线连接安全 便于查找维护 具备相关标识机柜内部具备有效的散热装置 确保内部温度与室温接近机柜内部具备照明设备机柜放置位置符合预留维护维修空间要求 后方空间 确保仪器后方有0 8m以上的操作维护空间 顶端空间 确保仪器采样入口和站房天花板的间距不少于0 4m 机柜内部线路敷设规范 明确标识 量程气 入口高纯氮入口量程气 入口 稀释抽取方式CEMS现场检查关键点 采样预处理等系统故障环节 1 5 4 3 6 2 稀释抽取系统 1 采样稀释探头堵塞2 采样稀释探头稀释比例不准确3 过滤部件失效4 采样流量降低5 零气质量低 不纯净6 排气不畅 稀释法CEMS 检查要点 探头 内外稀释 音响小孔选择 流量控制 样气管线 上高下低 温度 卡箍 长度稀释气系统 除油 除烃 除颗粒物 供气压力稀释比的控制 50 200 检查设置记录 通标气比对 直接测量方式CEMS现场检查关键点 辅助系统故障 直接测量系统 1 气幕保护失效 镜片污染2 无法实现有效校准或等效校准失败 1 1 2 直接测量法CEMS 检查要点 气幕管线情况 裂 漏气 反吹气压缩机情况 马达噪声 振动等 反吹气预处理 过滤 除水 系统等效校准 等效校配置准装置 有效长度内置 外置手动 自动准直性 贯穿烟道外置仪器法 实际光程长度 外置 内置 设置记录 修改 流速 温度分析仪 检查要点 反吹气压缩机情况 马达噪声 振动等 反吹气预处理 过滤 除水 系统防护罩情况 防雨雪 流速分析仪堵塞 腐蚀情况 反吹情况 烟温 湿度分析仪的腐蚀情况 分析小屋 检查要点 监测站房的基础荷载强度2000kg m2 其面积应 7m2 空间高度应 2 8m 站房建在标高0m处空调 采暖设备 室内温度25 35 湿度 85 RH站房内应安装排风扇最好有UPS电源 标准气体 检查要点 标准气体钢瓶号和标签信息 浓度值 生产厂商 有效期 不确定度等 标气钢瓶内压力 和初始压力对比 减压阀的情况 腐蚀或损坏 标气瓶有序摆放 提纲 烟气排放连续监测系统介绍及说明烟气排放连续监测系统现场运营和检查烟气排放连续监测系统数据处理和分析 CEMS数据处理和分析 CEMS数据软件核查CEMS虚设和虚假数据检查 数据记录和处理系统 软件 核查要点 二级门禁管理员可以通过密码进入管理系统进行参数或系数的设置 一般工作人员 操作员 只能进行日常例行维护和操作进入退出 权限 密码数据状态之间的转换以及排放量核算等计算公式ppm与mg m3 实测 标干 折算 关于CEMS的说明 CEMS实测浓度实际工况条件下 烟道或烟囱内实际的温度 压力湿度等条件下 CEMS分析仪测量的数值 CEMS标态干基浓度 0 101 325kPa CEMS测试数据的几种数据状态 CEMS测试数据的几种数据状态 CEMS标况下折算浓度 注意区分CEMS软件界面上工作数据的数据状态国家排放标准限值均指标态干基折算浓度 关于CEMS的说明 CEMS测试数据的几种数据状态 CEMS排放总量计算 关于CEMS的说明 CEMS数据处理软件 核查要点 历史记录 分钟数据 数据状态标记 一次物理量存储调节因子 气态污染物偏差调节系数 颗粒物相关校准曲线斜率 截距 速度场系数数据处理 标态浓度 折算浓度 排放量报表 小时平均数据 CEMS软件参数设置 软件的相关设置系统参数设置 大气压 污染源尺寸 截面积 污染物量程 超标报警值 手工输入湿度等参数 日期时间设置 反吹 维护的设置 过程参数设置 调节因子 校准系数 截距 速度场系数等 参数设置 核查要点 烟尘校准系数 流速的速度场系数对照CEMS的调试报告或验收报告中的烟尘校准系数和速度场系数与现场端是否一致皮托管系数一般S型皮托管 出厂时皮托管系数应该在0 84 0 01 现场一般不必调整皮托管系数 除非经计量等有关部门重新校准 气态污染物调节因子76标准中9 1 8一节 一般不需设置 修正 过程参数需对照调试验收或比对监测报告调整 备案 说明依据来源 企业不能私自更改设置 存在作弊的嫌疑 数据传输检查 去现场之前 到监控中心调取一段时间的历史数据到现场端设备工控机上调取同样时间段数据 对照检查调阅CEMS系统的历史数据 从日报 月报和季报数据中查看数据异常 缺失情况和标记以及处理方式和处理结果若在线停运 是否手工报数 CEMS数据结果有效传递过程 CEMS数据结果判定 CEMS数据质量的问题 CEMS仪器系统故障或长期无维护以及异常维护 虚假校准维护 A CEMS记录仪软件参数更改 数据造假 B CEMS数据采集失真 数模转换 传输丢失 内置软件控制等 C 数据采集仪详述 CEMS数据结果判定 CEMS仪器系统故障或长期无维护以及异常维护 A 系统故障 漏气 长期无人维护 过滤器失效 冷凝器损失等 虚假校准维护 用高浓度标准校准较低浓度 零点负漂移 通零气 空气看零点变化 CEMS数据结果判定 CEMS记录仪软件参数更改 B 系统软件设置参数造假系统参数设置造假 应是长期较固定的设置 核查 量程设置缩小 4 20mA电流对应 标准过剩空气系数或标准含氧量设置造假 烟道或烟囱测试截面积设置造假 数据计算处理参数和公式设置造假 折算 标干 CEMS数据结果判定 举例一 修改量程设置 与分析仪匹配一致 例如 NOx的浓度检测输出4 20mA对应量程为0 1000ppm C 62 5 A 250当输出电流信号为10mA时 实际测得的NOx浓度值为375ppm 若此时将输出4 20mA对应量程改为0 800ppm则C 50 A 200当同样输出电流信号为10mA时 显示测得的NOx浓度值为300ppm CEMS数据结果判定 举例二 修改标准过剩空气系数或标准含氧量设置 对照各行业排放标准 例如 火电行业排放烟气的标准含氧量规定为6 GB13223