烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材-第四章

第四章粒子状物质CEMS，2，本章主要内容是4.1基本情况4.2烟尘粒子状物质的特性4.3，烟尘监视器4.4散射法烟尘监视器4.5其他烟尘监视器，3，本章的难点和重点是粒子状物质CEMS的光路结构和基本使用特征。 难点：颗粒物CEMS的分析原理。 4，4.1基本情况下，粒子状物质的连续监测方法主要有透射法、光散射法、动态闪光法和静电感应法。 不同方法的原理、发展历史，各有不同的特点，其适用条件也不同。 穿孔法出现得早，技术和制造工艺也比较成熟，但其种类也很多。 现场使用的对接法烟尘计基本上是双光路的对接法烟尘监视器。 2 .光散射法可用于监测分辨率更高、灵敏度更高、排放浓度更低的排放源。 相对于透射法，光散射法的出现缓慢。 3、动态闪光法：由于一束光通过被测粒子群，进入光束的粒子数发生变化，因此光束的光强度瞬间有“波动”，“波动”的强度和烟尘浓度之间满足一定的相关性，通过测定光强度波动的强度可以逆算烟尘粒子的浓度。 4、摩擦电荷定律是独立于光学测量法的另一种方法。 目前该方法多用于除尘设备运行状况的监测和报警，5、4.2烟尘粒子的特性，4.2.1颗粒物理特性烟尘粒子一般呈多孔不规则形状，由于燃烧过程和除尘过程的影响，实际烟尘排放和监测口烟尘粒子的粒径分布各不相同，很多排出口烟尘自然状态的粒子和烟尘粒子一般都带电，带电的大小依赖于温度、比表面积、含水量、与摩擦碰撞相关的速度等，与粒子的物理化学成分和结构有关。 六、六、 4.2.2粒子状物质的光学概念，以下是有关光散射的概念：粒子状物质的光散射：光通过不均匀的介质粒子时，介质粒子中的偶极子激发的次波与入射光重叠， 将介质粒子使入射光向四面八方散射现象称为粒子状物质的光散射的散射截面：一个粒子在单位时间内散射的总光能与入射光强度的比散射系数：散射截面与粒子的受光面积的比吸收截面：一个粒子在单位时间内吸收的总光能与入射光强度的比吸收系数：吸收截面与粒子的受光面积的比消光截面：粒子在单位时间内被除去7、颗粒物质的光学概念、消光系数：消光截面与颗粒的受光面积之比(颗粒群)浊度：单位体积内(颗粒群)的总消光截面不相关散射：当颗粒之间的距离足够大时，一个颗粒的散射不受其它颗粒的存在影响。 粒子间的距离为粒径的3倍以上时，粒子群的散射被认为是不相关散射。 烟尘排放通常是不相关散射的单散射和双散射：粒子散射的所有光从入射光称为单散射，否则称为双散射。 当发生与粒子群无关的单一散射时，整个粒子群的行为可以用单一粒子的散射行为来代替。 在连续监测烟尘排放的条件下，认为不透明度超过约0.4的话，再散射的影响不能忽视，此时，在单散射原理上建立的线性关系中存在不能忽视的高阶非线性分量，需要非线性校正。 8、粒子状物质的光学概念、透光率：一束通过电介质层消散后，光束强度与入射光强度之比。 不透明度：一束光通过电介质层消散后，消散的光的强度与入射光的强度之比。 光密度：透光度和不透光度与电介质粒子浓度有指数关系，以透光度为倒数，以10为底的对数形成的新的评价量称为光密度。 光密度与电介质粒子的浓度呈线性关系。 透射法方便光密度的评价和测量过程的描述。9，9，4.2.3烟尘监测特点，(1)测量动态范围大，(2)测量范围与现场条件有关，(3)现场条件差，对设备安装技术要求更高，(4)其他影响，10，烟尘监测特点，测量动态范围大的烟尘一般来说，在大型排放源，例如煤火力发电厂，直接排放烟尘的质量浓度可达到20g/m，高效吸尘器(布袋吸尘器、运转状态良好的三场电动吸尘器)的烟尘排放浓度可达到2050mg/m。 因此，烟尘监测浓度测量的动态范围可达到三个水平，在机械设计过程中应考虑变量程度的问题，同时应考虑范围之间的联系和线性问题。 11、烟尘监测特征、测量范围与现场条件相关的烟尘排放监测器在出厂时难以给出正确的测量范围，测量范围与一些烟尘粒子的物性关系(包括密度、粒子粒径分布、光学特性、电气特性、流速等)即使用p线法也与测量结果有现场条件的相关关系。 除现场条件外，烟尘监测器本身结构不同，检测结果也不同。 因此，妻子要正确测量烟尘浓度，必须实施比较试验，用标准的方法校正现场设置测量仪器的偏差。 12、烟尘监测特点、现场条件差对仪器安装技术要求更高，烟尘计使用现场条件非常差。 仪器本身零件的选择应当符合军用品乃至航天级的标准。 即使有未供给军品的零件，也必须选择-20-70的较宽温度范围。 不能满足现场恶劣环境的长期稳定工作。 同时，烟尘表还要考虑防潮防尘的功能。 其他影响除了机器本身的功能和质量问题外，现场的选择、机器的选择、调整、参考对机器的长期可靠工作有着很强的影响。 这是烟雾监视器在现场的使用容易忽视，难以保证的条件，也是为了使用好的烟雾计的工作。 13、4.3对接烟尘监测仪、14、对接烟尘监测仪、15、对接烟尘监测仪、16、4.3.2发展历史，第一代对接烟尘监测仪的主要特征之一是单光路光路结构。 第二代烟尘监测仪主要对第一代烟尘计进行了许多小范围的改进和修复，也是单光路的光路结构。 第一代和第二代贯通法烟尘监测仪的共同特点是采用单光路光路结构，该结构无论采用什么改进和改进措施，现场不能进行校准的另一个特点是现场安装调整非常困难。 设备的使用很大程度上不依赖于设备本身，而是依赖于精细的设置调整。 因此，这种设备的50%以上的问题可以说是设置调整引起的。 17、4.3.2.2第三代穿孔产品、第三代穿孔产品的主要特征之一是采用双光路结构(图4-3 )。 其他的光源必须进行机械和电子的调制，采用手动和自动的模拟零点和跨距点的现场校准手段，采用热成像光源必须采用完美的对准和中心机构，双光路的反射光必须采用角镜方式实现。 18、穿孔产品，图4-4是结构功能比较完善的穿孔烟尘监视器的光路结构图，其主要特征是调制、校准、光源参考使用特殊LCD材料来实现(改变电压来改变LCD材料的通光特性)，整个系统没有运动部件，系统通过单传感器单电路进行处理19、穿孔产品，图4-5是另一穿孔烟计的光路结构图。 光源的光通过准直透镜组准直后，分为两部分，一部分直接进入传感器，检测光源的输出，另一部分通过反射镜进入烟囱测量区域，再通过角反射镜通过视场调整透镜组和受光透镜组进入传感器。改变结构，在光源参考栅格中交替测量信号并且跟踪光源的输出改变。 镜像和滤光片实现零点和跨距点的校准。 这种光路结构在现场安装调整时必须注意烟囱的大小和设备要求一致。 不那样的话信号光就不能正确地聚集到传感器上。 20、4.3.3着法烟尘监测仪的校正、双光路对接法的现场校正一般是在光路上插入反射镜作为仪器的零点。 反射镜模拟光束通过无烟的测量区域从转角反射镜返回时的光束强度。 考虑到仪器准直特性的影响，仪器光束的扩散和会聚必须达到仪器自身的要求时，校准是有效和准确的，也就是说，首先烟尘表的选择必须适应烟囱直径的大小以下仪器的对中和焦点调节也必须达到蓟马仪器的要求。 通过在反射镜和传感器之间插入已知的透射率滤镜，可校准跨距。 大跨度点的选择原则上尽量接近实测的透过率，但在烟的排放条件下，如果测量范围的选择合适，大跨度点的选择对测量结果没有多大影响。 21、实际校准过程分为两个阶段，首先使仪器在一个标准光源下工作，插入反光板，仪器烟雾浓度输出必须为零的背光板和跨度板，仪器的输出是仪器首次进行校准检查时的输出值。 上述两个过程当容器输出与段值之间的偏差超过给予容器的精度水平时，执行第二阶段，借助容器调节机制将偏差归零。 标准光源(背光和滤镜)的插入位置通常有两种。 一个是防尘镜头和传感器之间，另一个是防尘镜头在标准光源和传感器之间。 后者的校正过程可以消除镜头污染的影响，但前者只需定期检查擦拭防尘镜头即可达到正确的校正目的。穿法烟尘监测仪校准、22、穿法烟尘监测仪校准、校准过程可以自动或手动。 自动处理设备根据设置的时间自动执行偏斜校正过程。 自动校正的烟尘计一般具有监视防尘镜头污染程度的功能，指示污染引起的透过率偏差达到一定阈值后自动发出警报，手动擦拭防尘镜头。 手动校准过程必须手动完成校准过程。 一些仪器具有半自动校准的功能，首先通过仪器自动进行零点和跨距检测，用后台软件实现修正结果偏差的过程。 无论是自动还是手动，都要定期检查标准源的有效性、是否被污染、是否变形等。 23、穿法烟尘监测器的使用特点1、双光路为穿法烟尘监测器采用双侧设备，需要在测量点的另一侧设置反射镇流器。 反射镜一般采用棱镜(不可采用反射镜)，如果入射的光束碰到反射镜，则光束通过180条路径返回发射端。 如果反射镜不采用角镜的话，机器对会成为难题，由于使用中的温度和其他因素引起的机械变形，机器无法长期保持正确的对，机器不能正常动作，因此使用角镜时的穿孔烟尘计也不能长期保证正常可靠的动作。 24、穿法烟尘监测仪的使用特点；2、穿法烟尘监测仪的测量范围；当然有人认为，只要透光就可以监测烟尘浓度。 而且，也有人认为穿法烟尘监视器的最大测定范围是与透光度为零时对应的浓度。 实际上，仪器的光源、结构、高浓度校正机制不同，要准确使用，必须严格遵循所选型号烟尘监测仪的测量范围。 若采用低排出浓度(例如30mg/m以下)较宽的测定范围的设备，则有可能无法达到要求的测定精度，甚至不能检测出能够充分识别的有效信号。 相反，若用小的测定范围的设备对高排出浓度进行测定，则有时得不到正常的数据，也由于必要的高浓度等修正措施不足，所以虽然可以得到数据，但是会极大地破坏数据的正确有效性。一般对穿烟尘监测仪应用光密度测量测量范围，选择设备时，评估所选设备的光密度测量范围是否与排放点浓度和烟囱直径相对应。 25、穿透法烟尘监测仪的使用特点，3、双光路对穿透法测量区域2倍光束通过烟尘粒子群的距离。 一般选定时烟雾监视器显示烟雾计可用于多少烟道和烟囱，烟雾计指定的烟道和烟囱的适用直径指的是距两端凸缘端面的距离，包括烟道和烟囱的净尺寸、2倍烟道和烟囱的壁厚和2倍固定凸缘的伸出长度。 因为仪表准直系统的允许，必须考虑该尺寸与烟尘仪表的要求相对应。 不那样的话，设置后就不能正确对焦。 26、穿法烟尘监测器的使用特点、4、法兰焊接方向也很重要，这是常被忽视的问题。 安装在穿法烟尘监视器的两端后，必须位于同一轴线上。 烟尘计法兰本身一般具有由三点碟形垫圈和螺母构成的方向调整装置，安装角度可调整到约5度。 立体角范围。 为此，焊接或嵌入式凸缘的轴向角度偏差必须不大于5。 中选择所需的墙类型。 由该三点盘形垫圈和螺母构成的方向调整装置与焊接(埋设)在烟囱上的固定凸缘抵接，当烟尘计主体需要通过维护取下时，角度调整机构不会留在固定凸缘上，保证烟尘计经过维护与烟囱的定位关系不变。 部分烟尘计没有由三点盘形垫圈和螺母构成的方向调整装置，在附加垫圈的状态下调整角度时，现场的调整非常困难，难以保证安装要求。 采用这种方式时，必须在烟尘表上追加机构，以免维护后与烟囱的定位关系发生变化。 否则，在调试过程中参考测试中获得的所有参数都将无效。 27，4.4散射法烟尘监测仪，4.4.1基本原理和发展历史随着环境意识的强化和法规的加强，烟尘浓度越来越低，电厂烟尘排放量一般为50mg/m3。 以下，此时穿孔法的原理界限越来越强调，但考虑到穿孔法直接测量的值为消光后的光强度，运算结果求出对数差1n(I。 -ln(I)也就是说，光电传感器意味着在强光强条件下测量光强度的变化率，在低烟尘浓度的情况下对传感器提出严格要求，透射法在低浓度范围内的应用，即分辨率不足。 散射规律没有限制，不仅分辨率大幅提高，而且采用后向散射法，设置条件大幅改善，设置调整作业强度大幅降低。 28、4.4.1的基本原理和发展历史是：将激光束投射到烟道/烟囱上，激光束与烟尘粒子相互作用产生散射，散射光的强弱与烟尘粒子的散射截面成比例，烟尘浓度升高时烟尘粒子的散射截面成比例增大，散射光增强，通过测量散射光的强弱可以得到烟尘粒子的浓度通过测量散射光能的大小可以得到烟尘的质量浓度。 这就是散射法的基本原理，在其原理(图4-6 )、29、4.4.1的基本原理和发展历史上，对于书写式(4-15 )的右半部分具体的排放源，除Es以外都是与粒子分布、粒状物性、仪器结构相关的常数，简单地表示等于常数k，原理整体简化为无常数项的线性变换： C=K* 可以看到e，通过测量散射光能的大小可以得到烟尘的质量浓度，30，4.4.2几种散射法烟尘计的结构特征，散射式烟尘监视器在光路配置上有同轴和不同轴两种形式，发射光束和接收系统在同一轴线上为同轴系统，在同一轴线上不称为不同轴系统。 如图4-7所示，同轴光路由受光透镜的口径、受光光圈、焦距及检测器的有效受光面的大小来决定。一般在订购烟囱时必须通知的设备供应商烟圈的大小和烟圈的壁厚，供应商在设备出厂时调整测量区的位置、大小。 发货后通常不允许调整。 31、若干散射法烟尘计的结构特征在于，采用异轴配置的结构形式，如图4-8所示，激光束和受光透镜轴以较小的角度投射到烟尘上。 异轴配置测量区域的位置调整容易，只需改变光束的倾斜度，即可轻松改变测量采样区域的位置。 有些品牌的设备，用户可以现场进行调整。 32、4.4.3散射法烟