CEMS培训讲义

1、烟气排放连续监测系统（烟气排放连续监测系统（CEMS）培训资料北京雪迪龙自动控制有限公司北京雪迪龙自动控制有限公司Beijing SDL .,Ltd公司简介公司简介 北京雪迪龙自动控制系统有限公司（北京雪迪龙自动控制系统有限公司（SDLSDL）是一家按现代化企业原则组建的高科技）是一家按现代化企业原则组建的高科技业。是西门子公司授权的在中国的分析仪器技术服务中心。负责西门子公司在线分析仪业。是西门子公司授权的在中国的分析仪器技术服务中心。负责西门子公司在线分析仪在中国的销售、成套、服务及培训工作。在中国的销售、成套、服务及培训工作。 本公司主要从事过程自动化及在线气体分析仪器的研制和系统成套工

2、作。烟气连续本公司主要从事过程自动化及在线气体分析仪器的研制和系统成套工作。烟气连续测系统（测系统（CEMSCEMS）就是我公司专营的自动化项目之一。）就是我公司专营的自动化项目之一。 本公司拥有有一支包括博士、硕士在内的有实力的年轻员工队伍，技术力量雄厚。本公司拥有有一支包括博士、硕士在内的有实力的年轻员工队伍，技术力量雄厚。司下设工程部、销售部、自动化部、商务行政部、生产部等业务部门，并在上海、武汉、司下设工程部、销售部、自动化部、商务行政部、生产部等业务部门，并在上海、武汉、深圳、香港设有分支机构。深圳、香港设有分支机构。 本公司本着力求与国外著名公司合作，利用国外先进技术、产品，依托自

3、身在技术、本公司本着力求与国外著名公司合作，利用国外先进技术、产品，依托自身在技术、服务、经验、管理等方面的优势，广泛地向水泥、石油、化工、冶金、电力等流程工业服务、经验、管理等方面的优势，广泛地向水泥、石油、化工、冶金、电力等流程工业用户提供完整的过程分析和过程自动化系统工程。用户提供完整的过程分析和过程自动化系统工程。 烟气连续监测系统烟气连续监测系统CEMS 火电厂烟囱排放火电厂烟囱排放排放物：排放物：SO2,NOx, 尘埃尘埃,有毒气体有毒气体排放物构成了对环境、对人类的污排放物构成了对环境、对人类的污染、伤害。染、伤害。火电厂大气污染物排放标准火电厂大气污染物排放标准 GB13223

4、-96 中华人民共和国大气污染防治法中华人民共和国大气污染防治法2000年年9月月1日起实施日起实施火电厂烟气连续监测系统典型设备技术规范书火电厂烟气连续监测系统典型设备技术规范书 G-HB97-01火电厂烟气连续排放连续监测技术规程火电厂烟气连续排放连续监测技术规程 HJ/T-2000固定污染源排放中颗粒物测定与气态污染物采样方法固定污染源排放中颗粒物测定与气态污染物采样方法 GB/T16157-1996烟气采样器技术条件烟气采样器技术条件 HJ/T47-1999烟尘采样器技术条件烟尘采样器技术条件 HJ/T48-1999固定污染源烟气排放连续监测技术规范固定污染源烟气排放连续监测技术规范

5、HJ/T 75-2007固定污染源烟气连续监测系统要求及检测方法固定污染源烟气连续监测系统要求及检测方法 HJ/T 76-2007 中国烟气排放的有关法规中国烟气排放的有关法规CEMS CEMS 系统组成系统组成1 1、烟气成份分析系统、烟气成份分析系统1.1 1.1 分析对象：分析对象：SOSO2 2,NOx, O,NOx, O2 21.2 1.2 系统构成系统构成 采样单元采样单元 样品预处理单元样品预处理单元 分析仪表分析仪表 K烟尘浓度监测系统烟尘浓度监测系统K质量流量检测系统质量流量检测系统 流量：流量：Qs Qs 压力：压力：P P 温度：温度：T T 湿度：湿度：H H2 2O

6、O4.4.数据采集、处理及控制系统数据采集、处理及控制系统烟气排放连续监测系统烟气排放连续监测系统SCS-900 seriesSCS-900 seriesSCS-900 seriesSCS-900 series结构示意图结构示意图采样单元采样单元 采样单元的作用是将烟道中气体取出并输送到预处理单元。这期间不能发生尘采样单元的作用是将烟道中气体取出并输送到预处理单元。这期间不能发生尘埃埃 堵塞和形成酸雨。堵塞和形成酸雨。 采样器采样器 选用的是电加热直接抽取法，由下列几个部件组成：选用的是电加热直接抽取法，由下列几个部件组成： 采样头：采样头：35mm35mm不锈钢管，伸进烟道不锈钢管，伸进烟道

7、1M1M处左右位置，样气通过此管进入采样器。处左右位置，样气通过此管进入采样器。 碳化硅陶瓷过滤器：过滤精度为碳化硅陶瓷过滤器：过滤精度为5-10m5-10m，烟道中尘埃绝大部分被挡在过滤器之外，烟道中尘埃绝大部分被挡在过滤器之外 电加热管：为防止在采样单元结水而建立的。电加热温度控制在电加热管：为防止在采样单元结水而建立的。电加热温度控制在180 180 左右。左右。 法兰对接：采样单元法兰与工艺管口法兰相对接，完成采样单元安装。法兰对接：采样单元法兰与工艺管口法兰相对接，完成采样单元安装。 金属固定支架外壳：采样单元各部件有机地连接在一起，达到防雨防尘的目的。金属固定支架外壳：采样单元各部

8、件有机地连接在一起，达到防雨防尘的目的。烟气排放连续监测系统烟气排放连续监测系统SCS-900 seriesSCS-900 series采样单元采样单元烟气排放连续监测系统烟气排放连续监测系统SCS-900 seriesSCS-900 series采样器主要部件图采样器主要部件图烟气排放连续监测系统烟气排放连续监测系统SCS-900 seriesSCS-900 series采样器及反吹系统示意图采样器及反吹系统示意图烟气排放连续监测系统烟气排放连续监测系统SCS-900 seriesSCS-900 series反吹系统反吹系统 为了防止尘埃在过滤器周围堆积，造成堵为了防止尘埃在过滤器周围堆积，

9、造成堵塞影响样气流动，必须定时进行反吹。反吹周期时间根塞影响样气流动，必须定时进行反吹。反吹周期时间根据具体工况，由据具体工况，由PLCPLC进行控制。进行控制。烟气成份分析系统组成烟气成份分析系统组成采样管采样管 采用电伴热形式，中间样气管采用聚四氟乙烯耐腐蚀软管。采用电伴热形式，中间样气管采用聚四氟乙烯耐腐蚀软管。采样管内温度控制在采样管内温度控制在140-160140-160，使得烟气中水含量以蒸气状态存，使得烟气中水含量以蒸气状态存在，防止水结露与在，防止水结露与SOSO2 2生成酸，并有报警装置。生成酸，并有报警装置。PT100测温电阻温度范围140160度8聚四氟乙烯管保温材料电拌

10、热带采样管内部结构示意图采样管内部结构示意图样气管烟气成份分析系统组成烟气成份分析系统组成50聚氯乙烯管Bhler CEMS - CEMS - 加热采样探头加热采样探头样品预处理单元样品预处理单元 将烟道中的气体按照分析仪器能够接受的压力、温度、流量、含水量、将烟道中的气体按照分析仪器能够接受的压力、温度、流量、含水量、含尘量以及干净程度完成其处理功能。主要完成以下几项工作：含尘量以及干净程度完成其处理功能。主要完成以下几项工作：样品抽取：用取样泵将烟道中气体抽取，供分析仪器测量样品抽取：用取样泵将烟道中气体抽取，供分析仪器测量SOSO2 2、 NOxNOx、 O O2 2的含量。的含量。气水

11、分离：样气温度下降出现游离水，气水分离器将气、水分开，然气水分离：样气温度下降出现游离水，气水分离器将气、水分开，然 后将水排出。后将水排出。冷凝除水：压缩机致冷器除水，蠕动泵排水，并且用膜式除湿器冷凝除水：压缩机致冷器除水，蠕动泵排水，并且用膜式除湿器 除去样气中含水量。除去样气中含水量。精密过滤：进一步除尘，保证整个过滤精度在精密过滤：进一步除尘，保证整个过滤精度在0.5 m0.5 m以下。以下。标标 定：定： 定时对仪器进行零点和量程标定。定时对仪器进行零点和量程标定。快速回流：在满足仪器所需流量情况下，为提高分析效果减少快速回流：在满足仪器所需流量情况下，为提高分析效果减少 滞后所采取

12、的措施。滞后所采取的措施。流量调节：保证仪器的进样流量大于流量调节：保证仪器的进样流量大于2L/min2L/min。样品预处理单元样品预处理单元样品预处理装置样品预处理装置样品预处理装置样品预处理装置预处理系统预处理系统RV2排气空气冷凝水冷凝水标气仪表风A1排气分析仪表柜 预处理系统预处理系统压缩机制冷器气水分离器膜式过滤器取样泵精密过滤器预处理系统预处理系统有三个不分光红外通道有三个不分光红外通道测氧探头测氧探头用空气自动标定用空气自动标定菜单式操作菜单式操作测量范围和输出信号可调测量范围和输出信号可调ULTRAMAT 23 ULTRAMAT 23 经济的多组份气体分析仪经济的多组份气体分

13、析仪自解释简单文本菜单自解释简单文本菜单按钮操作按钮操作选取所有内部功能和操作参数选取所有内部功能和操作参数 操作密码保护操作密码保护ULTRAMAT 23 ULTRAMAT 23 操作简便操作简便大的大的, ,易读的显示器易读的显示器单位可选单位可选 ( (ppm, %, mg/m3)ppm, %, mg/m3)具有报警具有报警, ,出错出错, ,限制限制, ,维护维护, ,泵泵, ,编码信编码信息息记录记录ULTRAMAT 23ULTRAMAT 23显示显示 所有信息一目了所有信息一目了然然M单光束不分光红外方法单光束不分光红外方法,气体充满检测器气体充满检测器双层和三层检测器双层和三层检

14、测器, 有最大的选择性有最大的选择性自动标定功能自动标定功能 - 用大气标定用大气标定 ULTRAMAT 23 ULTRAMAT 23 分析装置分析装置 性能的核性能的核心心1 1、红外光源、红外光源2 2、反射器、反射器3 3、切光片、切光片4 4、马达、马达5 5、样品池、样品池6 6、窗口、窗口7 7、第一检测器、第一检测器8 8、第二检测器、第二检测器9 9、第三检测器（耦合器）、第三检测器（耦合器）1010、毛细管、毛细管1111、微流量传感器、微流量传感器1212、滑块、滑块部件组成及功能部件组成及功能nM1256129811107样 气 出样 气 出口口样气入口样气入口34空气空

15、气Mn在自动标定过程中在自动标定过程中, ,采样单元将泵采样单元将泵入空气入空气. . 这样产生最高检测信号这样产生最高检测信号 U0U0( (没有预先吸收没有预先吸收) )0U0检测器信号检测器信号U浓度浓度ppm / % 基准基准洁净样品单元洁净样品单元ULTRAMAT 23 ULTRAMAT 23 单点自动标定单点自动标定S =U0 - UU0=F U0 - F UF U0U0 - UU0=UcU0F U0 = U0 洁净的洁净的被污染的被污染的UF U浓度浓度ULTRAMAT 23 ULTRAMAT 23 独特的自动标定独特的自动标定 1212个以上可编址的信道最多个以上可编址的信道最

16、多4848个组件个组件远程操作和编程远程操作和编程通过调制解调器可远程维护和服务通过调制解调器可远程维护和服务访问所有诊断数据访问所有诊断数据修正两台分析仪之间的干扰修正两台分析仪之间的干扰6 6系列系列 and ULTRAMAT 23 and ULTRAMAT 23 适应适应SIPROM GA-SIPROM GA-网络网络2 2、尘埃浓度检测系统、尘埃浓度检测系统 浊度法：德国浊度法：德国 DURAG D-R216 DURAG D-R216 英国英国DO SM200 DO SM200 光散射法：光散射法：Model 2030Model 2030尘埃浓度检测系统尘埃浓度检测系统 光散射法：光散

17、射法： Model 2030 Model 2030 烟尘浓度监测仪烟尘浓度监测仪 系统包括：系统包括： 光学部分；光学部分； 电路部分；电路部分； 定标器；定标器； 风室；风室；外形图定标器定标器尘埃浓度检测系统尘埃浓度检测系统光学部分包括：光学部分包括： 激光光源、功率控制器、光电传感器、散射光接收器。激光光源、功率控制器、光电传感器、散射光接收器。 激光光源及功率控制保证光源的稳定性激光光源及功率控制保证光源的稳定性, ,激光器发出的激光器发出的650nm650nm束以一个微小的角度射入排放源束以一个微小的角度射入排放源, ,激光束与烟尘粒子作用激光束与烟尘粒子作用产生散射光产生散射光,

18、,背向散射光通过接受系统进入传感器转变成电信背向散射光通过接受系统进入传感器转变成电信号进行处理。号进行处理。 测量区的大小由通过光栏、接受镜头参数及传感器大小测量区的大小由通过光栏、接受镜头参数及传感器大小和光源的探角决定和光源的探角决定光学部分光学部分 电路部分实现光电转换、激光束的调制、信号放电路部分实现光电转换、激光束的调制、信号放大、解调、光源的功率控制、大、解调、光源的功率控制、V/IV/I转换功能。转换功能。 定标器用于产生一稳定的光信号定标器用于产生一稳定的光信号, ,对仪器进行零点对仪器进行零点及跨度标定。及跨度标定。 风室为一腔体风室为一腔体, ,留有与清洁空气源连接的接口

19、留有与清洁空气源连接的接口, ,用用于保护仪器不被烟气污染。于保护仪器不被烟气污染。电路部分、定标器、风室电路部分、定标器、风室反射折射吸收衍射光颗 粒 物 粒 子光 捕 集 器 区 域前 散 射 区 域90度 区 域散 射 光 强 度光 捕 集 器 区 域光 捕 集 器 区 域后 散 射 区 域发 射 光 从示意图中可以看到，颗粒物光散射强度的方式依次排列为前散射、后散射、从示意图中可以看到，颗粒物光散射强度的方式依次排列为前散射、后散射、 900900散射，使用小角度比其他角度仪器更灵敏。散射，使用小角度比其他角度仪器更灵敏。粉尘监测法粉尘监测法散射法示意图散射法示意图烟尘颗粒接收器光源烟

20、尘颗粒光源光电接收器透镜 将一光束射入烟道，光束与烟尘颗粒相互作用产生散射，散射光的强弱与总将一光束射入烟道，光束与烟尘颗粒相互作用产生散射，散射光的强弱与总散射截面成正比，当烟尘浓度升高时烟尘的总散射截面增大，散射光增强，通过散射截面成正比，当烟尘浓度升高时烟尘的总散射截面增大，散射光增强，通过测量散射光的强弱，即可得到烟尘颗粒物的浓度。测量散射光的强弱，即可得到烟尘颗粒物的浓度。外置式后散射光颗粒物监测原理外置式后散射光颗粒物监测原理可选吹扫系统过滤器吹扫风机连接管防雨箱烟 尘 监 测 仪本体连接螺栓烟囱壁法兰系统连接图系统连接图电流环路Chuan 传感器传感器接收镜头 光栏光源排放源预处

21、理及功率控 制调制放大解调V/I转换系统原理图系统原理图213 424V电源及电源及4-20mA公共端公共端24V电源电源+ 连接机壳连接机壳 连接信号连接信号4-20mA+ 1 2 3 4 + _+ 24V DC420 mA电气连接图电气连接图散热片散热片跨度调整跨度调整零点调整零点调整校准旋钮示意图校准旋钮示意图校准旋钮示意图校准旋钮示意图采用激光背散射原理，不怕烟道的机械振动及烟气温采用激光背散射原理，不怕烟道的机械振动及烟气温 度不均造成的折射率不均造成的光束摆动度不均造成的折射率不均造成的光束摆动单端安装，无需对中单端安装，无需对中采用标准采用标准0-20/4-20mA0-20/4-

22、20mA工业标准电流输出，连接方便工业标准电流输出，连接方便仪器整体功耗非常小仪器整体功耗非常小, ,大约大约5w5w左右左右在特殊的要求条件下测量区大小可以订制在特殊的要求条件下测量区大小可以订制Model 2030 Model 2030 技术特点技术特点3. 3. 质量、流量检测系统质量、流量检测系统 方法：差压法方法：差压法 结构：皮托管结构：皮托管 差压变送器差压变送器 原理：根据差压法测定烟气排放量。原理：根据差压法测定烟气排放量。 利用压力传感器测定皮托管承受的利用压力传感器测定皮托管承受的动压动压 和静压。动压和静压与被测烟气的和静压。动压和静压与被测烟气的流速流速 成一定的比例

23、关系，从而可定量烟成一定的比例关系，从而可定量烟气的气的 流量。流量。 质量、流量检测系统质量、流量检测系统烟道断面各点（平均）流速计算公式烟道断面各点（平均）流速计算公式 烟道某断面平均流速（烟道某断面平均流速（m/sm/s） 各点测出的流速（各点测出的流速（m/s)m/s)KpKp皮托管修正系数皮托管修正系数Ts Ts 排气温度（排气温度（）MsMs湿排气分子量（湿排气分子量（Kg/Kmol)Kg/Kmol)BaBa大气压力（大气压力（PaPa）PsPs排气静压（排气静压（PaPa）PdiPdi排气动压（排气动压（PaPa）计算公式计算公式3.2 3.2 烟气流量烟气流量湿烟气流量（在工况

24、条件下）湿烟气流量（在工况条件下） Qs = 3600FVs (Qs = 3600FVs (M M3/h)3/h) 其中：其中：FF测孔处烟气截面积（测孔处烟气截面积（M M2 2） VsVs测孔处烟气截面湿烟气平均流速测孔处烟气截面湿烟气平均流速（ M/s)M/s)烟气流量烟气流量其中：其中： QsnQsn标准状况下干气排放量（标准状况下干气排放量（M M3 /h 3 /h ） Qs Qs 湿烟气流量（湿烟气流量（M M3 /h 3 /h ） Ba Ba 大气压力（大气压力（ PaPa） Ps Ps 烟气静压（烟气静压（ PaPa） Ts Ts 烟气温度（烟气温度（ ） Xsw Xsw 烟气

25、湿度（水含量百分比烟气湿度（水含量百分比% %） Ba+Ps 273Qsn = Qs (1-Xsw) 101300 273+Ts标准状况下干烟气流量（排放量）标准状况下干烟气流量（排放量）湿度测量方法：湿度测量方法：直接测量法：利于湿度仪直接测含水量直接测量法：利于湿度仪直接测含水量电容法电容法近似计算法：测量干氧和湿氧含量近似计算法：测量干氧和湿氧含量 干氧干氧由由U23U23直接测量直接测量 湿氧湿氧用氧化锆分析仪测量用氧化锆分析仪测量 计算公式：计算公式： O O2 2% %（湿氧）（湿氧） H H2 2O %=100O %=100（1- - 1- - ）+0.8%+0.8% O O2

26、2 % % （干氧）（干氧）湿度测量方法：湿度测量方法：较高的测量精度，稳定性较高的测量精度，稳定性流量计无活动部件，可以在较恶劣条件下使用流量计无活动部件，可以在较恶劣条件下使用适用范围广，使用寿命与测量量程之比为适用范围广，使用寿命与测量量程之比为100:1100:1介质温度适用范围广，从介质温度适用范围广，从-40 400 -40 400 特点特点4. 4. 数据采集、处理和控制系统数据采集、处理和控制系统4.1 4.1 检测数据检测数据气体浓度参数气体浓度参数 尘埃浓度参数尘埃浓度参数 气体流量参数气体流量参数 湿度参数湿度参数 温度、压力参数温度、压力参数数据采集、处理和控制系统数据

27、采集、处理和控制系统检测信号传输监测分析柜 电控柜样气预处理系统烟 囱分析室环保局CEMS系统图CEMSCEMS系统图系统图4.2 4.2 组成组成 可编程逻辑控制器（可编程逻辑控制器（PLCPLC） 数据处理及控制子系统（数据处理及控制子系统（DASDAS） DELLDELL计算机计算机 显示器显示器 打印机打印机 UPS UPS 组成组成4.3 4.3 特点特点 PAS-DASPAS-DAS数据采集、控制系统软件软件是数据采集、控制系统软件软件是PASPAS公司专门为火电厂的烟气连续监测（公司专门为火电厂的烟气连续监测（CEMCEM）而设计）而设计开发的中文版本。开发的中文版本。 PAS-DASPAS-DAS用来获取和处理来自各分析仪传输来用