YDZX-01型CEMS技术说明术200910131

目录YDZX-01型烟气排放连续监测系统技术说明书 第1页共24页PagePAGE24ofNUMPAGES24PAGE16ofNUMPAGES24PAGE电话目录TOC\o"1-3"1公司和产品简介 32烟气排放连续监测系统（CEMS）测量技术介绍 42.1烟气排放连续监测系统的定义 42.2CEMS组成和作用 42.3烟气连续排放监测简要发展过程 62.4CEMS采样技术介绍 62.4.1直接抽取式（加热管法） 62.4.2稀释抽取式（稀释法） 72.4.3直接测量法 72.5CEMS常用组合测量技术 82.6颗粒物监测技术介绍 83YDZX-01型烟气排放连续监测系统介绍 93.1烟气在线监测仪 103.1.1测量原理 113.1.2光学系统 163.1.3机械结构 173.1.4电子测量和控制系统 183.1.5工作过程 193.1.6YDZX-01型烟气在线监测仪的技术特点 193.2氧化锆氧量分析仪 203.3烟气流速监测仪 223.4数据采集和处理系统（DAS） 233.5中心站数据管理系统软件 253.6系统数据处理软件性能特点 263.7系统主要技术参数 264有关标准 295YDZX-01型烟气排放连续监测系统（CEMS）安装要求 306防雷抗干扰和接地要求 336.1雷电和干扰 336.2接地系统 356.3屏蔽和分区防雷保护 356.4雷击保护的基本原则 366.5干扰和干扰抑制 366.6YDZX-01型CEMS的防雷抗干扰措施 371公司和产品简介安徽蓝盾光电子股份有限公司是由铜陵三佳电子（集团）有限责任公司（由原军工4150厂、4963厂、4524厂组建而成）、中国科学院安徽光学精密机械研究所、铜陵通源投资服务有限公司等共同出资创建的一家军工高科技企业，注册资本4625.4万元。公司同时主营军工和民用相关产品的研制、生产和销售，在环境光学监测仪器、交通雷达电子及信息技术、精密军工高频元器件制造等领域积累了丰富的科研、生产经验并拥有自主知识产权；公司被评为国家重点高新技术企业、安徽省软件十强企业、安徽省环保产业骨干企业；公司拥有国家武器装备科研生产与军工电子装备科研生产许可资质；公司通过了国家“二级保密资格”和“计算机信息系统集成二级资质”认证、通过了ISO9001:2000及GJB9001A-2001质量管理体系认证、通过了ISO14000环境质量体系认证、取得了国家环保部认定的环境污染治理设施运营资质。公司现有员工600余人，享受国务院津贴专家3人，博士生导师5人，高级工程师48人，工程技术人员240余人。公司占地面积150亩，主要精密加工中心等大型生产设备557套，主要精密检测仪器仪表171台（套）。公司拥有一个省级技术中心，与中国科学院安徽光学精密机械研究所共建了国家环境光学监测仪器工程技术研究中心，在深圳清华港和合肥高新技术开发区建立了研发团队。公司承担了“863计划”等多项国家科研项目，“空气质量和污染源环境光学监测技术与应用”项目获2007年国家科学技术进步二等奖。本着以顾客为关注焦点的原则，公司在全国各地建立了丰富、快捷、高效的售后服务网络，在全国二十多个大中城市建立了运营服务中心，选派优秀工程师常年驻守服务，以保证为用户提供更快速、更周到、更便捷、更贴心的服务。YDZX-01型烟气排放连续监测系统是安徽蓝盾光电子股份有限公司与中科院安徽光学精密机械研究所联合研制的一种对烟气成份（SO2、NOx、烟尘）及相关烟气参数进行在线自动连续监测的设备。本系统是集光、机、电及计算机技术为一体的高科技产品，其核心的气态污染物分析仪（烟气在线监测仪）采用国家环保部及美国环境保护组织（USEPA）推荐的紫外差分吸收光谱技术。本系统适用于工艺生产过程或废气排放时的污染物浓度和烟气参数的实时在线自动YDZX-01型烟气排放连续监测系统介绍监测，监测参数包括SO2、NOX、O2、颗粒物浓度、流速（流量）、温度、压力等，应用范围涵盖热电厂、水泥、化工、冶金、造纸等行业，及工业锅炉与生活取暖锅炉等场合。相比较传统的抽取式化学分析法监测系统，YDZX-01型烟气排放连续监测系统具有完全实时在线测量、工作稳定可靠、监测精度高、运行费用低、安装和维护简便、无需人员监守等优点。本系统符合中华人民共和国环境保护行业标准HJ/T75-2007《固定污染源烟气排放连续监测技术规范（试行）》和HJ/T76-2007《固定污染源排放烟气连续监测系统技术条件及检测方法（试行）》，并通过了国家环保部环境监测仪器质量监督检验中心检测合格；取得了由安徽省质量技术监督局颁发的中华人民共和国制造计量器具许可证；获得中环协（北京）认证中心的环保产品认证证书。2烟气排放连续监测系统（CEMS）测量技术介绍2.1烟气排放连续监测系统的定义连续测定颗粒物和/或气态污染物浓度和排放率所需要的全部设备，英文名称“ContinuousEmissionMonitoringSystem”，简称“CEMS”。按功能划分，一般由采样、测试、数据采集和处理三个子系统组成的监测体系。采样系统：采集、输送烟气或使烟气与测试系统隔离。测试系统：检测污染物和烟气参数。数据采集和处理系统：采集并处理数据，生成图谱、报表并输出；具有控制、自动操作功能。按照国家行业标准HJ/T76-2007规定要求：CEMS对固定污染源排放的污染物进行连续地、实时地跟踪测定；每个固定污染源的总测定小时数不得小于锅炉、炉窑总运行小时数的75%；每小时的测定时间不得低于45分钟。2.2CEMS组成和作用固定污染源烟气CEMS按系统结构组成划分，由颗粒物监测子系统和/或气态污染物监测子系统、烟气参数测定子系统、数据采集和处理子系统组成（见图1）。图1烟气排放连续监测系统组成示意图气态污染物监测子系统主要用于监测气态污染物SO2、NOｘ等的浓度；颗粒物监测子系统主要用来监测烟尘的浓度；烟气参数监测子系统主要用来测量烟气流速、烟气温度、烟气压力、烟气含氧量、烟气湿度等，用于排放总量的计算和相关浓度的折算；数据采集和处理子系统实时采集各项参数，生成各浓度值对应的干基、湿基及折算浓度，生成日、月、年的累积排放量并将数据实时传输到环保主管部门和企业管理部门。2.3烟气连续排放监测简要发展过程常规的烟气连续排放监测方法是将采样头插入烟道，抽取样品，然后送至实验室对样品进行分析。尽管手工采样方法是经典的方法，但是它消耗时间长，不能提供长期的、连续的、系统的测试数据。手工方法测试时，对排放源的运行状况有一定的要求，但这种运行状况并不具有代表性。显然，要准确测定污染物的排放，必须应用连续排放监测系统。70年代初期人们认识到，需要比手工采样更方便、快捷的方法来测定烟气中的污染物。为此，人们先后开发了直接抽取式、稀释抽取式和直接测量式三种取样方式的烟气排放连续监测系统，而测量原理也由最初的电化学方法发展到光学测量法。图2CEMS采样方式分类2.4CEMS采样技术介绍2.4.1直接抽取式（加热管法）这是一种用于CEMS的最老的技术，包括通过一个探头从烟道采样，烟气被除尘，通过一段长度的加热保温的采样管，再经过细除尘、除湿后，进入导气管等预处理设施，最后进入分析仪。直接抽取式监测系统在测量前所面临的问题是：必须除去烟气中的颗粒物，一般采取三级过滤；保证烟气进入分析仪前，烟气中的水分不在管路中冷凝，快速除去烟气中的水分；把烟气的温度冷却到5～40℃范围内。这就要用阀、泵、冷却装置、加热管，以及输送和调节气体所需的许多部件。对这些部件必须经常进行维护、保养、排除故障，定期更换探头的过滤器，防止管路漏气等等。这种方法使用较多，特别是在日本十分普遍，但是这种技术有着先天的缺陷，即难以保持采样气体在原有状态下由烟道输送到分析仪，特别是酸性气体，如HCL、SO2、NO2等。2.4.2稀释抽取式（稀释法）使用一个稀释探头，用零气将烟气按照一定比例进行稀释混合，稀释后的烟气通过采样管送入分析仪。由于对烟气进行了大比例的稀释（如稀释比100:1）并利用在探头顶端两个热管口产生压降，因此气体的露点降低了，无需采用伴热管线，解决了气体到分析仪的传输问题。但是这种方法技术难点在于稀释比的控制，由于稀释探头的设计、生产难度大，一般都采用进口。2.4.3直接测量法尽管抽气法应用量大、面广，但抽气系统仍存在某些固有的缺点，例如较长的输送管道，管道老化引起的漏气，加热丝熔断，烟气中水气结露，稀释比发生较大的变化，标定仪器耗费大量的标准气体，日常的维护保养工作量大等。这促使人们产生不经抽气而直接在烟道或管道内测定烟气中污染物含量的想法。经过多年的努力终于付诸实现，设计、生产了最新一代固定污染源排放连续监测系统，即现场监测系统。该系统主要由直接在烟道或管道中测量的传感器或发射一束光穿过烟道，利用烟气的特征吸收光谱进行分析测量。现场监测系统的出现，使系统的结构变得更为简单、紧凑，不需用标准气体去频繁标定仪器。这是连续排放监测最现代化的方法，也是目前最准确最且具代表性的气体和颗粒物分析仪。由于采用完全不同的技术（如红外/紫外/差分光学吸收光谱/激光），因此直接测量法不需要任何抽取探头或采样系统，能够提供沿着整个测量路径的烟气和烟尘组份（从烟道的一边到另一边）更高的可靠性、准确性和更具代表性的测量。国外的代表厂家有SICK/MAIHAK、OLDHANM等。安徽蓝盾光电子股份有限公司的YDZX-01型烟气排放连续监测系统就是采用直接测量方式。2.5CEMS常用组合测量技术2.5.1直接测量+红外或紫外吸收法国外此类技术的早期产品出现在20世纪70年代末至80年代初，即将一束红外或紫外光直接照射到烟气上，在探头上开孔，烟气从中流过,利用SO2/NOX的特征吸收光谱进行测量。其技术简单，响应快，无需抽气管线可直接实时测量湿基。安徽蓝盾光电子股份有限公司的YDZX-01型CEMS就是采用直接测量+紫外差分吸收光谱分析法（DOAS）进行测量的。2.5.2直接抽取+非分散红外吸收法该技术出现于20世纪80年代中期，烟气经除尘除湿后，测量的为烟气干基，但烟气除尘、除湿(采样管加热)等预处理维护工作复杂，抽气口易堵塞，采样管线是负压运行，稍有泄漏会影响测定结果。2.5.3稀释抽取+紫外荧光法该技术出现于20世纪90年代初期，其技术特点是稀释采样降低样品露点温度，解决了烟气冷凝水问题，一般情况下无需加热采样管线，并解决了采样探头的堵塞问题，连续工作时间长。采样管线在正压下工作，从而防止由于泄漏所引入的误差；经稀释的烟道气样品，可用灵敏度高的环境监测仪器完成分析；由于湿度未从样品中消除，测定的为湿基。缺点是响应时间稍长(<3min)；干燥压缩空气纯度要求高；除水除硫制备繁杂，成本高；紫外荧光分析仪须进口，价格昂贵。2.6颗粒物监测技术介绍颗粒物监测一般采用β射线法和光学法，而光学法主要又分为不透明度法和后向散射法。β射线法原理是β射线通过物质时强度被衰减，其衰减强度与物质的质量成正比。该法不受样品颜色大小及原子量影响，可直接测量烟尘质量浓度，与重量法相关性好。缺点是烟气中水气等其它气态物有干扰；采用β同位素源如封闭不好可能存在辐射；适于便携式直读或间歇式连续监测，不适合现场恶劣环境下长期在线连续监测。光学法光学法主要有不透明度法和后向散射法。不透明度法该技术采用等速采样称重法测出烟尘质量浓度，再与同时测得的光学不透明度建立函数关系，一般为线性关系。该技术特点是量程宽，监测范围0～10ｇ/m3任选，可连续实时在线监测。该方法灵敏度相对较低，比较适合于监测颗粒物粒径较大、浓度较高的场合；不同大小烟尘颗粒透光率不同，需作相关校准；需要定期进行镜面维护。后向散射法光源照射到烟道中，光束被烟尘颗粒散射，其散射光被与入射光成一定夹角的接收器接收，光强度与烟尘质量浓度符合朗伯-比尔定律。该方法灵敏度高，适合用于监测烟尘浓度较低的场合，但是不太适用于煤种不稳定的工况场合；亦需作相关校准。目前用于固定污染源烟气排放连续监测系统中进行颗粒物浓度监测的仪器，基本都是采用光学法，如不透明度法或后向散射法。3YDZX-01型烟气排放连续监测系统介绍YDZX-01型烟气排放连续监测系统是由烟气在线监测仪（测量SO2、NOX颗粒物）、烟气参数测量子系统（测量烟气温度、压力、流速、含氧量等）、数据采集和处理子系统、中心站数据管理系统软件等组成（见图3）。通过现场直接采样方式，测定烟气中污染物浓度，同时测量烟气温度、烟气压力、流速、烟气含氧量等参数，送至数据采集处理子系统计算出烟气污染物排放率、排放量，显示和打印各种参数、图表，并可以通过有线或无线方式分别传输至企业污染源监控中心（中心站）和环保主管部门。图3YDZX-01型CEMS系统组成示意图3.1烟气在线监测仪烟气在线监测仪采用紫外差分吸收光谱法（DOAS）测量气态污染物（SO2\NO\NO2）浓度，采用不透明度法测量颗粒物浓度。烟气在线监测仪由监测仪主机（含测量探头）、净化空气吹扫装置等几部分（见图4）。图4在线监测仪外部连接示意图由监测仪完成SO2、NOx、烟尘浓度的测量，经过RS232口传至现场工控机，完成数据采集、处理、存储。净化空气吹扫装置向监测仪镜片不断的吹扫，以保持监测仪镜片的清洁。烟气在线监测仪具有自动校准装置，可以自动或手动触发进行气体校准和零点校准。在整套设备中，监测仪是核心，所有原始数据的获得全由它完成。监测仪主机主要包括光学系统、机械结构、电子测量和控制系统等部分（见图5）。1—角反射镜2—测量槽3—标定装置4—光学室5—氘灯6—CCD探测器7—光谱仪8—CPU控制板9—氘灯板10—电源板11—总线板图5监测仪主机组成结构示意图3.1.气体对光具有吸收作用，吸收光谱是基于物质对于电磁辐射具有吸收现象形成的，而物质的吸收特性又与辐射的能量有关，也就是说，每一种物质对于辐射的吸收是有选择性的，每一种物质都有各自的特征吸收光谱。吸收光谱分析法就是利用物质的这种特性来测定物质浓度，它是进行定量分析的有效方法，可以用于常量和微量组份的测定，也可以对多组份同时进行测定。光吸收定律光吸收定律，是研究光吸收的最基本定律。它又包括两条定律：第一条定律是朗伯（Lambert）在1768年前后发现的，称为朗伯定律，它指出了入射光被吸收的多少与试样介质的厚度有关；第二条定律是比耳（Beer）在1852年提出的，它指出了入射光被吸收的多少与试样浓度有关，通常称为比耳定律。这两条定律合称为朗伯-比耳定律，即光的吸收定律。朗伯-比耳（Lambert-Beer）定律当被测物质浓度和厚度都是可变时，这时既要考虑被测物质浓度C对吸光度A的影响，又要考虑介质厚度L对吸光度的影响。（1）(1)式是朗伯-比耳定律的数学表达式。它表明：当入射光强度一定时，被测物质的吸光度与被测物质的浓度C和厚度L的乘积成正比,它是分光度分析法的依据和基础。式中K为比例常数,它与被测物质的性质、温度以及入射光的波长有关。如果在某一波长下，被测物质中含有多种对光产生吸收的物质，那么该介质对该波长光的总吸收度，应等于介质中每一成份的吸光度之和。这就是说，吸光度具有加合性。差分吸收光谱法（DOAS）原理DOAS是光学差分吸收光谱法（DOAS，DifferentialOpticalAbsorptionSpectroscopy）技术的简称。自1975年德国海德堡大学环境物理研究所的Platt教授提出了差分吸收光谱（DOAS）的思想后，DOAS广泛应用于测量大气中污染气体浓度，以后逐渐在环境检测领域得到了广泛的应用。差分吸收光谱法主要的优点是可以在不受被测对象化学行为干扰的情况下来测量到它们的绝对浓度；可以通过分析几种气体在同一波段的重叠吸收光谱，来同时测定几种气体的浓度。差分吸收光谱法的基础也是Lambert-Beer定律。由光源发出强度为的入射光照射到被检测烟气区域，由于受到各组份气体吸收和烟尘散射，出射光强衰减为，可由下式决定：（2）其中，分别是第i种气体的浓度和吸收截面，与λ波长有关，是气体分子的瑞利散射系数，是烟气颗粒的米氏散射系数，d是光程长度。SO2、NOx气体的可见－紫外吸收光谱中包含了许多由于分子振转能级不同而引起的精细结构，差分吸收光谱法就是一种根据气体分子的精细吸收特征来得到烟气浓度的数学处理方法。在分析计算时，将式（2）分解成两部分：快变部分和慢变部分。其中差分吸收系数和差分吸收光强定义如下：(3)(4)式中，和分别是差分吸收系数和差分吸收光强，和是慢变吸收系数和慢变入射光强。在颗粒尺寸较小时，因为瑞利散射和米氏散射只影响吸收光谱的慢变部分，当仅考虑吸收光谱的快变部分时就可避免瑞利散射和米氏散射对浓度计算的影响。因此表达式（2）可写为：(5)图6为一些常见污染物的差分吸收光谱。图图6一些常见污染物的差分吸收光谱分析过程如下：烟气中的主要污染物气体的吸收截面如图6所示，据此选取一些特征波段对其进行测量便可得到浓度。测量以表1所列波长为中心的几个nm的光谱吸收情况，经与标准吸收谱进行比较，便可得到所测气体的浓度。若要扩展监测种类，只需将污染气体的标准吸收谱输入数据库即可，无需对硬件进行更新。表1：气体测量的参考波长主要气体参考波长（nm）二氧化硫SO2210一氧化氮NO225二氧化氮NO2245根据上述原理及结构，我们可得到紫外波段的谱图（分辨率取决于光谱仪），如图7（A）所示为一段实测谱线，其中横坐标为波长，纵坐标为光谱能量值，在图7（A）中包括了各种影响因素，如：气体分子的吸收、灰尘及白光的影响，烟气中的其它气体成份和光源强度随时间的慢变化对测量结果和测量精度影响等。首先将所测得的原始谱线图(A)，与光源的原始谱线图(B)相减，得到仅包括各种真正的外界影响因素的图(C)。其含有两种“不同变化”频率成份，即R曲线(快速变化)及S曲线(慢速变化)。根据分子光谱的基本特性，S曲线必是由其它因素产生(如灰尘或其它颗粒物)，据此，我们可以利用数学方法将S曲线清除，仅包括各种气体分子吸收的谱线图(D)。最后对图(D)谱线，我们用已知的单个分子谱组。例如：图(E)、图(F)，对其进行叠加拟合得到图(G)。图7污染物浓度的提取方法最终我们得到被测气体种类为Xn，其浓度参数为Kn。在实际的模拟中，计算机模拟软件将根据测量结果来判定和完成需要多少种单个分子谱线才能最好地与实测谱线拟合工作。由于取样精度及计算误差造成了实测谱线Z与模拟谱线X之间，总会存在一定的差值图7污染物浓度的提取方法从上述介绍可以看出，DOAS技术可以同时测量多种污染物，也可以理解DOAS仪表具有如下技术优势：粉尘干扰：通过慢变化消除，对结果无影响。仪器老化：通过慢变化消除，对结果无影响。交叉干扰：可同时测量多种气体浓度，不存在交叉干扰问题。光路污染：通过慢变化消除，对结果无影响。颗粒物的测量原理根据Beer定律，采用不透明度测试原理，即单色平行光束进入充满气体和颗粒物的烟气时，其光强因烟气中颗粒物对光的吸收和散射作用而减弱。I0：发射光强I：接收光强K：消光系数l：光程c：烟尘浓度3.1.2光学系统是系统完成烟气光谱采样工作的关键部件。光学系统主要由发射系统和接收系统两大部分组成，包括光源、分束镜、反射镜、准直镜、零点校准镜、狭缝、光栅、角反射器和二极管阵列探测器（PDA）等。其中准直镜、零点校准镜、反射镜、分束镜位于光学室内，狭缝、光栅位于光谱仪内部，角反射器位于采样探头的最顶部（和探头一起放置在烟囱内部）。氘灯发出的光经过透镜汇集，再经过分束镜、反射镜、准直镜和前窗镜后进入烟道中，通过烟气吸收后经探头顶部的角反射器顺原路返回至分束镜处，经分束镜反射，由狭逢进入光谱仪，并由光栅分光，在光栅色散焦平面由二极管阵列探测器（PDA）接收。光学系统原理如图8所示。图8图8监测仪光学系统示意图3.1.3机械结构图9图9采样探头结构示意图对于直接测量式CEMS，探头的作用主要是：将监测仪光源发出的光经过中心管路，并通过探头上开放的测量槽，然后由探头顶部的角反射镜顺原路返回，光两次经过测量槽的烟气吸收，实现了信号采样；探头采用双层管设计，同时具有吹扫保护功能，即两根同心管的夹层为吹扫气路，将吹扫风机提供的洁净空气导入到探头前端，实现了对镜片的清洁以及与污染气体的隔离（探头结构示意图如图9所示）。探头结构很重要，它关系到仪器在恶劣的现场环境中能否长期稳定运行。烟道中温度很高，而且有SO2等腐蚀性很强的污染气体，所以采样探头的有关部件均采用不锈钢、透紫外光的石英玻璃材料制作，气体通道上的光学元件和密封元件均耐高温耐腐蚀。本探头采样特殊设计，高速的气体在镜面前形成一道风帘，将镜面和烟气分隔开来，这种吹扫保护方式的优点在于吹扫气体不会对测量路径中的污染气体产生扰动和稀释作用，保证了测量的真实性和准确性。3.1.4电子分析仪的各个部件通过电子测量和控制系统组合成为有机的整体。电子测量和控制系统的实现涉及微弱信号检测、自动控制、软件工程以及电源变换等多项技术，系统原理框图见图10所示。单片机系统是核心，负责完成光谱采集和处理、仪器内部温度控制、光源控制和强度调整、检测电机控制以及和工控机的通讯等工作。图10电子测量和控制系统框图3.1.5利用气态污染物对特定波段的光具有吸收特性，选择波段在200nm~320nm的紫外光作光源，在此波段内水分子和其它气体几乎没有吸收。入射光被污染物吸收后，经光栅分光，由高灵敏二级管阵列探测器测量吸收光谱，最后由计算机利用反演算法得到污染物的种类和含量。氘灯发出的宽带光谱经石英聚光透镜后通过光分束器，再由反射镜反射到准直透镜，通过前窗镜照射到探头后端的角反射镜上，探头窗镜上装有透光波段200nm~250nm的紫外滤光片。角反射镜反射光按原光路返回到光分束器上，然后经过准直透镜照射到光谱仪的入射狭缝上，通过光栅色散形成光谱。高灵敏度线阵CCD探测器将光信号转变为电信号，CCD探测器输出的信号经前置放大器放大后送入高速信号采集A/D和CPU处理单元；控制处理单元的功能是将该信号数字化并存入存储器，然后由系统总控制单元采用特定算法对其进行处理得到SO2、NOx浓度、烟气温度等信息。在数据分析和处理中采用硬件和软件平均滤波技术，构成了差分吸收光谱测量系统，从而使光源强度不会随着时间的慢变化而变化。不影响测量精度。由于计算是通过吸收峰来进行的，是由谱线的峰值和谷值来反演出来的，而粉尘只是对整条谱线起着衰减的效果。当然若粉尘密度太大，以至于发出的光回不来了，或衰减至一个极低的水平，那么吸收谱线不能分辨，此时这种方法就不适用了。水汽没有影响也是同样道理。3.1.6YDZX-01一台设备可同时测量多种烟气成份；内置自动校准装置，可以实现自动或手动在线校准，确保仪器精度；光栅光谱仪分光，二极管阵列PDA为光谱采样器，省去了用光电倍增管的光谱扫描机构，使系统更稳定、测量更精确；光谱采样在烟道中，省去了复杂的抽气和定标过程，实现了实时连续监测；气体浓度计算中应用光学差分吸收技术，可消除烟尘及光源幅度慢变化对测量结果的影响；仪器中空气吹扫装置保证烟道内光学元件不被烟气污染，延长了维护周期，提高了测量精度。特有的技术和设计，保证了系统几乎没有零点漂移。3.2氧化锆氧量分析仪工作原理图11浓差电池仪器所使用的氧化锆材料是一种氧化锆固体电解质，是在纯氧化锆中掺入氧化钇或氧化钙，在高温上烧结成的稳定氧化锆。在600℃以上高温条件下，它是氧离子的良好导体，一般做成管状。见图11、图1图11浓差电池图12氧化锆测温原理图如果在氧化锆管内外涂制铂电极，用电炉对氧化锆管加热，使其内外壁接触氧分压不同的气体，氧化锆管就成为一个氧浓差电池，在两个铂电极上将发生如下反应：

在空气侧（参比侧）电极上：O2+4e→2O2-

在低氧侧（被测侧）电极上：2O2-→O2+4e即空气中一个氧分子夺取电极上四个电子而变成两个氧离子。氧离子在氧浓差电势的驱动下，通过氧化锆管迁移到低氧侧电极上，留给该电极四个电子而复原为氧分子，电池处于平衡状态时，两电极间电势值E恒定不变。氧电势值E符合能斯特方程：E=eq\f(RT,4F)Ln\f(PA,PX)(6)式中：R-气体常数

T-锆管的绝对温度

F-法拉第常数

PX-被测气体氧浓度百分数

PA-参比气氧浓度百分数，一般为20.6％。这样，如果把氧化锆管加热至大于600℃的稳定温度，在氧化锆管两侧分别流过被测气体和参比气体，则产生的电势与氧化锆管的工作温度和两侧的氧浓度有固定的关系。如果知道参比气体的浓度，则可根据氧化锆管两侧的氧电势和氧化锆管的工作温度计算出被测气体的氧浓度。特点氧化锆氧量分析仪是采用进口关键零部件和先进的工艺设计制作而成的具有维修简单、寿命长、测量准确等优点的一种新型测氧仪器。其特点如下：结构简单，安装方便。进口的原材料制作的锆管具有很强的抗热冲击性，可在开炉状态下迅速插入烟道中而不会导致损坏锆头；检测器直接插入烟道中不会造成堵灰，同时，锆管上作了一层特殊的保护层，可减轻中毒现象，使锆管的寿命可达到一年以上；检测器的易损件可方便更换，无需整体报废，维护简单，可操作性强；变换器设有仪器自检、氧量、信号电势、本底电势、锆头温度四种功能数显，为日常检验和维护提供方便。3.3烟气流速监测仪工作原理:烟气流速监测仪由温度、压力测量系统、微控制器系统、反吹系统、模拟信号输出控制系统等部分组成.采用经典的S型皮托管方式测烟气流速;微控制器系统采集各种传感器检测的信号,计算出动压、静压、温度等,根据公式计算出烟气流速，经D/A转换后成为标准模拟电流信号（4～20）mA输出。同时，仪器根据设定时间自动反吹和对压力传感器自动调零，使系统、数据可靠准确。图13烟气流速监测仪结构示意图烟气流速的计算：测点烟气的流速Vs按下式计算:式中：VS湿烟气的气体流速，m/s；Pd烟气动压，Pa；Kp皮托管修正系数，S型皮托管的修正系数为0.84；Pa烟道内的压力，Pa；ρs烟气密度，Kg/m３；ts烟气温度,℃;Ms烟气分子量,在没有测量时,取烟气的平均分子量为30；主要特点:测量精度高，稳定性好，可长期连续工作。具备自动反吹系统，可定时清理落入皮托管上的烟尘；设备自动进行动压、静压和流速的零点校准；关键气路系统及传感器均采用优质进口部件，可靠性高；在线监测仪器内部重要器件工作状况，具备自我诊断功能，并给出信号提示；通过键盘即可对仪器测量的各项参数进行标定，简便、快捷。一根探头同时集成了流速、温度、压力的测量，减少了烟囱开孔数量，降低了工作量，并最大限度的减少了因为开孔对烟囱的损伤。3.4数据采集和处理系统（DAS）数据采集和处理系统采用一体化工作站和WINCE操作系统为硬件和软件平台，具有高可靠性和高稳定性，简洁而又功能强大的WINCE操作系统保证了系统不会出现死机现象。采用了电子介质存储器，防止了采用磁盘介质存储器时可能造成的重要数据丢失。各种测量信号通过采集卡和RS232口输送到数据采集和处理系统，进行数据的处理、存储，通过RS232口或公用电话网或无线网络（GPRS或CDMA），可以将现场数据传输至企业监控中心和环境主管部门，实现数据的远程传输（系统内置国家标准传输协议：HJ/T212-2005污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准）。通过远程传输功能，厂家也可以对现场故障设备进行远程诊断。数据采集处理系统具有以下功能。1）数据存储系统的数据采集控制器能保证存储原始数据，可提供1分钟均值数据，5分钟均值数据，小时均值数据，日均值数据、月均值数据和年均值数据，小时均值数据存储年限均在10年以上。系统可瞬时采样各子系统的输入，所有数据实现实时刷新，考虑系统标校、清洁等维护时间，系统有效数据捕集率可保证达到95%以上。2）数据查询和检索系统可设置条件查询和显示历史数据，内容包括数据库内记录的所有污染物排放相关数据、相关烟气参数以及所有状态及告警信息。企业内部监控中心可通过内部局域网或内部电话交换网对各监测点进行监视、数据查询、数据下载等，并能生成和打印小时（至少45min的有效数据）、日（至少18h的有效数据）、月（至少22d的有效数据）、年报表，报表中包含最大值、最小值、平均值、参加统计的样本数等。3）数据显示模块主界面上显示各测量值的实测值、标干值，各过程变量的实时数据和设备运行状态，用户也可根据需要选择以表格或曲线方式显示数据。4）文档管理系统具有对数据文档进行保存和备份的功能，能自动保存掉电、来电记录、超标记录、故障记录和操作记录等，并能设置时间查询。数据报表中有各监测项目的标干浓度、折算浓度、排放率，烟气静压、温度、流速、标干流量等。所有显示量和打印表格和报表均符合HJ/T76-2007《固定污染源排放烟气连续监测系统技术条件及检测方法》的要求。5）异常情况自动恢复系统当受外界强干扰、偶然意外断电或掉电后又上电等情况发生时，造成程序中断，系统能实现自动启动，自动恢复运行状态并记录出现故障的时间和恢复运行的时间，启动后系统能通过自动标校操作确定校准偏移量。6）数据通讯系统具有数据通讯功能，周期地采集各个现场数据采集器发送的各种信息，进行处理、存储、显示及上传。系统能提供模拟信号和RS232、RS422、RS485等数字信号的接入及输出功能，可按照环保部门要求通过GPRS、电话拨号、电缆线、有线局域网、无线局域网、GMS、DTU等多种传输方式，向有关部门定时传输数据和图表，并随时接受数据查询。系统中预置了多种通信协议(国家、省、地、市的通讯协议)，用户只需选择通信端口和通信协议，借助GPRS就能实现数据远程上传。7）模块化设计和扩展升级接口系统为模块化结构设计，具有扩展功能，可根据使用要求，加装其他测量参数。8）安全管理（密码权限）系统具有安全管理功能，设有二级操作管理权限，操作人员需登录工号和密码后，才能进入控制界面，且系统对所有的控制操作均自动记录并入库保存。系统管理员可以进行所有的系统设置工作，一般操作人员只能进行日常例行维护和操作，不能更改系统设置。9）烟气参数测定及污染物浓度换算和排放率计算要求CEMS-2000系统有计算污染物浓度和排放率功能。烟气各参数测定计算方法及技术指标满足国标HJ/T76-2007的标准要求。在数据报表中，污染物浓度都换算到标干浓度和折算浓度，计算方法按相关的国家标准要求计算。10）软硬件配置系统采用WINCE操作系统和数据采集管理软件，采集系统为多任务系统，可同时运行监控程序和维护程序，在灵活可靠的进行不间断数据采集的同时可完成其他工作。所有特定程序均为综合程序，中文界面，操作简捷，易于使用人员快速掌握。3.5中心站数据管理系统软件由于CEMS大多安装在位置较高和环境恶劣的工业现场中，为便于用户及时了解现场设备状况和测量数据情况，我们专门为用户开发了中心站数据管理系统软件。该软件可以通过RS422、RS232、RS485口或电话拨号的方式与CEMS的数据采集处理系统建立联系，进行实时数据通讯，用户在办公室就可以实现对CEMS的操作，可以查看实时数据、仪器状况、进行报表下载和查询等，用户无需去现场。通过该软件，我们也可以取得用户认可的情况下为用户提供CEMS远程诊断服务（要求CEMS已经接通了外线可以直拨的电话线）。而环保主管部门也可以在本单位通过电话拨号方式实现对现场CEMS的远程监控。中心站管理系统软件采用模块化设计，全中文菜单，操作简单方便，一套软件可以实时监控多套系统运行。软件主要由“企业管理”、“设备管理”、“现场数据”、“历史数据”、“系统参数”、“事件记录”等六大模块组成，同时为了数据安全和便于管理，系统具有权限管理功能，系统管理员具有最高管理权限，可设置、更改使用者姓名、登录密码和某些参数的修改，而普通操作员只具有查看一般数据的权限。运行环境和硬件配置要求最低配置要求：P1.0G,256M内存，分辨率1024*768，带外置MODEM。运行平台：Windowsxp/Windows20003.6系统数据处理软件性能特点系统被设计成能满足在至少90天内运行而不需要非日常维修的要求。（非日常维修是指在CEM系统运行和维护手册中常规部分没有要求的任何维修活动）。CEM系统提供90％以上的数据可利用率。CEM数据可用率的计算是基于CEM系统运行并收集数据的时间，扣除CEM系统任何部件不能投运的时间。CEM的数据采集和处理系统（DAS）将自动完成数据采集、处理形成报告；控制日常CEM运行，以及设备状态显示和故障报警。DAS具备历史数据保存、查询、打印功能，能够生成符合国家标准要求的日报告、月报告和年报告。DAS具有一个加密系统，可提供不同操作人员不同的操作权限。具有看门狗功能，在死机或断电后通电时，系统自动回复到实时监测状态，以减小数据丢失，保证系统连续自动运行。3.7系统主要技术参数烟气在线监测仪量程：SO2：0~5000mg/m3（可定制，一般设置为现场最大排放浓度的1~2倍）NOX：0~2000mg/m3烟尘：0~1000mg/m3零点漂移：SO2、NOX≤±1.0%F.S.烟尘≤±1.0%F.S.量程漂移：SO2、NOX≤±2.0%F.S.烟尘≤±2.0%F.S.线性误差：SO2、NOX≤±5.0%F.S.测量原理：SO2、NOX：紫外差分光谱法烟尘：不透明度法环境温度：－20℃～45用电量：≤300W仪器用空气要求：净化空气吹扫，保护镜片（系统自带）报警输出：发送故障信息，由工控机显示输出信号形式：RS232，与工控机连接。氧量分析仪测量原理：浓差电池式量程：0.1～25%O2精确度：±3%F.S.升温时间：<30分钟重复性：±1%F.S.稳定性：±1%F.S.（24小时）环境温度限制：－20℃～80用电量：<150W报警输出：发送故障信息，由工控机显示输出信号形式：4-20mA.DC烟气流速监测仪测量原理：差压作用原理一次装置：S型皮托管性能指标:参数范围分辨率准确度烟气动压0~2000Pa1Pa≤±2%烟气静压-10kPa~10kPa0.01kPa≤±4%烟气温度0~300℃1℃≤±3℃大气压80~110kPa0.1kPa≤±4%信号输出4~20mA——烟气流速0~40m0.1m/s≤±5%功耗<80W——仪器用空气要求：压缩空气定时吹扫报警输出：发送故障信息，由工控机显示。净化风机功率：0.75kW转速：2800转/min风量：100m3数据采集和处理子系统环境空气温度范围：0-45℃接口：32路开关量（4个8位），TTL电平，16入、16出16路模拟量输入八路隔离4-20mA独立输出(可选)数字量输出：RS232/485/4224有关标准HJ/T76-2007《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及监测方法》HJ/T75-2007《火电厂烟气排放连续监测技术规范》GB/T16157-1996《固体污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》国家环境保护部《空气和废气监测分析方法》（第四版）GB16297-1996大气污染物综合排放标准GB4915-1996水泥厂大气污染物排放标准

GB9078-1996工业炉窑大气污染物排放标准

GB13223-1996火电厂大气污染物排放标准

GWPB3-1999锅炉大气污染物排放标准

HJ/T47-1999烟气采样器技术条件

HJ/T48-1999烟尘采样器技术条件GB11/237-2004冶金、建材行业及其它工业炉窑大气污染物排放标准HJ/T212-2005污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准ZBY120-83工业自动化仪表工作条件GB50093—2002自动化仪表工程施工及验收规范SDJ9-87电测量仪表装置设计技术规程NEMA-ICS6工业控制设备及系统的外壳GB50054-1995低压配电设计规范GB50057-1994建筑物防雷设计规范有关标准5YDZX-01型烟气排放连续监测系统（CEMS）安装要求5.1设备安装位置的选取设备安装点选定锅炉除尘器后烟道，气流比较平稳区域，应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位。安装位置应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于4倍直径，和距上述部件上游方向不小于2倍直径处。对矩形烟道，其当量直径D=2AB/（A+B），式中A、B为边长。如果不能达到这样的条件，那么未开口的距离可被采样管分开以下比率：距离入口2/3，距离出口1/3。5.2平台和设备房的搭建为便于设备的安装和对比标定检测,设备安装现场应该搭建一安装平台。为了设备的长期稳定可靠运行，应在平台上搭建设备房并安装自启动空调。5.2平台的面积应能够满足所有设备的摆放和便于标定检测。其强度应能够承受至少1000公斤重力。平台面采用5mm厚的防滑钢板，安全性等要求应该满足国家有关工业平台的标准。平台的面积一般为长×宽=3.0×2.5(平方米)。为了便于设备搬运到平台上，一般平台的扶梯宽度不小于0.9米。5.2设备房推荐采用75mm厚夹芯彩钢板。房顶最低处高度不低于2.2米。设备房面积一般不小于2.5×2.5(平方米)，如果受到现场条件的限制，设备房面积一般不小于2.0×2.0(平方米)。具体要求见图14和图15。为了便于设备搬运到平台上，一般平台的扶梯宽度不小于0.9米。图1图14设备安装现场平面图1—氧量仪2—流速仪3—手工采样孔4—监测仪5—吹扫风机6—压缩机柜7—主机柜8—楼梯9—电源控制箱10——空调图15设备现场布局图YDZX-01型烟气排放连续监测系统安装要求5.2.3设备监测孔的开设和法兰的安装焊接标准法兰尺寸如图16所示。a)监测仪法兰b)氧量分析仪法兰c)流速仪法兰d)检测孔法兰图16标准法兰防雷抗干扰和接地要求对于钢结构的烟道（烟囱），标准法兰可以直接焊接到烟道（烟囱）上。如果是在发电厂等单位，安装点处的烟道（烟囱）壁很厚，比如是砖结构或水泥结构的烟囱或烟道，则安装法兰的长度必须加长，一般长度与壁厚相当，而检测孔法兰将采用氧量分析仪法兰来替代。法兰由供货方提供。5.3对使用方的其它要求需方提供并铺设至现场的设备电源：交流380V，三相五线，5KVA。要求长期供电不中断；需方提供一路至现场的市话线（远程监控用）；需方提供至现场的可靠接地线。6防雷抗干扰和接地要求由于CEMS一般都安装在工业现场，如位置较高的烟囱上或者大型电机附近，受雷击或其它电磁干扰的可能性非常大，因此做好防雷和接地、电磁屏蔽等工作显得尤为重要，可以说这项工作的好坏直接关系到CEMS运行的稳定性和使用寿命。6.1雷电和干扰6.1.雷电是由天空中云层间的相互高速运动、剧烈磨擦，使高端云层和低端云层带上相反电荷。此时，低端云层在其下面的大地上也感应出大量的异种电荷，形成一个极大的电容，当其场强达到一定强度时，就会产生对地放电，这就是雷电现象。6.主要有两种：一种是直击雷，是指带电云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。直击雷威力巨大，雷电压可达几万伏至几百万伏，瞬间电流可达十几万安，在雷电通路上，物体会被高温烧伤甚至融化。通常在建筑物顶部安装避雷针或避雷网等来防直击雷。另一种是感应雷，是指当直击雷发生以后，带电云层迅速消失，而地面上某些范围由于散流电阻大，以致出现局部高电压，或者由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物因电磁感应而产生高电压以致发生闪击的现象。6.雷电对电气设备的影响，主要由以下四个方面造成：①直击雷；②传导雷；③感应雷；④开关过电压。直击雷：直接雷击——指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，由于电效应、热效应和机械效应等混合力作用，直接摧毁建筑物，构筑物以及引起人员伤亡等。由于直击雷的电效应，有可能使机房微电子设备遭受浪涌过电压的危害。传导雷（雷电波侵入）：在更大的范围内（几公里甚至几十公里），雷电击中电力或信息通讯线路，然后沿着传输线路侵入设备。其中地电位反击也是传导雷中的一种：雷电击中附近建筑物或附近其他物体、地面，导致地电压升高，并在周围形成巨大的跨步电压。雷电可能通过接地系统或建筑物间的线路入侵雷电延建筑物内部设备形成地电位反击。感应雷（雷电波感应）：感应雷击（又称二次雷击）——指雷云之间或雷云对地之间的放电而在附近的架空线路、埋地线路、金属管线或类似的传导上产生感应电压，该电压通过传导体传送至设备，间接摧毁微电子设备。据资料显示，微电子设备遭雷击损坏，80%以上是由感应雷引起的。感应雷可通过两种不同的感应方式侵入导体，一是静电感应：在雷云中的电荷积聚时，附近的导体也会感应上相反的电荷，当雷击放电时，雷云中的电荷迅速释放，而导体中原来被雷云电场束缚住的静电也会沿导体流动寻找释放通道，就在电路中形成电脉冲。二是电磁感应：在雷云放电时，迅速变化的雷电流在其周围产生强大的瞬变电磁场，在其附近的导体中产生很高的感生电动势。研究表明：静电感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。针对感应雷的破坏途径，我们可采取接地、分流、屏蔽、均压等电位等方法进