烟尘烟气连续自动监测系统运行管理培训教材-第四章

1、第四章颗粒物cems，2，本章主要内容，4.1基本信息4.2烟尘颗粒物的特性4.3穿透式烟尘监测器4.4散射式烟尘监测器4.5其他烟尘监测器，3，本章的难点和重点，重点：cems颗粒物的光路结构和基本使用特性。难点：粒子cems分析原理。4、4、4.1基本情况，颗粒物的连续监测方法主要包括穿透法、光散射法、动态光闪烁法和静电感应法。由于每种方法的原理和发展历史不同，每种方法都有不同的特点，其适用条件也不同。1.反向穿线出现较早，技术和制造工艺相对成熟，但种类繁多。目前，该领域使用的反穿透烟雾探测器基本上属于双光路反穿透烟雾监测器。2.光散射法具有较高的分辨率和灵敏度，可用于监测发射浓度较低的发

2、射源。与相对穿透法相比，光散射法出现得较晚。3.动态光闪烁法：用一束光穿过被测粒子群，由于进入光束的粒子数发生变化，光束的光强会有瞬时的“波动”，而“波动”的强度与烟尘浓度有一定的相关性。通过测量光强波动的强度，可以推断出烟尘颗粒的浓度。4.摩擦电荷定律是另一种独立于光学测量方法的方法。目前，该方法主要用于监测和报警除尘设备的运行状态，5.4.2尘粒的特性和4.2.1尘粒的物理特性一般都是多孔和不规则的。由于燃烧过程和除尘过程的影响，实际粉尘排放或监测口的粒度分布不同，大多数排气口的粒度范围为020米。自然粒子和煤烟粒子通常都是带电的，电荷的大小取决于温度、比表面积、水含量、与摩擦和碰撞相关的

3、速度等。并且与粒子的物理化学组成和结构有关。6，4.2.2粒子的光学概念，以下是与光散射：粒子的光散射相关的几个概念：当光通过不均匀的介质粒子时，介质粒子中的偶极子激发的子波与入射光相互重叠，介质粒子向各个方向散射入射光的现象称为粒子的光散射；散射截面：单位时间内粒子散射的所有光能与入射光强度之比；散射系数：散射截面与粒子受光面积的比值。吸收截面：单位时间内粒子吸收的所有光能与入射光强度之比。吸收系数：粒子的吸收截面与受光面积之比。消光截面：单位时间内粒子所带走的总光能与入射光强度之比。7、粒子的光学概念，消光系数：粒子的消光截面与受光面积之比；浊度：单位体积(粒子群)的总消光截面；不相关散射

4、：当粒子之间的距离足够大时，一个粒子的散射不受其他粒子存在的影响。当粒子之间的距离大于粒子直径的3倍时，粒子群的散射可以被认为是不相关的散射。烟雾排放通常与散射无关；单次散射和复合散射：粒子散射的所有光都来自入射光，称为单次散射，其他情况为复合散射。当一个粒子群中出现不相关的单次散射时，该粒子群的整体行为可以被单个粒子的散射行为所取代。在烟气排放连续监测的情况下，一般认为当不透明度大于0.4时，复杂散射的影响不可忽略。此时，仪器根据单次散射原理建立的线性关系有一个不可忽略的高阶非线性分量，需要进行非线性校正。8、粒子的光学概念，透射比：强度的比值a9，4.2.3烟气监测的特点，(1)测量的动态

5、范围大，(2)与现场条件有关，(3)恶劣的现场条件对仪表安装过程提出了更高的要求，(4)其他影响，(10)烟气监测的特点，测量的动态范围大，烟气排放的动态范围大，一方面取决于燃料种类和燃烧方式，另一方面，从燃烧的角度来看，一般来说，对于大的排放源， 如燃煤火力发电厂，直接排放烟气的粉尘质量浓度可达20g/m，效率较高的除尘器(运行状态良好的三电场袋式除尘器和静电除尘器)的粉尘排放浓度可达2050mg/m。因此，烟尘监测器的浓度测量动态范围可达三个数量级，因此在仪器设计过程中，一方面要考虑可变范围问题，同时也要考虑范围之间的收敛性和线性度。 11、烟气监测的特点，其测量范围与现场条件有关。烟气排

6、放监测仪在出厂时很难给出准确的测量范围。测量范围与一些烟雾颗粒的物理性质有关(包括密度、粒度分布、光学特性、电学特性、流速等)。)。甚至p射线法在测量结果和现场条件之间也有相关性。此外，除了现场条件外，烟雾监测器本身的不同结构也会导致测量结果的差异。因此，如果妻子精确地测量烟雾和灰尘的浓度，就有必要进行参考试验，并用标准方法校准安装在现场的仪器的偏差。12、烟尘监测的特点，恶劣的现场条件对仪器安装过程提出了更高的要求，而现场条件对烟尘仪器的使用非常不利。仪器本身部件的选择应符合军事产品甚至航空航天的标准。即使有些部件不是军用产品，它们也必须在-20-70的宽温度范围内。否则，将无法满足现场恶劣

7、环境下的长期稳定工作。同时，粉尘计还必须考虑防潮和防尘的功能。除了仪器本身的功能和质量问题外，场地选择、仪器选择、调试和参考都会对仪器的长期可靠工作产生很大的影响，这是烟雾监测仪在野外使用时容易被忽视和难以保证的条件，也是做好烟雾监测仪使用时必须做好的工作。13，4.3，14，15，16，4.3.2。发展历史上，第一代烟雾探测器的主要特点之一是单光路结构。第二代直通式烟雾监测器主要是在小范围内对第一代烟雾监测器进行改进或维修，它也是一种单光路结构。第一代和第二代对穿式烟雾监测器的共同特点是采用单一光路结构，无论采取何种改进措施，都无法在现场进行校准，除非停止测量点；另一个特点是很难在现场安装和

8、调试。在很大程度上，仪器的使用不取决于仪器本身，而是取决于仔细的安装和调试。因此，可以说这种仪器50的上述问题是由安装和调试引起的。17，4.3.2.2第三代对穿产品，第三代对穿产品的主要特点之一是采用双光路结构(图4-3)。此外，光源必须进行机械或电子调制，应采用模拟零点和量程点的手动或自动现场校准方法。如果使用热光源，必须提供一套完善的准直和对中机制，双光路反射光应通过角镜实现。对于穿孔产品，图4-4显示了具有完美结构和功能的穿孔烟灰监测器的光路结构图。其主要特点是通过特殊的液晶材料实现光源的调制、校准和参考改变结构，通过光源参考挡板交替测量信号和跟踪光源的输出变化。反射镜和滤波透镜实现零

9、点和跨距点的校准。这种光路结构要求在现场安装和调试过程中，要注意烟囱尺寸与仪器要求的匹配，否则信号光不能准确会聚在传感器上。20、4.3.3对于穿透式烟雾监测仪的校准，双光路穿透法的现场校准一般是在光路中插入一面镜子作为仪器的零点。当光束通过无烟测量区域并从角反射器返回时，反射器模拟光束强度。考虑到仪器准直特性的影响，当仪器光束的扩束和会聚必须满足仪器本身的要求时，校准是有效和准确的，也就是说，首先，烟尘仪器的选择必须适应烟囱直径的大小；其次，仪器的对准和聚焦必须满足蓟仪器的要求。可以通过在反射器和传感器之间插入一个已知透射率的滤波器来校准跨度。原则上，量程点的选择尽可能接近实测透射率，但在烟

10、气排放的情况下，只要选择合适的测量范围，量程点的选择对测量结果影响不大。21.实际校准过程分为两个步骤。首先，让仪器在标准光源下工作，如插入反射镜，仪器输出的烟尘浓度应为零；插入反射镜和翼板，仪器的输出应为首次校准和测试时的输出值。如果在上述两个过程中，仪表输出与分段定值之间的偏差超过了仪表给定的精度水平，则应进行第二步，并通过仪表的调节机构将偏差归零。插入标准光源(反射镜和滤光器)通常有两种情况，一种是在仪器防尘透镜和传感器之间，另一种是在标准光源和传感器之间。后者的校准过程可以消除透镜污染带来的影响，而前者只能通过定期检查和擦拭防尘透镜来实现精确校准。22、穿透烟雾监测器的校准穿透烟雾监测

11、器的校准，校准过程可以是自动的或手动的。自动过程仪表根据设定的时间自动执行校正过程。一些自校准的烟尘测量仪一般还有另一个功能，即监测防尘镜片的污染程度，当污染造成的透光率偏差达到一定阈值时，自动报警，提示人工擦拭防尘镜片。手动校准过程必须手动完成。有些仪器具有半自动校准功能。首先，零点和量程由仪器自动检测，校正结果的过程由后台软件实现。无论是自动校准还是手动校准，都必须定期检查标准源的有效性、污染和变形。23，穿透式烟雾监测仪的使用特点，1。由于双光路穿透式烟雾监测仪采用双边安装仪器，需要在测量点对面安装一个反射城镇。通常，角镜用作镜子(不能使用镜子)。只要入射光束与反射镜对准，光束将经由原始

12、路径180返回到发射端。如果反射镜不用于反射，仪器的校准将成为一个难题。此外，由于使用过程中温度或其他因素引起的机械变形，仪器无法长时间保持精确对准，导致仪器无法正常工作。因此，使用非角度反射器的对准感烟探测器不能保证仪器的长期正常可靠运行。2、磨损烟感器测量范围，有些人想当然地认为只要有光传输就可以监测烟雾浓度，甚至有些人认为磨损烟感器的最大测量范围是最大测量范围相反，如果使用测量范围较小的仪器来测量较高的排放浓度，有些仪器无法给出正常的数据，而有些仪器由于缺乏必要的校正和补偿措施(如高浓度)而无法得到数据，但数据的准确性和有效性会大大降低。一般来说，光密度用于测量直立式烟雾监测器的测量范围

13、。选择仪器时，需要评估所选仪器的光密度测量范围是否与排放点的浓度和烟囱直径相对应。25、穿透式烟雾监测器的使用特性，3、双光路穿透法的测量面积是光束通过烟雾粒子群的距离的两倍。通常，在选择类型时，烟雾监测器会指示烟雾监测器可以使用多大。烟雾监测器的适用直径是指两端法兰端面之间的距离，包括烟雾或烟囱的内部净尺寸、烟雾或烟囱壁厚的两倍以及固定法兰突出长度的两倍。由于仪器准直系统的公差，必须考虑其尺寸符合烟尘测量仪的要求，否则安装后将无法正确聚焦。26，直通烟雾监视器的使用特性，4，法兰焊接的方向也很重要，这是一个经常被忽视的问题。安装后，磨损烟雾监测器的两端必须在同一轴线上。烟尘仪本身的法兰一般有

14、一个方向调节装置，由一个三点圆盘垫圈和一个螺母组成，可以将安装角度调节到5左右。立体角的范围。这要求焊接或嵌入法兰的轴向角度偏差不应大于5。否则，无法进行对齐调整。由三点圆盘垫片和螺母组成的方向调节装置与焊接(嵌入)在烟囱上的固定法兰对接。在维护过程中，当需要拆卸烟尘测量仪主体时，角度调节机构保持在固定法兰上，从而保证烟尘测量仪与烟囱之间的定位关系在维护后保持不变。有些烟尘测量仪没有由三点圆盘垫圈和螺母组成的方向调节装置，采用附加垫圈的形式来调节角度。在这种情况下，现场调整非常困难，也很难保证安装要求。如果采用这种方法，在维护和修理后重新安装时，必须在烟尘测量仪上安装一个机构，以保持与烟囱的定

15、位关系不变，否则在调试期间获得的所有参数(包括参考试验)都将失败。27、4.4散射式烟雾监测仪，4.4.1基本原理和发展历史随着环保意识的增强和法律法规的严格，排放的烟雾浓度越来越低，电厂的烟雾排放量一般为50毫克/立方米。下面，在这个时候，线程的限制在原则上变得越来越突出。我们研究发现，穿线的直接测量值是消光后的光强，计算结果要求对数差1n (i. ) ln(i)，这意味着光电传感器需要在强光强度条件下测量光强的变化率，这就对传感器在低烟气浓度条件下提出了严格的要求，限制了穿透法在低浓度范围内的应用，也就是说分辨率不够。散射法没有这样的限制，不仅大大提高了分辨率，而且可以采用后向散射法安装在

16、一端，大大改善了安装条件，大大降低了安装调试的劳动强度。28，4.4.1基本原理和发展历史，当激光束投射到人的烟道/烟囱上时，激光束和烟灰颗粒之间的相互作用产生散射，散射光的强度与烟灰的散射截面成正比。当煤烟浓度增加时，煤烟的散射截面成比例增加，散射光增加。通过测量散射光的强度，可以获得烟灰中烟灰颗粒的浓度。通过测量散射光能量可以得到烟尘的质量浓度，这是散射法的基本原理，其原理(图4-6)、29、4.4.1及其发展历史。对于特定的emis，30，4.4.2几种散射式烟雾探测器的结构特点，散射式烟雾监测器在光路布置上有同轴和离轴两种形式，发射光束和接收系统成为同轴系统，但不是离轴系统。同轴光路如图4-7所示，测量间隙面积由接收透镜的孔径、接收光阑、焦距和探测器有效接收面板的尺寸决定。一般来说，在订购烟灰仪器时，应告知仪器供应商烟灰的尺寸和壁厚，并且供应商应在仪器出厂时调整测量区域的位置和尺寸。出厂后一般不允许调整。31，几种散射式烟尘测量仪的结构特点，采用如图4