CEMS运营管理-讲稿0308王强.ppt
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1、CEMS运营维护和质量保证,中 国 环 境 监 测 总 站,王 强,CEMS的含义,烟气排放连续监测系统 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的组成和监测分析原理,固定污染源CEMS组成:颗粒物排放连续自动监测单元 气态污染物(通常包括SO2和NOX)排放连续自动监测单元 烟气参数(包括烟气流速、温度、压力、含氧量、湿度)连续自动监测单元 数据采集、处理、分析、记录和传输单元组成。,图1 固定污染源烟气CEMS示意图,颗粒物CEMS,颗粒物测量仪,校零、校标,烟气温
2、度变送器,烟气压力变送器,烟气流量变送器,烟气湿度变送器,含氧量变送器,二氧化碳变送器,温度测量仪,压力测量仪,流量测量仪,湿度测量仪,氧测量仪,二氧化碳测量仪,烟气参数测量子系统,或,烟气预处理装置,气体污染物采样器,气体控制器,气态污染物分析仪,气态污染物 CEMS,或,气态污染物采样器,零气、标准气体,气态污染物分析仪,稀释气体,气态污染物分析仪,零气、标准气体或校准装置,大气压力测量仪,大气压力变送器,数据采集与控制系统,可输入含湿量,可输入大气压,完全抽取法,稀释抽取法,直接测量法,数据采集及处理系统,数据处理与远程通讯系统,打印,显示,固定源监控系统,零气、标准气体,CEMS的组成
3、和监测分析原理,CEMS的基本技术分类,CEMS的组成和监测分析原理,(1)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、光散射法 其他方法(射线吸收、光闪烁),CEMS的组成和监测分析原理,浊度法(透射法、对穿法)利用光衰减技术 测量当光穿过含有颗粒物的气流时光强度的损失;单光程/双光程 校准:插入反光板和跨度板(滤光片)光源(红光,寿命40000h),浊度法烟尘仪光路结构,CEMS的组成和监测分析原理,光散射法 利用光散射的概念 当光照射在颗粒物、气溶胶时,会发生散射,散射改变了光的方向,使光强减少;前散射/后散射/边散射(粒径/波长)校准:散射光挡板,标准散射板,滤光片
4、,光散射法烟尘仪原理,CEMS的组成和监测分析原理,光闪烁法 浊度法的概念(较低浓度)入射光的强度高频波动,提高测试灵敏度;射线吸收法(采样前、后的吸收量,环境空气中颗粒物检测)摩擦感应起电法(颗粒物摩擦感应,产生静电),CEMS的组成和监测分析原理,说明:基于上述分析测试原理,目前国内安装的颗粒物CEMS绝大部分测量给出的1次信号(初始信号)是光电转换信号(透光率、1-5V电压值或0-20mA电流值转换而来),能反映出颗粒物浓度变化,但是不能直接给出烟气中颗粒物的质量浓度值的;另外,由于颗粒物CEMS基本上是直接安装在烟道或烟囱上的,因此其实测浓度(实际工况下浓度)值是湿基浓度。,CEMS的
5、组成和监测分析原理,(2)气态污染物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、化学发光等,CEMS的组成和监测分析原理,气态污染物排放连续自动监测单元的组成结构 抽取系统(采样探头、采样伴热管、过滤器、除湿系统、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),CEMS的组成和监测分析原理,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)伴热管线(加热温度应高于烟气介质中的冷凝温度)恒功率
6、自控温 除湿系统(冷却温度)电子制冷、机械制冷、渗透膜 采样泵(抽气能力)隔膜泵 射流泵,CEMS的组成和监测分析原理,采样方式分类(抽取系统):直接抽取法 前处理方式/后处理方式/不处理方式 稀释抽取法 内稀释方式/外稀释方式 直接测量法,CEMS的组成和监测分析原理,气态污染物取样方式分类,CEMS的组成和监测分析原理,直接抽取法-热湿系统 在采样探头上装有过滤器,从探头到分析仪全程伴热,加热温度高于烟气温度,进入分析仪分析测试。分析方法:紫外差分吸收(DOAS)、傅立叶红外 输送中气体不降温,成分不变吸附很少 可测量溶于水的气体(NH3、HCl等)测试结果为气体的湿基浓度,CEMS的组成
7、和监测分析原理,直接抽取法-冷凝干燥系统 前处理方式:在采样探头上装有过滤器,在探头之后进行预处理(除湿),输送气体的管路不需要加热,进入分析仪分析测试。(维护不方便)后处理方式:在采样探头上装有过滤器,气体伴热至分析仪之前进行预处理(除湿),输送气体的管路需要加热,进入分析仪分析测试。(过程有损失),直接抽取法采样探头-前处理方式,CEMS的组成和监测分析原理,直接抽取法-冷凝干燥系统 分析方法:非分散红外(紫外)、气体过滤相关等 除湿过程中可能会造成气体的损失 测试结果为气体的干基浓度,非分散红外法测试原理图,气体过滤相关法测试原理图,CEMS的组成和监测分析原理,稀释抽取法 稀释探头(在
8、采样探头顶部,通过音速小孔(临界限流孔,产生恒定流速)进行采样,并用干燥的仪器气进行稀释)内稀释(稀释部分在烟道内部)外稀释(稀释部分在烟道外部)(维护方便,但响应时间稍慢)减少湿气和提高过滤器寿命,采样管(一般不需加热),稀释法内稀释采样探头,稀释法外稀释采样探头,CEMS的组成和监测分析原理,稀释抽取法 分析方法:紫外荧光法(SO2)化学发光法(NOX)(预处理过程较少),紫外荧光法测试原理图,化学发光法测试原理图,CEMS的组成和监测分析原理,直接测量法 传感器安装在探头前端,直接插入烟道进行测量(点测量)(电化学或光电传感器法)(测湿氧)传感器和探头直接安装在烟道上,采用光学法测量(线
9、测量)(内置式/外置式)(单光程/双光程),直接测量内置和外置式结构示意图(双光程),CEMS的组成和监测分析原理,直接测量法 分析方法:单波长法,双波长法,差分吸收光谱法(DOAS)由于没有取样装置,日常应注意维护清洁反射镜(尤其内置式)、光源等 标气池校准 测量结果为气体湿基值,CEMS的组成和监测分析原理,(3)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、其他方法烟气温度:铂电阻法等烟气压力:压力传感器烟气湿度:干/湿氧法、高温电容法等含 氧 量:电化学法、氧化锆法、顺磁法,CEMS的组成和监测分析原理,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
10、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),CEMS的组成和监测分析原理,通过测量烟囱或烟道中烟气的全压和静压的压差来计算出烟气流速 克服可能由于颗粒物堵塞造成的流速测量问题,CEMS的组成和监测分析原理,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,热平衡法热传感器,CEMS的组成和监测分
11、析原理,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),超声波法测试流速示意图,CEMS的组成和监测分析原理,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的组成和监测分析原理,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的组成和监测分析原理,烟气湿度
12、 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湿氧得到湿度。(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的组成和监测分析原理,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的组成和监测分析原理,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
13、损坏和干扰,CEMS的组成和监测分析原理,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,氧化锆传感器原理示意图,CEMS的组成和监测分析原理,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。,磁力机械氧传感器原理示意图,CEMS的组成和监测分析原理,说明:CE
14、MS测量烟气流速、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断面测量,因此可能存在系统误差,必须进行相关校正;烟气含氧量则根据烟气预处理系统是否经过脱水判定其测量的氧气值是干基值或湿基值。,CEMS质量保证的基本内容,质量保证是一系列行为和程序,在考虑数据的准确性、精密性、完整性和代表性的前提下,这些行为和程序确保CEMS数据满足相应的标准要求。排污企业开发质量保证计划,环保局认可,然后排污企业执行,环保局监督并审核。过程是动态。,CEMS质量保证的基本内容,全程序质量保证适用性检测、购买、安装、验收、运行、审核,污染源在线监测仪器出具有效数据全过程的外部质控过
15、程,开展CEMS运营维护的前提条件,CEMS“运营维护”作为这个质量控制过程中的重要控制环节,对控制CEMS数据质量,提高数据有效性起到至关重要的作用;同时,CEMS“运营维护”必须以完成前两个阶段的适用性检测和安装、调试、验收检测的工作为前提条件,如果前两个阶段的质量控制不合格或没有前面的过程,那么“运营维护”工作也很难开展下去。,适用性检测,CEMS选型-信息的收集和评价,目前CEMS的基本技术状况和特点(组成和工作原理)质检中心的适用性检测报告 各CEMS生产企业的基本情况及其CEMS的性能技术指标 拟安装点位的基本情况和烟气排放的基本状况 同类排污企业安装CEMS的情况,CEMS选型-
16、技术说明,目的(安装的CEMS满足环境管理要求,验收)工作范围(CEMS企业提供仪器硬件和服务清单)提供的辅助设备和服务(爬梯、平台、电源、小屋等)操作条件描述(采样点的环境条件,排放参数)设计标准(CEMS安装和设计描述)排污企业的调试、验收检查和测试 归档资料(上述材料,流程图、设计图、操作手册、维护说明书等),CEMS选型-保持记录,CEMS生产企业的基本情况、电话号码、安装提案、仪器选型的会议备忘录、安装技术说明书等均应保存,烟气CEMS安装,大气污染源排放总量监控,1,按照国家或地方标准对大气污染源排放浓度实时监控,环保治理设施运行的监控,2,3,烟气CEMS安装目的,烟气CEMS安
17、装,每台固定污染源排放设备应安装一套烟气CEMS。,烟气CEMS安装位置应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位,如图2所示。,若一个固定污染源排气先通过多个烟道后进入该固定污染源的总排气管时,应尽可能将烟气CEMS安装在该固定污染源的总排气管上;不得只在其中的一个烟道上安装一套烟气CEMS,将测定值的倍数作为整个源的排放结果,但允许在每个烟道安装相同的烟气CEMS,汇总排放结果。(图3),烟气CEMS安装位置,图2 固定污染源烟气CEMS安装位置示意图,当安装位置不能满足上述要求时,应尽可能选择在气流稳定的断面,但安装位置前直管段的长度必须大于安装位置后管段的长度。,监测位置(),监测位置(),监
18、测位置(),5.烟气CEMS安装(2),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(图4)。,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(图5)。,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。,流量计,多层采样平台,安装位置和系统数量,安装位置要求系统数量有效小时均值:整点1小
19、时内不少于45 分钟的有效数据的算术平均值(针对1拖2等情况不允许)每台固定污染源排放设备应安装一套烟气CEMS,测量范围(量程选择),连续自动监测系统测量量程一般为所在污染源排放限值的两倍,污染源的正常排放数据应分布在所选系统测量范围的20%至80%内。根据污染源的排放情况,可选双量程或多量程的系统。,CEMS的安装过程,有代表性取样点位应安装在能反映污染物排放状况的有代表性的位置上,在不影响参比方法取样前提下,尽可能靠近参比方法取样孔直管段要求:前4后2烟气温度压力湿度污染物浓度综合考虑,CEMS的安装,颗粒物CEMS 颗粒物CEMS应安装在能反映颗粒物排放状况的有代表性的位置上,在不影响
20、参比方法取样前提下,尽可能靠近参比方法取样孔 1.位于所有颗粒物控制设备下游;2.光学原理的颗粒物CEMS所在测定位置没有水滴和水雾;3.便于日常维护,安装位置易于接近,有足够的空间,便于清洁光学镜头、检查和调整光路准直、检测仪器性能和更换部件等。4.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。,CEMS的安装,气态污染物CEMS 位于气态污染物混合均匀的位置,该处测得的气态污染物浓度或排放率能代表固定污染源的排放。在不影响参比方法取样前提下,尽可能靠近参比方法取样孔 前不小于1.5倍烟道或管道直径 后不小于半倍烟道或管道直径,CEMS的安装维护平台
21、,面积应不小于5 m2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,CEMS的安装维护平台,CEMS的安装直接抽取法,探头:保温、校准、反吹(时间、频率)管线:上高下低、伴热温度、卡箍、长度冷凝器:温度工艺设计:材料选择、工艺流程(一级过滤、伴热管线、冷凝、泵、冷凝、二级过滤、恒流、分析仪、尾气排放)反吹气系统:除油除湿,CEMS的安装稀释抽取法,探头:内外稀释、音速小孔选择(稀释倍数)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:50-200,
22、CEMS的安装直接测量法,校准:流动标气池(放到测试光路中),CEMS的安装直接测量法,校准:流动标气池,CEMS的安装颗粒物,波长范围:红光或红外光校准:滤光片校准气幕保护:电厂仪表气应脱水过滤(正压烟道必需)有效测量距离(测试原理不同,光散射类,有效测试距离与烟道尺寸、直径有关),CEMS的安装烟气参数,流速:零点校准、反吹、安装位置温度、压力:位置尽量靠近气、尘湿度:选择顺序:连续自动测量、手工输入,CEMS的安装数据处理软件,进入退出:权限、密码历史记录: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:折算浓度、
23、标态浓度、排量报表:小时平均数据,CEMS测试数据的几种数据状态,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 一般对比工作选择标态干基浓度值进行数据运营校准,CEMS测试数据的几种数据状态,说明:HJ/T 75-2007考核技术指标中规定的颗粒物和气态污染物各浓度范围(分段标准)均指的是污染源标态干基浓度值 目前国内使用的手工参比仪器,例如烟尘采样器已经将一些测试中的过程参数、计算公式
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