锅炉烟气NOx在线分析系统

CEMS 系统主要由四个部分组成，具体如下：

（1）气态污染物监测部分：监测烟气中的NOx、NH3 浓度等。

（2）烟气排放参数监测部分：监测烟气流速、温度、压力、氧含量等。

（3）控制系统部分：采用PLC 控制，包括系统的采样、反吹、维护、校准、报警等的控制。同时当系统维护、反吹、校准的时候，系统模拟量信号输出保持不变，另外当系统处于报警的时候，系统会根据各种报警采取相应的控制。完成数据的采集、处理，并按相关标准要求的数据格式将相关参数上传。



二、烟气脱硝系统中CEMS 存在的主要问题

2.1 粉尘浓度高引起的采样系统堵塞问题

脱硝系统的CEMS 布置在省煤器和空预器之间，由于烟气没有经过除尘器，烟气中的粉尘浓度高达30g/m3，有的甚至更高，极易造成烟气采样系统堵塞。

用探头位置设置过滤装置，避免粉尘颗粒进入采样管，引起采样管线堵塞，一旦堵塞，处理起来的难度就会很高。同样，在测量烟气流速时，也要考虑皮托管的堵塞问题。因而解决好采样系统中过滤器的堵塞和清理对烟气样气分析至关重要。

共性问题：

1.烟气采样系统中采样管线伴热效果差，采样管线的伴热温度不能维持在烟气露点温度以上，造成烟气在管内结露、在烟气中粉尘的共同作用下引起采样管堵塞。

2.因锅炉投油助燃，烟气中的大量油烟污染并堵塞取样探头。

3.烟气中粉尘含量过大，导致取样探头内的过滤器堵塞。

4.取样探头内的过滤器滤芯孔径的选择不合理，孔径过大，进入取样管线的灰尘过多。

5.采样探头中过滤网的孔径的选择太小，增大了堵塞几率。

6.安装时，管道弯曲半径过小或打折，流道受阻，产生堵塞。

7.吹扫时间间隔设置过长。

8.吹扫用压缩空气是带水、含油，从而污染堵塞管道。

2.2 分析仪因无流量而失灵

由于脱硝CEMS 的工作环境相当恶劣，可能造成取样系统堵塞，因此分析仪会因无流量而失灵，监测分析数据失效。共性问题：

1.取样管道或探头堵死。

2.预处理系统内部过滤器堵塞。

3.预处理系统中冷凝器结冰，除湿效果差；

4.预处理系统中蠕动泵故障，冷凝器不能正常工作，除湿效果差。

5.预处理系统中的抽气泵长时间带水运行，烟气抽取不出。

2.3 高温的问题

一般情况下，脱硫系统入口的烟温约为115~150℃，脱硫系统出口的烟温约为50℃（无GGH）。而在脱硝系统入口的烟温在310~420℃左右，出口烟温与入口相差不大。

因此，如果采用与脱硫CEMS 系统相同的测量方法，则采样探头、皮托管流量计的取压元件，温度仪表等需插入烟道中设备选用耐高温的材料，确保其能在高温环境下安全、稳定的运行，从而数据的准确性。

2.4 腐蚀变形的问题

脱硝系统中的烟气中含有、NO、NO2、水蒸气、NH3、和SO2 等。烟气在反应过程中可能生成酸或者碱以及强酸弱碱盐等物质。工作环境比较恶劣，采样探头、皮托管流量计的取压元件、温度仪表都置于烟道内，同时烟道内的烟气流速比较快（一般为15m/s），这些都会导致传感器的变形和腐蚀，引起测量仪表失效。

共性问题：

脱硫脱硝系统中的SO2/NO2 气体都易溶于水，溶解体积比分别为1:40（水:气）和1:4（水:气）。SO2/NO2 气体溶于水后分别生成硫酸和硝酸溶液，该酸性溶液的腐蚀性随其浓度的增大而变大。

脱硫系统的SO2/SO3 原烟气露点温度在120℃～130℃；脱硝系统的NOx 原烟气露点温度在60℃左右。对于直接抽取式CEMS，如果取样管线温度控制不当，则污染物气体会直接结露。

脱硝系统净化烟气中NH3 与SO3 反应生成硫酸氢铵和硫酸铵。这两种物质都是强酸弱碱盐，水溶液具有一定的腐蚀性。并且，硫酸铵固体在280℃开始分解，分解物质为硫酸氢铵和氨气，因此这两种物质在取样管中有结晶的可能。

2.5 分析传感器的量程以及检出限的问题

针对燃煤锅炉的实际情况，脱硝装置前烟道内NOx 的浓度在400~1000 mg/Nm3，《大气污染物排放标准》(GB13223-2011)规定脱硝后的氮氧化物浓度不大于100mg/Nm3。

因此脱硝装置前后NOx的检测要求传感器具有较大的量程，并且具有较低的检测限，确保脱硝前后NOx 的检测的准确性。同时，为了防止脱硝过程中还原剂NH3 的逃逸造成二次污染，以及生成氨盐腐蚀下游设备，在脱硝装置的出口设置了氨逃逸检测设备，《火电厂烟气脱硝工程技术规范_SCR》(HJ_562-2010)逃逸氨的浓度不大于3 ppm，因此对逃逸氨设备低检测限的要求则更高，一般要求为0.15~0.3 ppm。

EMS（Continuous Emission Monitoring System），即连续排放监测系统，是一种对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度及排放总量连续监测，并将监测信息实时传输至主管部门的装置。该系统又被称为“烟气自动监控系统”、“烟气排放连续监测系统”或“烟气在线监测系统”。

CEMS系统组成

CEMS系统主要由以下几个子系统构成：

气态污染物监测子系统：负责监测废气中的二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NOx）等气态污染物的浓度。
颗粒物监测子系统：用于监测废气中的颗粒物浓度。
烟气参数监测子系统：监测废气的实际流量、温度、湿度等参数。
数据采集处理与通讯子系统：负责数据采集、处理及与主管部门的实时通讯。

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监测与折算标准

我国环保标准规定，固定污染源排放的污染物浓度和排放总量需按标准状态下的干烟气进行折算。标准状态下的干烟气是指在温度273K（即0°C）、压力101325Pa条件下不含水蒸气的烟气。

环保参数折算计算方法

1. 流速折算

公式：Vs = Kv * Vp
Vs：折算流速
Kv：速度场系数
Vp：测量流速
2. 粉尘折算

粉尘干基值：DustG = Dust / (1 – Xsw/100)
DustG：粉尘干基值
Dust：实测粉尘浓度值
Xsw：湿度
粉尘折算浓度：DustZ = DustG * Coef
DustZ：折算的粉尘浓度值
Coef：折算系数，计算方式为 Coef = 21 / (21 - O₂) / Alphas
O₂：实测氧气体积百分比
Alphas：过量空气系数（根据锅炉类型及容量确定）
粉尘排放率：DustP = DustG * Qsn / 1000000
DustP：粉尘排放率
Qsn：干烟气流量，计算方式为 Qsn = 3600 * F * Vs
3. 二氧化硫（SO₂）折算

SO₂干基值：SO₂G = SO₂ / (1 – Xsw/100)
SO₂折算浓度：SO₂Z = SO₂G * Coef（使用与粉尘相同的Coef）
SO₂排放率：SO₂P = SO₂G * Qsn / 1000000
Qsn（干烟气流量）计算需考虑温度、压力及湿度的影响，具体公式为 Qsn = Qs * 273 / (273 + Ts) * (Ba + Ps) / 101325 * (1 – Xsw/100)
4. 氮氧化物（NOx）折算

NO干基值：NOG = NO / (1 – Xsw/100)
NO折算浓度：NOZ = NOG * Coef（使用与粉尘和SO₂相同的Coef）
NO排放率：NOP = NOG * Qsn / 1000000
同样，Qsn的计算需参考上述干烟气流量公式。



通过以上计算方法和公式，CEMS系统能够准确地将实际监测的污染物浓度折算为标准状态下的干烟气排放数据，为环保主管部门提供有效的监管依据。

CEMS系统的运用十分广泛，主要集中在城市的工厂。包括化工厂、水泥厂、发电厂等会产生空气污染物的单位。在石油化工厂中，CEMS系统主要安装在硫磺回收生产装置烟气排放口、动力站锅炉烟气汇总排放口、催化裂化生产装置烟气排放口和常减压生产装置烟气排放口。在这四个出口处对于污染气体进行实时的监控。在水泥厂中，CEMS系统主要安装在窑尾回转窑引风机后烟道，对于在水泥生产过程中产生的烟尘，以及会污染环境的气体进行在线监测。