低烟气SO2在线监测系统

来源：陕西卓宇佳创仪器仪表有限公司 时间：2024-09-14 15:48:30 [举报]

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。

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。

本系统由气态污染物监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气参数监测子系统及数据采集与处理子系统组成，其中气态污染物监测子系统的预处理单元、分析单元和数据采集与处理子系统安装在机柜内，可以连续监测二氧化硫浓度（SO2）、氮氧化物浓度（NOx）、氧含量（O2）等参数的湿基值、干基值和折算值，以及根据颗粒物（粉尘）浓度、烟气温度、压力、流速等多项相关参数统计排放率、排放总量等，并能对测量到的数据进行有效管理，具有现场数据实时传送、远程故障诊断、报表统计和图形数据分析等功能，实现了工作现场的无人值守。整套系统结构简单、动态范围广、实时性强、组网灵活、运行成本低，同时系统采用模块化结构，组合方便，根据客户需求有所增减；并且能够与企业内部的DCS和的数据系统通讯。

紫外差分光谱气体分析仪对经过过滤除尘的烟气进行分析，基于差分吸收光谱算法（DOAS），能够同时测量多种气体组分如SO2、NO等，广泛应用于烟气排放连续监测系统、工业过程气体分析系统中。
光源发出的光束汇聚进入光纤，通过光纤传到气体室，穿过气体室时被待测气体吸收，由光纤传输到光谱仪，在光谱仪内部经光栅分光，由阵列传感器将分光后的光信号转换为电信号，获得气体的连续吸收光谱信息。根据此信息采用差分吸收光谱算法得到被测气体的浓度。
⑴差分吸收光谱技术（DOAS）
DOAS核心思想将气体的吸收光谱分解为快变和缓变两部分。快变部分与气体分子结构和组成的元素有关，是分子吸收光谱的特征部分；缓变部分与颗粒物、水汽、背景气，及测量系统的变化等因素有关，是干扰部分。DOAS采用快变部分计算被测气体的浓度，测量结果不受干扰，准确性高。
SIC-7紫外光谱气体分析仪同时采用特的DOAS算法和PLS算法相结合的处理方式，消除了颗粒物、水汽、背景气体的干扰，同时也消除了测量系统波动对测量结果的影响，了测量的准确性和稳定性。
⑵仪表特点
可靠性高
采用进口脉冲氙灯作为光源，寿命达10年，采用固化光谱仪，无运动部件，可靠性高。
测量精度高、稳定性好
采用DOAS（差分光学吸收光谱）算法，测量结果不受颗粒物、水份等因素干扰,测量准确度高；同时DOAS算法也消除了由仪器老化引起的误差，测量稳定性好。
多种组分同时测量
通过对连续光谱的分析，可同时测量多种气体化学组分的浓度，具备高集成度和性价比
高度智能化、数字化
内置多块处理器，处理器间采用高速数据总线通讯技术，各模块具备强大的数字化配置和监测功能；触摸屏式人机界面，操作简单、使用方便。
采用进口薄型背照式CCD面阵传感器，具有优良的紫外响应能力，适合SO2、NO的检测需要
4.4.3.氧含量监测子系统
电化学氧传感器的工作原理是当被测气体氧分子通过透气膜即可在传感器内发生氧化-还原反应，当氧分子到达正极表面时，发生还原反应，同时负极发生氧化反应，化学反应过程如下：
正极：O2+2H2 O+4e→4OH-
负极：Pb+2OH-→PbO+ H2 O+2e
电池处于平衡状态时，两电极间电势值E恒定不变。阴极和阳极两个反应发生生成电流，电流大小相应地取决于氧气反应速度(法拉第定律)，可外接一只已知电阻来测量产生的电势差，这样就可以准确测量出氧气的浓度。

采样点的位置应参考HJT75-2017根据不同的现场情况来选取，它对系统的采样测量有直接影响，由我公司工程师指导，并提供开孔尺寸和位置示意图。
1 环保监测应用：
⑴应选择在垂直管段和烟道负压区域。
测定位置应避开烟道弯头或截面积急剧变化的部位：对于颗粒物和流速CEMS，应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于4倍烟道直径，以及距上述部件上游方向不小于2倍烟道直径处；对于气态污染物CEMS，应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于2倍烟道直径，以及距上述部件上游方向不小于0.5倍烟道直径处；对矩形烟道，其当量直径D=2AB/（A+B），式中A、B为边长。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大于安装位置后直管段长度。
⑵不宜安装在烟道内烟气流速小于5m/s的位置。
2 给预留的手工测试孔建议直径径应≥90mm，手工测试孔的安装法兰、短管及盲板均由需方负责提供，供方仅提供设备法兰。手工测试孔的位置应能够使的测试正常进行，特别是有足够的空间，使颗粒物的测试枪能够正常使用。也可由环保人员，环保检测部门认定。
注意：选择采样点时应考虑影响测量的因素：如温度、压力、流速、湿度、颗粒物的稳流段以及安装维护的安全、方便等等。预处理机柜里安装各构件，并固定于分析小屋内；标气瓶固定在分析小屋内。

连续采样法烟气分析系统
这是时下为流行的采样方式，连续采样法主要有红外线式、紫外线式和热导式三种测量方法。连续采样法的特点是采用不同测量方法的气体分析系统都由采样预处理系统和分析仪表两部分组成，采样探头将被测气体从烟道或管道中引出并进行预处理后，连续送入仪器的气体室中，分析仪器通过不同的方法完成气体浓度的测量。上述三种测量方法的系统集成方式、适应性和性价比有很大的区别。
应用广泛的红外线式气体分析仪基于非色散红外吸收光谱(NDIR)的原理，其测量方法是基于气体对红外线进行选择性吸收的原理，当被测气体通过测量管道时吸收红外光源发出的特定频率光(与被测气体成分有关)使光强衰减，测出光强的衰减程度即确定了被测气体的浓度。
紫外线式气体分析仪是基于被测气体对紫外光选择性的辐射吸收原理，可以测量SO2、NOx、HCl、NH3等气体，但在同等性能、功能情况下仪器价格略高与红外法。
热导式气体分析仪的工作原理是利用各种气体不同的热导系数，即具有不同的热传导速率来进行测量的。当被测气体以恒定的流速流入分析仪器时，热导池内的铂热电阻丝的阻值会因被测气体的浓度变化而变化，运用惠斯顿电桥将阻值信号转换成电信号，通过电路处理将信号放大、温度补偿、线性化，使其成为测量值。热导式气体分析器的应用范围很广，如H2、Cl2、NH3、CO2、Ar、He、SO2、H2中的O2、O2中的H2和N2中的H2等等；它的测量范围也很宽，在0%～围内均可测量。热导式分析仪器是一种结构简单、性能稳定、、技术上较为成熟的仪器。

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