煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要符合多種國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了系統(tǒng)性能、監(jiān)測(cè)方法、數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)确矫娴囊?。以下是一些關(guān)鍵的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T 16157-1996《大氣污染物在線監(jiān)測(cè)方法》：規(guī)定了大氣污染物在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)、工作原理、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理和傳輸?shù)确矫娴囊蟆?br />
GB/T 16157-2014《大氣污染物在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求》：對(duì)煙氣在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)要求進(jìn)行了明確，確保系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。

GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》：針對(duì)火電廠的煙氣排放，規(guī)定了具體的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)并報(bào)告這些污染物的排放情況。


此外，煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還需要遵守其他與環(huán)境保護(hù)、儀表工程、自動(dòng)化控制等相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如GB50093-2002《自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》、GB16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》等。

隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，煙氣排放問(wèn)題日益嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康造成了嚴(yán)重威脅。為了有效監(jiān)控和管理煙氣排放，工業(yè)煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。本文將探討工業(yè)煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)，以確保其準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。



一、系統(tǒng)組成與設(shè)備要求



工業(yè)煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由采樣設(shè)備、分析儀器、數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備以及控制系統(tǒng)等組成。各組成部分需滿足以下技術(shù)要求：



采樣設(shè)備：采樣設(shè)備應(yīng)能夠有效地采集煙氣樣品，確保樣品的真實(shí)性和代表性。同時(shí)，采樣設(shè)備應(yīng)具有良好的密封性能，防止煙氣泄漏。

分析儀器：分析儀器應(yīng)具有高靈敏度和高準(zhǔn)確度，能夠準(zhǔn)確地測(cè)量煙氣中的污染物濃度。此外，分析儀器應(yīng)具備良好的穩(wěn)定性和可靠性，能夠在各種環(huán)境條件下正常工作。

數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備：數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備應(yīng)能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地收集和處理分析結(jié)果。同時(shí)，設(shè)備應(yīng)具備良好的人機(jī)交互界面，方便操作人員進(jìn)行操作。

數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備：數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備應(yīng)能夠?qū)⑻幚砗蟮臄?shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確地發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。設(shè)備應(yīng)具備良好的抗干擾能力，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。

控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)應(yīng)能夠有效地控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，包括采樣設(shè)備的啟停、分析儀器的工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等。

CEMS系統(tǒng)概述

火電廠在燃燒煤炭時(shí)所排放出的煙氣污染物中含粉塵、二氧化硫、氮氧化物，而 CEMS 系統(tǒng)可以根據(jù)上述污染物排放濃度和總量連續(xù)不斷地進(jìn)行全天24小時(shí)的監(jiān)測(cè)。迄今為止，在低排放政資實(shí)施的大背景下，社會(huì)上的絕大多數(shù)火電廠正在加速內(nèi)部低排放系統(tǒng)的構(gòu)建，而煙氣在線監(jiān)測(cè) CEMS 系統(tǒng)在其中是不可缺少的一項(xiàng)設(shè)備。


二、應(yīng)用與研究

1、對(duì)冷干直抽法 CEMS 的研究

典型的冷干直抽法取樣和預(yù)處理部分包括取樣探頭、取樣伴熱管線、過(guò)濾、除濕系統(tǒng)和取樣泵等部分，其目的是給分析儀器提供連續(xù)的潔凈(除塵)、干燥(除濕)、常溫樣氣，確保分析儀長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠、少維護(hù)地協(xié)調(diào)運(yùn)行，并延長(zhǎng)其使用壽命。而作為火電廠低排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)冷干直抽法 CEMS 除濕系統(tǒng)的主要作用是把煙氣中的水蒸氣給去除?，F(xiàn)階段普遍使用的是冷卻除濕法，冷卻除濕法需要在很短的時(shí)間內(nèi)將水蒸氣冷凝，從而避免煙氣和冷凝水接觸(但它的機(jī)理造成了冷凝水和 SO2 必然發(fā)生接觸)。為l防止冷凝水結(jié)冰，其冷凝的溫度一般來(lái)說(shuō)維持在 3~5℃即可，冷卻除濕法的主要形式為電子制冷和壓縮機(jī)制冷。冷干直抽法 CEMS 預(yù)處理系統(tǒng)的主要的一個(gè)目的就是除濕。煙氣在冷凝時(shí)會(huì)有冷凝水產(chǎn)生(普通熱電廠的水含量為 8~15%)。但如果伴熱管線加熱效果下降，有冷凝水析出,或冷凝器制冷效果不好，樣氣中的水份未被分離而析出;或冷卻儀的冷凝水蟠動(dòng)泵管老化，致使冷凝水未能及時(shí)排出而被樣氣攜帶進(jìn)入后續(xù)管道或儀器:另外在低溫度比較低的情況下(冷凝器中)，SO2 的溶解度升高，低量程的 SO2 會(huì)溶解入冷凝水而造成監(jiān)測(cè)分析的數(shù)據(jù)變小，甚至為零。

2、 應(yīng)用改進(jìn)

面對(duì)在高濕、低量程必定 發(fā)生二氧化硫溶入冷凝水的問(wèn)題，目前為止存在兩種方法可以規(guī)避或控制:(1)加注磷酸法，源自德國(guó)的煙氣在線監(jiān)測(cè)預(yù)處理系統(tǒng),供應(yīng)商考慮采用在整個(gè)伴熱管線或在冷凝器中加注磷俊的方法來(lái)控制 ,NO<1000mg/Nm及 SO2<900mg/Nm 范圍內(nèi)二氧化硫在冷凝水中的溶解問(wèn)題。機(jī)理是通過(guò)磷酸在水中電離出的 H離子，阻止 SO2 與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而生成 HSO2，大程度確保只有少量的 二氧化硫落入冷凝水中。2Nafion 干燥管除濕法，通過(guò) Nafion 膜選擇性氣態(tài)除濕的方式來(lái)從根本上解決冷凝水析出的問(wèn)題，并且保留煙氣中低量程的 SO2、NOX和 O2，有效確保分析的度和準(zhǔn)確率。由于 Nafion干燥管沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，氣態(tài)除濕且無(wú)冷凝水析出，因而與冷凝器相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

煙塵監(jiān)測(cè)技術(shù)
1.光透射法煙塵監(jiān)測(cè)技術(shù)。光透射法技術(shù)基于朗伯-比爾定律，即光穿過(guò)含塵煙氣時(shí)透過(guò)率與煙塵濃度呈指數(shù)下降關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中有單光程和雙光程兩種類(lèi)型的儀器，光透射法的準(zhǔn)確性受顆粒物粒徑分布影響較大，且靈敏度不高，一般用于煙塵濃度高（大于300mg/m3）、煙道直徑大且煙氣濕度低的工況。
.光散射法煙塵監(jiān)測(cè)技術(shù)。光照射在煙塵上時(shí)會(huì)被煙塵吸收和散射，散射光偏離光入射的路徑，散射光強(qiáng)度與煙塵粒徑和入射光波長(zhǎng)有關(guān)，光散射法就是采用測(cè)量散射光強(qiáng)度來(lái)監(jiān)測(cè)煙塵濃度的。在實(shí)際應(yīng)用中有前向散射、后向散射和邊向散射三種類(lèi)型。該技術(shù)靈敏度高，能夠測(cè)量低至0.1mg/m3的煙塵濃度，低量程可達(dá)到0-5mg/m3，適用于煙塵濃度低、煙道直徑小的情況。但該技術(shù)同樣容易受水汽影響，不適宜煙氣濕度高的工況。
3.電荷法煙塵監(jiān)測(cè)技術(shù)。所有煙塵顆粒均帶有電荷，顆粒物接觸或摩擦?xí)r將產(chǎn)生電荷交換，電荷法就是用電絕緣傳感探針測(cè)量探頭和附近氣流或直接與探頭碰撞的顆粒物之間的電荷交換來(lái)測(cè)量煙塵濃度的。該技術(shù)除受煙塵粒徑變化、組分變化和煙氣濕度影響外，還受煙氣流速影響，主要用于布袋除塵的泄漏檢測(cè)和報(bào)警等定性測(cè)量，少在CEMS中應(yīng)用。
4.β射線吸收法煙塵監(jiān)測(cè)技術(shù)。β射線具有一定穿透力，當(dāng)它穿過(guò)一定厚度的吸收物質(zhì)時(shí)，其強(qiáng)度隨吸收物質(zhì)厚度的增加逐漸減弱，通過(guò)測(cè)量穿過(guò)物質(zhì)前后的β射線強(qiáng)度，即可得出吸收物質(zhì)的濃度。該技術(shù)基于抽取式測(cè)量方式，不受煙塵粒徑分布、折射系數(shù)、組分變化、煙氣濕度等影響，可用于煙塵濃度低、煙氣濕度大的工況。但抽取式測(cè)量屬于點(diǎn)測(cè)量，不適合煙氣流速變化大、煙塵濃度分層的場(chǎng)所。

煙氣預(yù)處理技術(shù)
基于非分散紅外/紫外吸收法技術(shù)的CEMS系統(tǒng)多數(shù)采用直抽法取樣，為防止系統(tǒng)堵塞和水分對(duì)測(cè)量的干擾，需要對(duì)煙氣進(jìn)行除塵和除水處理。預(yù)處理裝置的效果直接影響CMES的整體性能，通常以處理后的煙氣露點(diǎn)作為重要指標(biāo)來(lái)判定預(yù)處理的性能。在實(shí)際應(yīng)用中，“過(guò)濾+冷凝”的預(yù)處理方式較為廣泛。其中煙氣過(guò)濾除塵技術(shù)較為成熟，常用的有金屬濾芯、陶瓷燒結(jié)濾芯和膜式過(guò)濾器。煙氣冷凝除水技術(shù)較為常用的有壓縮機(jī)冷凝和半導(dǎo)體冷凝，可將煙氣露點(diǎn)干燥至5℃。新興技術(shù)中有高分子膜式滲透除水技術(shù)，采用高分子聚合親水材料，具有高選擇性除水性能，不改變煙氣中SO2和NOX污染物因子成份，可將煙氣露點(diǎn)干燥至-5℃以下。

幾種煙氣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的性能比較
國(guó)內(nèi)火電廠煙氣在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品眾多，本文結(jié)合各種產(chǎn)品的運(yùn)行情況，參考了擁有該種技術(shù)典型品牌產(chǎn)品的說(shuō)明書(shū)，對(duì)低排放較為關(guān)注的量程、精度等重要指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。其中小量程指的是小物理量程，而非軟件遷移的量程。
1.SO2和NOX監(jiān)測(cè)技術(shù)的比較
根據(jù)《固定污染源煙氣（SO2、NOX、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法》（HJ/T76），按低排放限值計(jì)算，SO2和NOX量程應(yīng)不大于175mg/m3和250mg/m3。非分散紫外吸收/差分法分析儀的小量程滿足HI/T76標(biāo)準(zhǔn)要求，但CEMS系統(tǒng)的整體性能不但與分析儀本身性能有關(guān)，還受煙氣預(yù)處理系統(tǒng)性能的影響。
2.煙塵監(jiān)測(cè)技術(shù)的比較
在火電廠低排放改造中，煙塵濃度一般要達(dá)到10mg/m3以下。尤其以濕式除塵改造為主要技術(shù)路線的煙氣中水分含量較大，給煙塵的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)帶來(lái)挑戰(zhàn)。β射線法技術(shù)量程低，可達(dá)到低濃度煙塵監(jiān)測(cè)的精度要求，但其成套價(jià)格較高，且β射線裝置屬于放射源，國(guó)家輻射管理部門(mén)對(duì)其銷(xiāo)售、運(yùn)輸、使用過(guò)程、報(bào)廢等都有嚴(yán)格的監(jiān)管，不便于應(yīng)用推廣，所以其在CEMS上應(yīng)用也較少。在實(shí)際應(yīng)用中一般是將煙氣等速抽取，經(jīng)升溫加熱使水分霧化不出現(xiàn)液滴，再通過(guò)光散射等低濃度測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量；另一種是將煙氣等速抽取，將加熱干燥的空氣與其按一定比例混合稀釋?zhuān)瑥亩档蜔煔庵械乃趾浚偻ㄟ^(guò)光散射等低濃度測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，結(jié)合混合氣體的稀釋比計(jì)算出煙塵濃度。這種方式采用低濃度測(cè)量原理，優(yōu)化了煙氣采樣和預(yù)處理，有效解決目前低排放改造中高濕低濃度煙塵在線監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，在濕式除塵后已有廣泛應(yīng)用。
3.煙氣預(yù)處理技術(shù)的比較
火電廠實(shí)施低排放改造后，煙氣污染物濃度大幅降低，在線監(jiān)測(cè)的適應(yīng)性取決于系統(tǒng)的檢出下限，而CEMS的檢出下限受分析儀本體和煙氣預(yù)處理裝置兩部分制約。在實(shí)際應(yīng)用的煙氣預(yù)處理中，直接抽取+冷干法占70%，均采用冷凝除水技術(shù)。該技術(shù)在冷凝過(guò)程中，冷凝水會(huì)吸收攜帶部分SO2和NOX，以致在低濃度工況下的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)嚴(yán)重失真甚至無(wú)檢測(cè)數(shù)據(jù)，不能滿足HI/T76標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。水分含量越高對(duì)測(cè)量結(jié)果影響越大，其中滲透膜除水技術(shù)對(duì)SO2測(cè)量的影響遠(yuǎn)小于其他除水技術(shù)，其除水效果優(yōu)于其他技術(shù)。由此而知，在直抽法采用紫外吸收/差分法分析儀時(shí)，應(yīng)同時(shí)選用除水效果更好的煙氣預(yù)處理技術(shù)，否則監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可能?chē)?yán)重失真甚至檢測(cè)不出數(shù)據(jù)。在稀釋法取樣中，預(yù)處理側(cè)重于對(duì)稀釋氣體的處理，通常配備的壓縮空氣凈化裝置或者發(fā)生裝置，經(jīng)精密過(guò)濾和干燥，可將露點(diǎn)降至-40℃，不需要加熱采樣管線。在CEMS中，稀釋抽取法通常與紫外熒光和化學(xué)發(fā)光技術(shù)配套使用。
五、結(jié)束語(yǔ)：
綜上所述，低排放改造實(shí)施后，進(jìn)出口煙氣特性差異較大，煙氣監(jiān)測(cè)對(duì)CEMS的系統(tǒng)配置提出了更高、更具體的要求，建議在可研或技術(shù)規(guī)范書(shū)里明確各測(cè)點(diǎn)不同污染物對(duì)煙氣取樣方式、預(yù)處理、分析儀的測(cè)量原理、量程、檢出下限等主要參數(shù)和選型的具體要求。

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  產(chǎn)品名：激光氧氣分析儀

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