2、CEMS培训课件-抽取式CEMS(旧版本)

培训教师：秦文淑1.1固定污染源连续监测的采样方式；1.2直接抽取法——热湿法；1.3直接抽取法——前处理方式；1.4直接抽取法——后处理方式；1.5抽取系统部件介绍；1.6气态污染物连续监测的分析仪器气态污染物连续监测的对象主要为二氧化硫、氮氧化物、氯化氢、硫化氢等有害气体和一氧化碳、二氧化碳等燃烧产物，主要对其进行排放浓度和排放量的计算，同时监测氧含量。仪器的采样方式主要有两种：抽取采样法和直接测量法。采样方式抽取采样法完全抽取采样前处理方式后处理方式稀释抽取采样内稀释方式外稀释方式直接测量法内置式测量外置式测量采样方式分类：直接抽取法是直接抽取烟道中的样气进行分析的方法。1烟气中气态污染物的浓度范围大，要提高测量精度？2分析仪器对样品气体的洁净度要求很高？3样气进入分析仪器时待测组分不能有损失？思考？采用红外吸收和紫外吸收等测量原理配套烟气处理系统直接抽取系统是直接从烟道或管道抽气、滤除颗粒物，将烟气送入分析仪的系统。依据配套的烟气处理系统的区别，该系统可分为三种类型：I.“热—湿”系统；II.在探头后装有“冷凝—干燥”系统；III.在分析仪前装有“冷凝—干燥”系统该系统是指加热采样管和输送气体到分析仪的管路，加热温度必须高于气体冷凝的温度。把热湿气体送入分析仪，至少要在探头上装有粗过滤器以除去颗粒物；对于易溶于水的气体，必须加热，必须小心维持从探头到分析仪所抽取的气样的温度高于露点。如果加热系统出现故障，湿气将迅速地冷却并污染整个系统，由此可能会腐蚀系统的部件、造成堵塞，甚至会引起分析仪器损伤或故障，致使整个系统崩溃。烟气中气体成分复杂，含水量高，有些成分如HCl、NH3极易被吸附，测量难度很大，例如垃圾焚烧排放。SO2和NOx遇冷凝水造成损失，并且腐蚀管路和分析仪器。采样直接高温测量法可避免以上问题。烟气测量过程中会遇到下列问题：采用直接高温测量方法，能够对包括水和HCl、NH3在内的污染物进行多组分同时测量。测量过程中气体不降温，气体成分不变，腐蚀减少。在高温状态下进行粉尘过滤，取样和反吹操作，提高了效率。1.2.3热湿系统管理：必须小心维持从探头到分析仪所抽取的气样的温度高于露点。如果加热系统发生故障，湿气将迅速地冷却并污染整个系统，由此可能会腐蚀系统的部件、造成堵塞，甚至会引起分析仪故障和损伤，致使整个系统崩溃。热湿系统检修较困难。1.2.4热湿分析系统主要分析仪器：多组分红外线气体分析仪（高温测量）；高温取样系统，包括高温取样探头；高温取样/反吹/校准系统；高温气路系统（过滤器、流量计、泵、管线等）样气处理：在气体进人分析仪前，在不损失或尽量少损失待测组分的前提下，对样气进行除尘以及降温除湿处理，获得冷却和干燥的样气。处理位置可在探头后面或分析仪器柜前面。采样后直接在探头后处理的方式称为前处理方式，采样后将样气输送到分析仪器柜前处理的方式称为后处理方式。测量结果为干烟气计量分析仪器多样化样气采样后经过除尘、除湿处理，输送过程中可避免水冷凝造成的有关问题。无需加热采样管系统相对简单，组件易于改进和更换。探头部分比较复杂，不利于检修。虽然采样气体是干气，传输距离仍然影响样气浓度。1.4.1后处理方式简介：样气经过过滤器后被输送至伴热带输气管路，通过两级冷凝脱水，再经细过滤器后进入分析仪，对烟气含量和浓度进行分析。与热—湿系统不同：经过降温、除湿处理，可以选用多种分析仪需要加热采样管存在冷凝水的相关问题系统简单，能灵活适应工程变化系统组件易于改进或更换典型的直接抽取法后处理主要流程为：具有加热装置的烟尘过滤器将样气采集至伴热带输气管路，通过两级冷凝脱水后，经细过滤器进入分析仪，对烟气浓度进行分析。它的工作过程为含尘烟气被抽入烟气采样器，烟气采样器有烟尘过滤及烟尘加热装置，滤过后的样气经加热保温的传送带，进入第一级汽水分离器，对水汽进行粗过滤，对颗粒物进行细过滤，再冷凝，然后让样气进入第二级汽水分离器，经再次过滤后，已满足仪器对样品气的要求，进入分析仪。抽取系统的基本部件主要包括：1.5.1采样探头1.5.2采样伴热管1.5.3除湿系统1.5.4采样泵1.5.5细过滤器1.5.6氮氧化物转换器采集烟气，安装过滤器和加热器过滤器：过滤烟气中的颗粒物。一般由烧结不锈钢或多孔材料制成。加装反吹功能（0.4—0.7MPa的空气反吹）加热器：安装在组件上或绕在过滤器支撑物的外面安装探头时与烟道成一定角度，冷凝在探头中的水和酸就会返回到烟道。连接采样探头和分析仪器用于在样品输送过程中，加热样气，使样气的温度始终高于烟气中介质冷凝的温度。用于热—湿系统和后处理系统实际问题：•保持整个采样伴热管均匀的温度比较困难•在冷凝器的低凹处，冷凝的水和酸会导致系统的腐蚀增加•如果在探头处没有充分滤除细颗粒物，管路会堵塞，而从加热管中除去颗粒物是很困难的•如果加热丝断了，难于发现断裂处•采样管会因冷凝物或与采样管发生反应的物质而被污染，消除污染同样是困难的安装注意事项：现场安装时要尽量减少伴热管的长度。——不超过76m从探头到除湿装置或分析仪器的整条管路，倾斜度不得小于5°避免管路弯曲，避免与其他管路绞在一起加热采样管的长度每一节不超过15m，管路内必须有3个测温探头。类型1恒功率电热带：恒功率电热带是将两根相互平行的镀镍铜绞线外缠绕铬合金电热丝，每隔一固定距离即将电热丝与导线焊接，形成一连续并联的电阻。当电源铜母线通电后，各并联电阻随之发热。通过改变加热功率调节加热温度。类型2自控温电伴热带：采用PTC材料进行加热技术。自控温电伴热带示意图PTC效应：电阻正温度系数效应(PositiveTemperatureCoefficient)，特指材料电阻随温度升高而增大，并在某一温区急剧增大的特性。具有PTC效应的材料称为PTC材料。加热时，PTC材料的电阻随之增加，当PTC达到转化温度时，PTC材料之电阻激增并大到可阻断电流，使电伴热带之温度不再升高，由此达到其自控温度的目的。采样管材料大多数系统采用PFA特氟龙或316号不锈钢，防止发生化学腐蚀和管壁吸附。将烟气温度降到水蒸气露点温度以下，除去烟气中的水份。常用方法为使用冷凝系统和干燥器。冷凝方法分为：（1）半导体制冷利用帕尔贴效应制冷。两个不同导体组成的回路通电时，一个接头吸热，另一个接头放热。特点：轻便，几乎没有移动部件；无噪声，无污染；制冷量小，对环境要求苛刻。（2）机械制冷原理与冰箱类似，用循环制冷剂和散热片冷却环境温度。（3）渗透干燥器结构与换热器类似，不同之处在于采用合成材料做成的管道。这种管道的特点是只允许水蒸气通过。当管内走烟气，管外走干燥空气时，烟气中的水蒸气大于干空气中水蒸气分压，产生一个渗透压，使烟气中的水蒸气水蒸气通过管壁进入干空气中，达到除湿目的。渗透干燥器特点：没有机械部件。不需要冷却水。增加干燥管的数量和长度可以调节干燥能力。当样气过滤不正常时易发生堵塞。温度控制失当时易发生冷凝。采样泵是抽取系统的重要组件，用以将样气从烟道传输到分析仪器中。泵的能力应满足分析仪对抽气量的要求:够流量，够压力，不漏气，不会因润滑油而被污染。应用最普遍的两种泵：隔膜泵和射流泵隔膜泵是容积泵中较为特殊的一种形式。它是依靠一个隔膜片的来回鼓动而改变工作室容积来吸入和排出液体的。气动隔膜泵主要由传动部分和隔膜缸头两大部分组成。传动部分是带动隔膜片回来鼓动的驱动机构，它的传动形式有机械传动、液压传动和气压传动等。其中应用较为广泛的是液压传动。隔膜泵的工作部分主要由曲柄连杆机构、柱塞、液缸、隔膜、泵体、吸入阀和排出阀等组成，其中由曲轴连杆，柱塞和液缸构成的驱动机构与往复柱塞泵十分相似。隔膜泵工作时，曲柄连杆机构在电动机的驱动下，带动柱塞作往复运动，柱塞的运动通过液缸内的工作液体(一般为油)而传到隔膜，使隔膜来回鼓动。在样气调节系统前使用隔膜泵，气体需要充分的过滤，泵受热要适当，安装在一级冷凝除湿器后。射流泵类似于真空泵。通过喷射空气使采样系统产生真空。产生贝努里效应。在贝努里效应中，空气射流压力比正常流动压力降低，压降使样气通过采样管。喷射速度增加，真空度也会增加。粗过滤器除去样气中的大颗粒物，由于气体分析仪几乎要求完全除去0.5μm以上的颗粒物，所以要用细过滤器，放置在分析仪的前面。表面过滤器可以是除去一定粒径颗粒物的滤纸。为使气体通过，滤纸是多孔的。微孔的大小能阻止细颗粒物穿过的块状烧结滤料也用于制造过滤器，可滤去更细的颗粒物。1.5.6氮氧化物转换器样气中存在的氮氧化物，常具有NO、NO2、N2O4等多种形态，其中除NO外，其他形态的相互转化极不稳定，分析NOx总量是有意义的，需要将NOx转化为NO才可对仪器进行标定和测量。氮氧化物转换器的工作原理是，在转换器外部通过加热器加热，使转换器内部温度达到气体与转换器内转换介质催化物质工作条件，样气从转换器一端进入，在转换器内通过吸附作用将NOx转化为成分稳定的NO，而催化剂不参与化学反应。2NO2→2NO+O2一般氮氧化物转换器的转换效率99%，加热温度大于180℃。采用不锈钢材质和聚四氟隔热管使其工作寿命大为增加。一般来说，一台分析仪包含整个系统的控制/显示单元；测量单元(光学部件单元)；信号处理单元等。杂原子分子，即含有2个或2个以上不同原子的分子，在红外光谱区域有独特的吸收特征。SO2和NO等许多其他气体吸收红外光和紫外光(例如，SO2吸收7300nm，NO吸收530Onm的红外光；SO2吸收280～32Onm，NO吸收195～225nm的紫外光)。利用污染物分子吸收特征波长光的特点，根据朗伯-比耳定律，能够测量出不同种类的污染物含量。对只含有相同原子分子，在红外区域不产生特有的振动，因此红外吸收技术不能够测量同原子分子，所以尽管烟气样品中含有大量的氮或氧，它们不会掩盖样品中其他气体的吸收。非分散红外分析仪主要检测二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、氯化氢等。常用的检测方法有:简单非分散红外(SimpleNonDispersiveInfraredNDIR)；Luft检测器；红外PAS(photo-acousticspectroscopy,光声法)测量法；气体过滤相关GFCNDlR(GasFilterCorrelation)；傅立叶变换FTlR(FourierTransformIn-FrarcdSpectroscopy)；差分光学吸收光谱法(DOAS)。1.6.1.1简单非分散红外简单NDIR分析仪用滤光片或其他的方法测量目标分子在吸收峰中心波长比较狭窄范围内的光吸收量。通过待测物质对光能量吸收的程度检测其浓度。（朗伯-比尔定律）二氧化硫在红外区域(7300nm)附近的光吸收进行浓度测量，当一束恒定的730Onm的红外光通过含有二氧化硫气体的介质时，被二氧化硫吸收，光通量被衰减，测出衰减光通量，即可求出二氧化硫的浓度。氮氧化物和二氧化硫一样，只是NO吸收光谱较弱。为了克服光源的强度和其他因素的干扰，在简单NDIR分析仪中，由光源发出光穿过两个气室：参比气室和样品气室。参比室：氮气或氢气，不吸收仪器使用波长的光，当红外光穿过样品气室时，样品中污染分子将吸收一定量的光。其结果是样品室穿过的光弱于参比室。样品室：待测气体。特点：适用于测量一种待测组分价格低，可靠耐用存在光谱干扰：干扰物与待测物吸收波长范围的光水蒸气和CO2干扰较大，需要除去。解决该问题的方法之一是用串联排列的吸收室，例如Luft检测器。1.6.1.2Luft检测器或串联气动检测器Luft检测器红外气体分析仪一个参比气室，一个样品气室并在样品气室后串联一个充有测量气体（例如SO2）的吸收室。吸收室分为前室和后室，前室短后室长。用应变器将两个气室串联起来。传感器可以检测两个气室之间气体压力的差或两个气室之间的流量。检测器工作时适当过滤的红外光穿过两个气室，因为在光谱带中心的波长吸收率较大，所以在前室，光谱带中心波长吸收的能量大于光谱带两侧的波长吸收的能量。尽管两侧波长吸收的能量比较弱，由于后室较前室长，能量能