固定污染源烟气排放氮氧化物(NOx)连续监测技术和质量保证

固定污染源烟气排放氮氧化物�NOx�连续监测技术和质量保证中国环境监测总站王强2011年5月烟气排放连续监测系统�CEMS�的一部分50%-60%左右安装�NO�氮氧化物NOx一般包括NO和NO2烟气排放连续监测系统�CEMS�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。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。基本技术分类分类分类二氧化硫二氧化硫氮氧化物氮氧化物直接抽取直接抽取式式冷干冷干非分散红外非分散红外非分散紫外非分散紫外DOASDOASGFCGFC电化学电化学非分散红外非分散红外非分散紫外非分散紫外DOASDOASGFCGFC电化学电化学热湿热湿DOASDOAS傅立叶红外傅立叶红外非分散红外非分散红外DOASDOAS傅立叶红外傅立叶红外非分散红外非分散红外稀释抽取式稀释抽取式紫外荧光紫外荧光化学发光化学发光直接测量式直接测量式DOASDOAS非分散紫外非分散紫外非分散红外非分散红外DOASDOAS非分散紫外非分散紫外非分散红外非分散红外NOx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、化学发光等说明�测试的原理不同�其检测结果状态不同NOx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�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取样方式取样方式分类分类关键部件关键部件稀释抽取式稀释抽取式烟道内稀释烟道内稀释稀释探头、零气系统稀释探头、零气系统烟道外稀释烟道外稀释稀释探头、零气系统稀释探头、零气系统直接抽取式直接抽取式冷干法冷干法烟道边脱水烟道边脱水�前处理方式��前处理方式�NafionNafion管脱水管脱水NafionNafion管脱水系统管脱水系统冷凝器脱水冷凝器脱水冷凝器、泵冷凝器、泵分析小屋内脱水分析小屋内脱水�后处理方式��后处理方式�冷凝器脱水冷凝器脱水伴热管、冷凝器、泵伴热管、冷凝器、泵热湿法热湿法全程伴热全程伴热�不处理方式��不处理方式�伴热管伴热管直接抽取法----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。�不处理�分析方法�紫外差分吸收�DOAS�、傅立叶红外非分散红外输送中气体不降温�成分不变吸附很少测试结果为气体的湿基浓度直接抽取法----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稀释抽取法稀释探头�在采样探头顶部�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稀释抽取法-NOx分析方法�化学发光法�NOx��预处理过程较少�化学发光法测试原理图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�传感器和探头直接安装在烟道上�采用光学法测量�线测量��内置式/外置式��单光程/双光程�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�非分散红外由于没有取样装置�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直接测量内置和外置式结构示意图�双光程�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、超声波法烟气温度�铂电阻法、热电偶法等烟气压力�压力传感器�动压/静压�烟气湿度�干/湿氧法、高温电容法、红外吸收法等含氧量�电化学法、氧化锆法、顺磁法①CEMS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②CEMS标态干基浓度�0℃�101.325kPa�����273273101325������静压大气压烟温实测干基浓度标态干基浓度������湿度静压大气压烟温实测湿基浓度标态干基浓度��������1273273101325③CEMS标况下折算浓度④注意区分CEMS软件界面上监测数据的数据状态标气钢瓶状态�20℃�101.325kPa��转换系数变化含氧量实测值系数该污染源实际过剩空气��%21%21标准过剩空气系数实际过剩空气系数标态干基浓度标干折算浓度��说明�HJ/T75-2007考核技术指标中规定的NOx浓度范围�分段标准�均指的是污染源标态干基浓度值分段的浓度值当单位是mg/m3时�均指的是标态干基浓度表中NOX浓度单位变换mg/m3时应以NO2计CEMS比对监测技术指标要求检测项目考核指标颗粒物准确度当参比方法测定烟气中颗粒物排放质量浓度�≤50mg/m3时�绝对误差不超过±15mg/m3。�50mg/m3�≤100mg/m3时�相对误差不超过±25%��100mg/m3�≤200mg/m3时�相对误差不超过±20%��200mg/m3时�相对误差不超过±15%。当参比方法测定SO2排放浓度�≤20ppm�57mg/m3�时�绝对误差≤6ppm�17mg/m3��20ppm�≤250ppm�715mg/m3�时�相对误差≤20%��250ppm时�相对准确度≤15%气态污染物准确度当参比方法测定NOX排放浓度��以NO2计�≤20ppm�41mg/m3�时�绝对误差≤6ppm�12mg/m3��20ppm�≤250ppm�513mg/m3�时�相对误差≤20%��250ppm时�相对准确度≤15%流速相对误差流速�10m/s时�不超过±10%�流速≤10m/s时�不超过±12%。烟温绝对误差不超过±3℃氧量相对准确度≤15%2•样品中的二氧化氮在进行分析时�一般需要先转化为一氧化氮�才能进行浓度分析。二氧化氮到一氧化氮的还原转化过程�通常由分析仪内的一个转化炉完成�其转化过程公式如下�•3NO2�Mo→300~350ºC→3NO�MoO3OR•2NO2→S.S.Converter→600ºC→2NO�O22•转化炉分为钼转化炉和丌锈钢转化炉两种�在常态浓度下使用钼转化炉进行转化�而样品浓度偏高时需要使用丌锈钢转化炉。•通常情况下�钼转化炉的寿命为5000ppm小时�既浓度为5000ppm的二氧化氮样品�连续进入钼炉一小时�钼炉既失效。•由于各个厂商的设计样品流量和钼粉填充量丌同�所以温度通常控制在150~350ºC之间。•转化效率一般要求大于95%烟尘烟气CEMS出具有效数据全过程的外部质控过程合格污染源在线监测仪器环境监测仪器适用性检测�每型号1套�合格仪器销售仪器安装调试验收前调试检测�每套�验收检测�每套�仪器运行使用合格运营维护�每套�数据有效性审核�含比对监测��每套�在线监测数据可作为环境管理和执法监督的依据ⅠⅡⅢ现场检查�每套�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23烟气CEMS安装目的烟气CEMS安装�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。大于安装位置后管段的长度。注�烟气方向�直径�d烟气测孔4d2d监测位置�√�监测位置�√�监测位置�√�•系统数量�有效小时均值�整点1小时内丌少于45分钟的有效数据的算术平均值�针对1拖2等情况丌允许��每台固定污染源排放设备应安装一套烟气CEMS•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•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。在丌影响参比方法取样前提下�尽可能靠近参比方法取样孔�前丌小于1.5倍烟道或管道直径�后丌小于半倍烟道或管道直径CEMS的安装——维护平台•面积应丌小于5m2•平台宽度不长度应丌小于2m�或平台的宽度应丌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——维护平台多层采样平台CEMS的运行——现场检查�1�掌握CEMS在污染源的基本情况A.污染源所在的地理位置B.排污企业的类型C.污染物处理设施的情况CEMS的运行——现场检查D.污染源正常生产工况下的排放情况污染物种类排放浓度烟气流速烟气温度烟气静压烟气湿度CEMS的运行——现场检查E.排放口的基本情况由采样烟道的形状、尺寸估算出应使用采样枪的长短以及比对测试工作量的初步情况F.参比方法检测环境条件参比监测烟道直管段情况�参比测试孔情况�位置、数目、大小满足要求��采样平台、护栏情况�平台高度、爬梯情况G.监测现场的安全性CEMS的运行——现场检查�2�了解安装在该污染源的CEMS的基本情况A.CEMS的型号、品牌、配置、安装、调试完成时间等基本信息B.CEMS的采样和分析测试原理�数据状态�CEMS的运行——现场检查�实施现场检查�•采样和预处理系统•分析系统和分析小屋或控制室•辅助系统•系统数据记录和处理系统�操作软件�采样和预处理系统检查-通道和现场条件•电梯工作情况�如果有�•现场的防护性�操作人员维护的外部环境条件�平台、护拦等�•现场烟道的腐蚀和振动情况•烟气静压变化�正/负�•现场飞灰等其它杂物堆放情况•现场感觉到的污染气体的泄漏情况�是否存在�采样和预处理系统检查-采样探头和泵•目视检查�清洁度、灰尘�•法兰情况�螺栓情况�锈死在法兰上�•采样探头的腐蚀、堵塞情况•采样泵的工作情况�有无腐蚀��采样流量的变化�稳定��腐蚀、噪声、泄漏、泵膜和轴承的更换�•探头情况�湿、粘的颗粒物的黏附��略微向下倾斜��探头随气流抖动程度�采样和预处理系统检查-采样管线和除湿系统、过滤器•从探头至分析小屋管线布设情况�至少倾斜5度��管线是否有纽结、缠绕甚至腐蚀、断裂�•伴热管线加热情况�伴热管线的对接部分、刚出探头部分等接头是否有非加热环节��高温��伴热管线的温度设置温度/实测温度机柜读出�•除湿装