污染源在线监测系统(NOx)(XXXX-05-30)郭炜

固定污染源氮氧化物排放连续监测系统中科天融（北京）科技有限公司氮氧化物连续监测系统组成1氮氧化物连续监测原理介绍2脱硝系统逃逸氨的监测3CEMS系统质量控制及常见故障4CEMS系统检查中的常见问题5一、氮氧化物连续监测系统组成CEMS的系统组成：I.颗粒物排放浓度监测子系统II.气态污染物排放浓度监测子系统（SO2、NOx、CO、CO2等）III.烟气参数监测子系统（温度、压力、流速/流量、氧含量、湿度等）IV.数据采集与处理系统（显示、存储、打印、传输等）颗粒物监测子系统主要对烟气排放中的烟尘浓度进行测量。气态污染物监测子系统主要对烟气排放中NOx、SO2、CO、CO2等气态方式存在的污染物进行监测。烟气排放参数监测子系统主要对排放烟气的温度、压力、湿度、含氧量等参数进行监测，用以将污染物的浓度转换成标准干烟气状态和规定过剩空气系数下的浓度，符合环保计量的要求以及污染物排放量的计算。数据处理子系统主要是完成测量数据的采集、存储、统计功能，并根据环保部门的要求的格式将数据传输到环保局相关部门。喷入NH3锅炉催化剂阵列空气加热器催化剂单元催化反应器脱硝系统入口NOX、O2分析仪脱硝系统出口NOX、O2、NH3分析仪图：气体纵流方式反应器烟气脱硝系统的监测：烟气脱硝系统：脱硫系统入口：NOx，O2；脱硫系统出口：NOx，NH3，O2；环保排放监测系统：总出口：颗粒物，SO2，NOx，（CO），O2，温度，压力，湿度，流量；二、氮氧化物连续监测系统原理CEMS基本技术气态污染物CEMS取样技术气态污染物CEMS分析技术气态污染物CEMS取样技术气态污染物CEMS取样技术稀释抽取法直接抽取法直接测量法烟道内稀释烟道外稀释冷-干法热-湿法点测量线测量稀释抽取法就是使用无污染的干空气稀释样气至稀释混合气露点以下的一种抽取检测方法稀释探头的工作方式通常为三种：取样、反吹和校准稀释抽取法(Dilution-Extractive)稀释抽取法(Dilution-Extractive)稀释抽取系统（采样探头）为保证恒定的稀释比，采样探头使用音速小孔。当系统能够满足设定的最小真空度要求时，音速小孔两端的压差将大于0.46倍，此时通过音速小孔的气体流量将是恒定的，温度压力的变化将不会影响稀释比。稀释气洁净系统稀释气需要免于油、颗粒物、二氧化碳、氮氧化物和二氧化硫的污染紫外荧光测量SO2，化学发光测量NOx;需要多个分析单元组合；氧含量需单独配置采样系统或采用直接测量法；测量数据需要转换成标准状态下的干态烟气数值；样气传输不采用加热管线；探头稀释用空气需严格控制；探头稀释比例需要随时校准；稀释抽取法气态污染物测量系统特点直接抽取法(SourceLevelExtractive)在我国已安装的气态污染物CEMS中，直接抽取法大约占70%（不完全统计）直接抽取法又可分为冷-干直接抽取和热-湿直接抽取，我国安装的基本为冷-干直接抽取法冷-干抽取法给出的烟气浓度为干基，热-湿抽取法给出的烟气浓度为湿基直接抽取法(SourceLevelExtractive)探头保温和校准内过滤反吹直接抽取法取样探头和过滤伴热管线不宜过长5°倾斜线卡箍距离：垂直4-5米，水平3-4米自限温和恒功率伴热除湿系统冷却器和取样泵位置压缩机制冷电子制冷（玻尔帖效应）Nafion管氮氧化物转换器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。直接抽取法气态污染物测量系统特点：红外/紫外光吸收测量分析单元;一个分析单元可同时测量SO2、NOx、CO2、CO；可将测氧（O2）单元与红外单元共同置于同一分析仪内；测量数据为标准状态下的干态烟气数值，数据直观；样气传输采用加热管线（120℃以上）；预处理系统复杂；要求密封性好。直接测量法直接测量法气态污染物测量系统通常采用差分吸收光谱原理的分析仪;不需要采样和预处理系统，结构简单。测量NOx通常需要配置电化学法插入式仪表；氧含量通常采用氧化锆直接测量法；测量数据需要转换成标准状态下的干态烟气数值；温度、压力的变化会显著影响分子吸收能量的效率，需要随时进行温度压力的修正；探头的防护十分重要；通常不能在线校准零漂和量漂；直接测量法气态污染物测量系统特点气态污染物CEMS——分析技术紫外荧光化学发光非分散红外NDIR紫外吸收紫外差分DOAS定电位电解取样方法二氧化硫氮氧化物稀释取样法紫外荧光化学发光直接抽取法非分散红外非分散红外非分散紫外定电位电解定电位电解直接测量法DOASDOAS紫外吸收气态污染物CEMS主要分析方法三、逃逸氨（NH3）的测量喷入NH3锅炉催化剂阵列空气加热器催化剂单元催化反应器脱硝系统入口NOX、O2分析仪脱硝系统出口NOX、O2、NH3分析仪图：气体纵流方式反应器烟气脱硝系统的监测：出口NH3浓度：被控制在3ppm以下脱硝装置的控制实例脱硝入口NOx:350ppm确定NH3喷入量目标值脱硝出口（目标）Nox：75~115ppmNH3:3ppm以下Case1NOx:120ppmNH3:0.1ppm→建议增加NH3Case2NOx:120ppmNH3:4ppm→建议增加NH3（具有腐蚀性）→脱硝效率降低→须对脱硝装置进行整体维护Case3NOx:65ppmNH3:4ppm→建议减少NH3可以为确定整体维护时间提供依据可以综合判断并调整NH3喷入量可是实际上出口的浓度为下面的情况时・・・控制NH3喷入量的目的在脱硝出口的NH3浓度目标：3ppm以下NH3多NH3适量NH3少１．NH3的消耗量增加２．热交换器的效率变差３．运行费用增加４．因NH4HSO4析出造成的腐蚀为了保证逃逸氨在合适范围内需对脱硝出口逃逸氨进行高精度测量⇒3ppm的高灵敏度分析仪是必要的１．NOｘ脱硝效率下降２．产生违反NOｘ排放标准的风险３．如果SO2的浓度高、有可能与NH3发生反应NH4HSO4的问题De-NOxAHEPNox/O2Nox/O2逃逸NH3喷入NH3200℃Ambientair350℃250℃化学反应4NO+4NH3+O2→4N2+6H2ONO2+NO+2NH3→2N2+3H2OBoiler如果在这里残留了大量的NH3?NH4HSO4的问题De-NOxAHEPNOx/O2Nox/O2SlipNH3喷入NH3200℃Ambientair350℃250℃化学反应！NH3＋SO3→NH4HSO42NH3+SO3+H2O→NH4SO4Boiler另外、NH4HSO4中的H与烟尘中的金属元素（Al）发生反应、生成AI(NH4)(SO4)2→附着在热交换器和管道上，很难除去NH4HSO4的问题大气200℃热交换器NH4HSO4的问题20℃200℃断面图烟气NH4HSO4阻塞管道→因清扫而造成设备不能正常运行NH4HSO4的腐蚀性→设备使用寿命变短热交换器的热交换效率下降关于测量NH3的方法手工分析自动连续分析直接法紫外吸光法（209nm）、使用氘灯红外吸光法（9~10μm）激光吸光法间接法在采样点、将定量的NH3氧化或者还原，然后通过反应前后的NOｘ浓度差导出NH3浓度的方法关于测量NH3的方法测量原理量程重现性响应速度直接法紫外吸光法0-20ppm~1%~30~60秒红外吸光法0-500ppm~1%~30~60秒激光吸光法0-30ppm~1%~6秒以下间接法化学发光法0-10ppm~0.5~1%90秒以下针对高烟尘的措施Opticalpathlength1m10mDustconcentration300~4800mg/m330~480mg/m3EX)Opacity分析仪（吸光度仪）的可选择的测量量程取决于烟尘量和光路长Plantgenerationsize600MW/hourDiameterofduct10mDustconcentration20-40g/Nm3Moisture15-20%Flowspeed1300000--6100000Nm3/hSO3concentration75mg/Nm3Gastemp.350-400degreeC.脱硝设备出口烟气条件直接法（激光法）因高烟尘光线无法透过直抽法不受烟尘的影响采样探头通过自带的反吹单元进行清扫四、CEMS系统质量控制及常见故障CEMS系统质量控制流程系统设计排污口整治设备安装数据联网系统性能调试•安装位置•系统组成•技术参数•平台、走梯、开孔•预埋、预制•水、电、气施工•设备安装、连接•管、线敷设连接•水、电、气连接•标校设备•功能测试•通讯协议联调•数据上传率调试•数据有效性调试运营维护管理日常维护保养日常巡检定期校准和校验CEMS系统运行质量管理日常巡检现场环境检查：检查系统设备使用和维护条件。（平台，走梯，牢固，防护等）探头及管线：采样系统工作可靠性检查。（密封，堵塞，腐蚀，破损，加热等）分析仪器：检查分析仪器工作可靠性检查。（部件磨损，腐蚀，消耗，工作状态等）数据和参数：数据计算的可靠性检查。（主要参数，定期校准等）标准气体：校准的可靠性检查。（精度等级，有效期，气瓶压力，连接等）CEMS日常运行维护现场环境检查各项参数的状态。平台、扶梯、护栏，积水，积灰，牢固，安装点是否振动影响CEMS正常运行的其他环境因素（强磁场，高温等）CEMS日常巡检内容探头及管线安装是否牢固，有无抖动、下垂现象。防护性护罩是否密封，探头表面是否保持清洁，反吹系统是否正常工作。反吹气体压力是否正常，反吹气体是否被过滤清洁。采样管线加热是否完好，加热温度是否达到规定温度。无论加热管线还是非加热管线，整体完好状况怎样，是否腐蚀、脆裂、变脏。CEMS日常巡检内容分析仪器的巡查操作指示以及警告灯状态。分析仪系统内管路或部件上是否有凝结水和灰尘。颗粒物准直性如何。记录仪表的显示值和时间，是否和控制室内一致。零部件、阀等是否腐蚀或泄漏，塑料或橡胶组件是否老化、破损。冷凝水是否能够顺利排出，污染物气体有无被吸收或吸附的可能性样气采样流量和压力是否符合手册的规定CEMS日常巡检内容标准物质标准气体钢瓶号和标签信息（浓度值、生产厂商、日期、不确定度等），是否在有效期内。标气钢瓶内压力（和初始压力对比）是否满足使用要求。针阀腐蚀或漏气吗，酸性气体应使用正确的装置。气体管线和减压阀装置是否被腐蚀或被损坏。CEMS日常巡检内容数据和参数分析仪面板上灯、指示和报警等的状态。各分析仪的读数是否正常，与当前工况符合。零点和跨度控制的设置，是否定期进行（自动）。各测试参数的值，如：灯电压、电流值等。对于颗粒物系统，明确相关系数是多少，怎样被设置的。参数设置是否正确，如，烟道尺寸、速度场系数、修正系数等。历史数据有无缺失情况。检查定期维护记录，更换耗材、部件、维修等日期。检查定期校准校验的记录。认真填写巡检记录。CEMS日常巡检内容定期校准：具有自动校准功能的颗粒物CEMS和气态污染物CEMS应每24h自动校准一次仪器零点和量程；b.无自动校准功能的颗粒物CEMS应至少每3个月用校准装置校正仪器的零点和量程；c.无自动校准功能的气态污染物CEMS（直接测量法）至少30d用参比方法检查一次准确度是否符合要求；d.无自动校准功能的气态污染物CEMS（完全抽取法）至少15d用零气和高浓度标准气（80%～100%的满量程值）或校准装置校准一次仪器零点和量程；e.无自动校准功能的流速CMS应至少每3个月校准仪器的零点。CEMS定期校准与校验定期校验：至少6个月做一次标定校验；标定校验用参比方法和CEMS同时段数据进行比对，按