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文檔介紹：CESM煙塵煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種對(duì)煙氣成份(SO2 、NOx、煙塵)及相關(guān)煙氣參數(shù)進(jìn)行在線自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)的設(shè)備。本設(shè)備是集光、機(jī)、電及計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品,采用國(guó)家環(huán)保總局及美國(guó)環(huán)境保護(hù)組織(USEPA)推薦的紫外差分吸收光譜技術(shù),具有在線連續(xù)測(cè)量、價(jià)格低、系統(tǒng)工作可靠、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、安裝簡(jiǎn)便、無(wú)需人員監(jiān)守等優(yōu)點(diǎn)。

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.概述

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種對(duì)煙氣成份(SO2 、NOx、煙塵)及相關(guān)煙氣參數(shù)進(jìn)行在線自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)的設(shè)備。本設(shè)備是集光、機(jī)、電及計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品,采用國(guó)家環(huán)保總局及美國(guó)環(huán)境保護(hù)組織(USEPA)推薦的紫外差分吸收光譜技術(shù),具有在線連續(xù)測(cè)量、價(jià)格低、系統(tǒng)工作可靠、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、安裝簡(jiǎn)便、無(wú)需人員監(jiān)守等優(yōu)點(diǎn)。

產(chǎn)品符合中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T76-2001?固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)條件及檢測(cè)方法?,并通過(guò)國(guó)家環(huán)保局檢測(cè)中心測(cè)試合格。

2.系統(tǒng)組成

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由氣態(tài)污染物(SO2、NOX)、顆粒物(粉塵)、煙氣參數(shù)測(cè)量子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)等組成(見(jiàn)圖一)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采樣方式,測(cè)定煙氣中污染物濃度,同時(shí)測(cè)量煙氣溫度、煙氣壓力、流速、流量、煙氣含氧量等參數(shù),送至工控單元計(jì)算出煙氣污染物排放率、排放量,顯示和打印各種參數(shù)、圖表并通過(guò)數(shù)據(jù)、圖文傳輸系統(tǒng)分別傳輸至企業(yè)污染源監(jiān)控站和環(huán)保行政管理部門。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.煙氣在線監(jiān)測(cè)儀

全套設(shè)備包括測(cè)試分析儀、凈化空氣吹掃系統(tǒng)等幾部分。由測(cè)試儀完成SO2 、NOx、煙塵濃度測(cè)量,經(jīng)過(guò)RS232口傳至現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī),完成數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)。凈化空氣吹掃系統(tǒng)向測(cè)試儀鏡片不斷的吹掃,以保持測(cè)試儀鏡片的清潔。

在整套設(shè)備中,分析儀是核心,所有原始數(shù)據(jù)的獲得全由它完成。分析儀主要包括光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、電子學(xué)測(cè)量和控制系統(tǒng)等部分。

圖2 外型及外部連接

光學(xué)系統(tǒng)

光學(xué)系統(tǒng)是完成煙氣光譜采樣的關(guān)鍵。光學(xué)系統(tǒng)主要由發(fā)射和接收兩大部分組成可燃?xì)怏w檢測(cè)儀,包括光源、透鏡、角反射器、狹縫和多道光譜儀等。光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)透鏡直接進(jìn)入煙道中,通過(guò)煙氣吸收后經(jīng)角反射器返回,由狹逢進(jìn)入光譜儀,由光柵分光,在光柵色散焦平面由二極管陣列探測(cè)器(PDA)接收。

機(jī)械結(jié)構(gòu)

機(jī)械結(jié)構(gòu)部分包括插入式氣體采樣管、二極管陣列探測(cè)器的線性檢測(cè)及本底測(cè)量裝置的機(jī)械驅(qū)動(dòng)。考慮到煙道中溫度很高煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng),而且有SO2等腐蝕性很強(qiáng)的污染氣體,所以氣體通道包括測(cè)量槽及有關(guān)配件均采用不銹鋼、透紫外光的石英玻璃材料制作,如圖3所示。氣體通道上的光學(xué)元件和密封元件均耐高溫耐腐蝕。

圖3 內(nèi)置凈化空氣導(dǎo)流系統(tǒng)

工作過(guò)程

利用氣態(tài)污染物對(duì)特定波段的光具有吸收特性,選擇波段在200nm~320nm的紫外光作光源,在此波段內(nèi)水分子和其它氣體幾乎沒(méi)有吸收。入射光被污染物吸收后,經(jīng)光柵分光,由高靈敏二級(jí)管陣列探測(cè)器測(cè)量吸收光譜,并由此經(jīng)計(jì)算機(jī)利用反演算法得到污染物的種類和含量。

氘燈發(fā)出的寬帶光譜經(jīng)石英聚光透鏡后通過(guò)光分束器,再由反射鏡反射到準(zhǔn)直透鏡,通過(guò)前窗鏡照射到探頭后端的角反射鏡上,探頭窗鏡上裝有透光波段200nm~250nm的紫外濾光片。角反射鏡反射光按原光路返回到光分束器上,然后經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡照射到光譜儀的入射狹縫上,通過(guò)光柵色散形成光譜。D探測(cè)器輸出的信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后送入高速信號(hào)采集A/D和CPU處理單元;控制處理單元的功能是將該信號(hào)數(shù)字化并存入存儲(chǔ)器,然后由系統(tǒng)總控制單元采用適當(dāng)?shù)厮惴▽?duì)其進(jìn)行處理得到SO2 、NOx濃度、煙氣溫度等信息。在數(shù)據(jù)分析和處理中采用硬件和軟件平均濾波技術(shù),構(gòu)成了差分吸收光譜測(cè)量系統(tǒng),從而使光源強(qiáng)度隨著時(shí)間的慢變化

圖4 紫外差分吸收光譜法煙道SO2在線監(jiān)測(cè)技術(shù)原理

不影響測(cè)量精度。由于計(jì)算是通過(guò)吸收峰來(lái)進(jìn)行的,是由譜線的峰值和谷值來(lái)反演出來(lái)的,而粉塵只是對(duì)整條譜線起著衰減的效果。當(dāng)然若粉塵密度太大,以至于發(fā)出的光回不來(lái)了,或衰減至一個(gè)極低的水平,那么吸收譜線不能分辨,此時(shí)這種方法就不適用了。水汽沒(méi)有影響也是同樣道理。

工作原理

1、 SO2 /NOx測(cè)量

根據(jù)Beer定理,探測(cè)器接收的透過(guò)吸收介質(zhì)的光譜強(qiáng)度可表示為:

s:SO2 /NOx吸收截面

N:SO2 /NOx濃度

a2:除SO2 /NOx以外的其它氣體散射和吸收所引起的消光系數(shù)

圖5 煙氣中主要吸收氣體分布

煙塵的測(cè)量

根據(jù)Beer定理,采用不透明度測(cè)試原理,即單色平行光束進(jìn)入充滿氣體和顆粒物的煙氣時(shí)汽油檢測(cè)儀,其光強(qiáng)因煙氣中顆粒物對(duì)光的吸收和散射作用而減弱。

I0 :發(fā)射光強(qiáng) I :接收光強(qiáng)

K :消光系數(shù)l :光程 c :煙塵濃度

煙氣在線監(jiān)測(cè)儀的技術(shù)特點(diǎn)

? 一臺(tái)設(shè)備可同時(shí)測(cè)量多種煙氣成份;

? 光柵光譜儀分光,二極管陣列PDA為光譜采樣器,省去了用光電倍增管的光譜掃描機(jī)構(gòu),使系統(tǒng)更穩(wěn)定、測(cè)量更精確;

? 光譜采樣在煙道中,省去了復(fù)雜的抽氣和定標(biāo)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè);

? 氣體濃度計(jì)算中應(yīng)用光學(xué)差分吸收技術(shù),可消除煙塵及光源幅度慢變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響;

? 儀器中空氣吹掃裝置保證煙道內(nèi)光學(xué)元件不被煙氣污染,延長(zhǎng)了維護(hù)周期,提高了測(cè)量精度。

? 特有的技術(shù)和設(shè)計(jì),保證了系統(tǒng)幾乎沒(méi)有零點(diǎn)漂移。

主要技術(shù)指標(biāo)

檢測(cè)項(xiàng)目

量程

零點(diǎn)漂移

量程漂移

線性

SO2

2000ppm

≤±2.0%F.S.

≤±2.5%F.S.

≤±5.0%F.S.

NOx

2000ppm

≤±2.0%F.S.

≤±2.5%F.S.

≤±5.0%F.S.

煙塵

1000mg/m3

≤±2.0%F.S.

≤±5.0%F.S.

相關(guān)性≥0.90

2.2.氧化鋯氧量分析儀

工作原理

氧化鋯氧量分析儀的傳感器核心元件是用穩(wěn)定氧化鋯固體電解質(zhì)材料制作而成的氧化鋯管,在600℃以上的溫度時(shí),它具有良好的氧離子導(dǎo)電性。在鋯管封閉端兩側(cè)涂覆多孔鉑電極,當(dāng)鋯管兩側(cè)的氧濃度不同時(shí),高濃度側(cè)的氧分子獲得鉑電極上的自由電子,以離子的形式同過(guò)氧化鋯離子導(dǎo)體到達(dá)低濃度側(cè)煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng),通過(guò)鉑電極釋放出電子,變成氧氣釋放出來(lái)。這樣兩側(cè)產(chǎn)生一氧濃度差電勢(shì),形成一個(gè)電池。

根據(jù)能斯特方程有:

式中:R-氣體常數(shù)

T-絕對(duì)溫度

F-法拉第常數(shù)

P1-參比氣體的氧分壓

P2-待測(cè)氣體的氧分壓

E-氧濃度差電勢(shì)

通過(guò)適當(dāng)?shù)膿Q算處理,即可得到被測(cè)氣體的氧濃度。

特點(diǎn)

氧化鋯氧量分析儀是采用進(jìn)口關(guān)鍵零部件和先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)制作而成的具有維修簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)的一種新型測(cè)氧儀器。其特點(diǎn)如下:

1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝方便。

2、進(jìn)口的原材料制作的鋯管具有很強(qiáng)的抗熱沖擊性煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng),

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