煙塵煙氣

連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)

〔CEMS〕羅超概述氣態(tài)污染物監(jiān)測系統(tǒng)顆粒物監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)容煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)：ContinuousEmissionMonitoringSystem，簡稱

CEMS該系統(tǒng)對固定污染源顆粒物濃度和氣態(tài)污染物濃度以及污染物排放總量進(jìn)行連續(xù)自動監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息傳送到環(huán)保主管部門，以確保排污企業(yè)污染物濃度和排放總量達(dá)標(biāo)。1概述1.1CEMS的含義污染物煙氣參數(shù)主要監(jiān)測對象〔“十一五〞期間〕顆粒物氣態(tài)污染物SO2NOxCO、HCl氧含量煙氣流速煙氣濕度溫度、壓力顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)煙氣排放參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)1.2CEMS的組成要求符合HJ/T75—2007和HJ/T76—2007氣態(tài)污染物測量原理顆粒物測量原理含氧量測量原理流速測量原理煙氣濕度測量原理1.3CEMS的測量原理紅外光譜法紫外光譜法紫外熒光法〔SO2〕化學(xué)發(fā)光法〔NOX〕紫外差分吸收光譜〔DOAS〕法1.3.1氣態(tài)污染物測量系統(tǒng)原理完全抽取系統(tǒng)稀釋抽取系統(tǒng)直接測量法？濁度儀光通過煙氣時光強(qiáng)度的變化，測量透過率光散射檢測儀光通過煙氣時，在預(yù)設(shè)角度測量散射光的強(qiáng)度閃爍法1.3.2顆粒物測量系統(tǒng)原理氧化鋯分析儀〔濕基氧濃度〕順磁氧分析儀化學(xué)電池〔便攜式〕1.3.3含氧量測量系統(tǒng)原理皮托管差壓法熱傳感系統(tǒng)超聲波流速檢測儀1.3.4流速測量系統(tǒng)原理直接測量：電容式傳感器干濕氧法1.3.5煙氣濕度測量系統(tǒng)原理氣態(tài)污染物連續(xù)監(jiān)測的對象主要為二氧化硫、氮氧化物、氯化氫、硫化氫等有害氣體和一氧化碳、二氧化碳等燃燒物，主要對其進(jìn)行排放濃度和排放量的計算，同時監(jiān)測氧含量。2氣態(tài)污染物監(jiān)測系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測的采樣方式直接抽取法是直接抽取煙道中的樣氣進(jìn)行分析的方法。存在問題：1煙氣中氣態(tài)污染物的濃度范圍大2分析儀器對樣品氣體的潔凈度要求很高3樣氣進(jìn)入分析儀器時待測組分沒有損失2.1直接抽取式CEMS采用紅外吸收和紫外吸收等測量原理配套煙氣處理系統(tǒng)直接抽取系統(tǒng)是直接從煙道或管道抽氣、濾除顆粒物，將煙氣送入分析儀的系統(tǒng)。依據(jù)配套的煙氣處理系統(tǒng)的區(qū)別，該系統(tǒng)可分為三種類型：“熱—濕〞系統(tǒng)；在探頭后裝有“冷凝—枯燥〞系統(tǒng)；在分析儀前裝有“冷凝—枯燥〞系統(tǒng)煙氣中氣體成分復(fù)雜，含水量高，有些成分如HCl、NH3極易被吸附，測量難度很大，例如垃圾燃燒排放。SO2和NOx遇冷凝水造成損失，并且腐蝕管路和分析儀器。熱—濕法是采用專用的加熱采樣探頭將煙氣從煙道中抽取出來，過濾后經(jīng)過伴熱傳輸，使煙氣在傳輸中不發(fā)生冷凝，然后進(jìn)入分析儀進(jìn)行分析檢測。2.1.1熱—濕系統(tǒng)采用直接高溫測量方法，能夠?qū)Πㄋ虷Cl、NH3在內(nèi)的污染物進(jìn)行多組分同時測量。測量過程中氣體不降溫，氣體成分不變，腐蝕減少。在高溫狀態(tài)下進(jìn)行粉塵過濾，取樣和反吹操作，提高了效率。2.1.1.1熱—濕系統(tǒng)的特點(diǎn)必須小心維持從探頭到分析儀所抽取的氣樣的溫度高于露點(diǎn)。如果加熱系統(tǒng)發(fā)生故障，濕氣將迅速地冷卻并污染整個系統(tǒng)，由此可能會腐蝕系統(tǒng)的部件、造成堵塞，甚至?xí)鸱治鰞x故障和損傷，致使整個系統(tǒng)崩潰。不利于檢修2.1.1.2熱—濕系統(tǒng)的特點(diǎn)2.1.1.3熱—濕系統(tǒng)流程圖樣氣處理：在氣體進(jìn)人分析儀前，在不損失或盡量少損失待測組分的前提下，對樣氣進(jìn)行除塵以及降溫除濕處理，獲得冷卻和枯燥的樣氣。處理位置可在探頭后面或分析儀器柜前面。采樣后直接在探頭后處理的方式稱為前處理方式，采樣后將樣氣輸送到分析儀器柜前處理的方式稱為后處理方式。2.1.2前處理方式測量結(jié)果為干煙氣計量分析儀器多樣化樣氣采樣后經(jīng)過除塵、除濕處理，輸送過程中可防止水冷凝造成的有關(guān)問題。無需加熱采樣管系統(tǒng)相對簡單，組件易于改進(jìn)和更換。探頭局部比較復(fù)雜，不利于檢修。雖然采樣氣體是干氣，傳輸距離仍然影響樣氣濃度。2.1.2.1前處理方式的特點(diǎn)樣氣經(jīng)過過濾器后被輸送至伴熱帶輸氣管路，通過兩級冷凝脫水，再經(jīng)細(xì)過濾器后進(jìn)入分析儀，對煙氣含量和濃度進(jìn)行分析。與熱—濕系統(tǒng)不同：經(jīng)過降溫、除濕處理，可以選用多種分析儀2.1.3后處理方式需要加熱采樣管存在冷凝水的相關(guān)問題系統(tǒng)簡單，能靈活適應(yīng)工程變化系統(tǒng)組件易于改進(jìn)或更換2.1.2.1后處理方式的特點(diǎn)抽取系統(tǒng)的根本部件主要包括：采樣探頭采樣伴熱管過濾器除濕系統(tǒng)采樣泵氣體分析儀等。2.1.4抽取系統(tǒng)的部件2.1.4.1采樣探頭采集煙氣，安裝過濾器和加熱器過濾器：過濾煙氣中的顆粒物。一般由燒結(jié)不銹鋼或多孔材料制成。加裝反吹功能〔0.4—0.7MPa的空氣反吹〕加熱器：安裝在組件上或繞在過濾器支撐物的外面安裝探頭時與煙道成一定角度，冷凝在探頭中的水和酸就會返回到煙道。2.1.4.2采樣伴熱管連接采樣探頭和分析儀器用于在樣品輸送過程中，加熱樣氣，使樣氣的溫度始終高于煙氣中介質(zhì)冷凝的溫度。用于熱—濕系統(tǒng)和后處理系統(tǒng)2.1.4.2采樣伴熱管實(shí)際問題：保持整個采樣伴熱管均勻的溫度比較困難在冷凝器的低凹處，冷凝的水和酸會導(dǎo)致系統(tǒng)的腐蝕增加如果在探頭處沒有充分濾除細(xì)顆粒物，管路會堵塞，而從加熱管中除去顆粒物是很困難的如果加熱絲斷了，難于發(fā)現(xiàn)斷裂處采樣管會因冷凝物或與采樣管發(fā)生反響的物質(zhì)而被污染，消除污染同樣是困難的2.1.4.2采樣伴熱管安裝本卷須知：現(xiàn)場安裝時要盡量減少伴熱管的長度。——不超過76m從探頭到除濕裝置或分析儀器的整條管路，傾斜度不得小于5°防止管路彎曲，防止與其他管路絞在一起加熱采樣管的長度沒一節(jié)不超過15m，管路內(nèi)必須有3個測溫探頭。2.1.4.2采樣伴熱管類型1恒功率電熱帶：恒功率電熱帶是將兩根相互平行的鍍鎳銅絞線外纏繞鉻合金電熱絲，每隔一固定距離即將電熱絲與導(dǎo)線焊接，形成一連續(xù)并聯(lián)的電阻。

通過改變加熱功率調(diào)節(jié)加熱溫度。2.1.4.2采樣伴熱管類型2自控溫電伴熱帶：采用PTC材料進(jìn)行加熱技術(shù)PTC效應(yīng)：電阻正溫度系數(shù)效應(yīng)(PositiveTemperatureCoefficient)，特指材料電阻隨溫度升高而增大，并在某一溫區(qū)急劇增大的特性。具有PTC效應(yīng)的材料稱為PTC材料。加熱時，PTC材料的電阻隨之增加，當(dāng)PTC到達(dá)轉(zhuǎn)化溫度時，PTC材料之電阻激增并大到可阻斷電流，使電伴熱帶之溫度不再升高，由此到達(dá)其自控溫度的目的。2.1.4.3除濕系統(tǒng)將煙氣溫度降到水蒸氣露點(diǎn)溫度以下，除去煙氣中的水份。常用方法為使用冷凝系統(tǒng)和枯燥器。〔1〕半導(dǎo)體制冷利用帕爾貼效應(yīng)制冷。兩個不同導(dǎo)體組成的回路通電時，一個接頭吸熱，另一個接頭放熱。特點(diǎn)：輕便，幾乎沒有移動部件；無噪聲，無污染；制冷量小，對環(huán)境要求苛刻。2.1.4.3除濕系統(tǒng)〔2〕機(jī)械制冷原理與冰箱類似，用循環(huán)制冷劑和散熱片冷卻環(huán)境溫度。〔3〕滲透枯燥器結(jié)構(gòu)與換熱器類似，不同之處在于采用合成材料做成的管道。這種管道的特點(diǎn)是只允許水蒸氣通過。當(dāng)管內(nèi)走煙氣，管外走枯燥空氣時，煙氣中的水蒸氣大于干空氣中水蒸氣分壓，產(chǎn)生一個滲透壓，使煙氣中的水蒸氣水蒸氣通過管壁進(jìn)入干空氣中，到達(dá)除濕目的。2.1.4.3除濕系統(tǒng)〔3〕滲透枯燥器特點(diǎn)：沒有機(jī)械部件。不需要冷卻水。增加枯燥管的數(shù)量和長度可以調(diào)節(jié)枯燥能力。當(dāng)樣氣過濾布正常時易發(fā)生堵塞。溫度控制失當(dāng)時易發(fā)生冷凝。2.1.4.4采樣泵采樣泵是抽取系統(tǒng)的重要組件，用以將樣氣從煙道傳輸?shù)椒治鰞x器中。泵的能力應(yīng)滿足分析儀對抽氣量的要求:夠流量，夠壓力，不漏氣，不會因潤滑油而被污染。

隔膜泵和射流泵2.1.4.4采樣泵〔1〕隔膜泵打氣筒可在樣氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)前使用隔膜泵，甚至能夠在受熱條件下運(yùn)行。氣體需要充分的過濾，泵受熱要適當(dāng)，最好安裝在一級冷凝除濕器的后面。通過旁路閥控制流量。〔2〕射流泵類似于真空泵。通過噴射空氣使采樣系統(tǒng)產(chǎn)生真空。2.1.4.5細(xì)過濾器

粗過濾器除去樣氣中的大顆粒物，由于氣體分析儀幾乎要求完全除去0.5μm以上的顆粒物，所以要用細(xì)過濾器，放置在分析儀的前面。外表過濾器可以是除去一定粒徑顆粒物的濾紙。為使氣體通過，濾紙是多孔的。微孔的大小能阻止細(xì)顆粒物穿過的塊狀燒結(jié)濾料也用于制造過濾器，可濾去更細(xì)的顆粒物。2.1.4.6氮氧化物轉(zhuǎn)換器

樣氣中存在的氮氧化物，常具有NO、NO2、N2O4等多種形態(tài)，其中除NO外，其他形態(tài)的相互轉(zhuǎn)化極不穩(wěn)定，分析NOx總量是有意義的，需要將NOx轉(zhuǎn)化為NO才可對儀器進(jìn)行標(biāo)定和測量。

2.1.4.6氮氧化物轉(zhuǎn)換器

原理：在轉(zhuǎn)換器外部通過加熱器加熱，使轉(zhuǎn)換器內(nèi)部溫度到達(dá)氣體與轉(zhuǎn)換器內(nèi)轉(zhuǎn)換介質(zhì)催化物質(zhì)工作條件，樣氣從轉(zhuǎn)換器一端進(jìn)入，在轉(zhuǎn)換器內(nèi)通過吸附作用將NOx轉(zhuǎn)化為成分穩(wěn)定的NO2NO2→2NO十O2

2.1.5氣態(tài)污染物連續(xù)監(jiān)測分析儀器

一般來說，一臺分析儀包含整個系統(tǒng)的控制/顯示單元；測量單元(光學(xué)部件單元)；信號處理單元等。

2.1.5.1非分散紅外分析儀

雜原子分子，即含有2個或2個以上不同原子的分子，在紅外光譜區(qū)域有獨(dú)特的吸收特征。

SO2和NO等許多其他氣體吸收紅外光和紫外光(例如，SO2吸收7300nm，NO吸收530Onm的紅外光；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長光的特點(diǎn)，根據(jù)朗伯-比耳定律，能夠測量出不同種類的污染物含量。2.1.5.1非分散紅外分析儀

對只含有相同原子分子，在紅外區(qū)域不產(chǎn)生特有的振動，因此紅外吸收技術(shù)不能夠測量同原子分子，所以盡管煙氣樣品中含有大量的氮或氧，它們不會掩蓋樣品中其他氣體的吸收。2.1.5.1非分散紅外分析儀

非分散紅外分析儀主要檢測二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、氯化氫等。常用的檢測方法有:簡單非分散紅外(SimpleNonDispersiveInfraredNDIR)；Luft檢測器；紅外PAS(photo-acousticspectroscopy,光聲法)測量法；氣體過濾相關(guān)GFCNDlR(GasFilterCorrelation)；傅立葉變換FTlR(FourierTransformIn-FrarcdSpectroscopy)；差分光學(xué)吸收光譜法(DOAS)。

2.1.5.1非分散紅外分析儀

〔1〕簡單非分散紅外簡單NDIR分析儀用濾光片或其他的方法測量目標(biāo)分子在吸收峰中心波長比較狹窄范圍內(nèi)的光吸收量。通過待測物質(zhì)對光能量吸收的程度檢測其濃度。〔朗伯-比爾定律〕2.1.5.1非分散紅外分析儀

〔1〕簡單非分散紅外二氧化硫在紅外區(qū)域(7300nm)附近的光吸收進(jìn)行濃度測量，當(dāng)一束恒定的730Onm的紅外光通過含有二氧化硫氣體的介質(zhì)時，被二氧化硫吸收，光通量被衰減，測出衰減光通量，即可求出二氧化硫的濃度。氮氧化物和二氧化硫一樣，只是NO吸收光譜較弱。2.1.5.1非分散紅外分析儀

〔1〕簡單非分散紅外為了克服光源的強(qiáng)度和其他因素的干擾，在簡單NDIR分析儀中，由光源發(fā)出光穿過兩個氣室：參比氣室和樣品氣室。參比室：氮?dú)饣驓錃猓晃諆x器使用波長的光，光強(qiáng)度的變化為光源強(qiáng)度變化及氣體對光的散射等樣品室：待測氣體，待測物吸收儀器使用波長的光強(qiáng)度的變化為光源強(qiáng)度變化、氣體對光的散射以及待測物對光的吸收。2.1.5.1非分散紅外分析儀

〔1〕簡單非分散紅外特點(diǎn)：適用于測量一種待測組分價格低，可靠耐用存在光譜干擾：干擾物與待測物吸收波長范圍的光水蒸氣和CO2干擾較大，需要除去2.1.5.1非分散紅外分析儀

〔2〕Luft檢測器或串聯(lián)氣動檢測器2.1.5.1非分散紅外分析儀

〔2〕Luft檢測器或串聯(lián)氣動檢測器〔3〕光聲檢測器用紅外光直接照射氣體，當(dāng)照射光的頻率符合氣體諧振頻率時，局部光將被氣體吸收。分子吸收光后激發(fā)到較高的振動能級，緊接著以發(fā)光和不發(fā)光的形式釋放能量返回到起始的振動狀態(tài)。振動激發(fā)釋放的能量的主要過程為非發(fā)光振動能量轉(zhuǎn)移，結(jié)果增加了氣體分子的熱能和氣體的壓力。當(dāng)照射光為調(diào)制光時，溫度和壓力同樣是調(diào)制的。調(diào)制壓力將導(dǎo)致產(chǎn)生聲波，可用測聲裝置，例如麥克風(fēng)測量〔3〕光聲檢測器實(shí)際應(yīng)用時，在光源和測量氣室之間放置一個斬光器，接通或斷開光束，壓力將交替地增加和減少，產(chǎn)生壓力脈沖或聲波信號。當(dāng)斬光器的脈沖頻率在20Hz～20kHz之間時，能夠由靈敏的麥克風(fēng)檢測密封在測量氣室中的分子吸收斬光產(chǎn)生的聲波。把不同的光學(xué)濾光片放置在斬光器和測量氣室之間的旋轉(zhuǎn)式圓盤中，能夠同時測量ppb級的多種有機(jī)和無機(jī)化合物。〔3〕光聲檢測器靈敏度很高，用鎳鉻紅外光源，發(fā)射650～4000cm-1(2500～15400nm)波長范圍內(nèi)的光，檢測限低制ppb和ppm范圍;儀器非常穩(wěn)定，麥克風(fēng)是最穩(wěn)定傳感器，100年的漂移＜10%;動態(tài)范圍達(dá)檢出限的100000倍測量氣室的體積很小，只有幾毫升，與傳統(tǒng)的光譜測定法測量氣室路徑長20m的體積幾升的紅外測量室的作用相當(dāng)，測量氣室小意味著響應(yīng)時間快，僅僅需要少量的校準(zhǔn)氣體和樣品氣體光聲技術(shù)不像傳統(tǒng)的IR技術(shù)需要用許多的光學(xué)鏡，系統(tǒng)非常的穩(wěn)定光聲測量系統(tǒng)有獨(dú)特的零點(diǎn)穩(wěn)定性。〔4〕傅里葉變換FTIR傅里葉變換紅外光譜分析儀是基于光相干性原理而設(shè)計的干預(yù)分光紅外分析儀。基于FTIR光譜技術(shù)原理的分析儀能夠同時測量多達(dá)50種化合物，極快的響應(yīng)時間并且交叉干擾比NDIR分析少。FTIR光譜儀主要部件有光源、麥克爾孫(Mickelson)干預(yù)儀、樣品池、檢測器(常用TGS、MCT檢測器)、計算機(jī)。〔5〕傅里葉變換FTIR掃描速度快，測量時間短，可在1s至數(shù)秒內(nèi)獲得光譜圖，比色散型儀器快數(shù)百倍。因此適于對快速反響的跟蹤靈敏度高，檢測限低，可達(dá)10-9～10-12g，因為可以進(jìn)行屢次掃描進(jìn)行信號的疊加，提高了信噪比n1/2倍分辨本領(lǐng)高，波數(shù)精度一般可達(dá)0.5cm-1，性能好的儀器可達(dá)0.Olcm-1測量光譜范圍寬，波數(shù)范圍可達(dá)l0～]O4cm-1，涵蓋了整個紅外光區(qū)測量的精密度、重現(xiàn)性好，可達(dá)0.1，而雜散光小于0.01適用范圍廣，可以同時測量多種氣體成分。DOAS是光學(xué)差分吸收譜法(DifferentalOpticalAbsorptionSpectroscopy)的簡稱。差分吸收光譜法主要的優(yōu)點(diǎn)是可以在不受被測對象化學(xué)行為干擾的情況下來測量它們的絕對濃度；可以通過分析幾種氣體在同一波段的重疊吸收光譜，來同時測定幾種氣體的濃度。差分吸收光譜法的根底也是朗伯比爾定律。〔6〕差分吸收光譜〔DOAS〕2.1.5.1非分散紫外當(dāng)分子處于紫外(uv〕區(qū)光譜(短波，高能〕的特征波長光下時，能夠吸收紫外光的能量，使電子受到激發(fā)，向高能級躍遷。受激發(fā)的電子由于處于高能級的不穩(wěn)定狀態(tài)，會快速的損失能量返回到低能級。釋放能量的方式主要有四種。2.1.5.1非分散紫外別離，吸收高能光子能夠引起電子完全脫離分子再發(fā)射，當(dāng)電子能量衰減返回到基態(tài)后發(fā)射同樣的光子熒光，當(dāng)電子能量衰減返回到基態(tài)時，在低于最初的吸收頻率發(fā)射光子，造成氣體發(fā)光磷光，與熒光的過程類似，但是在一個長的時間周期發(fā)生磷光。2.1.5.1非分散紫外非分散紫外分析儀在UV區(qū)運(yùn)行，應(yīng)用差分吸收技術(shù)。儀器測量SO2對紫外光的吸收，SO2吸收帶中心波長為285nm。然后與在578nm波長處的吸收進(jìn)行比較，578nm的波長處沒有SO2吸收。采用差分技術(shù)，用參比波長代替了參比氣室，從而計算出污染物含量。2.1.5.1紫外熒光紫外熒光方法測量二氧化硫的原理是當(dāng)190～230nm附近的紫外光照射到二氧化硫氣體后，二氧化硫分子吸收紫外光的能量受激發(fā)從高能級返回基態(tài)時發(fā)出熒光，熒光強(qiáng)度的大小反映出二氧化硫的濃度。2.1.5.1紫外熒光2.1.5.1紫外熒光紫外熒光法對SO2的檢測靈敏度很高，可以檢測到ppb級的低濃度SO2，同時動態(tài)范圍和線性度也比較好，因此被廣泛地應(yīng)用在環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)中。使用紫外熒光法測量高濃度SO2氣體時，需要配接稀釋采樣器。2.1.5.1化學(xué)發(fā)光法NOx檢測儀器化學(xué)發(fā)光是由于化學(xué)反響產(chǎn)生的光能發(fā)射。氮氧化物等化合物吸收化學(xué)能后，被激發(fā)到激發(fā)態(tài)，在由激發(fā)態(tài)返回至基態(tài)時，以光量子的形式釋放能量。測量化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度對物質(zhì)進(jìn)行分析測定的方法稱為化學(xué)發(fā)光法。2.1.5.1化學(xué)發(fā)光法NOx檢測儀器由假設(shè)干方法可以對NOx進(jìn)行化學(xué)發(fā)光測定，最廣泛使用的是臭氧的發(fā)光反響。其反響式為:NO+O3=NO2*+O2NO2*=NO2+hv該反響的發(fā)射光譜在600～3200nm范圍內(nèi)，最強(qiáng)發(fā)光波長為1200nm。2.1.5.1化學(xué)發(fā)光法NOx檢測儀器2.1.5.1化學(xué)發(fā)光法NOx檢測儀器化學(xué)發(fā)光法測量NOx的靈敏度高、選擇性好，對于多種物質(zhì)共存的氣體，通過化學(xué)發(fā)光反響和發(fā)光波長選擇，可以不經(jīng)別離地有效測定至ppb級。線性范圍寬達(dá)5～6個數(shù)量級。因此在環(huán)境監(jiān)測、生化分析等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。因為光電倍增管信號正比于NO分子數(shù)，而不是NO濃度，所以必須小心地控制樣品的流量。稀釋抽取式系統(tǒng)在采樣探頭頂部，通過一個音速小孔進(jìn)行采樣，并用枯燥的儀表空氣在探頭內(nèi)部進(jìn)行稀釋，然后將稀釋后的樣氣送入分析儀進(jìn)行分析。由于樣品氣進(jìn)入分析儀之前未經(jīng)除濕，因此稀釋抽取式CEMS的測量結(jié)果為濕基濃度。2.2稀釋抽取式CEMS需要根據(jù)稀釋比計算濃度。2.2.1.1稀釋比稀釋比=(Q1十Q2)/Q2Q1是稀釋氣流量(升/分)，通過調(diào)節(jié)其值，稀釋比可以在一定范圍內(nèi)改變。將經(jīng)稀釋后的樣品〔Q1+Q2〕經(jīng)采樣管線送至煙氣檢測儀。2.2.1稀釋采樣系統(tǒng)2.2.1.2確定稀釋比標(biāo)準(zhǔn)1使用的監(jiān)測儀的測量范圍應(yīng)與實(shí)際抽取的樣品的預(yù)計的濃度(稀釋后)一致。

例如，預(yù)計煙氣中SO2最大濃度為560mg/L。SO2監(jiān)測儀的測量范圍為0～10mg/L。因此稀釋比最小為：

560/10=56/1。2.2.1.2確定稀釋比標(biāo)準(zhǔn)1

實(shí)際抽取樣品稀釋后的預(yù)計濃度與使用的監(jiān)測儀的測量范圍應(yīng)一致。

例如：預(yù)計煙氣中SO2最大濃度為560mg/L。SO2監(jiān)測儀的測量范圍為0～10mg/L。因此稀釋比最小為：

560/10=56/1。2.2.1.2確定稀釋比標(biāo)準(zhǔn)2

稀釋比應(yīng)保證在最低環(huán)境溫度下采樣管線內(nèi)不發(fā)生水蒸氣凝結(jié)。應(yīng)該取得以下系統(tǒng)參數(shù)：最低環(huán)境溫度；實(shí)際煙氣中水蒸氣百分含量的最大值。

例如：最低環(huán)境溫度為5℃，實(shí)際煙氣水蒸氣最大百分含量為24%。

首先查表2-1，5℃，1×105Pa時水蒸汽百分含量為0.396。計算出最小稀釋比為24/0.396＝61:1音速臨界小孔采取耐熱玻璃和陶瓷材質(zhì)，小孔前端由石英過濾棉過濾，并經(jīng)過陶瓷孔板到達(dá)小孔。小孔的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于孔徑，當(dāng)小孔兩端的壓力差大于0.46倍以上時，氣體流經(jīng)小孔的速度與小孔兩端的壓力變化根本無關(guān)，而只取決于氣體分子流經(jīng)小孔時的震動速度，即：產(chǎn)生恒流。實(shí)驗說明：當(dāng)稀釋探頭的真空度大于13inHg(約合44kPa)時，在絕大多數(shù)煙道條件下都能滿足音速小孔的恒流條件。2.2.1.3稀釋原理〔1〕煙道內(nèi)稀釋探頭煙道內(nèi)稀釋探頭完全暴露在煙氣中的局部，需選用耐熱耐蝕的鋁鉻鎳合金In-conel600，鎳基鋁合金HastelloyC276或不銹鋼304pyrex玻璃等材料，以防止探頭在煙氣中被腐蝕。2.2.1.4采樣探頭〔1〕煙道內(nèi)稀釋探頭為保證恒定的稀釋比，采樣探頭使用音速臨界小孔。

臨界小孔由硼硅酸鹽耐熱玻璃制成，最高工作溫度可達(dá)750℉(約399℃)。小孔的前部裝有一個由高純度石英纖維制成的精細(xì)過濾器

，過濾器被包裹以防過濾材料開縫。〔1〕煙道內(nèi)稀釋探頭探頭的取樣動力來自文丘里管，一定體積的壓縮空氣

(一般是每分鐘3～7L)通過尖噴嘴吹進(jìn)文丘里管，造成真空。稀釋探頭采樣流量通常為0.1L/min，而直接抽取式探頭采樣流量大約3.5L/min，因此稀釋法探頭過濾器堵塞的壓力較小。〔1〕煙道內(nèi)稀釋探頭煙道外稀釋探頭工作原理與煙道內(nèi)稀釋探頭相似，均采用臨界小孔。不同之處在于，煙道外稀釋探頭將臨界小孔、文丘里管都設(shè)計在煙道外，同時增加了旁路抽氣泵(另外一個更大的文丘里管)，旁路抽氣泵將煙氣以1.5～5L/min的流量吸入到樣氣室，然后由主文丘里管吸人臨界小孔，完成稀釋采樣〔2〕煙道外稀釋探頭〔2〕煙道外稀釋探頭稀釋空氣和零點(diǎn)校準(zhǔn)氣采用除塵、除水、除油，必要時需要除CO2、SO2和NOx的儀表空氣，它應(yīng)該是枯燥的，露點(diǎn)為-30～-40℃，壓力(620±68)kPa。2.2.1.5稀釋空氣凈化系統(tǒng)2.2.2.1SO2氣體分析儀稀釋抽取式SO2分析儀根本采用紫外熒光法。用波長190～230nm紫外光照射樣品，那么S02吸收紫外光被激發(fā)至激發(fā)態(tài)，即:SO2+hv1=SO2*2.2.2分析系統(tǒng)2.2.2.1SO2氣體分析儀激發(fā)態(tài)SO2*不穩(wěn)定，瞬間返回基態(tài)，發(fā)射出波峰為330nm的熒光，即：SO2*=SO2

+hv2發(fā)射熒光強(qiáng)度和SO2濃度成正比，用光電倍增管及電子測量系統(tǒng)測量熒光強(qiáng)度，即可得知SO2的濃度2.2.2.1SO2氣體分析儀NOx分析儀采用化學(xué)熒光法。樣氣經(jīng)過濾，通過毛細(xì)管及模式閥門分別進(jìn)入NO2轉(zhuǎn)換室和反響室，在此室NO與O3反響產(chǎn)生特征熒光，熒光強(qiáng)度與NO濃度成正比，從光電倍增管得到熒光強(qiáng)度信號，從而得出NOx濃度。2.2.2.2NO-NO2-NOx氣體分析儀儀表空氣清潔系統(tǒng)由過濾器、無熱除水器、SO2/NOx切割器(1)無熱除水器現(xiàn)場提供的儀表空氣壓力應(yīng)大于6kg/cm2，這個壓力下的儀表空氣在經(jīng)過無熱出水器內(nèi)的過濾器時，水蒸氣被吸附。無熱除水器定期每30秒翻開反吹電磁閥，將吸附在枯燥器內(nèi)的水分吹出去，以此連續(xù)給設(shè)備提供枯燥儀用空氣。(2)切割器切割器是在存儲罐內(nèi)填充特定的分子篩、活性炭或過濾物質(zhì)，以此去除儀表空氣內(nèi)的SO2和NOx等組分，降低對于測量的影響。2.2.2.2儀表空氣清潔系統(tǒng)(1)保持現(xiàn)場清潔(2)穩(wěn)定供電(3)空調(diào)穩(wěn)定2.2.3系統(tǒng)影響直接測量

(in-situ)式CEMS一般有以下兩類：一類傳感器安裝在探頭端部，探頭直接插入煙道，使用電化學(xué)或光電傳感器，測量較小范圍內(nèi)污染物濃度(相當(dāng)于點(diǎn)測量，如氧化鋯法測量煙氣含氧量)另一類傳感器和探頭直接安裝在煙道或管道上，傳感器發(fā)射一束光穿過煙道，利用煙氣的特征吸收光譜進(jìn)行分析測量，可以歸為線測量，可以采用紅外/紫外/差分光學(xué)吸收光譜/激光等技術(shù)。2.3直接測量式及DOAS原理CEMS根據(jù)探頭的構(gòu)造不同，直接測量式CEMS可以分為內(nèi)置式和外置式；根據(jù)光線是否兩次穿過被測煙氣可分為雙光程和單光程；有采用探頭和光譜儀緊湊相連的一體式結(jié)構(gòu)，也有將探頭和光譜儀分開的分體式結(jié)構(gòu)，探頭和光譜儀之間采用光纖進(jìn)行光信號傳輸。2.3.1直接測量式CEMS的結(jié)構(gòu)類型2.3.1直接測量式CEMS的結(jié)構(gòu)類型

2.3.1直接測量式CEMS的結(jié)構(gòu)類型比較內(nèi)容優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場合內(nèi)置式單端安裝，安裝調(diào)試簡單只需要一個平臺震動對測量影響小可以通過改變測量路徑的長度來實(shí)現(xiàn)對不同濃度污染物的測量內(nèi)置式探頭在有水滴的場合易受到污染火力發(fā)電水泥廠外置式光學(xué)鏡片全部在煙道外，不易受污染兩端安裝，需要兩個平臺受震動影響大在污染物濃度較高，煙道直徑達(dá)的場合不適用金屬冶煉硫酸廠垃圾焚燒單波長法雙波長法差分吸收光譜法〔DOAS〕2.3.2直接測量式CEMS的測量原理單波長法又稱為絕對波長法或峰值吸收法，它通常適用于單組分的測量。單組分：指試樣中只含有一種被測成分，或者在混合物中待測組分的吸收峰波長并不位于其它共存物質(zhì)的吸收波長處。測量條件：選擇的吸收波長處沒有其它物質(zhì)存在吸收；

最大吸收波長。2.3.2.1單波長法單波長法又稱為絕對波長法或峰值吸收法，它通常適用于單組分的測量。單組分：指試樣中只含有一種被測成分，或者在混合物中待測組分的吸收峰波長并不位于其它共存物質(zhì)的吸收波長處。測量條件：選擇的吸收波長處沒有其它物質(zhì)存在吸收；

最大吸收波長。2.3.2.1單波長法單波長法又稱為絕對波長法或峰值吸收法，它通常適用于單組分的測量。單組分：指試樣中只含有一種被測成分，或者在混合物中待測組分的吸收峰波長并不位于其它共存物質(zhì)的吸收波長處。測量條件：選擇的吸收波長處沒有其它物質(zhì)存在吸收；

最大吸收波長。2.3.2.1單波長法2.3.2.1單波長法存在問題：粉塵干擾粉塵導(dǎo)致透過光強(qiáng)It變化，使測量結(jié)果不準(zhǔn)確。儀器老化儀器老化導(dǎo)致原始光強(qiáng)I0變化，使測量結(jié)果不準(zhǔn)確。交叉干擾目前采用單波長原理的儀器根本都是采用濾光片來實(shí)現(xiàn)的，一般濾光片的帶寬在20～30nm，探測器測量的It是這個波段內(nèi)光強(qiáng)的積分值。在CEMS領(lǐng)域，這個帶寬內(nèi)，一般都會有干擾。干擾導(dǎo)致透過光強(qiáng)It變化，使測量結(jié)果不準(zhǔn)確校準(zhǔn)周期儀器老化和光路污染均可導(dǎo)致原始光強(qiáng)I0變化，因此需要通過頻繁的校準(zhǔn)來校正。光路污染光路污染導(dǎo)致原始光強(qiáng)I0變化，使測量結(jié)果不準(zhǔn)確。雙波長法是利用選取的兩波長處的吸收系數(shù)差值與吸收度差值的比值來分析計算被測物質(zhì)的濃度。選取實(shí)測吸收曲線上的兩個波長λ1和λ2，計算出被測物質(zhì)吸收度在兩波長的差值A(chǔ)(λ1)－A(λ2)；然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)吸收曲線上同樣的兩個波長，計算這兩個波長處標(biāo)準(zhǔn)吸收系數(shù)的差值K(λ1)－K(λ2)。比較吸收系數(shù)在兩波長的差值K(λ1)－K(λ2)和實(shí)測吸收度在兩波長的差值A(chǔ)(λ1)－A(λ2)計算出被測物質(zhì)的濃度：2.3.2.2雙波長法2.3.2.1雙波長法存在問題：粉塵干擾粉塵導(dǎo)致透過光強(qiáng)It(λ1)和It(λ2)變化，由于是在兩個波段，而粉塵散射對光強(qiáng)的衰減在不同波段是不同的，因此會導(dǎo)致A(λ1)－A(λ2)隨粉塵濃度變化而變化。儀器老化儀器老化導(dǎo)致原始光強(qiáng)I0(λ1)和I0(λ2)變化，同樣由于在兩個波段原始光強(qiáng)的變化不同，導(dǎo)致A(λ1)－A(λ2)隨儀器老化而變化。2.3.2.1雙波長法存在問題：交叉干擾目前采用單波長原理的儀器根本都是采用濾光片來實(shí)現(xiàn)的，一般濾光片的帶寬在20～30nm，探測器測量的It是這個波段內(nèi)光強(qiáng)的積分值。在CEMS領(lǐng)域，這個帶寬內(nèi)，一般都會有干擾。干擾導(dǎo)致透過光強(qiáng)It變化，使測量結(jié)果不準(zhǔn)確校準(zhǔn)周期儀器老化和光路污染均可導(dǎo)致原始光強(qiáng)I0變化，因此需要通過頻繁的校準(zhǔn)來校正。光路污染光路污染導(dǎo)致原始光強(qiáng)I0變化，使測量結(jié)果不準(zhǔn)確。DOAS是光學(xué)差分吸收譜法(DifferentalOpticalAbsorptionSpectroscopy)的簡稱。差分吸收光譜法主要的優(yōu)點(diǎn)是可以在不受被測對象化學(xué)行為干擾的情況下來測量它們的絕對濃度；可以通過分析幾種氣體在同一波段的重疊吸收光譜，來同時測定幾種氣體的濃度。差分吸收光譜法的根底也是朗伯比爾定律。2.3.2.3差分吸收光譜法〔DOAS〕監(jiān)測儀器主要包括：光學(xué)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)電子學(xué)測量控制系統(tǒng)吹掃保護(hù)系統(tǒng)2.3.3采用DOAS技術(shù)的直接測量式CEMS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)射和接收兩大局部組成，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)過透鏡直接進(jìn)人煙道中，通過煙氣吸收后經(jīng)角反射器返回，由狹縫進(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器(PDA)接收。2.3.3.1光學(xué)系統(tǒng)〔1〕光源光源要求：發(fā)光強(qiáng)度高、穩(wěn)定、在檢測光譜區(qū)域有連續(xù)輻射〔光譜范圍廣〕和使用壽命長等特點(diǎn)。常用的紫外光源有以下幾種：汞燈紫外線金屬鹵化物燈(如鹵鎢燈等)氙燈氘燈汞燈汞燈的光譜主要是原子的線狀光譜〔313nm、365nm、254nm及297～303nm的幾條紫外譜線〕，光譜的連續(xù)性很差，一般用作波長校準(zhǔn)、非分光紫外光度分析等。紫外線金屬鹵化物燈(如鹵鎢燈等)幾乎在200～400nm的整個范圍，紫外線金屬鹵化物燈都有輸出。紫外線金屬鹵化物燈的輻射大多數(shù)是金屬原子光譜的特征譜線。

氙燈氙燈在200～40Onm的紫外區(qū)域有連續(xù)的紫外輻射。因為氙在高氣壓下的放電不是靠電子的碰撞激發(fā)，而是靠高溫電弧的熱激發(fā)和正負(fù)離子的復(fù)合發(fā)光。而且當(dāng)燈電流和氙氣壓在很大范圍內(nèi)變化時，其氙燈光譜分布幾乎是不變的。氙燈不僅可以連續(xù)工作，而且可以脈沖工作氘燈氘燈是輻射190～500nm波長的連續(xù)紫外光源。它與氫燈相比具有紫外線強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。〔2〕光譜儀光譜儀主要作用是分光，將包含多種波長的復(fù)合光以波長進(jìn)行分解，然后從探測器上得出以波長為坐標(biāo)排列的不同波長的光強(qiáng)分布。光譜儀按分光原理及分光元件的類別可以分為干預(yù)光譜儀、棱鏡光譜儀和光柵光譜儀等。干預(yù)光譜儀采用干預(yù)原理進(jìn)行分光，具有雜散光低、光能利用率高等優(yōu)點(diǎn)，但是光路設(shè)計復(fù)雜。而采用色散分光的光譜儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，一般都包括入射狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件、聚焦光學(xué)系統(tǒng)和探測器。常用的色散元件有棱鏡和光柵兩類。棱鏡分光棱鏡是利用不同波長的光有不同的折射率而使復(fù)合光分開的光學(xué)元件。有立特魯棱鏡、考紐棱鏡等。其中紫外光區(qū)一般使用石英棱鏡。光柵分光光柵是利用光的衍射和干預(yù)作用使復(fù)合光色散。其特點(diǎn)是色散波長范圍寬、具有良好而均勻一致的分辨能力、色散近于線性。〔3〕探測器光電探測器是根據(jù)量子效應(yīng)，諸如產(chǎn)生由于吸收的光子的電子，將所接收到的光信息轉(zhuǎn)變成電信息的元件。其靈敏度本質(zhì)上隨光子能量輻射線的波長而變化。在紫外分光光譜分析中常用的探測器一般為線陣探測器，有PDA、CCD、CMOS、NMOS等。機(jī)械結(jié)構(gòu)局部包括插入式氣體采樣管、二極管陣列探測器的線性檢測及本底測量裝置的機(jī)械驅(qū)動。考慮到煙道中溫度很高，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，氣體通道上的光學(xué)元件和密封元件均耐高溫、耐腐蝕。2.3.3.2機(jī)械結(jié)構(gòu)分析儀的各個部件通過電子學(xué)測量和控制系統(tǒng)，組合成為有機(jī)的整體。電子學(xué)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)涉及微弱信號檢測、自動控制、軟件工程以及電源變換等多項技術(shù)。2.3.3.3電子測量和控制系統(tǒng)2.3.3.4電子測量和控制系統(tǒng)吹掃保護(hù)系統(tǒng)由空氣凈化裝置、吹掃風(fēng)機(jī)、管路、信號檢測等局部組成。利用氣態(tài)污染物對特定波段的光具有吸收特性，選擇波段在200～320nm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，由高靈敏二級管陣列探測器測量吸收光譜，并由此經(jīng)計算機(jī)利用反演算法得到污染物的種類和含量。由于計算是通過吸收峰來進(jìn)行的，是由譜線的峰值和谷值來反演出來的，而粉塵只是對整條譜線起著衰減的效果。2.3.3.5儀器的工作過程對于直接測量式CEMS，探頭結(jié)構(gòu)很重要。它關(guān)系到儀器在現(xiàn)場高塵的環(huán)境中能否正常穩(wěn)定的長期運(yùn)行。利用高速空氣將鏡面和煙氣分開，或者利用壓縮空氣對鏡面進(jìn)行吹掃。目的：防止煙氣污染鏡片。2.3.3.2探頭結(jié)構(gòu)直接測量式CEMS可以內(nèi)置校準(zhǔn)池，實(shí)現(xiàn)自動校準(zhǔn)，也可以在光路中放置標(biāo)氣池，進(jìn)行手工校準(zhǔn)。為了保證標(biāo)氣在標(biāo)定的過程中沒有發(fā)生變化，如由于泄漏、吸附、反響等因素造成的濃度變化，一般采用流動氣體來進(jìn)行氣體濃度的標(biāo)定。2.3.4直接測量式CEMS的標(biāo)定校準(zhǔn)方法標(biāo)準(zhǔn)氣體以恒定的流量通過吸收池，最終吸收池內(nèi)氣體的濃度可以到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)氣體的實(shí)際濃度，穩(wěn)定后記錄讀數(shù)。一般情況下，標(biāo)氣池長度和儀器的測量光路不一定相同，這就需要計算等效濃度。按下式計算：N1L1=N2L2式中，N1為標(biāo)準(zhǔn)氣體實(shí)際濃度;N2為等效氣體濃度;L1為標(biāo)準(zhǔn)氣池的長度;L2為測量路徑的實(shí)際長度。2.3.4直接測量式CEMS的標(biāo)定校準(zhǔn)方法對于直接測量式CEMS，由于沒有取樣裝置，結(jié)構(gòu)簡單，日常維護(hù)主要工作是清潔探頭角反射鏡、更換吹掃風(fēng)機(jī)過濾器以及校準(zhǔn)。2.3.4日常維護(hù)及常見故障處理故障現(xiàn)象原因處理辦法備注光強(qiáng)弱光源老化更換光源系統(tǒng)應(yīng)具備自動檢測功能，信號弱時進(jìn)行提醒鏡片污染或探頭堵塞清潔鏡片或探頭鏡片易污染吹掃風(fēng)機(jī)故障更換風(fēng)機(jī)，清潔鏡片過濾器必須定期更換顆粒物連續(xù)監(jiān)測方法主要有對穿法、光散射法、動態(tài)光閃爍法、靜電感應(yīng)法。由于各種方法的原理不同、開展歷史不同，各自都有不同的特點(diǎn)，其適用的條件也有不同。3顆粒物CEMS煙塵顆粒物一般呈現(xiàn)為多孔的不規(guī)那么形狀，由于燃燒過程和除塵過程的影響，實(shí)際的煙塵排放或監(jiān)測口煙塵顆粒的粒徑分布是各有不同的，大多數(shù)排放口煙塵顆粒的粒徑范圍在0～20μm。無論自然狀態(tài)的顆粒還是煙塵顆粒一般是荷電的，荷電的大小取決于溫度、比外表積、含水量及與摩擦碰撞相關(guān)的速度等，且與顆粒的物理化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)相關(guān)。3.1煙塵顆粒物的特性3.1.1顆粒物的物理特性顆粒物的光散射:光通過不均勻的介質(zhì)顆粒時，介質(zhì)顆粒中的偶極子所激發(fā)的次波和入射光相互疊加，介質(zhì)顆粒把入射光向四面八方散射的現(xiàn)象稱為顆粒物的光散射。散射截面:一個顆粒在單位時間內(nèi)散射的全部光能與入射光強(qiáng)之比。散射系數(shù):散射截面與顆粒的迎光面積之比。吸收截面:一個顆粒在單位時間內(nèi)吸收的全部光能與入射光強(qiáng)之比。吸收系數(shù):吸收截面與顆粒的迎光面積之比。3.1.2顆粒物的光學(xué)概念消光截面:一個顆粒在單位時間內(nèi)移去的全部光能與入射光強(qiáng)之比。消光系數(shù):消光截面與顆粒的迎光面積之比。(顆粒群的)濁度:單位體積內(nèi)(顆粒群)的總消光截面。不相關(guān)散射:當(dāng)顆粒之間的距離足夠大，一個顆粒的散射不因其他顆粒的存在而受影響。當(dāng)顆粒之間的距離大于顆粒直徑的3倍以上時，可以認(rèn)為顆粒群的散射為不相關(guān)散射。煙塵排放一般為不相關(guān)散射。3.1.2顆粒物的光學(xué)概念單散射及復(fù)散射:顆粒散射的光全部來自于入射光稱為單散射，其他情況為復(fù)散射。顆粒