河北省污染治理设施运营培训中心 第一章 抽取式CEMS 授课老师： 1 河北省污染治理设施运营培训中心 本章主要内容 1、固定污染源连续监测的采样方式 2、抽取系统部件介绍 3、气态污染物连续监测的分析仪器 2 河北省污染治理设施运营培训中心 重点与难点 重点： 本章为重点章 直接抽取式CEMS的基本构成及特点、直接抽取 式CEMS所采用分析仪的基本分析原理。 难点： 直接抽取式CEMS的基本构成及分析原理 3 河北省污染治理设施运营培训中心 1、固定污染源连续监测的采样方式 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 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。 仪器的采样方式目前主要分为两种，即抽取采样法和直 接测量法，抽取采样法又分为采样稀释法和直接抽取法； 直接测量法又分为内置式测量和外置式测量。 4 河北省污染治理设施运营培训中心 1、固定污染源连续监测的采样方式 5 河北省污染治理设施运营培训中心 1、固定污染源连续监测的采样方式 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。该系统有三种类型： 热湿系统； 在探头后装有冷凝干燥系统； 在分析仪前装有冷凝干燥系统。 处理方式：按照样气处理的地点，可分为前处理方式和后处理方式。 特点：由于各种分析仪对样品气的洁净程度要求较高，所以采用直接抽取 法对烟道气进行连续监测，必须配有一整套的烟气处理系统。为了提高测 量精度，气体分析仪器采用红外吸收、紫外吸收及其他测量原理，使仪器 本身的测量范围可以覆盖被测气体的所有量程 。 6 河北省污染治理设施运营培训中心 1.1 直接抽取法热湿法 直接抽取法热湿法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。 注意：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。 7 河北省污染治理设施运营培训中心 1.1.1 热湿系统的特点和使用 采用直接高温测量方法，能够对包括水和HCl、NHs在内 的污染物进行多组分同时测量。因为在测量过程中气体不 降温，气体成分不变，腐蚀减少。同时，在高温状态下进 行粉尘过滤，取样和反吹操作，提高了效率，延长了无维 护时间。因此，是目前热湿系统烟气测量的最先进的方法 。 分析系统的主要技术包括： 多组分红外线气体分析器(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)。 8 河北省污染治理设施运营培训中心 1.1.1热湿系统流程图 系统由取样系统和高温多组分红外分析仪组成。 取样系统包括带加热过滤器的高温取样探头，高 温条件运行的测量反吹校准阀组和伴热取样 管线。 系统机柜内组装有高温测量系统，包括使用高温 测量气室的多组分红外光度计、高温取样泵、高 温流量计和加热样气传输管线。 9 河北省污染治理设施运营培训中心 1.1.2 直接抽取法前处理方式特点和使用 (在探头后装有冷凝干燥系统) 在气体进入分析仪前进行处理， 其目的是降低烟气温度低于环境温 度并除湿，以冷却和干燥气体。 直接在探头后处理的方式我们称为 前处理方式 。 特点：抽取系统处理烟气后，能比较灵活地选择分析仪，当按干烟 气计算排放量或测量多种气体时通常采用这种技术 。在探头处理的 优点是不需要加热采样管，但对处理系统进行维护时不太方便。应 该指出，即使采样气体是干烟气，传输距离太远仍然会使样品气体 的浓度发生变化，造成测量误差 。 10 河北省污染治理设施运营培训中心 1.1.2 直接抽取法前处理方式特点和使用 1.1.2 直接抽取法前处理方式特点和使用 11 河北省污染治理设施运营培训中心 1.1.3 直接抽取法一后处理方式特点和使用 （在分析仪前装有冷凝干燥系统 ） 后处理方式：即在分析仪前处理，虽然便于检查处理系统，但必 须使整个采样管保持适当的温度。 加热采样管的目的是为保证采样气体在流动过程中能保持一个稳定 的温度，并且保证在流动过程中不会因传输管道温度低于采样气体露 点温度而结露，进一步水解SO、NO：给测量带来误差。加热采样管路 的长度每一节不能超15m，管路内必须有3个测温探头，以保证控温精 度。为了保证加热管的正常工作系统必须有一套稳定的控温装置 。 12 河北省污染治理设施运营培训中心 1.1.3直接抽取法一后处理方式 流程 其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，对烟气含 量和浓度进行分析。工作过程为含尘烟气被抽人烟气采样器，烟气采 样器中有烟尘过滤装置及加热装置，滤过烟尘颗粒物的样品气经加热 保温的传送管，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。然后对其进行冷凝，冷凝过程中对水进行了分离，然 后样品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。 抽取系统处理烟气后，可以选用各种各样的分析仪，当出现应 用问题时，能灵活地适应工程的变化，系统的组件易于改进或更换， 便能符合系统的技术指标 。 13 河北省污染治理设施运营培训中心 1.2 抽取系统部件介绍 抽取系统的基本组成：采样探头、采样伴热管、过滤器、除湿系 统、采样泵、气体分析仪等。抽取系统的运行取决于系统的整体 设计和每个部件的质量。 1.2.1 采样探头 1.2.2 采样伴热管 1.2.3 除湿系统 1.2.4 采样泵 1.2.5 细过滤器 1.2.6 氮氧化物转换器 14 河北省污染治理设施运营培训中心 1.2.1 采样探头 采样探头是整个测量系统最先接触烟气烟气的部分。 它是系统中工作在烟道中的部分。 由于烟气中含有大量的粉尘和腐蚀性气体，会导 致探头被烟气中的颗粒物堵塞，特别是烟气含湿量高时 ，水蒸气可能冷凝，与颗粒物结合在一起形成块状物， 更易使探头堵塞。为减少堵塞，可在探头的一端安装过 滤器。对于加热型烟尘过滤器的烟尘堆积，系统可在烟 气采样器加装反吹功能。 15 河北省污染治理设施运营培训中心 1.2.2 采样伴热管 在直接抽取式的热湿系统和后 处理系统中，由于有些监测气体易 溶于水，应加热输送的气体，加热 温度应等于或高于烟气中介质冷凝 的温度，所以应该选用采样伴热管( 图1-5)把进入探头的样气送至样气处 理系统或分析仪，并且确保从探头 至除湿系统整个管路必须是加热采 样管。 16 河北省污染治理设施运营培训中心 采样伴热管 对于长采样伴热管，涉及的一些实际问题有： 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。 所以，在现场安装时要尽量减少伴热管的长度。适宜伴热管的 长度通常不超过76m。在安装过程中，为防止采样伴热管堵塞，从 探头到除湿装置或分析仪的整条管路，其倾斜度不得小于5；因为 加热时采样管会弯曲，应注意防止采样管出现凹陷，凹陷处可能 发生冷凝；也要避免加热管路自身或其他管路纹在一起。 17 河北省污染治理设施运营培训中心 采样伴热管 采样伴热管的加热方式分为两种：一种是恒 动电热带；另一种是自控温电伴热带 。 恒功率电热带 恒功率电热带是将两根相互平行的镀 镍铜绞线包覆于氟化物绝缘层中，作 为电源母线，并且在内绝缘层外缠绕 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，即形成一连续发热 的电热带。 18 河北省污染治理设施运营培训中心 采样伴热管 自控温电伴热带 自控温电伴热带是采用PTC材料进行加热的技术。 PTC效应即电阻正温度系数效应(Positive Temperature efficient)，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。自控温电伴热带于 两平行金属导线间，用半导体网状结构的高分子覆于其上成为加热单元 。 19 河北省污染治理设施运营培训中心 1.2.3 除湿系统 在热烟气进入采样泵前，通常要除去湿气，因为水蒸 气和酸雾容易形成酸性液体并腐蚀内部器件。烟气受冷超 过露点(空气被水饱和时的温度)时就会引起湿气冷凝，因 此许多除湿系统设计成将烟气温度降低到露点以下。在抽 取系统中，最常见的除去湿气方法是冷凝系统和干燥器。 冷凝方法分为电子制冷器制冷和机械压缩机制冷。 干燥器为渗透干燥器具有离子交换膜的独特性能 20 河北省污染治理设施运营培训中心 除湿系统 电子制冷器 半导体致冷器又称温差致冷组件，俗称电子制冷器。 半导体电热冷却器是一种轻便、 排列紧凑的平板式热交换器，在采样调节系统中应用日渐增多。该装置除了排风扇和蠕 动泵外，没有可移动部件。经常遇到的问题是半导体制冷器制冷量比较小，对环境要求 比较苛刻，在环境温度较高时不能工作 。 机械制冷器 机械制冷器的原理和冰箱制冷一样，有压缩泵和加快热散发的散热片为防止螺旋管中 的水冻结，温度应不得低于2，液体井用于收集冷凝水，用蠕动泵定期地或连续地排除 液体。通常采用自动的方法排除冷凝水。压缩机制冷气体冷却器在工作时受环境温度的 影响小。 渗透干燥器 渗透干燥器具有离子交换膜的独特性能，将一种合成塑料用于特定种类分子的传输。 当水蒸气的分压与膜的一侧不同时，水蒸气将被输送。由于渗透干燥器没有机械部件， 所以比制冷器有许多优点。但渗透干燥器易被冷凝材料的微粒或样气不正确地过滤所引 入的颗粒物堵塞。加热干燥器进口一侧，可最大限度地减少液体的冷凝。 21 河北省污染治理设施运营培训中心 1.2.4 采样泵 采样泵是抽取系统中重要的组成部分，用以将样气从烟道传输到分 析仪。泵的能力应满足分析仪对抽气量的要求：不漏气，不会因润 滑油而被污染。有两类泵能满足上述条件：隔膜泵和射流泵，它们 在排放源监测中应用最为普遍。 隔膜泵的工作原理是机械冲程活塞或由连接棒移动活塞。隔膜往复 运动，短脉冲方式移动气体，当鬲膜上升，气流从下通过吸气阀 进入泵的内腔；当隔膜被推下时，吸气阀关闭同时排气阀打开，气 体进入采样管。 射流泵(也称喷射泵或空气吸入器)，是利用采样系统抽真空，产生 贝努里(Bernouli)效应。在贝努里效应中，空气射流其压力较正常流 动压力降低，压降使样气通过采样管。 22 河北省污染治理设施运营培训中心 1.2.5 细过滤器 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0.5m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 。 23 河北省污染治理设施运营培训中心 1.2.6 氮氧化物转换器(NOoNO) 样气中存在的氮氧化物，常具有NO、NO。、NzOt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NO：总量是有意义的，只有将NO。转化为N0 才可对仪器进行标定和测量。