烟气中中SO2、NOX、(CO、CO2、CH4)检测方案(颗粒物监测仪)

TH-870烟气超低排放连续监测系统 TH-870（红外分析仪） TH-870（TH-871烟气膜处理器） TH-870（TH-810β射线法低浓度烟尘监测仪） 目 录 前 言 4 第1章 概述 4 1.1 主要特点 5 1.2 系统结构 6 1.3 TH-870系统工作条件及技术指标 7 1.3.1 工作条件 7 1.3.2 系统的技术指标 7 第2章 TH-871烟气膜预处理器 11 2.1 简介 11 2.2 TH-871部件 13 2.2.1 Nafion干燥器 13 2.2.2 过滤器 14 2.2.3 探头，探头过滤器和自动反吹（可选） 15 2.2.4 自动过滤排水器（可选） 16 2.2.5 取样泵（可选） 18 2.2.6 氨洗涤器（可选） 18 2.2.7 免加热反吹气干燥器（可选） 19 2.2.8 吹扫气体射流泵（可选） 20 2.2.9 Z-反吹（可选）（没有这个配置） 20 2.3 安装 20 2.3.1 电气连接 22 系统按要求接地，要符合安装地的规范要求。 22 2.3.2 烟囱安装系统 23 2.4 控制系统操作 24 2.4.1 综述 24 2.4.2 操作界面 25 第3章 红外气体分析仪 26 3.1 简介 26 第4章 烟气参数测量子系统 27 4.1 简介 27 4.1.1 烟气流速测量装置的安装 27 4.1.2 差压变送器 28 4.1.3 烟气温度及压力测量装置 30 4.1.4 氧含量测量装置的安装 31 4.1.5 湿度测量装置（可选） 32 第5章 烟尘监测仪 33 5.1 简介 33 5.2 主要特点 33 5.3 监测仪的工作条件及技术指标 35 5.3.1 工作条件 35 5.3.2 技术指标 35 5.4 工作原理 36 5.5 计算质量吸收系数值 39 第6章 结构与功能 41 6.1 TH-810的整机结构 41 6.2 TH-810的测量结构 42 6.3 监测仪面板结构 43 6.3.1 前面板结构 43 6.3.1.1 空调控制器 46 6.3.1.2 温度控制器 47 2.3.2 后面板结构 47 6.4 气路流程图 48 6.1 烟尘采样枪 50 6.5 监测仪总安装示意图 51 第7章 TH-2000S软件操作 53 7.1 软件使用方法 53 7.2 参数设置 56 7.3 报告浏览 60 7.4 曲线浏览 61 7.5系统工具 62 第1章 概述 4 前 言 随着国家“十三五”发展规划的启动，对能源、化工、冶金等高能耗产业实行更加严格的排放控制标准，要求烟尘≤10mg/m3、二氧化硫≤35mg/m3、氮氧化物≤50mg/m3，在超低浓度的测量范围中要满足对污染物的检测精度，保证系统稳定性，整个系统需技术升级。我公司为此研发了两种不同原理的烟气超低排放连续监测系统【TH-860烟气超低排放连续监测系统（采用稀释探头的方法）和TH-870烟气超低排放连续监测系统（采用膜过滤预处理器的方法）】。 第1章 概述 近年来，随着我国工业发展和城市化进程加快，按照绿色发展要求。目前，国家发展和改革委员会、环境保护部、国家能源局联合下发《煤电节能减排升级与改造计划（2014-2020年）》，就燃煤发电行业的节能减排提出了新的要求和升级改造“时间表”。一系列的战略举措表明，基于更加严格排放标准的超低排放将成为燃煤发电行业的“新常态”。 天虹公司近年来在保障能源安全、推进煤炭清洁高效利用方面一直努力干在实处。近期，烟气超低排放装置通过中国环境监测总站等权威机构的检测认定。 TH-870烟气超低排放连续监测系统主要由TH-871烟气膜预处理器、低量程红外气体分析仪（日本富士）和TH-810β射线法低浓度烟尘监测仪等组成。 烟气膜预处理系统（TH-871）采用干燥膜除水原理，整个预处理系统安装在烟道旁。干燥膜又被称为Nafion膜，Nafion膜中含有的磺酸基具有很好的亲水性。气态水分子在通过由Nafion膜组成的干燥管时，被内、外管壁的磺酸基相互传递，最终传递到外管的气态水分子会被外管中的吹扫气体带出管外，达到给烟气除湿，降低烟气露点的效果。 红外气体分析系统（日本富士）采用低量程非分散红外测试技术，对烟气中的SO2、NOX、(CO、CO2、CH4选配)等成份进行分析测试，氧采用电化学或氧化锆对其进行直接测量。该分析仪测量精度高，稳定性强，响应时间快。具有温度补偿功能，适合在不同环境温度下测量。配置双量程，可实现自动或手动量程切换。系统可靠性高，抗干扰能力强，故障率低。 β射线法低浓度烟尘颗粒物监测仪（TH-810）紧跟国家环保战略，专为烟尘排放低于50mg/m3的低浓度颗粒物排放连续监测而设计。该仪器采用β射线法原理，为防止烟气冷凝，仪器采样全程加热，加热温度可在180℃以下按需要调节。仪器采样等速跟踪法或恒流采样法，采样管同时装有皮托管和烟温测量。仪器在测试部分装有工业空调，保证系统运行稳定。与国内外同类产品对比，具有结构紧凑，便于维护，全天候工作等特点。 1.1 主要特点 TH-870烟气超低排放连续监测系统中各系统部分有以下功能和特点： 烟气膜预处理系统： 采用两级过滤去除样气中细小颗粒物。 采用膜渗透技术去除样气中的水蒸气。 氨洗涤器可消除样气中可能存在的酸雾或氨。 电气化控制实现自动反吹、排水、校准。 干燥管在除湿的过程中，完全保留烟气中SO2、SO3、NO、NO2、HCL、HF、O2、CO、CO2等待测气体，只是有选择性的去除烟气的水分。 干燥管无运动部件，维护及运行成本较低，使用寿命较长。 能够满足目前对低浓度脱硫除尘工艺的高湿烟气的除湿效率，而不损失被测气体浓度。优于传统的机械压缩原理制冷除湿、电子制冷除湿等产品。 红外气体分析系统： 测量精度高，稳定性强，响应时间快。 具有温度补偿功能，适合在不同环境温度下测量。 具有双量程，可实现自动手动量程切换。 可靠性高，抗干扰能力强，故障率低。 标准模拟信号，RS485信号输出功能。 β射线法低浓度烟尘颗粒物监测系统： 等速跟踪采样。 全程管道加温，防止管道冷凝。 内嵌32位高速芯片自动控制采样流程。 机械结构简洁、紧凑，稳定、可靠。 7寸触摸彩屏操作，使用方便。 可灵活设置采样时间和周期。 可通过USB接口进行数据拷贝。 GPRS、LAN、RS485或RS232远程查看仪器运行状态及维护。 1.2 系统结构 监测系统由烟气预处理系统+气态污染物监测子系统+烟气参数测量子系统+数据处理与传输子系统+颗粒物监测子系统构成，其系统结构如图1.1所示。 图1.1 烟气超低排放连续监测系统示意图 1.3 TH-870系统工作条件及技术指标 1.3.1 工作条件 监测系统的工作环境条件： a) 环境温度：（15～35）℃（注）； b) 相对湿度：≤85%； c) 大气压力：（70～106）kPa； d) 工作电源：AC220(1±10%) V，频率（50±1）HZ； e) 烟气温度：≤300℃。 注：现场变送器允许工作温度为（-20～45）℃。 1.3.2 系统的技术指标 TH-870 烟气超低排放连续监测系统的基本参数见表1.1。 外形尺寸：系统机柜800mm×800mm×2000mm（L×W×H）； 重量：90kg(系统机柜)。 功率：3000W。 表1.1 产品基础参数一览表 序号 项目 参数值 误差 1 气态污染物 与O2测量范围 SO2 （0～50）ppm（可扩展） ±5%（相对准确度） NOx （0～50）ppm（可扩展） ±5%（相对准确度） O2 （0～25）%vol ±5%（相对准确度） 2 颗粒物浓度测量范围 （0.1～10）mg/m3或（0.1～50）mg/m3 详见表1.3 3 烟气参数 烟气温度 （0～400）℃ ±3℃（最大允许误差） 差压变送器 （0～1000）Pa 0.2级（准确度等级） 压力变送器 （-5～5）kPa ±0.5% 烟气流速 （5～30）m/s ±5%（速度场系数精密度） 烟气湿度 （0～40）% ±1.5%（绝对）或±25%（相对误差） TH-870 烟气超低排放连续监测系统（气态污染物监测子系统）性能见表1.2。 外形尺寸：分析仪本体600mm×483mm×177mm（L×W×H）, 输入/输出端子模块55mm×318mm×164mm（L×W×H）； 重量：22kg(分析仪本体)。 表1.2 气态污染物监测子系统技术指标一览表 序号 指标 组分 检测项目 SO2 NOx O2 CO2 CO 1 测量范围 （0～50）ppm （0～50）ppm （0～25）%vol （0～20）%vol （0～200）ppm 2 最低显示位 0.01ppm 0.01ppm 0.01%vol 0.01%vol 0.1ppm 3 最低检出限 0.1ppm 0.1ppm 0.1%vol 0.02%vol 0.2ppm 4 漂 移 零点漂移 ±2%FS/24h ±2%FS/24h ±2%FS/24h ±2%FS/24h ±2%FS/24h 5 量程漂移 ±2%FS/24h ±2%FS/24h ±2%FS/24h ±2%FS/24h ±2%FS/24h 6 浓 度 系统相对准确度 ±5%（C≥10ppm）； ±1ppm(C＜10ppm) ±5% ±5% ±5% 7 线性误差 ±1%FS ±1%FS ±1%FS ±1%FS ±1%FS 8 重复性 0.5% 0.5% 0.5% 0.5% 0.5% 9 响应 时间 仪器响应时间 60s 60s 60s 60s 60s 10 系统响应时间 120s 120s 120s 120s 120s 除O2外，其他组分的测量范围均可扩展。 注5：表中C表示浓度。 TH-870 烟气超低排放连续监测系统（TH-810β射线法低浓度烟尘监测仪）性能见表1.3。 表1.3 TH-810主要技术指标一览表 序号 检测项目 性能指标 1 颗粒物 浓度 测量范围 （0.1～10）mg/m3或（0.1～50）mg/m3（可扩展） 2 最低检出限 0.1mg/m3 3 校准膜重现性 ±2%（标称值） 4 等速采样流速 测量范围 （5～40）m/s 等速跟踪吸引误差 ±5% 表1.3 TH-810主要技术指标一览表（续） 序号 检测项目 性能指标 5 压力 误差 动压 测量范围 （0～1500）Pa 示值误差 ±1.5% 6 静压 测量范围 （-30～30）kPa 示值误差 ±2.5% 7 流量计 前压力 测量范围 （-40～20）kPa 示值误差 ±2.5% 8 大气压 测量范围 （75～106）kPa 示值误差 ±0.5kPa 9 温度误差 流量计前温度 测量范围 （0～80）℃ 示值误差 ±2℃ 10 烟气 温度 测量范围 （0～400）℃ 示值误差 ±1%F.S 11 等速跟踪响应时间 ≤8s 12 计时误差 ±0.1% 13 功率 1000W 14 尺寸 580mm×480mm×1080mm (L×W×H) 15 重量 约85kg TH-870 烟气超低排放连续监测系统（TH-871烟气膜处理器）性能见表1.4。 表1.4 TH-871主要技术指标一览表 序号 检测项目 性能指标 1 最大采样流量 （0～10）L/min； （0～25）L/min（双干燥器） 2 进口处样气最高温度 250℃ FW/SST 过滤器；230℃ FW/KYNAR 过滤器 3 样气最大水汽含量 70% 4 出口样气露点 使用GS2040-PD200KA干燥器： 采样流量10L/min时为26F (-4℃)； 采样流量5L/min时为-12F(-12℃)； 采样流量2L/min时为-12F(-25℃) 表1.4 TH-871主要技术指标一览表（续） 序号 检测项目 性能指标 5 水溶气体去除率 NO,NO2, SO2：0%损失 CO,CO2：0%损失 H2S,HCl：0%损失 6 进口处样气最大气压 10psig 7 进口处样气最小气压 无反吹射流泵：5英寸水柱的真空度； 有反吹射流泵：10英寸水柱的真空度 8 供电电源 115V ±10%或230V ±10%时950W，50/60Hz，10A/5A 9 空气要求 反吹气，露点为-40℃ 10 功率 950W 11 尺寸 200mm×100mm×400mm (L×W×H) 12 重量 50kg 第2章 TH-871烟气膜预处理器 2.1 简介 TH-871烟气膜处理器可对高流动性、高水分样气进行调节，消除样气中可能存在的酸雾和氨，同时保留所要检测的化合物。外观如图2.1，内部结构如图2.2。 图2.1 TH-871外观示意图 图2.2 TH-871系统结构 烟气膜处理系统提供了表2.1所示的基本配置和选配功能，请用户在开箱验收时据此予以核查。 表2.1 烟气膜处理系统基本配置和选配一览表 序号 标准功能 可选功能 1 加热外壳 反吹气免加热干燥器 2 过滤器（一个或多个）-微粒和（或）絮凝 加热头采样泵 3 博纯空气干燥器（一个或多个） 过滤器排水 4 温度控制器 氨洗涤器(一个或以上) 5 干燥器吹洗流量控制 反吹气射流泵 6 ／ Z-反吹 7 ／ 探头和自动反吹 8 ／ 探头过滤器和哈氏合金换热器 2.2 TH-871部件 2.2.1 Nafion干燥器 博纯Nafion膜片干燥器安装在过滤器的下游。样气进入干燥器后，气流分离进入若干捆绑在一起的平行排列的小直径的Nafion管（如下图2.3所示）。当样气进入Nafion管后与Nafion管膜壁接触，通过渗透蒸馏有选择性的去除样气中的水蒸气。膜片内外侧水蒸气气压差驱使水蒸气通过管壁。样气从进气口到出气口，水分不断地被清除，当样气通过干燥器时其露点被降低了。 图2.3 Nafion膜片干燥器结构示意图 干燥吹扫气体从样气出口进入干燥器，执行两个功能。 1. 提供能把水蒸气从样气中移除的媒介。 2. 沿干燥器长度形成温度梯度。 大气中的干燥吹扫气体从样气出口进入干燥器后，可将该部分干燥器冷却。需要通过反向气流沿干燥器长度形成温度梯度。为有效地保持这种温度梯度，需要监测干燥吹扫气体的排放温度，并使用电子式温度控制器控制温度。干燥吹扫气体通过干燥器时经过加热达到理想的样气进气温度。温度梯度可迅速去除水蒸气，并减少最终的露点。如果反吹气温度开始下降到设定温度以下，系统背板会加热。通过铝加热块把背板中的热量传到干燥器的壳管。干燥吹扫气体流过干燥器壳从壳中获得热量。通过这一过程可严密控制干燥吹扫气体的最终温度，并保持连续的温度梯度。 应当注意的是干燥器仅会清除水蒸气状态的水分。如果液态水进入干燥器，干燥器的效率将会下降，甚至会完全失效。管子使用液态水浸透后，在管内会形成打结，导致管子比干燥时要伸长约10%。将干燥器的一部分进行加热，阻止样气冷凝，可实现Nadion干燥器的最大运行效率。 2.2.2 过滤器 样气通过一个1微米过滤器除去油酸雾和细颗粒物。TH-871系统有一个硼硅玻璃过滤器元件，元件上面含有碳氟粘合剂。该元件是一次性的且可经受高温气体。除了去除悬浮微粒之外，还能凝结液体气溶胶和液滴。 该过滤器有2种流动模式： 1. 微粒过滤器：安装的过滤器使气体从元件外部进入元件内部，收集到的微粒将在元件外表面聚集，可以目测元件的状态。 2. 絮凝和微粒过滤器(请看图2.4和图2.5)：气体从元件内部流到元件外部.通常会安装一个自动排水器将冷凝物排出。 图2.4 絮凝及微粒过滤器外观示意图 图2.5 絮凝及微粒过滤器结构示意图 2.2.3 探头，探头过滤器和自动反吹（可选） TH-871系统内置完整的探头过滤器等部件，可从烟囱上的样气提取点处对样气进行处理，从而省去了高温加热管线。从烟囱提取的样气通过一个2微米陶瓷过滤器以去除悬浮微粒。样气离开烟囱后会立即被干燥并冷却，防止样气成份发生变化。 选用反吹组件可定期使压缩气体反向通过元件减少探头过滤器的维护次数。这一动作可去除捕获的微粒并使其返回到烟囱内。反吹系统包括一个标准气体流量传感器，当校准气体吹过时，可以停止反吹。 探头过滤器中的尘土需要定期清理，延长零部件的使用寿命。可以使压缩空气反向通过过滤器完成清理（见图2.6）。反吹系统包括一个累加槽和一个电磁阀，用来完成清理工作。PLC中的反吹计时器超时后，电磁阀开启两秒钟。这样压缩气体可以从累加槽直接流到探头过滤器，迫使过滤器零部件上收集的尘土通过探头管线返回烟囱。然后计时器重新调整到用户选定的循环周期，重新开始为下一次反吹倒计时。计时器关闭之前，这一循环不断重复进行。发现校准气体流后，反吹计时器会被临时关闭。这样当系统正处于校准循环时，防止反吹阀开启。 图2.6 探头计过滤器自动反吹工作流程图 注：可通过向PLC输入手动过滤器反吹从外部开启过滤器反吹。 2.2.4 自动过滤排水器（可选） 如果预计到会出现絮凝，应该为系统安装自动过滤器排水器（见图2.7）定期去除收集到的液态雾。在多数情况下，这些液态物是酸雾。自动排水器有真空和加压型两类。 1. 真空配置：射流泵使压缩气体通过文氏管产生真空，利用真空把排水器上收集的液体从端口排出.这是一个循环过程，通过一个可调节的数字计时器控制电磁阀开关状态，从而控制压缩气体的供应。 2. 加压配置：需要安装射流泵，因为无需真空来排出样气。因此，可以使用电磁阀直接控制冷凝物的排出。循环周期长短可能会有变化，因为它是由样气中的液体含量决定的。 图2.7 自动过滤排水器 样气处于真空状态时，可使用射流泵产生足够的真空去除过滤器中冷凝物（见图2.8）。这是最常见的布局方式，即采样泵安装在样气调节系统的下游。因为样气是被投送通过系统，过滤器中会出现一定数量的真空，把冷凝水从过滤器中去除需要更多的真空。PLC的排水计时器超时后，电磁阀启动，在接下来的6秒钟内允许压缩空气流到排水射流泵。射流泵反出来产生真空，去除冷凝物。 图2.8 自动过滤排水器结构（样气处于真空状态） 样气在正压力下时，可使冷凝物直接从电磁阀通过（见图2.9）。PLC的排水计时器超时后，电磁阀启动，使过滤器中的压力可以将冷凝物推出过滤器。 图2.9 自动过滤排水器结构（样气处于正压力状态） 注：可通过向PLC输入手动过滤器排水从外部开启过滤器排水。 2.2.5 取样泵（可选） 取样泵抽取样气并提供给分析仪。它的样气流量达到每分钟10公升。取样泵的位置通常是铅垂于絮凝过滤器和膜片干燥器之间或絮凝过滤器和氨洗涤器（如果存在）之间。泵头安装在系统加热部，电机安装在控制部。这种结构可以使泵头的温度保持在样气露点之上，防止形成凝结。可选取样泵上安装了一根涡流冷却管，有助于将控制箱温度保持在可接受的范围。使用PLC(可编程逻辑控制器)控制为涡流冷却管输送空气的阀门。压缩气体要求为大约4 scfm（标准立方英尺每分钟） @ 80psi（磅每平方英寸）。 2.2.6 氨洗涤器（可选） 当使用氨气和尿素来降低氮氧化物的水平或样气中出现氨气时，必须选用氨洗涤滤器(如下图2.10所示)。氨盐可以在干燥器管中沉积，如果不从样气气流中去除可对干燥效率造成永久性影响。氨洗涤器由聚砜和316 SS壳体和内部填充的磷酸类介质及惰性陶瓷组成。上述介质需要 定期更换。 图2.10 氨洗涤器结构示意图 2.2.7 免加热反吹气干燥器（可选） 如果没有-40℃露点的干燥吹扫气体，可在TH-871上安装免加热干燥器对压缩气体进行干燥。免加热干燥器的出口将连接到标准反吹气流控制器上。免加热干燥器可完全自动连续运行，处理不含油质的压缩气体时无需任何维护。结构如图2.11、图2.12所示。 图2.11 反吹气免加热干燥器外观示意图 图2.12 反吹气免加热干燥器结构示意图 2.2.8 吹扫气体射流泵（可选） 如果样气的真空度大于5英寸水柱以上时，需要安装干燥吹扫气体射流泵。射流泵生成的真空可降低干燥吹扫气体的压力，放置Nafion管被压扁。 2.2.9 Z-反吹（可选）（没有这个配置） 为使危险环境符合Ⅰ大类Ⅱ小类规格，应当使用Z-反吹。 连接惰性气体后，外壳电源和报警系统（如果使用）断开。 按照下面步骤开始反吹系统： 1. 仔细阅读系统上的启动指导说明牌。 2. 检查外壳保护排气口（EPV-1，如果使用）的运行情况，手动将其打开多次。 3. 密封保护好外壳。 4. 检查外壳压力控制调节器，旋转CW，把外壳压力指示类设定到“安全”气压。 5. 确保保护系统外壳压力指示灯保持“安全”气压一分钟。 6. 按照指导说明牌上的规定，等候换向时间，然后为保护好的外壳供电。 7. 要确定外壳压力指示灯保持“安全”气压后方可离开系统，开启无人值守。 2.3 安装 机组在安装时应当避免雨雪直接冲刷，如室外温度可能低于-10℃请不要将机组安装到室外。 总流程示意图，如下图2.13所示。 1. 把TH-871系统安装在垂直面上，使干燥器和过滤器部分在顶部，控制部分在底部。 2. 附着并固定到坚固表面上。 图2.13 结构示意图 2.3.1 电气连接 a. 电源连接线方法 TH-871系统预定为硬连接，需要由用户提供断路开关和电线，开关和电线在 115/230/VAC时应当能够提供5A/10A的电流。外部断路开关应当符合IEC 60947-1及60947-3标准，并安装在设备的附件处，方便操作员操作，开关上应当明确标注为GS-2040的切断装置。 系统按要求接地，要符合安装地的规范要求。 按照下图2.14的要求连接电线 。保险丝盒为1.25"×0.25"玻璃保险，如有需要还应当更换为相近额定值的保险丝。PLC电源的保险丝盒位于接线端子上部，使用5mm×20mm，1.0A，速熔保险丝，如有需要还应当更换为相近额定值的保险丝。 图2.14 电力布线 b. 输入/输出（I/O）接线 PLC（可编程逻辑控制器）输出电压为24VDC（见图2.15），也叫驱动输出。即当PLC逻辑发出打开命令时，输出电压从0VDC上升到+24VDC，为外部的执行器件提供动力。执行器件的功耗不应当超过0.5A、24VDC时，最小负载电流应当大于10mA。还应当安装0VDC端子连接器作为电流吸收器闭合输出电路。 图2.15 PLC输出 PLC输入应当为24VDC(动力)（见图2.16）。即输入打开后，发信号告知PLC逻辑，已发生某个动作或需要发生某个动作，应当为输入端子提供+24VDC。还应当安装一个+24VDC端子作为电流源闭合输入电源。 图2.16 PLC输入 2.3.2 烟囱安装系统 TH-871烟囱安装系统设计用于安装到已经直接焊接在烟囱上的2" 到 4"凸缘喷嘴上。它允许的凸缘喷嘴角度为0到10度。该系统的安装相对简单，但系统重量接近110 磅，需要三个人协助，安装过程中需要使用支架（见图2.17）。 图2.17 TH-871系统与烟囱之间的安装示意图 2.4 控制系统操作 2.4.1 综述 TH-871系统由一个操作界面面板和一个Koyo DL06 PLC组成，后者可完成多项功能。PLC可控制两到三个PID温度控制回路。壁装式系统标准配备两个PID回路。烟囱上安装的系统标准配备三个PID回路，多出的一个PID回路用来控制探头过滤器。 PLC还控制着可选加热探头过滤器反吹空气及絮凝式过滤管的时间。 可使用软布和温和的清洁剂擦拭显示面板，不可在不锈钢外壳上使用氯消毒剂。 2.4.2 操作界面 界面① 界面② 界面③ 第3章 红外气体分析仪 3.1 简介 不同原子、分子在红外线波长范围具有吸收光谱，其吸收强度遵循朗伯—比尔公式，本红外气体分析仪（日本富士）就是利用此原理，测量样气中NO、SO2、CO、CO2、CH4等的浓度。并且可内置小型磁氧分析仪，一台设备可以同时测量包括O2在内的最多5种组分。 通过配备微处理器、采用大型液晶屏幕，实现了方便的可操作性、高精度和多功能性。适合用于锅炉、垃圾焚烧等的燃烧排气测量。其外观结构如图3.1所示。 图3.1 红外气体分析仪外观示意图 （注：详细内容请参见日本富士红外气体分析仪说明） 第3章 红外气体分析仪 第3章 红外气体分析仪 38 第4章 烟气参数测量子系统 4.1 简介 烟气参数测量子系统采用皮托管和差压变送器测量烟气流速、采用压力变送器测量烟气压力、采用温度变送器测量烟气温度、采用湿度传感器测量烟气含湿量。 4.1.1 烟气流速测量装置的安装 本系统中烟气流速测量装置是由S型皮托管、压差变送器及反吹部分组成，其部件和安装如下图4.1所示。 1——压力测量及反吹气连接管；2——皮托管密封紧固环套；3——法兰连接螺栓；4——皮托管穿墙固定护套定位栓；5——皮托管穿墙固定护套；6——皮托管；7——连接法兰 图4.1 差压变送器 为了使皮托管与皮托管穿墙固定护套之间保持密封不漏气，图4.1的皮托管密封紧固环套（2）与连接法兰之间加有带锥度的聚四氟乙烯环套（8），当皮托管穿墙定护套固定在烟道壁内（水泥固定，由定位栓定位在烟道壁中不被转动）后，调节好皮托管的前后距离，再紧固环套（2），通过挤压带锥度的聚四氟乙烯环套，使烟气不致沿皮托管与紧固环套（2）之间漏气。同时，在法兰（7）连接处加有耐高温的石棉垫圈，防止烟气从法兰连接处泄漏，详见图4.2。 2——皮托管密封紧固环套；7——连接法兰（ 中间夹有石棉垫圈）；8——密封用聚四氟乙烯环套 图4.2 皮托管密封环套的组装与连接 4.1.2 差压变送器 差压变送器如图4.3所示。通过聚四氟乙烯管与皮托管连接，来自皮托管的二压差管接至图4.3中的差压变送器的压差入口（2），来自压缩机的反吹气接至图4.3中的接口（3）。差压变送器一般装在皮托管附近或工作平台上。反吹压缩机一般装在控制室的机框中。有的压力变送器端面上直接有压差显示，如图4.4所示。 1——差压变送器；2——压差入口；3——反吹气入口 图4.3 差压变送器实物照片 图4.4 差压变送器的压差显示器 烟气流速测量装置的整体连接情况如图4.5所示。图中皮托管连接法兰的左侧部件装在烟道中，反吹压缩机装在控制室内。差压变送器和反吹气是通过聚四氟乙烯管连接。图4.5是烟气流速测量装置的管路连接情况图，而非实际安装图。 根据上述说明（图4.1），按烟道壁的预留安装孔，将皮托管穿墙固定护套（5）装入孔内，插入皮托管（6），连接和固定法兰螺栓（3），拧紧皮托管密封紧固环套（2），使聚四氟乙烯环（8）与皮托管的外套壁紧密接触，再连接好管路和线路（电源线、控制线）即可。 值得注意的是：皮托管的动压口一定要与烟气流动方向垂直，否则会产生测量误差。 1——皮托管；2——烟道壁；3——压差变送器；4——压力传 输连接管；5——反吹气管；6——冷凝器；7——反吹压缩机 图4.5 烟气流速测量装置系统连接示意图 注：1. 图中未表示出连接法兰等部件；2. 部件6装在控制框内。 4.1.3 烟气温度及压力测量装置 本系统中将烟气温度测量和烟气压力测量装置组装在一个法兰盘中。其结构形式如图4.6所示。安装时，先将穿墙套管固定在烟道壁中，再将温度、压力测量装置插入相应孔中，连接各自的变送器，将信号线引入控制室即可。 1——测温传感器；2——压力传感器；3——温度变送 器；4——压力变送器；5——组件穿墙管；6——穿墙 管定位栓；7——测温杆定位螺母；8——赫丝曼接头 图4.6 压力、温度装置组装方式图 此处的烟气压力是指烟气静压。压力变送器的结构如图4.7所示。 本系统中采用的压力变送器为CY3018型隔离压力变送器。该变送器选用进口高精度隔离膜片压力传感器芯体，并运用温度补偿及归一化调试技术，克服了传感器芯体受温度影响的难题 该压力变送器和压力接口均采用不锈钢结构，具有抗化学腐蚀能力，质保期长，安装方便等优点。主要技术指标如表4.7所示。 图4.7 压力变送器实物照片 表4.1 CY3018压力变送器主要技术指标 序号 参数 指标 1 压力测量范围 ±5kPa(可扩展) 2 精度 0.5级（含线性、重复性和迟滞） 3 过压极限 2倍量程 4 温度稳定性 0.2%FS/年（包括零点温漂和量程温漂） 5 长期稳定性 0.2%FS/年 6 输出信号 （4～20）mA； 7 介质温度 （-40～80）℃(可扩展至-40℃～120℃) 8 工作环境温度 （-40～80）℃ 9 供电电源 （13～40）V 10 接口材料 1Cr 18Ni 9Ti 不锈钢 11 负载电阻 R＜（V-13）/0.02 （Ω） 12 电气连接 两线或三线防水插头，防水通气格兰接头或屏蔽电线 13 压力接口 M20×1.5；1/2NTP外螺纹或根据用户要求特制 14 被测介质 与316不锈钢相容的气体或液体 4.1.4 氧含量测量装置的安装 本系统中采用氧化锆传感器测量烟气中的氧含量。 图4.8 氧化锆测氧传感器及变送器 安装时，先将传感器穿墙定位套管（2）固定在烟道壁内，将密封石棉垫（4）、连接法兰（3）套在传感器杆中，再将与底座相连的传感器杆插入穿墙定位套管（2）中，用法兰连接螺栓（5）将传感器与穿墙定位套管固定。此后，只需将传感器的电源线及信号线与变送器相连接即可。 4.1.5 湿度测量装置（可选） 图4.9为阻容法测湿装置。 图4.9 阻容法测湿装置 测湿传感器和变送器是组装在一起的，穿墙套管是另配的。安装时，先将穿墙套管固定在烟道的预埋位置，待其稳固后，打开变送器（4）的盖子，将传感器杆插入套管内，用法兰固定螺栓将组件与穿墙套管连接固定，并将电源线和信号线引入控制室即可。 第4章 烟气参数测量子系统 46 第5章 烟尘监测仪 5.1 简介 TH-810β射线法低浓度烟尘监测仪采用经典的“β射线吸收”原理，实时在线测量烟气中颗粒物浓度。具有测量精度高，操作简便，维护简单，数据储存量大，全天候工作等特点。其外观结构如图5.1所示。 图5.1 烟尘监测仪外观示意图 5.2 主要特点 TH-810β射线法低浓度烟尘监测仪有以下功能和特点： 采用β射线吸收原理直接测量颗粒物的质量。 气路流量采用进口比例阀，智能PID控制，恒流精度高。 操作界面人机对话，存储容量大；数据存储器可存储一年以上的数据，配有数字和模拟输出，可灵活连接外部数据记录系统。 内置7寸触摸彩屏，全中文菜单易于操作。 监测结果可数字直读、机内存贮、模拟或数字方式输出。 具有记录或输出工作过程中的大气压、环境温度、流量和浓度等数据的功能。 仪器具有显示和设置系统时间的功能及时间标签功能，数据为设置时段的平均值。 采样时对采样管进行加温，防止管路冷凝。 监测仪具有反吹功能，去除采样管中的尘垢，避免管道堵塞。 仪器内部采用变频器控制泵的转速，降低泵的噪声和功率，提高泵的使用寿命。 监测仪自带有空调，对机箱进行冷却，当机箱温度达到40℃以上，空调启动对机箱内部进行冷却降温。 参数设置后，自动采样，无需人工操作和干预，无人为操作误差。 检测器采用进口光电倍增管及闪烁体。 每个机械组件都有相应独立的测试程序自动检测，对光电传感器的检测也由相应的程序进行测试。 采用嵌入式单片机系统实现数据的采集和处理，具有高稳定性、高可靠性、实时性能强等特点。 仪器具有当前状态自动恢复功能，来电一分钟后按停电前状态自动运行。 采用的抽气泵噪声小，带负载能力强。工作周期长，可连续自动运行，安装维护简单。 β放射源为14C，放射强度仅为国家安全标准的1/4（国家标准为＜100微居），其半衰期为5730年，性能稳定，符合核安全卫生标准，对操作人员和环境不会形成放射性污染。 所提供的卷盘式玻璃纤维滤膜，可采集800个～1000个数据样品。 安装简便耐用，可直接置于恶劣环境下运行而无需外部防护装置。 机箱内置控温系统，确保仪器各部件的正常、稳定运行。 通过RS485通信协议提供与上位机便捷、可靠的数据通信，历史数据可通过查询界面显示。 采用高速实时处理控制，数据更准确，跟踪更迅速（采样时自动跟踪烟气流速，跟踪响应时间快）。 5.3 监测仪的工作条件及技术指标 5.3.1 工作条件 监测仪的工作环境条件： a) 环境温度：（-40～60）℃； b) 相对湿度：≤95%； c) 大气压力：（80～106）kPa（特殊要求，可订制）； d) 工作电源：AC220(1±10%) V，频率（50±1）HZ。 5.3.2 技术指标 TH-810β射线法低浓度烟尘监测仪的主要技术指标见表1.1。 表1.1 TH-810主要技术指标一览表 序号 检测项目 性能指标 1 颗粒物 浓度 测量范围 （0.1～10）mg/m3或（0.1～50）mg/m3（可扩展） 2 最低检出限 0.1mg/m3 3 校准膜重现性 ±2%（标称值） 4 等速采样流速 测量范围 （5～40）m/s 等速跟踪吸引误差 ±5% 表1.1 TH-810主要技术指标一览表（续） 序号 检测项目 性能指标 5 压力 误差 动压 测量范围 （0～1500）Pa 示值误差 ±1.5% 6 静压 测量范围 （-30～30）kPa 示值误差 ±2.5% 7 流量计 前压力 测量范围 （-40～20）kPa 示值误差 ±2.5% 8 大气压 测量范围 （75～106）kPa 示值误差 ±0.5kPa 9 温度误差 流量计前温度 测量范围 （0～80）℃ 示值误差 ±2℃ 10 烟气 温度 测量范围 （0～400）℃ 示值误差 ±1%F.S 11 等速跟踪响应时间 ≤8s 12 计时误差 ±0.1% 13 功率 1000W 14 尺寸 580×480×1080mm (L×W×H) 15 重量 约85kg 5.4 工作原理 监测仪是根据β射线吸收原理设计，β射线是一种高速电子流，它穿过物质时和物质内部电子发生非弹性碰撞，其能量被部分吸收。当β射线源最大能量小于1Mev，穿透物质的质量较小，β射线源强度恒定，则被吸收量大小只与吸收物质的质量有关，而与吸收物质的物化特性（如成分、粒度、分散度、形状、颜色等）无关。所以它能直接测量质量浓度而不用进行任何的换算。 本监测仪是以恒定的β射线源先后穿过空白滤膜和采集有烟尘样品的滤膜（滤带），比较其吸收量的变化，便可求得烟尘样品的质量（）。若测量的时间相同，前后两次测量的总计数分别为和。 β射线穿过吸收物质后，其强度的衰减可由式（1）计算： ...........................................................(1) 式中： ——β源辐射穿过物质后的强度； ——β源的辐射强度； ——吸收物质单位面积总质量，mg/cm2； ——吸收物质的质量吸收系数，cm2/mg,对于同一吸收物质，与放射能量有关。 仪器利用等速采样法从烟道中抽取一定体积的含颗粒物的烟气通过滤带过滤后,烟尘沉积于β源与光电倍增管之间的滤带上，采样前后光电倍增管计数值的变化反应了滤带上吸附烟尘的质量变化，由此可以得到采样烟气中颗粒物的浓度。（β射线测量装置的测量原理如图1.1所示） 1——过滤带；2——β源；3——β射线检测器；4——烟气中的 颗粒物；5——含尘气流；6——前置放大器；7——测量值显示 图1.1 β射线法测量烟尘样品质量浓度示意图 第一步：光电倍增管是用来对β射线通量进行计数的，其计数频率的变化可表征β射线强度的变化，由式（2）计算： ...........................................................(2) 第二步：当β射线穿过单位面积质量为的清洁滤膜时，其计数频率由式（3）计算： ...........................................................(3) 第三步：开始颗粒物采集，设收集在滤膜上的烟尘重量为时，吸收物质的总质量为,此时的计数频率由式（4）计算： ........................................................(4) 第四步：用光电倍增管进行计数，采样前后两次计数的时间相等，则两次计数的总数分别由式（5）和式（6）计算： ...........................................................(5) ...........................................................(6) 式中： ，——分别为光电倍增管对应清洁滤膜和采集有烟尘滤膜时的计数累加值； ，——由式（3）和式（4）确定的计数管的计数频率； ——计数管的计数时间，设置为120秒。 第五步：烟气中颗粒物的质量由式（8）计算： .........................................................(7) .........................................................(8) 式中： ——采样斑点面积，cm2，其它参数说明同上述。 第六步：采样时，烟气进入采样入口，流经滤膜时颗粒物沉积下来，在滤膜上形成一个面积为1cm2的样品尘斑。采样标况体积由式（9）计算： .........................................................(9) 式中： ——采气标况体积，L； ——采样泵的采气流量，L／min； ——采气时间，min； ——计前温度，℃； ——现场环境大气压，kPa。 第七步：烟气中颗粒物浓度由式(10)计算： .........(10) 式中： ——颗粒物浓度，mg／m3；其它参数说明同上述。 对结构一定的监测仪，、均为固定的常数，烟气中颗粒物的浓度取决于前后两次计数值与之比及采样体积。 5.5 计算质量吸收系数值 系数值由β射线源和检测器的相对位置和特性决定。我们所用的β源为14C，其衰减周期为5730年，对人体没有损伤，经湖北省辐射环境管理站测定，我公司TH-810β射线法低浓度烟尘监测仪使用的β放射强度为50微居，并获得辐射安全许可证。该β源在使用期间内（如十年），β源的强度变化完全可以忽略不计。β源和检测器的相对位置是固定的，采样尘斑的面积我们选取为1cm2，和由盖革计数管确定，值时通过已知质量的标准膜片校准确定。 若测量清洁滤膜时计数管的计数值为，测量已知质量为的标准膜片时计数管的计数值为，当S已知（1cm2），则由式（11）可得： ...................................................(11) 式中： ——质量吸收系数，cm2/mg；其它参数说明同上述。 第1章 概述 6 第6章 结构与功能 6.1 TH-810的整机结构 TH-810β射线法低浓度烟尘监测仪主要由皮托管、压力传感器、流量测量和控制装置、抽气动力装置、加热装置、制冷装置、反吹装置、质量测量系统、温度测量装置、微处理系统及显示单元等组成。结构见图2.1。 1——采烟尘采样枪；2——供带轮；3——冷凝器；4——集水瓶；5— —流量测量装置；6——光电倍增管；7——β源；8——采样体；9—— 采样抽气泵；10——收带轮；11——USB接口；12——显示屏；13—— 关断阀；14——蠕动泵 图2.1 TH-810整机结构示意图 6.2 TH-810的测量结构 监测仪由烟尘采样装置（含S皮托管、烟温探头）、颗粒物样品采集单元、颗粒物质量检测控制单元及数据处理单元等组成。颗粒物样品采集单元包括采样入口装置、滤膜及其传送装置、流量监测和恒流调控装置、采样泵及泵的启停控制装置；质量检测单元包括一个强度恒定的β射线源（14C、≤100μCi），它位于采样滤膜上方，下方为β射线检测器（光电倍增管）、高压电源盒检测电路；控制及数据处理单元是单片机为核心的微电脑系统和外围监控电路，在设定程序操控下实现数据采集、处理、存储、传输、结果显示以及温度、压力检测，恒流调节、采样泵的启停、滤膜传送装置、动态加热系统装置等。结构如图2.2所示。 1—真空泵排气口；2—皮托管检测入口“-”（测量烟气静压）；3—皮托管检测入口“+” （测量烟气全压）；4—烟尘采样管烟气入口；5—烟尘采样管；6—切割器[内含PM10、 PM2.5切割器(预留)]；7—供带轮；8—张紧轮；9—β源；10—滚轮；11—β射线检测 器；12—采样体；13—摆轮；14—收带轮；15—测量走纸装置；16—加热棒；17—V3 关断阀（反吹）；18—V4关断阀（对样气进行加热）；19—过滤器；20—V2关断阀；21 —V1关断阀；22—调压阀；23—冷凝器；24—集水瓶；25—蠕动泵；26—流量测量装置； 27—计温传感器；28—流压传感器；29—计压传感器；30—采样压力；31—差压传感器； 32—采样泵 图2.2 TH-810测量结构原理图 6.3 监测仪面板结构 6.3.1 前面板结构 仪器的面板结构如图2.3，打开机箱门后的结构如图2.4、2.5所示。面板内结构主要由卷盘式玻璃纤维滤膜、滤膜传送装置、β射线源、光电倍增管、采样体、电源开关等部分组成。 1——烟尘采样枪；2——防雨罩；3——仪器把手 ；4——烟枪采样盒；5——搭扣锁；6——机箱门 图2.3 前面板示意图一 1——温度控制器[采样枪加热温度（可设置）]；2——空调控制器[机 柜内温度（可设置）]；3——铰链（可将面板打开，便于仪器内部的 维护）；4——电源开关；5——显示屏；6——采样体；7——抽气泵 图2.4 前面板示意图二 1——供带轮；2——星形手柄；3——玻璃纤维滤膜（滤带）； 4——β源；4——β源；5——张紧轮；6——滚轮；7——β射 线检测器（光电倍增管闪烁体）；8——USB接口；9——摆轮； 10——收带轮； 图2.5 前面板示意图三 供带轮和收带轮配合使用驱动玻璃纤维滤膜移动。供带轮和收带轮由程序控制电机同步，保证滤膜处于张紧适中状态。供带轮和收带轮间的摩擦力一定要大于摆轮的伸张弹力。纸带移动时，压头是抬起的，在采样时压头落下，保证采样通道密封。 6.3.1.1 空调控制器 仪器前面板上布置有空调控制器，可设置监测仪自带的空调温度，对机箱进行冷却，当机箱温度达到40℃以上，空调启动对机箱内部进行冷却降温，其结构如图2.6所示。 图2.6 空调控制器面板示意图 6.3.1.2 温度控制器 仪器前面板上布置有温度控制器，作用是显示设定烟尘采样枪的加热温度，使采样枪的温度控制在（120～140）℃范围内。其结构如图2.7所示。 图2.7 温度控制器面板示意图 2.3.2 后面板结构 后面板结构主要由调压阀、冷凝器等组成，具体如图2.8所示。 1——调压阀出气口；2——调压阀进气口；3—— 冷凝器进气口；4——冷凝器；5——冷凝器出气口 图2.8 后面板结构图 6.4 气路流程图 TH-810β射线法低浓度烟尘监测仪测量气路流程见图2.9。 图2.9 监测仪气路结构 6.1 烟尘采样枪 TH-810β配置的烟尘采样枪结构如图2.13、2.14所示。 1——烟枪采样连接盒；2——法兰盘；3——采样管 图2.13 烟尘采样枪结构一 1——烟温探头；2——皮托管；3——烟气入口；4——反吹排气嘴 图2.14 烟尘采样枪结构二 表2.1 流量和采样孔径的选择 采样嘴直径（mm） 流速（m/s） 4 5 6 7 8 10 12 14 5 3.76 5.88 8.46 11.52 15.04 23.50 33.84 46.06 10 7.52 11.75 16.92 23.03 30.08 47.00 67.68 92.12 15 11.28 17.63 25.38 34.55 45.12 70.50 101.52 138.18 20 15.04 23.50 33.84 46.06 60.16 94.00 135.36 184.24 25 18.80 29.38 42.30 57.58 75.20 117.50 169.20 230.30 30 22.56 35.25 50.76 69.09 90.24 141.00 203.04 276.36 35 26.32 41.13 59.22 80.61 105.28 164.50 236.88 322.42 40 30.08 47.00 67.68 92.12 120.32 188.00 170.72 368.48 6.5 监测仪总安装示意图 图3.10 整机与烟囱的安装 利用手推式升降车调整仪器的高度，使采样管能伸入烟囱内部。用固定板将升降车和采样主机固定到平台上，如图3.11所示。 图3.11 主机与升降车、升降车与采样平台的安装 第7章 TH-2000S软件操作 TH-2000S数据采集传输仪通过数字通道、模拟通道、开关量通道采集监测仪表的监测数据、状态等信息，然后通过传输网络将数据、状态传输至上位机；上位机通过传输网络发送控制命令，数据采集传输仪根据命令监控监测仪表工作。 图7.1 数据采集传输仪工作原理示意图 7.1 软件使用方法 安装完成后，进入TH-870烟气超低排放连续监测系统，点击桌面图标“”进入系统，显示界面如下。 界面① 采集系统正常运行后，显示界面②。通过界面②，能直观的看到当前采集到的各个测量参数的瞬时浓度值，如可以看到SO2浓度值、NOX浓度值、02浓度值、烟尘浓度等。界面下方为主要测量参数的瞬时曲线。 界面② 界面③ 界面④ 当我们要对系统软件进行相应的配置或者查看时，需要输入相应的用户名和密码，登记【登陆】，会出现以下登陆界面，输入用户名，默认密码为“1234”。 如果输入密码错误后，提示重新输入。 输入正确密码后，就可对参数进行查看和设置。 7.2 参数设置 通讯串口设置: 对监测系统的串口进行配置，点击菜单中的“参数设置”——“通讯端口设置”，显示界面如下。 界面⑤ 采集软件通过RS232或RS485串口对分析仪进行数据通讯，如果通讯串口设置错误，系统无法对分析仪器进行正确的数据采集。操作人员根据现场的实际连接方式对串口进行正确的设置。 界面⑥ 串口设置成功后，仔细观察软件是否已经采集到相应的数据，如果采集系统没有采集到正确的设置，必须进行仔细的检查，直到能够正确的采集到分析仪器的数据为止。 网络参数设置： 对监测系统的网络参数进行设置，点击菜单中的“参数设置”——“网络参数设置”，弹出一个新的窗口如下。 站点信息设置： 对监测系统的站点信息进行设置，点击菜单中的“参数设置”——“站点信息”，弹出一个新的窗口如下。 用户管理： 对监测系统的站点信息进行设置，点击菜单中的“参数设置”——“用户信息”，弹出一个新的窗口如下。 选择用户类型，系统管理员能执行所有的操作，操作人员不能进行参数修改，只能进行查看。 填好相应的设置后，点击【添加用户】，用户信息添加完成。 同时，也能够对用户进行编辑，删除。 7.3 报告浏览 点击菜单中的“报告浏览”——“分钟报告浏览”，显示界面如下。 界面⑦ 选择需要查看的开始时间，结束时间，然后点击【浏览】就能够查看到所选时段的历史数据，同时可以对查看的数据进行导出、打印。 界面⑧ 点击菜单中的“报告浏览”——“5分钟报告浏览”，显示界面如下。 界面⑨ 7.4 曲线浏览 点击菜单中的“曲线浏览”——“分钟曲线浏览”，显示界面如下。 界面⑩ 选择需要查看的开始时间，结束时间，点击浏览，就能够查看相应时间的历史曲线。通过右侧的复选框，选择需要查看的参数曲线。同时，可以对查看的曲线进行导出。 界面 点击菜单中的“曲线浏览”——“5分钟曲线浏览”，显示界面如下。 界面 7.5系统工具 点击菜单中的“系统工具”——“相关性计算”，显示界面如下。 界面 当烟尘进行手工采样后，和实际在线监控的数据进行比对，通过相关性计算工具，直接得出斜率、截距、相关系数。 界面