脱硝烟气连续监测系统

污染源烟气连续自动监测系统(CEMS)采用独特的稀释技术，与各种直接采样技术相比有着明显的优势。探头稀释比的恒定控制，使稀释探头无需加热或进行温度、压力补偿，稀释及控制部分简单明了，而且彻底消除了系统腐蚀和堵塞的影响。根据美国1990年清洁空气法案的要求，稀释法为污染源在线检测的首选方法，在美国已经安装的2000多套污染源系统中，有1800多套采用稀释法，其中1600多套采用的是赛默飞世尔科技的系统。在中国，Thermo Scientific不仅提供了第一套稀释系统，而且占有国内稀释法的大部分市场。稀释系统的特点准确的湿法测量——美国EPA优选方法连续测量SO2浓度，SO2排放量、NOx浓度，NOx排放量及烟气浓度等参数采用探头内瞬间稀释技术，彻底消除冷凝水影响无需跟踪加热采样管线稀释技术解决了烟气含尘量高而引有的堵塞问题采用从采样探头开始的全系统动态校准全汉化中文数据处理和报表生成样品气传输快，维护工作量小，消耗品用量少国家技术监督局系统认证，国家环保局认证，ISO9001认证 典型的湿法测量稀释系统采用独特的现场样品预处理的气体采集方式。在采样探头顶部，通过一个音速小孔进行采样,并用干燥的仪表空气在探头内部进行稀释。样品气进入分析仪之前不需要除湿处理，因为样品气经过稀释后（稀释比通常选择在100:1至250:1之间），有效地降低了样品的露点温度，使之低于安装地的环境最低温度，从而避免了样品气在环境温度下产生的结露现象；另一方面，样品气虽然经过稀释，但仍为带湿气体，测量过程是典型的湿法测量。由于稀释探头采样不需要除湿设备，因而无需增加购置除湿设备的成本及其维护费用，除湿设备的损坏会导致湿度增加使样气结露并腐蚀而导致分析仪器故障。稀释法可以彻底避免样品气在采样管线中冷凝结水，这样就无需加热气体传输管线并可避免许多与其他采样技术伴随而来的麻烦。这种测定方法是美国EPA优选的带湿计算方法，不仅避免了除湿过程中产生的SO2和NOX损失，而且彻底消除了直接采样法经常发生的由于水份没有从样品中彻底消除而带来的腐蚀影响。稀释法提供带湿样品气测量数值和带湿烟气流量值，因而不再需要为数据修正提供额外的湿度计。 稀释法采样探头采样探头所有暴露在烟气中的部分，采用的是精心选择的耐热耐蚀的铝铬镍合金Inconel600,镍基铝合金Hastelloy C276或不锈钢304pyrex玻璃等材料，以避免探头在烟气中被腐蚀。稀释探头采样流量通常为2500px3/分钟，而非稀释探头采样流量大约是87500px3/min，因而稀释法更不容易发生探头过滤器堵塞，维护周期长，维护费用低。来完成的，因而无需任何专用电源和电路，具有体积小、安装简单、维护方便的特点。为保证恒定的稀释比，赛默飞世尔科技的探头设计采用独特的音速小孔设计。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。这就使得整个探头的流量控制是靠气动来完成的，因而无需任何专用电源和电路，具有体积小、安装简单、维护方便的特点。 简单的采样管线由于稀释样品的露点低而无需跟踪加热，所以连结采样探头和分析仪器的采样管线是无需加热型的。稀释系统的采样管线由四根聚四氟乙烯管组成，其中两根分别用于往采探头输送校准气和稀释空气，一根用于往各种分析仪器输送稀释后的烟气样品，另一根用于探头部分的真空度监测。所有采样管线除真空管线外都是正压，从而避免了由气体泄漏所引入的误差。稀释采样法在样品的采集和传输过程中，不象非稀释采样法那样需要采样泵及若干个流量控制阀，从而减低了购买和运行维护成本，而且减少了故障隐患。 恒定的稀释比例为保证恒定的稀释比，赛默飞世尔科技的探头设计采用独特的音速小孔设计。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。探头的抽气，是依靠气动抽气器（文丘里管）来完成的，根据气动力学原理，形成稳定的真空度，并保证稀释气体流量的恒定。这就使得整个探头，因而无需任何专用电源和电路，具有体积小、安装简单、维护方便的特点。并且由于气动力学特性，保证了探头的良好重复性。保证了探头的稀释比恒定。稀释系统保证的是稀释比的恒定，而并非给出一个确认的稀释比例。通过稀释比例的恒定，保证系统的准确性。 自动校准功能稀释系统可在预先设定的时间间隔内自动或手动对仪器的零点及跨度进行系统校准。系统校准是将校准气注入到探头顶部，对系统的所有部件包括探头过滤器、采样管线、探头控制器以及分析仪器进行校准，这种系统校准方式与直接采样系统所采用的只对分析仪器进行的部分校准具有本质的区别，是美国EPA唯一认可的校准方式。系统校准可由手工完成或由数据处理器自动设定完成，也可以通过网络由远程控制实现。系统采用干燥压缩空气校准零点，采用钢瓶气校准跨度。数据采集及处理系统将规定值与校准数据进行比较，以检验仪器的准确度，根据美国EPA的要求对数据进行有效性判断，在有效的情况下可以自动进行数据修正。 先进的气体分析技术在气体分析技术方面，ThermoScientific采用自行开发生产的世界上最先进可靠的分析仪器。分析系统采用模块化的组合方式，可以根据用户的实际监测要求，灵活地配置系统构成。各项参数独立监测，保证每一台仪器都在最优化的条件下工作，与多参数分析仪器相比，具有结果更准确、维护更便捷的特点。这种系统组合很好地满足了广大客户的实际应用，使Thermo Scientific在全球范围内享有很高的声望，并占有很大的市场份额。Thermo Fisher是目前市场上普遍采用的紫外荧光法SO2分析仪的发明者，其市场占有率超过70%；它还是化学发光法NOx分析仪的发明者，其市场占有率超过60%；同时，Thermo Scientific其他气体分析仪器也拥有世界上最大的市场占有率，广泛地受到用户的好评。 由于脱硝烟气中要监测的项目有：NH3、SO2、H2O、CO2等参数，所以在常温采样时以上物质会发生反应生成(NH4)2SO3、NH4HSO3、(NH4)2CO3和NH4HCO3。当在高温伴热时烟气中原有的副产物就会分解生成气态NH3、SO2和CO2。因此常规方法和高温伴热都存在不可解决的问题。而赛默飞世尔科技的稀释技术非常出色的解决了以上问题,可准确监测到烟道中NH3,CO2,SO2的数据。这就使得赛默飞世尔科技烟气监测系统在脱硝系统中占有非常大的优势脱硝系统中的CEMS应用，主要面临的技术关键问题是：（1）烟气温度高（2）烟尘含量高（3）烟气中含有NH3。 而采用稀释技术将最大限度地避免或降低这些问题对系统的影响，保证系统稳定运行，准确测量。将烟气稀释后，可降低稀释后的样品气的湿度，有效地防止烟气凝结；稀释采样，烟气抽取量非常小，大约为50－300ml/min（一般为50ml/min），是直接抽取法采样抽气量的几十分之一，因此，探头滤芯的工作负荷也大大降低，有效地提高了探头滤芯的使用寿命和有效工作时间；将烟气稀释后，NH3浓度也被稀释，铵盐的形成温度大大降低，降低了NH3对系统的影响，同时由于凝结问题的解决，也彻底解决了NH3溶解对系统的影响，同时也降低了NH3在传输过程中吸附的影响。因此，稀释法是脱硝系统CEMS的优选方法。 稀释法采样探头（高温、高尘条件）对于粉尘含量较高达到几克甚至上百克每立方米的环境，我们选用PRO2000W型烟道外稀释探头。采用烟道外稀释探头最高可承受摄氏540度高温。并且使用INCONEL600材质可以有效阻止NH3的接触反应。它此种型号探头前端安装一长度为52”的取样探针，安装时探针向下倾斜5度，这样当烟气经过探头前端以50-100CC/min的流速流向探头时，由于样气流速很慢致使大于15 microns的粉尘首先沉积到探针外壁（见图1），然后再进入一温度控制在140°C±5.5°C (285°F ± 10°F)的过滤器。滤芯是由Teflon 包裹的玻璃纤维惰性材质，孔径为0.1 micron 。探头设有反吹装置（见图2）在反吹是高压空气通过反吹管直接作用在滤芯和探针上，可完全清除粉尘。反吹频率视现场实际情况调节。在过滤器出口经过音响小孔后与干燥的稀释空气混合（稀释比例16:1到100:1）。混合后样气（流量5－10L/min）经取样管传送到分析仪器。 探头控制器CTL2000用于探头加热控制，19”机架安装，过滤器/抽气器加热设定温度为140.5°C (285°F)；通过在探头上的热电阻测量探头温度，加热温控器可提供报警输出。电源容量：30 W环境温度：-20°C (-4°F) 至 50°C (122°F)重量：18 lbs. (8.3 kg) 采样管线由于稀释样品的露点低而无需跟踪加热，所以连结采样探头和分析仪器的采样管线是无需加热型的。稀释系统的采样管线由四根聚四氟乙烯管组成，其中两根分别用于往采样探头输送校准气和稀释空气，一根用于往各种分析仪器输送稀释后的烟气样品，另一根用于探头部分的真空度监测。 稀释空气净化系统稀释空气和零点校准气采用除尘、除水、除油，以及必要时除CO2和浓度过高的空气本底中的SO2和NOX的仪表空气，它应该是干燥的,露点为-30°C 到 - 40°C ， 压力620 ± 68 KPa。赛默飞世尔科技采用专门的空气净化装置，很好地满足了以上要求。 自动校准稀释系统可在预先设定的时间间隔内自动或手动对仪器的零点及跨度进行系统校准。系统校准是将校准气注入到探头顶部，对系统的所有部件包括探头过滤器、采样管线、探头控制器以及分析仪器进行校准，这种系统校准方式与直接采样系统所采用的只对分析仪器进行的部分校准具有本质的区别，是美国EPA唯一认可的校准方式。系统校准可由手工完成或由数据处理器自动设定完成，也可以通过网络由远程控制实现。系统采用干燥压缩空气校准零点，采用钢瓶气校准跨度。数据采集及处理系统将规定值与校准数据进行比较，以检验仪器的准确度，根据美国EPA的要求对数据进行有效性判断，在有效的情况下可以自动进行数据修正。系统校准在美国环保局要求中规定是必须的，无论针对何种采样系统。否则无法判定监测系统的系统误差。

脱硝系统中的应用随着国家对环保要求的加强，脱硝成为和脱硫一样必不可少的设施。脱硝烟气中通常要监测的项目有：NH3、NO-NO2-NOX、O2等参数。脱硝系统中的CEMS应用，主要面临的技术关键问题是：特点带来的问题Thermo Scientific解决方案烟气温度高常温下凝结，导致腐蚀、使样气组分浓度发生改变稀释烟尘浓度高探头堵塞稀释烟气中含有NH3在高温下NH3的接触反应，将改变样气中NO浓度，并对探头造成腐蚀选择适当的探头材质铵盐的形成，易造成系统堵塞，并改变组分浓度稀释NH3遇水溶解，造成对系统的腐蚀，并改变样气组分浓度稀释而采用稀释技术将最大限度地避免或降低这些问题对系统的影响，保证系统稳定运行，准确测量。将烟气稀释后，可降低稀释后的样品气的湿度，有效地防止烟气凝结；稀释采样，烟气抽取量非常小，大约为50-300ml/min(一般为50ml/min)是直接抽取法采样抽气量的几十分之一，因此，探头滤芯的工作负荷也大大降低，有效地提高了探头滤芯的使用寿命和有效工作时间；专门为脱硝出口设计的测量系统EP1001，包含探头和分析主机；可以同时测量NH3-NO-NO2-NOX；NH3转化炉内置于探头内部，使得NH3传输距离最小化，可以防止NH3在传输过程中在管壁上的吸附，防止NH3在传输过程中万一遇到水滴溶解的情况，防止NH3在传输过程中冷却时与其它气体形成铵盐。因此，稀释法是脱硝系统CEMS的优选方法。较直抽法更好的精度、更准确的测量稀释法CEMS对低浓度气态污染物监测，比直接抽取法CEMS有更好的精度。主要从以下几个方面保证系统的准确性：保证恒定的稀释比例：为保证恒定的稀释比，Thermo Scientific的探头设计采用独特的音速小孔设计。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。同时采用文丘里管作为音速小孔后面的抽气器，稀释气对着文丘里管的喉部吹，就可以产生足够大的真空将烟气吸入，并满足音速小孔正常工作的真空度阈值条件。可以看到，探头的主要部件都是依照气动学原理工作。只要保证仪表气能够连续提供（仪表气要求：0.6MPa, 20L/min)，就可以保证音速小孔和文丘里管正常工作。由于可以保证稀释气压力的恒定控制，也就保证了文丘里管真空度的恒定，同时，保证了烟气吸入量的恒定，也就保证了稀释比例的恒定。同时由于采用了音速小孔这一气动力学元件，可以有效地克服烟气压力、温度的变化对稀释比例的影响。高精度的分析仪：从前文分析仪的性能参数表中可见，SO2分析仪最低量程可至0.05ppm，如果稀释比例为100：1，则系统最低量程为5ppm,约15mg/m3。比一般直接抽取法CEMS最低量程低得多。分析仪相同精度的情况下，更低的量程就意味着更好的准确性。系统校准：稀释法CEMS采用系统校准，即把标准气体送至探头最前端，与正常采样同样的过程将标气稀释后送入分析仪，可以最大程度的保证系统精度，这种校准方式，也是美国EPA唯一认可的校准方式。稀释法可以很好地适应高尘、高湿度等恶劣工况。

汞在环境中以3种价态存在(Hg0,Hg 1+ ,Hg 2+),其排放主要来自电厂燃煤,工业锅炉,废弃物燃烧以及一些工业工艺过程.由于汞有毒性,持久性和生物累积效应,随着人们健康意识的增强,重金属汞的污染得到了日益广泛的重视。美国环境保护局（US EPA）已通过汞清洁空气法案（PS-12A 和 Part 75），控制燃煤电厂汞排放，并强制要求燃煤电厂在线监测汞排放。 Thermo Scientific 的连续在线汞监测系统根据美国环境保护局汞监测法案设计，能够连续实时监测燃煤锅炉和废弃物焚化炉烟气排放中的元素汞、离子汞和总汞。作为美国环境保护局对燃煤电厂Hg CEMS现场评估行动的主要参加者，Thermo Scientific汞分析系统完全达到和超过有性能指标测试。 系统特点： l 灵敏度高系统的最低检出限低达ng/m3级, 允许对烟气进行高比例稀释（100：1），从而降低烟气湿度、温度和其他污染物干扰 l 离子态汞的准确测定采用玻璃镀层惯性过滤器和离子汞在探头直接转化等先进技术，避免了离子态汞在传输过程的损失 l 无昂贵耗材独特的原子荧光设计避免了使用昂贵的金汞齐富集装置，并且也不需要SO2滤除器 l 无需测量烟气湿度基于稀释法基础，该系统得到的是湿基Hg浓度。不需要额外监测烟气湿度 l 无需化学试剂不需要试剂去除烟气酸性气体不产生危险废液 l 真正的连续监测不需要金汞富集，真正的实时在线 l 易于使用，易于维护简单、快捷的菜单驱动程序基于i 系列的通用技术平台 l 系统良好的稳定性满足无人值守、连续自动工作要求 l 先进、成熟的技术系统根据美国环境保护局要求设计通过燃煤电厂Hg CEMS现场评估测试 l 丰富的经验基于Thermo Fisher Scientific在烟气检测领域超过35年的经验和遍布全球的技术支持网络 汞连续监测系统由5部分组成：l 采样探头/转化炉单元 l 探头控制单元 l 分析单元 l 校准单元 l 零空气发生单元 主要技术参数： l 分析单元：元素Hg测量范围：0-300μg/m3零点噪音：1ng/m3最低检出限：2ng/m3响应时间：120秒（60秒平均）线性：1% F.S. l 校准单元：零空气流量：20SLM标气流量：50SCCM汞源标准输出：3 - 50 μg/DSCMMFC准确度：2%读数或1% F.S.MFC线性：0.5% F.S. l 探头/转化炉单元：尺寸/重量：34.5" (L) x 10.5" (W) x 18.5" (H), 92 磅材料：外部：304不锈钢气路部分：316不锈钢惯性过滤器：316不锈钢/玻璃稀释采样器：316不锈钢/玻璃流量（快速回路）：2 CFM流量（采样）：250 SCCM稀释比：25:1到100:1 l 探头控制单元：空气需量：10LPM零空气4CFM干空气