CEMS烟气在线监测系统的组成与维护

中国环境学会  2011年 03月30日

  张良、张玮、曹亚明  河北省环境监测中心站,河北省石家庄市裕华西路106号,  0311-83057794,050051
   
  摘要:CEMS是用来监测固定污染源的污染物排放监测系统,本文结合西门子公司制造的烟气在线监测系统详细介绍了该系统的组成与日常维护。
   
  关键词:在线监测系统  组成  维护
   
  国家环保部在环境保护“十五”计划中把实现污染源在线监测作为工作重点,要求全国重点城市实现占区域污染负荷65%以上的企业安装烟气和水质在线监测设备,并全面实现网络化管理。随着国家对环境监测能力建设投入的加大和自动监测技术的日益成熟,烟气自动监测系统在全国得到了广泛应用,其获取的大量、连续、完整的基础数据,为政府管理和决策部门提供了及时、全面的烟气排放信息。
   
  1、CEMS系统简介


  烟气连续监测系统(CEMS,Continuous Emission Monitoring System),用于连续自动监测固定污染源的污染物排放浓度。将仪器安装在污染源上,实时测量监测污染物的排放浓度和排放量,同时,将监测的数据传送到环保监控中心。
  目前越来越多的国外CEMS产品进入我国,按取样方法来分,有代表性的有3种:稀释法CEMS(美国热电子为代表),直接抽取法CEMS(西门子为代表),及原位直接测量法CEMS。因我省大部分电厂采用了直接抽取法的CEMS产品,因此本文结合西门子厂家产品,详细介绍CEMS在电厂环保监测中的应用及维护。


  2、系统描述
 

   2.1总体说明
   本系统主要用于烟气排放连续监测,适用于电厂、钢厂等行业。监测参数主要有SO2、NOX、O2、粉尘浓度、流量、温度、压力等。烟气监测参数经过信号处理传输至PLC再经过特定软件对这些数据进行分析处理,以实现环保数据的存储、打印、统计和传输的功能。
 

  2.2气体监测
  烟气的气体分析主要包括SO2、NOX、O2其中SO2、NOX是通过伴热管线取样到气体分析仪测量,气体分析系统由采样探头、取样管线、样品预处理系统、气体分析器、分析仪表柜等组成。
 

   2.3烟气其他参数
   烟气其他参数主要包括粉尘、流量、温度、压力等,这些参数的监测由安装在烟道上的仪器直接测量,测量结果以4-20mA电流信号方式传至上位机直接显示。
 

   2.4数据采集处理系统
    数据采集处理系统由数据采集和数据处理两部分组成。数据采集系统采用西门子S7-200系列PLC。由CPU226,模拟量输入模块EM231,及模拟量输出模块EM232构成。数据处理系统由计算机、烟气监测处理软件等组成。


  3、系统维护
 

  3.1SO2、NOX测量原理
     首先利用取样泵,从烟道内部连续抽取烟气,通过伴热管线(由于烟气温度比较高,且伴热管线比较长,如果不加热,烟气样会在传送途中冷却,从而水分从烟气中冷凝出来,而与烟气中的SO2和NOX反应,生成硫酸和硝酸,这样不仅对系统产生腐蚀,而且对测量造成影响)传送到冷凝器。冷凝器的温度一般设定在5℃,能使烟气中的水分迅速冷凝下来,冷凝的水分通过连续运转的蠕动泵排走,使其不与烟气中的SO2、NOX发生化学反应,冷凝器内的蠕动泵连续抽取冷凝水,为了使水分能顺利排出系统外,通过管线与外界相通,空气通过过滤器进入冷凝器内,除去水分的烟气通过精密气体过滤器,传送到气体分析仪。气体分析仪是基于不分光红外线吸收的原理,利用一定波长的红外光的吸收衰减来测量气体的浓度值。   
  为了保证系统取样管路不被烟气中的粉尘堵塞,气体分析仪设定了定期用空气压缩机压缩空气通过电磁阀SV1对伴热管线进行吹扫。


  3.2气体分析仪启用前的准备
  3.2.1启动前的准备
  由于该仪器是气体分析仪所以在启动前首先要检查气体是否存在泄漏,检查气体是否泄漏通常用一个U型管压力计便可以用最简便的方法测量出压力。
  (1)在样气路中施加大约0.1bar的压力;
  (2)记下压力,继续等15分钟后再次记下压力;
  (3)如果在15分钟内,压力的变化量不大于1hPa(1mbar),则说明气路具有足够的防泄漏性。


  3.2.2分析仪的标定
  在分析仪安装好之后,可以用标定气来对分析仪进行标定。标定应该使用一种含有足够浓度被测组分气体(在N2或者合成空气中样气的满量程值的70%至100%之间)来进行。进行标定时应确保气体流量在1.2-2.0L/min之间。在开始测量之前,分析仪至少要运行30分钟,因为只有在这段时间之后,分析部分的充分稳定才可以得到保证。
 

  3.3气路系统的维护


   3.3.1取样探头的维护
    应每6个月检查一次探头过滤器,可以采用压缩空气对其进行吹扫清洗。如果滤芯严重堵塞或者裂缝应及时更换。


   3.3.2采样管线的维护
   采样管线通常为免维护的,需要注意的是不要使重物压在管线上,以避免内部取样管与加热带接触而造成取样管损坏,若取样管损坏将难以修复,必须更换。
 

   3.3.3冷凝器的维护
  气体冷凝器维护量很小,每6个月更换一次安装在冷凝器下端的蠕动泵泵管。如果发现冷凝器内有粉尘时可采用人工用水清洗的方法进行处理。
 

  3.3.4保护过滤器的维护
  当有水汽或粉尘物通过保护过滤器时,保护过滤器中的滤纸会变色。这时应更换滤芯。如果保护过滤器的滤芯变色较快,应对过滤器前级气路进行检查。原因可能是探头过滤器失效,冷凝器工作失常所致。
 

  3.3.5测尘仪的维护
     正常情况下,应每季度检查一次,如经首次检查发现仪器运行环境恶劣,不能满足要求,则需经常更换空气过滤器。在正常情况下,测尘仪仅仅需要清洁光学窗口,清洁液为50%的酒精和蒸馏水的溶液,酒精需要化学纯级的,不能用含油的酒精,用含油份的酒精溶液清洁光学窗口时,当酒精发掉后仍有残留的油份,会影响测量结果的准确性。


  4、常见故障及处理方法
 

  4.1流量过低
  探头过滤器堵塞或取样泵工作不正常是主要原因,气体分析仪内部为了减缓气体流速,增加了一个用塑料做的气体扩容器,在长时间有腐蚀性气体的冲刷下,可能产生破损现象,也应检查扩容器完整情况。在检查清除泄漏后,要及时处理。
 

   4.2保护过滤器故障
  保护过滤器的故障主要表现在积尘过多和过滤器变色。积尘过多的主要原因是探头过滤器损坏,应及时检查清洗或更换。过滤器变色应及时检查探头加热、取样管加热、冷凝器、蠕动泵工作是否正常。如果保护过滤器异常不及时处理,可能造成取样管线的堵塞。那时清洗的工作量将会很大。
 

  4.3冷凝器故障
  冷凝器故障主要表现在其后管路有水汽,这时应检查蠕动泵泵管是否正常,如泵管不在正常位置时应及时调整,如泵管损坏应及时更换。
 

  4.4自动校准漂移过大
  自动校准漂移过大,应检查使用标气是否过期,一般的标准气体的保质期为半年左右,另外因为校准是在气体分析室进行的,应检查气体分析室是否被污染,检测器是否损坏,红外光源是否充足。
 

  4.5粉尘仪故障
  当看到显示粉尘仪的测量数据有异常时,应及时检查粉尘仪的保险丝是否被烧断或者发射端的变压器是否被烧毁,如果确定是,则需寄回厂家维修。另一个原因是粉尘仪发射端得灯泡是个消耗品,当连续使用一段时间后,灯泡的光强度可能衰减到很低的水平或者灯泡的灯丝被烧断,如果灯泡还有亮度但强度不够,应及时更换。
 

  5、结束语
 

  在线监测是环境监测工作发展的方向,虽然大部分重点企业已经安装了在线监测仪器,但是在企业内部缺乏专业的设备维护人员,因而常常出现有设备无人管,监测数据出现很大误差等现象。希望本文能对在线监测设备的维护人员给予一定的帮助,让我们共同为我国环保事业的发展多做贡献。


  参考文献
  [1]郜武 烟气连续监测系统(CEMS)技术及应用 中国仪器仪表 2009年
  [2]刘琦 烟气在线连续监测系统维护与故障分析
  
 

 
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