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污染源废气在线监测培训教程杭州富铭环境科技有限公司目录一综述 (1)1.1CEMS的概念 (1)1.2CEMS的组成与描述 (1)1.3CEMS监测内容、目的和作用 (3)1.4CEMS的分类及测试技术 (4)1.4.1 CEMS 的分类 (4)1.4.2 CEMS 采用的分析技术 (5)二CEMS测量技术 (6)2.1 烟尘浓度测量技术 (6)2.1.1 测量原理 (6)2.1.1.1不透明度法 (6)2.1.1.2散射法 (6)2.1.1.3β射线衰减法 (7)2.1.1.4 电荷转移监测仪法 (7)2.1.2 颗粒物CEMS 各种测量方法比较 (7)2.1.2.1 不透明度法 (7)2.1.2.2 后向散射法 (8)2.1.2.3β射线法 (8)2.1.2.4 电荷转移监测仪 (8)2.2 烟气浓度测量技术 (9)2.2.1 测量原理 (9)2.2.2 采样方法 (10)2.2.2.1 直接抽取法 (10)2.2.2.2 抽取式稀释法 (10)2.2.2.3 现场直接测量法 (10)2.3O2测量 (10)2.3.1 顺磁法 (10)2.3.2 氧化锆法 (11)2.4烟气流速测量 (12)一综述随着我国环境管理制度的不断完善，我国的环境管理已从浓度控制转向总量，相应的在排放标准、排污收费、排污许可证、环境影响评价等重要管理制度上已逐步从对污染物排放浓度的限制转向对污染物排放总量的控制。
在管理制度转变中一个亟待解决突出的问题是作为管理监督手段的排放监测系统必须迅速建立适合总量控制要求的体系。
过去我国的污染物排放监测主要是以污染物浓度为主的监测，监测频次低，大部份污染源的排放是根据估算，随意性很大。
这种情况极大地影响了排污许可证制度、排污收费等管理制度的实施。
同时，由于污染源排放的基础数据是环境管理、规划、质量预测等的基础，不准确的数据极大地影响了我国环境能源及经济发展重大决策的科学性和准确性，急需建立能够连续测量污染物排放总量的监测系统。
1.1CEMS的概念烟气连续排放监测系统（Continuous emission monitoring systems for flue gas）简称CEMS，测定污染源颗粒物和/或气态污染物浓度或排放速率所需的全部设备。
它是由采样、检测、数据采集和处理三个子系统组成的监测体系。
采样系统：采集、输送烟气或使烟气与测试系统隔离。
检测系统：检测污染物，显示物理量或污染物浓度。
数据采集、处理系统：采集并处理数据，生成图谱、报表，控制生动操作功能。
1.2CEMS的组成与描述烟气CEMS 是由颗粒物CEMS 和气态污染物CEMS（包括SO2、NO x、O2、CO2）、烟气参数测量子系统、数据采集处理子系统组成（图1）。
通过采样方式和非采样方式，测定烟气中污染物浓度，同时测量烟气温度、烟气压力、流速、流量、烟气含湿量（或输入烟气含湿量）、烟气含氧量（或二氧化碳含量）；计算烟气污染物排放率、排放量；显示和打印各种参数、图表并通过数据图文传输系统传输至管理部门。
组成CEMS的设备按照安装布置可分为烟道/烟囱现场部分和仪器间部分。
烟道/烟囱现场仪器包括：直抽取样探头、烟尘监测仪、烟气温度、压力、湿度、流速仪。
仪器间仪器包括：烟气预处理装置、分析仪器、工控机、气瓶等。
现场仪器和仪器间通过烟气采样伴热管、电缆连接，负责气体、电源和信号的传输。
1.3CEMS监测内容、目的和作用主要监测内容：◆颗粒物浓度、排放量；◆烟气组分浓度、排放量，包括SO2、NO x、CO、CO2、HCl、F等；◆为计算标态排量还需要监测烟气温度、流速、烟气压力、含水量、含氧量等辅助参数。
目的和作用：◆实现污染物排放总量控制；◆实现排污在线计量和收费；◆推展企业排污交易制度；◆指导调节锅炉燃烧工况。
1.4CEMS的分类及测试技术1.4.1 CEMS 的分类烟气CEMS 按测量方式分可分为三类：抽取式监测系统、现场监测系统和遥测系统。
按测量技术或项目分则主要有如下几个方面：◆点测量在烟道或管道断面某一点上或沿着等于或小于断面直径10%的路径上测量的CEMS。
◆线测量在沿着大于烟道或管道断面直径10%的路径上测量的CEMS。
◆不透明度颗粒物测量入射光通过含有颗粒物的烟气时，其光强度因颗粒物对光的吸和散射作用而减弱的百分比的颗粒物CEMS。
◆后向散射颗粒物测量入射光所照射烟气中颗粒物对光向后散射光强度的颗粒物CEMS。
◆β射线颗粒物测量烟气中颗粒物对β射线吸收的颗粒物CEMS。
◆直接抽取式烟气烟气通过前端填有滤料并具有防止烟气中水份在管路中冷凝的加热、保温装置的采样管和导气管，整体控温在120～160℃，在烟气进入分析仪前快速除去烟气中的水份，把烟气温度冷却到≤15℃，或比环境温度低11℃后，再进行测定的CEMS。
◆稀释抽取式烟气烟气通过前端填有滤料的“恒流稀释探头”和导气管，经纯净空气稀释的烟气进入分析仪进行测量的CEMS。
◆现场烟气直接插入烟道或管道安装在探头前端的电化学或光电传感器或发射一束光穿过烟道或管道对烟气进行测量的CEMS。
1.4.2 CEMS 采用的分析技术抽取和现场CEMS 分析技术中采用了许多化学的、物理的方法。
如：先进的光电技术、气体滤光相关光谱技术、傅立叶红外光谱技术等。
表1CEMS应用的分析技术二CEMS测量技术2.1 烟尘浓度测量技术2.1.1 测量原理2.1.1.1不透明度法当一束光通过含有烟尘的烟气时，光强因烟尘的吸收和散射作用而衰减，并遵循Lambert-Beer 定律：I=I0exp(-aL) （1）式中，I0为入射光辐射强度；I 为出射光辐射强度；a 为与入射光波长、烟尘粒子半径、烟尘浓度相关的衰减系数；L 为光束透过烟气层的距离，即光程。
式（1）的另一种表达式为：I=I010-D（2）其中，D 定义为光密度。
可以看出D 值只与入射和出射光强度有关，直接反映了光的衰减程度。
光密度法就是通过测定光束通过烟气后的光强与原光强的比值来定量光密度或烟尘浓度。
测定仪主要由激光发射端、激光接收端组成。
激光发射端、激光接收端均为法兰安装形式，留有反吹气接口、电源及信号线缆连接插座。
2.1.1.2散射法光散射法是指用经过调制的激光或红外平行光束射向烟气时，烟气中的烟尘对光向所有方向散射，经烟尘散射的光的强弱与烟尘散射截面成正比，当烟尘浓度升高时烟尘的散射截面增大，散射光增强，即光强在一定范围内与烟尘浓度成比例，通过测量散射光强来定量烟尘浓度。
根据接受器与光源所呈角度的大小可分为前散射、边散射及后散射。
前散射测尘仪接受器与光源呈±60°；边散射测尘仪接受器与光源呈±（60°～120°）；后散射测尘仪接受器与光源呈±（120°～180°）。
2.1.1.3β射线衰减法使用等速采样设备对烟气进行等速采样，烟气通过滤带过滤后烟尘积集于样品滤带上，通过β射线对空白和样品滤带的对比测量，从而得出颗粒物的精确质量。
2.1.1.4 电荷转移监测仪法任何两种不同的物质在动态状况下会互相之间产生静电荷。
如果颗粒物互相碰撞，电子将从一种物质传导至另一种物质。
这时，此静电荷会产生微弱电流，这就是我们熟悉的“摩擦生电”原理。
如果颗粒物只是流经过一种材料(探头)，两者之间会形成一种感应电荷：当流动中带正电荷的颗粒物接近探头的有效距离时，探针内的电子将被吸引到接近颗粒物的外层。
当此颗粒物流过探头安装位置后，探针内的电子将被推移至远离颗粒物的另一面。
当颗粒物离开有效感应距离时，探针内电子将恢复原来的分布状况。
这种电子群的移动现象也能形成一股可被探测到的微弱电流。
这就是"电荷感应"原理。
电荷法监测设备就是利用探测各烟尘颗粒物与探针之间所产生的静电荷，经过放大分析和处理，转换成一种电子信号并传送进监测系统。
利用“摩擦生电”原理来获取信号的烟尘排放监测设备称为“直流耦合”技术；利用“电荷感应”原理来获取信号的烟尘排放监测设备称为“交流耦合”技术。
烟尘颗粒物排放量与“交流耦合”技术监测探头感应信号具有线性关系。
2.1.2 颗粒物CEMS 各种测量方法比较常用的颗粒物CEMS 主要有：不透明度、向后散射、β射线吸收原理的CEMS。
2.1.2.1 不透明度法特点：直接测量（非抽取式）、实时连续采样、经几个国家认定机构认定、测量整个烟道、国外有仪器标准。
不足：测量不直接与颗粒物质量浓度成正比、要求发射源与接收器/反射器严格成一条线、对低于30mg/m3 的颗粒物浓度的灵敏度低。
影响：颗粒物的颜色、粒径的大小、颗粒物的分布、烟气中的水份以水雾或水滴状态存在、仪器镜面聚集尘和水雾。
读取方法：建立参比方法与CEMS 法的校正曲线，将CEMS 显示物理量转换为质量浓度（mg/m3）。
减少干扰：给出校正曲线的置信区间，选择适合的安装位置，在直接与烟气接触的镜面周围形成气幕，要求燃料来源稳定，净化设施正常运行。
2.1.2.2 后向散射法特点：直接测量（非抽取式）、实时连续采样、经几个国家认定机构认定、点测量、易于安装。
不足：测量不直接与颗粒物质量浓度成正比（校准）。
影响：颗粒物的颜色、粒径的大小、颗粒物的分布、烟气中的水份以水雾或水滴状态存在、仪器镜面聚集尘和水雾。
读取方法：建立参比方法与CEMS 法的校正曲线，将CEMS 显示物理量转换为质量浓度（mg/m3）。
减少干扰：给出校正曲线的置信区间，选择适合的安装位置，在直接与烟气接触的镜面周围形成气幕，要求燃料来源稳定，净化设施正常运行。
2.1.2.3β射线法特点：高灵敏度——可达大气标准（μg/m3 级）、与实际质量浓度紧密相关——必须为等速采样、颗粒物的特征不干扰测量、可对湿烟气进行测量。
不足：国外产品为抽取式仪器——要求等速采样、点测量、非实时连续测量、要求有核辐射源、初始价格高，高的维护要求。
读取方法：建立参比方法与CEMS 法的校准曲线，将CEMS 测定的点测量值转换为断面测定值。
减少干扰：给出校准线的置信区间和允许区间，定期用高压气体反吹，吹扫采样嘴正对烟气截面上的积尘。
2.1.2.4 电荷转移监测仪原理：通过电荷收集/转移探测移动微粒的冲击。
主要用途：裂袋探测仪，过程混乱探测仪。
优点：低成本、直接测量、实时测量。
不足：测量对速度敏感、不直接与颗粒物质量浓度成正比（校准）。
影响：烟气速度的变化、颗粒物的粒径大小、分布、电场、烟气中含湿量的变化都有影响。
2.2 烟气浓度测量技术2.2.1 测量原理一般情况，采用红外或紫外光谱，利用吸收或荧光原理对气体浓度进行测量。
针对谱吸收法介绍如下：（以SO2为例）特定波长的紫外或红外光源通过敏感通道和参考通道组成的测量单元时，由于SO2对光谱的吸收，使得从敏感通道得到的光信号有所衰减，且衰减的程度直接与SO2的浓度有关，而参考通道的光信号不衰减，因此经光探测器，光电转换器就可以得到SO2吸收光谱的程度，进而得到SO2的浓度。
