固定污染源煙氣排放氮氧化物

（NOx）連續監測技術和質量保證

中國環境監測總站王強2011年5月

固定污染源煙氣排放氮氧化物

（NOx）連續監測技術和質量保1煙氣氮氧化物（NOx）連續監測系統煙氣排放連續監測系統（CEMS）的一部分50%-60%左右安裝（NO）氮氧化物NOx一般包括NO和NO2煙氣氮氧化物（NOx）連續監測系統煙氣排放連續監測系統（CE2

CEMS的含義煙氣排放連續監測系統（CEMS）

對固定污染源顆粒物濃度和氣態污染物濃度以及污染物排放總量進行連續自動監測，并將監測數據和信息傳送到環保主管部門，以確保排污企業排放污染物濃度和排放總量達標。CEMS的含義煙氣排放連續監測系統（CEMS）3CEMS的組成固定污染源CEMS組成：

顆粒物排放連續自動監測單元

氣態污染物（通常包括SO2和NOX）排放連續自動監測單元煙氣參數（包括煙氣流速、溫度、壓力、含氧量、濕度）連續自動監測單元數據采集、處理、分析、記錄和傳輸單元組成。CEMS的組成固定污染源CEMS組成：4

監測分析原理基本技術分類分類二氧化硫氮氧化物直接抽取式冷干非分散紅外非分散紫外DOASGFC電化學非分散紅外非分散紫外DOASGFC電化學熱濕DOAS傅立葉紅外非分散紅外DOAS傅立葉紅外非分散紅外稀釋抽取式紫外熒光化學發光直接測量式DOAS非分散紫外非分散紅外DOAS非分散紫外非分散紅外監測分析原理基本技術分類二氧化硫氮氧化物直接抽取式冷干非5

監測分析原理NOx排放連續自動監測單元

采樣方法：完全抽取、稀釋抽取、直接測量分析方法：吸收光譜技術：非分散紅外（NDIR）、非分散紫外（NDUV）、紫外差分吸收（DOAS）、氣體過濾相關（GFC）等激發發光技術：紫外熒光、化學發光等

說明：測試的原理不同，其檢測結果狀態不同監測分析原理NOx排放連續自動監測單元6監測分析原理

NOx排放連續自動監測單元的組成結構

抽取系統（采樣探頭、采樣伴熱管、過濾器、除濕系統、采樣泵）

測試氣體分析儀

輔助系統（尾氣排放系統、冷凝排水系統）

監測分析原理NOx排放連續自動監測單元的組成結構7監測分析原理

采樣探頭安裝過濾器（不繡鋼或多孔陶瓷材料）加熱反吹裝置（工廠壓縮空氣）

伴熱管線（加熱溫度應高于煙氣介質中的冷凝溫度）恒功率自控溫除濕系統（冷卻溫度）電子制冷、機械制冷、滲透膜采樣泵（抽氣能力）

隔膜泵射流泵監測分析原理采樣探頭8監測分析原理采樣方式分類（抽取系統）：

直接抽取法前處理方式/后處理方式/不處理方式稀釋抽取法內稀釋方式/外稀釋方式

直接測量法

監測分析原理采樣方式分類（抽取系統）：9

監測分析原理取樣方式分類關鍵部件稀釋抽取式煙道內稀釋稀釋探頭、零氣系統煙道外稀釋稀釋探頭、零氣系統直接抽取式冷干法煙道邊脫水（前處理方式）Nafion管脫水Nafion管脫水系統冷凝器脫水冷凝器、泵分析小屋內脫水（后處理方式）冷凝器脫水伴熱管、冷凝器、泵熱濕法全程伴熱（不處理方式）伴熱管監測分析原理分類關鍵部件稀釋抽取式煙道內稀釋稀釋探頭、零10監測分析原理

直接抽取法----熱濕系統在采樣探頭上裝有過濾器，從探頭到分析儀全程伴熱，加熱溫度高于煙氣溫度，進入分析儀分析測試。（不處理）分析方法：紫外差分吸收（DOAS）、傅立葉紅外

非分散紅外

輸送中氣體不降溫，成分不變吸附很少

測試結果為氣體的濕基濃度

監測分析原理直接抽取法----熱濕系統11監測分析原理

直接抽取法----冷凝干燥系統前處理方式：在采樣探頭上裝有過濾器，在探頭之后進行預處理（除濕），輸送氣體的管路不需要加熱，進入分析儀分析測試。（維護不方便）后處理方式：在采樣探頭上裝有過濾器，氣體伴熱至分析儀之前進行預處理（除濕），輸送氣體的管路需要加熱，進入分析儀分析測試。（過程有損失）

監測分析原理直接抽取法----冷凝干燥系統12直接抽取法采樣探頭-前處理方式直接抽取法采樣探頭-前處理方式13監測分析原理

直接抽取法----冷凝干燥系統分析方法：非分散紅外（紫外）、氣體過濾相關等

除濕過程中可能會造成氣體的損失測試結果為氣體的干基濃度監測分析原理直接抽取法----冷凝干燥系統14

非分散紅外法測試原理圖非分散紅外法測試原理圖15

氣體過濾相關法測試原理圖氣體過濾相關法測試原理圖16監測分析原理

稀釋抽取法

稀釋探頭（在采樣探頭頂部，通過音速小孔（臨界限流孔，產生恒定流速）進行采樣，并用干燥的儀器氣進行稀釋）

內稀釋（稀釋部分在煙道內部）外稀釋（稀釋部分在煙道外部）（維護方便，但響應時間稍慢）減少濕氣和提高過濾器壽命，采樣管（一般不需加熱）

監測分析原理稀釋抽取法17稀釋法內稀釋采樣探頭稀釋法內稀釋采樣探頭18稀釋法外稀釋采樣探頭稀釋法外稀釋采樣探頭19監測分析原理

稀釋抽取法-NOx

分析方法：

化學發光法（NOx）（預處理過程較少）

監測分析原理稀釋抽取法-NOx20

化學發光法測試原理圖化學發光法測試原理圖21監測分析原理

直接測量法

傳感器安裝在探頭前端，直接插入煙道進行測量（點測量）

傳感器和探頭直接安裝在煙道上，采用光學法測量（線測量）（內置式/外置式）（單光程/雙光程）監測分析原理直接測量法22監測分析原理

直接測量法

分析方法：單波長法，雙波長法，

差分吸收光譜法（DOAS）

非分散紅外

由于沒有取樣裝置，日常應注意維護清潔反射鏡（尤其內置式）、光源等標氣池校準測量結果為氣體濕基值監測分析原理直接測量法23

直接測量內置和外置式結構示意圖（雙光程）直接測量內置和外置式結構示意24

監測分析原理煙氣參數連續自動監測單元

煙氣流速：差壓傳感器法、熱平衡法、超聲波法煙氣溫度：鉑電阻法、熱電偶法等煙氣壓力：壓力傳感器（動壓/靜壓）煙氣濕度：干/濕氧法、高溫電容法、紅外吸收法等含氧量：電化學法、氧化鋯法、順磁法

監測分析原理煙氣參數連續自動監測單元25測試數據的幾種數據狀態

①CEMS實測濃度

實際工況條件下（煙道或煙囪內實際的溫度、壓力濕度等條件下），CEMS分析儀測量的數值

②CEMS標態干基濃度（0℃，101.325kPa）

測試數據的幾種數據狀態26測試數據的幾種數據狀態

③CEMS標況下折算濃度

④注意區分CEMS軟件界面上監測數據的數據狀態

標氣鋼瓶狀態（20℃，101.325kPa），轉換系數變化

測試數據的幾種數據狀態27固定污染源煙氣排放氮氧化物(NOx)連續監測技術課件28測試數據的幾種數據狀態

說明：

HJ/T75-2007考核技術指標中規定的NOx濃度范圍（分段標準）均指的是污染源標態干基濃度值分段的濃度值當單位是mg/m3時，均指的是標態干基濃度

表中NOX濃度單位變換mg/m3時應以NO2計測試數據的幾種數據狀態29CEMS比對監測技術指標要求

CEMS比對監測技術指標要求30CEMS系統中NO2轉化樣品中的二氧化氮在進行分析時，一般需要先轉化為一氧化氮，才能進行濃度分析。二氧化氮到一氧化氮的還原轉化過程，通常由分析儀內的一個轉化爐完成，其轉化過程公式如下：

3NO2＋Mo

→300~350oC→3NO＋MoO3

OR2NO2

→S.S.Converter

→600oC→2NO＋O2

CEMS系統中NO2轉化樣品中的二氧化氮在進行分析時31CEMS系統中NO2轉化轉化爐分為鉬轉化爐和不銹鋼轉化爐兩種，在常態濃度下使用鉬轉化爐進行轉化，而樣品濃度偏高時需要使用不銹鋼轉化爐。通常情況下，鉬轉化爐的壽命為5000ppm小時，既濃度為5000ppm的二氧化氮樣品，連續進入鉬爐一小時，鉬爐既失效。由于各個廠商的設計樣品流量和鉬粉填充量不同，所以溫度通常控制在150~350oC之間。轉化效率一般要求大于95%CEMS系統中NO2轉化轉化爐分為鉬轉化爐和不銹鋼轉32煙塵煙氣CEMS出具有效數據全過程的外部質控過程

合格污染源在線監測儀器環境監測儀器適用性檢測（每型號1套）合格儀器銷售儀器安裝調試驗收前調試檢測（每套）驗收檢測（每套）儀器運行使用合格運營維護（每套）數據有效性審核（含比對監測）（每套）在線監測數據可作為環境管理和執法監督的依據ⅠⅡⅢ現場檢查（每套）煙塵煙氣CEMS出具有效數據全過程的外部質控過程合格污染源33

煙氣CEMS安裝大氣污染源排放總量監控1按照國家或地方標準對大氣污染源排放濃度實時監控環保治理設施運行的監控23煙氣CEMS安裝目的煙氣CEMS安裝大氣污染源排放總量監控1按照國家或地方34

煙氣CEMS安裝每臺固定污染源排放設備應安裝一套煙氣CEMS。煙氣CEMS安裝位置應避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位，如圖2所示。若一個固定污染源排氣先通過多個煙道后進入該固定污染源的總排氣管時，應盡可能將煙氣CEMS安裝在該固定污染源的總排氣管上；不得只在其中的一個煙道上安裝一套煙氣CEMS，將測定值的倍數作為整個源的排放結果，但允許在每個煙道安裝相同的煙氣CEMS，匯總排放結果。（圖3）煙氣CEMS安裝位置煙氣CEMS安裝每臺固定污染源排放設備應安裝一套煙氣35圖2固定污染源煙氣CEMS安裝位置示意圖

當安裝位置不能滿足上述要求時，應盡可能選擇在氣流穩定的斷面，但安裝位置前直管段的長度必須大于安裝位置后管段的長度。注：煙氣方向：直徑：d煙氣測孔4d2d圖2固定污染源煙氣CEMS安裝位置示意圖當36監測位置（√）監測位置（√）監測位置（√）監測位置（√）監測位置（√）監測位置（√）37安裝位置和系統數量系統數量有效小時均值：整點1小時內不少于45分鐘的有效數據的算術平均值（針對1拖2等情況不允許）每臺固定污染源排放設備應安裝一套煙氣CEMS

安裝位置和系統數量38測量范圍（量程選擇）連續自動監測系統測量量程一般為所在污染源排放限值的兩倍，污染源的正常排放數據應分布在所選系統測量范圍的20%至80%內。根據污染源的排放情況，可選雙量程或多量程的系統。測量范圍（量程選擇）連續自動監測系統測量量程一般為所在污染源39CEMS的安裝氣態污染物CEMS

位于氣態污染物混合均勻的位置，該處測得的氣態污染物濃度或排放率能代表固定污染源的排放。在不影響參比方法取樣前提下，盡可能靠近參比方法取樣孔前不小于1.5倍煙道或管道直徑后不小于半倍煙道或管道直徑

CEMS的安裝氣態污染物CEMS40CEMS的安裝——維護平臺面積應不小于5m2平臺寬度與長度應不小于2m，或平臺的寬度應不小于采樣槍長度外延1m周圍設置1.2m以上的安全防護欄

取樣口垂直間距大于1.75m時，應設置雙層取樣操作平臺

CEMS的安裝——維護平臺面積應不小于5m241CEMS的安裝——維護平臺CEMS的安裝——維護平臺42固定污染源煙氣排放氮氧化物(NOx)連續監測技術課件43多層采樣平臺多層采樣平臺44

CEMS的運行——現場檢查

（1）掌握CEMS在污染源的基本情況

A.污染源所在的地理位置

B.排污企業的類型

C.污染物處理設施的情況CEMS的運行——現場檢查（1）掌握CEMS在污染源的基45

CEMS的運行——現場檢查

D.污染源正常生產工況下的排放情況

污染物種類排放濃度煙氣流速煙氣溫度煙氣靜壓煙氣濕度CEMS的運行——現場檢查46

CEMS的運行——現場檢查

E.排放口的基本情況由采樣煙道的形狀、尺寸估算出應使用采樣槍的長短以及比對測試工作量的初步情況

F.參比方法檢測環境條件參比監測煙道直管段情況，參比測試孔情況（位置、數目、大小滿足要求），采樣平臺、護欄情況，平臺高度、爬梯情況

G.監測現場的安全性CEMS的運行——現場檢查47

CEMS的運行——現場檢查

（2）了解安裝在該污染源的CEMS的基本情況

A.CEMS的型號、品牌、配置、安裝、調試完成時間等基本信息

B.CEMS的采樣和分析測試原理（數據狀態）CEMS的運行——現場檢查（2）了解安裝在該污染源的CE48CEMS的運行——現場檢查（實施現場檢查）采樣和預處理系統分析系統和分析小屋或控制室輔助系統系統數據記錄和處理系統（操作軟件）CEMS的運行——現場檢查（實施現場檢查）49

采樣和預處理系統檢查

-通道和現場條件電梯工作情況（如果有）現場的防護性，操作人員維護的外部環境條件（平臺、護攔等）現場煙道的腐蝕和振動情況煙氣靜壓變化（正/負）現場飛灰等其它雜物堆放情況現場感覺到的污染氣體的泄漏情況（是否存在）

采樣和預處理系統檢查

50采樣和預處理系統檢查

-采樣探頭和泵目視檢查（清潔度、灰塵）法蘭情況，螺栓情況（銹死在法蘭上）采樣探頭的腐蝕、堵塞情況采樣泵的工作情況（有無腐蝕）（采樣流量的變化，穩定）

（腐蝕、噪聲、泄漏、泵膜和軸承的更換）探頭情況（濕、粘的顆粒物的黏附）（略微向下傾斜）（探頭隨氣流抖動程度）采樣和預處理系統檢查

51采樣和預處理系統檢查

-采樣管線和除濕系統、過濾器從探頭至分析小屋管線布設情況（至少傾斜5度）（管線是否有紐結、纏繞甚至腐蝕、斷裂）伴熱管線加熱情況（伴熱管線的對接部分、剛出探頭部分等接頭是否有非加熱環節）（高溫）（伴熱管線的溫度設置溫度/實測溫度機柜讀出）除濕裝置的運行情況效果檢查（冷凝溫度設置溫度/實際溫度機柜讀出）顆粒物過濾器（細、微細）的工作狀態（清潔，需要更換）采樣和預處理系統檢查

-采樣管線和除濕系統、過濾器從探頭至52分析系統檢查

-氣體分析儀分析儀器運行狀態（分析儀有無進水、系統有無漏氣）（系統管路內很明顯看到有冷凝水出現）

（進氣流量變化，是否穩定，分析儀上直讀）機柜內部管線的布設（雜亂、交錯）（管線是否有相應標記）零部件、閥、接頭等腐蝕或泄漏情況分析系統檢查

-氣體分析儀分析53分析小屋或控制室檢查

-標準氣體標準氣體鋼瓶號和標簽信息（濃度值、生產廠商、日期、不確定度等）

（有效期）標氣鋼瓶內壓力（和初始壓力對比）針閥腐蝕或漏氣情況（壓力很快下降，造成室內污染影響健康）氣體管線和減壓閥裝置的情況（腐蝕或損壞）分析小屋或控制室檢查

54固定污染源煙氣排放氮氧化物(NOx)連續監測技術課件55分析小屋或控制室檢查