煙塵煙氣

連續自動監測系統

〔CEMS〕羅超概述氣態污染物監測系統顆粒物監測系統內容煙氣連續排放監測系統：ContinuousEmissionMonitoringSystem，簡稱

CEMS該系統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，以確保排污企業污染物濃度和排放總量達標。1概述1.1CEMS的含義污染物煙氣參數主要監測對象〔“十一五〞期間〕顆粒物氣態污染物SO2NOxCO、HCl氧含量煙氣流速煙氣濕度溫度、壓力顆粒物監測子系統氣態污染物監測子系統煙氣排放參數監測子系統數據處理子系統1.2CEMS的組成要求符合HJ/T75—2007和HJ/T76—2007氣態污染物測量原理顆粒物測量原理含氧量測量原理流速測量原理煙氣濕度測量原理1.3CEMS的測量原理紅外光譜法紫外光譜法紫外熒光法〔SO2〕化學發光法〔NOX〕紫外差分吸收光譜〔DOAS〕法1.3.1氣態污染物測量系統原理完全抽取系統稀釋抽取系統直接測量法？濁度儀光通過煙氣時光強度的變化，測量透過率光散射檢測儀光通過煙氣時，在預設角度測量散射光的強度閃爍法1.3.2顆粒物測量系統原理氧化鋯分析儀〔濕基氧濃度〕順磁氧分析儀化學電池〔便攜式〕1.3.3含氧量測量系統原理皮托管差壓法熱傳感系統超聲波流速檢測儀1.3.4流速測量系統原理直接測量：電容式傳感器干濕氧法1.3.5煙氣濕度測量系統原理氣態污染物連續監測的對象主要為二氧化硫、氮氧化物、氯化氫、硫化氫等有害氣體和一氧化碳、二氧化碳等燃燒物，主要對其進行排放濃度和排放量的計算，同時監測氧含量。2氣態污染物監測系統連續監測的采樣方式直接抽取法是直接抽取煙道中的樣氣進行分析的方法。存在問題：1煙氣中氣態污染物的濃度范圍大2分析儀器對樣品氣體的潔凈度要求很高3樣氣進入分析儀器時待測組分沒有損失2.1直接抽取式CEMS采用紅外吸收和紫外吸收等測量原理配套煙氣處理系統直接抽取系統是直接從煙道或管道抽氣、濾除顆粒物，將煙氣送入分析儀的系統。依據配套的煙氣處理系統的區別，該系統可分為三種類型：“熱—濕〞系統；在探頭后裝有“冷凝—枯燥〞系統；在分析儀前裝有“冷凝—枯燥〞系統煙氣中氣體成分復雜，含水量高，有些成分如HCl、NH3極易被吸附，測量難度很大，例如垃圾燃燒排放。SO2和NOx遇冷凝水造成損失，并且腐蝕管路和分析儀器。熱—濕法是采用專用的加熱采樣探頭將煙氣從煙道中抽取出來，過濾后經過伴熱傳輸，使煙氣在傳輸中不發生冷凝，然后進入分析儀進行分析檢測。2.1.1熱—濕系統采用直接高溫測量方法，能夠對包括水和HCl、NH3在內的污染物進行多組分同時測量。測量過程中氣體不降溫，氣體成分不變，腐蝕減少。在高溫狀態下進行粉塵過濾，取樣和反吹操作，提高了效率。2.1.1.1熱—濕系統的特點必須小心維持從探頭到分析儀所抽取的氣樣的溫度高于露點。如果加熱系統發生故障，濕氣將迅速地冷卻并污染整個系統，由此可能會腐蝕系統的部件、造成堵塞，甚至會引起分析儀故障和損傷，致使整個系統崩潰。不利于檢修2.1.1.2熱—濕系統的特點2.1.1.3熱—濕系統流程圖樣氣處理：在氣體進人分析儀前，在不損失或盡量少損失待測組分的前提下，對樣氣進行除塵以及降溫除濕處理，獲得冷卻和枯燥的樣氣。處理位置可在探頭后面或分析儀器柜前面。采樣后直接在探頭后處理的方式稱為前處理方式，采樣后將樣氣輸送到分析儀器柜前處理的方式稱為后處理方式。2.1.2前處理方式測量結果為干煙氣計量分析儀器多樣化樣氣采樣后經過除塵、除濕處理，輸送過程中可防止水冷凝造成的有關問題。無需加熱采樣管系統相對簡單，組件易于改進和更換。探頭局部比較復雜，不利于檢修。雖然采樣氣體是干氣，傳輸距離仍然影響樣氣濃度。2.1.2.1前處理方式的特點樣氣經過過濾器后被輸送至伴熱帶輸氣管路，通過兩級冷凝脫水，再經細過濾器后進入分析儀，對煙氣含量和濃度進行分析。與熱—濕系統不同：經過降溫、除濕處理，可以選用多種分析儀2.1.3后處理方式需要加熱采樣管存在冷凝水的相關問題系統簡單，能靈活適應工程變化系統組件易于改進或更換2.1.2.1后處理方式的特點抽取系統的根本部件主要包括：采樣探頭采樣伴熱管過濾器除濕系統采樣泵氣體分析儀等。2.1.4抽取系統的部件2.1.4.1采樣探頭采集煙氣，安裝過濾器和加熱器過濾器：過濾煙氣中的顆粒物。一般由燒結不銹鋼或多孔材料制成。加裝反吹功能〔0.4—0.7MPa的空氣反吹〕加熱器：安裝在組件上或繞在過濾器支撐物的外面安裝探頭時與煙道成一定角度，冷凝在探頭中的水和酸就會返回到煙道。2.1.4.2采樣伴熱管連接采樣探頭和分析儀器用于在樣品輸送過程中，加熱樣氣，使樣氣的溫度始終高于煙氣中介質冷凝的溫度。用于熱—濕系統和后處理系統2.1.4.2采樣伴熱管實際問題：保持整個采樣伴熱管均勻的溫度比較困難在冷凝器的低凹處，冷凝的水和酸會導致系統的腐蝕增加如果在探頭處沒有充分濾除細顆粒物，管路會堵塞，而從加熱管中除去顆粒物是很困難的如果加熱絲斷了，難于發現斷裂處采樣管會因冷凝物或與采樣管發生反響的物質而被污染，消除污染同樣是困難的2.1.4.2采樣伴熱管安裝本卷須知：現場安裝時要盡量減少伴熱管的長度?！怀^76m從探頭到除濕裝置或分析儀器的整條管路，傾斜度不得小于5°防止管路彎曲，防止與其他管路絞在一起加熱采樣管的長度沒一節不超過15m，管路內必須有3個測溫探頭。2.1.4.2采樣伴熱管類型1恒功率電熱帶：恒功率電熱帶是將兩根相互平行的鍍鎳銅絞線外纏繞鉻合金電熱絲，每隔一固定距離即將電熱絲與導線焊接，形成一連續并聯的電阻。

通過改變加熱功率調節加熱溫度。2.1.4.2采樣伴熱管類型2自控溫電伴熱帶：采用PTC材料進行加熱技術PTC效應：電阻正溫度系數效應(PositiveTemperatureCoefficient)，特指材料電阻隨溫度升高而增大，并在某一溫區急劇增大的特性。具有PTC效應的材料稱為PTC材料。加熱時，PTC材料的電阻隨之增加，當PTC到達轉化溫度時，PTC材料之電阻激增并大到可阻斷電流，使電伴熱帶之溫度不再升高，由此到達其自控溫度的目的。2.1.4.3除濕系統將煙氣溫度降到水蒸氣露點溫度以下，除去煙氣中的水份。常用方法為使用冷凝系統和枯燥器?！?〕半導體制冷利用帕爾貼效應制冷。兩個不同導體組成的回路通電時，一個接頭吸熱，另一個接頭放熱。特點：輕便，幾乎沒有移動部件；無噪聲，無污染；制冷量小，對環境要求苛刻。2.1.4.3除濕系統〔2〕機械制冷原理與冰箱類似，用循環制冷劑和散熱片冷卻環境溫度。〔3〕滲透枯燥器結構與換熱器類似，不同之處在于采用合成材料做成的管道。這種管道的特點是只允許水蒸氣通過。當管內走煙氣，管外走枯燥空氣時，煙氣中的水蒸氣大于干空氣中水蒸氣分壓，產生一個滲透壓，使煙氣中的水蒸氣水蒸氣通過管壁進入干空氣中，到達除濕目的。2.1.4.3除濕系統〔3〕滲透枯燥器特點：沒有機械部件。不需要冷卻水。增加枯燥管的數量和長度可以調節枯燥能力。當樣氣過濾布正常時易發生堵塞。溫度控制失當時易發生冷凝。2.1.4.4采樣泵采樣泵是抽取系統的重要組件，用以將樣氣從煙道傳輸到分析儀器中。泵的能力應滿足分析儀對抽氣量的要求:夠流量，夠壓力，不漏氣，不會因潤滑油而被污染。

隔膜泵和射流泵2.1.4.4采樣泵〔1〕隔膜泵打氣筒可在樣氣調節系統前使用隔膜泵，甚至能夠在受熱條件下運行。氣體需要充分的過濾，泵受熱要適當，最好安裝在一級冷凝除濕器的后面。通過旁路閥控制流量?！?〕射流泵類似于真空泵。通過噴射空氣使采樣系統產生真空。2.1.4.5細過濾器

粗過濾器除去樣氣中的大顆粒物，由于氣體分析儀幾乎要求完全除去0.5μm以上的顆粒物，所以要用細過濾器，放置在分析儀的前面。外表過濾器可以是除去一定粒徑顆粒物的濾紙。為使氣體通過，濾紙是多孔的。微孔的大小能阻止細顆粒物穿過的塊狀燒結濾料也用于制造過濾器，可濾去更細的顆粒物。2.1.4.6氮氧化物轉換器

樣氣中存在的氮氧化物，常具有NO、NO2、N2O4等多種形態，其中除NO外，其他形態的相互轉化極不穩定，分析NOx總量是有意義的，需要將NOx轉化為NO才可對儀器進行標定和測量。

2.1.4.6氮氧化物轉換器

原理：在轉換器外部通過加熱器加熱，使轉換器內部溫度到達氣體與轉換器內轉換介質催化物質工作條件，樣氣從轉換器一端進入，在轉換器內通過吸附作用將NOx轉化為成分穩定的NO2NO2→2NO十O2

2.1.5氣態污染物連續監測分析儀器

一般來說，一臺分析儀包含整個系統的控制/顯示單元；測量單元(光學部件單元)；信號處理單元等。

2.1.5.1非分散紅外分析儀

雜原子分子，即含有2個或2個以上不同原子的分子，在紅外光譜區域有獨特的吸收特征。

SO2和NO等許多其他氣體吸收紅外光和紫外光(例如，SO2吸收7300nm，NO吸收530Onm的紅外光；SO2吸收280～32Onm，NO吸收195～225nm的紫外光)。利用污染物分子吸收特征波長光的特點，根據朗伯-比耳定律，能夠測量出不同種類的污染物含量。2.1.5.1非分散紅外分析儀

對只含有相同原子分子，在紅外區域不產生特有的振動，因此紅外吸收技術不能夠測量同原子分子，所以盡管煙氣樣品中含有大量的氮或氧，它們不會掩蓋樣品中其他氣體的吸收。2.1.5.1非分散紅外分析儀

非分散紅外分析儀主要檢測二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、氯化氫等。常用的檢測方法有:簡單非分散紅外(SimpleNonDispersiveInfraredNDIR)；Luft檢測器；紅外PAS(photo-acousticspectroscopy,光聲法)測量法；氣體過濾相關GFCNDlR(GasFilterCorrelation)；傅立葉變換FTlR(FourierTransformIn-FrarcdSpectroscopy)；差分光學吸收光譜法(DOAS)。

2.1.5.1非分散紅外分析儀

〔1〕簡單非分散紅外簡單NDIR分析儀用濾光片或其他的方法測量目標分子在吸收峰中心波長比較狹窄范圍內的光吸收量。通過待測物質對光能量吸收的程度檢測其濃度。〔朗伯-比爾定律〕2.1.5.1非分散紅外分析儀

〔1〕簡單非分散紅外二氧化硫在紅外區域(7300nm)附近的光吸收進行濃度測量，當一束恒定的730Onm的紅外光通過含有二氧化硫氣體的介質時，被二氧化硫吸收，光通量被衰減，測出衰減光通量，即可求出二氧化硫的濃度。氮氧化物和二氧化硫一樣，只是NO吸收光譜較弱。2.1.5.1非分散紅外分析儀

〔1〕簡單非分散紅外為了克服光源的強度和其他因素的干擾，在簡單NDIR分析儀中，由光源發出光穿過兩個氣室：參比氣室和樣品氣室。參比室：氮氣或氫氣，不吸收儀器使用波長的光，光強度的變化為光源強度變化及氣體對光的散射等樣品室：待測氣體，待測物吸收儀器使用波長的光強度的變化為光源強度變化、氣體對光的散射以及待測物對光的吸收。2.1.5.1非分散紅外分析儀

〔1〕簡單非分散紅外特點：適用于測量一種待測組分價格低，可靠耐用存在光譜干擾：干擾物與待測物吸收波長范圍的光水蒸氣和CO2干擾較大，需要除去2.1.5.1非分散紅外分析儀

〔2〕Luft檢測器或串聯氣動檢測器2.1.5.1非分散紅外分析儀

〔2〕Luft檢測器或串聯氣動檢測器〔3〕光聲檢測器用紅外光直接照射氣體，當照射光的頻率符合氣體諧振頻率時，局部光將被氣體吸收。分子吸收光后激發到較高的振動能級，緊接著以發光和不發光的形式釋放能量返回到起始的振動狀態。振動激發釋放的能量的主要過程為非發光振動能量轉移，結果增加了氣體分子的熱能和氣體的壓力。當照射光為調制光時，溫度和壓力同樣是調制的。調制壓力將導致產生聲波，可用測聲裝置，例如麥克風測量〔3〕光聲檢測器實際應用時，在光源和測量氣室之間放置一個斬光器，接通或斷開光束，壓力將交替地增加和減少，產生壓力脈沖或聲波信號。當斬光器的脈沖頻率在20Hz～20kHz之間時，能夠由靈敏的麥克風檢測密封在測量氣室中的分子吸收斬光產生的聲波。把不同的光學濾光片放置在斬光器和測量氣室之間的旋轉式圓盤中，能夠同時測量ppb級的多種有機和無機化合物?！?〕光聲檢測器靈敏度很高，用鎳鉻紅外光源，發射650～4000cm-1(2500～15400nm)波長范圍內的光，檢測限低制ppb和ppm范圍;儀器非常穩定，麥克風是最穩定傳感器，100年的漂移＜10%;動態范圍達檢出限的100000倍測量氣室的體積很小，只有幾毫升，與傳統的光譜測定法測量氣室路徑長20m的體積幾升的紅外測量室的作用相當，測量氣室小意味著響應時間快，僅僅需要少量的校準氣體和樣品氣體光聲技術不像傳統的IR技術需要用許多的光學鏡，系統非常的穩定光聲測量系統有獨特的零點穩定性?！?〕傅里葉變換FTIR傅里葉變換紅外光譜分析儀是基于光相干性原理而設計的干預分光紅外分析儀?；贔TIR光譜技術原理的分析儀能夠同時測量多達50種化合物，極快的響應時間并且交叉干擾比NDIR分析少。FTIR光譜儀主要部件有光源、麥克爾孫(Mickelson)干預儀、樣品池、檢測器(常用TGS、MCT檢測器)、計算機。〔5〕傅里葉變換FTIR掃描速度快，測量時間短，可在1s至數秒內獲得光譜圖，比色散型儀器快數百倍。因此適于對快速反響的跟蹤靈敏度高，檢測限低，可達10-9～10-12g，因為可以進行屢次掃描進行信號的疊加，提高了信噪比n1/2倍分辨本領高，波數精度一般可達0.5cm-1，性能好的儀器可達0.Olcm-1測量光譜范圍寬，波數范圍可達l0～]O4cm-1，涵蓋了整個紅外光區測量的精密度、重現性好，可達0.1，而雜散光小于0.01適用范圍廣，可以同時測量多種氣體成分。DOAS是光學差分吸收譜法(DifferentalOpticalAbsorptionSpectroscopy)的簡稱。差分吸收光譜法主要的優點是可以在不受被測對象化學行為干擾的情況下來測量它們的絕對濃度；可以通過分析幾種氣體在同一波段的重疊吸收光譜，來同時測定幾種氣體的濃度。差分吸收光譜法的根底也是朗伯比爾定律。〔6〕差分吸收光譜〔DOAS〕2.1.5.1非分散紫外當分子處于紫外(uv〕區光譜(短波，高能〕的特征波長光下時，能夠吸收紫外光的能量，使電子受到激發，向高能級躍遷。受激發的電子由于處于高能級的不穩定狀態，會快速的損失能量返回到低能級。釋放能量的方式主要有四種。2.1.5.1非分散紫外別離，吸收高能光子能夠引起電子完全脫離分子再發射，當電子能量衰減返回到基態后發射同樣的光子熒光，當電子能量衰減返回到基態時，在低于最初的吸收頻率發射光子，造成氣體發光磷光，與熒光的過程類似，但是在一個長的時間周期發生磷光。2.1.5.1非分散紫外非分散紫外分析儀在UV區運行，應用差分吸收技術。儀器測量SO2對紫外光的吸收，SO2吸收帶中心波長為285nm。然后與在578nm波長處的吸收進行比較，578nm的波長處沒有SO2吸收。采用差分技術，用參比波長代替了參比氣室，從而計算出污染物含量。2.1.5.1紫外熒光紫外熒光方法測量二氧化硫的原理是當190～230nm附近的紫外光照射到二氧化硫氣體后，二氧化硫分子吸收紫外光的能量受激發從高能級返回基態時發出熒光，熒光強度的大小反映出二氧化硫的濃度。2.1.5.1紫外熒光2.1.5.1紫外熒光紫外熒光法對SO2的檢測靈敏度很高，可以檢測到ppb級的低濃度SO2，同時動態范圍和線性度也比較好，因此被廣泛地應用在環境空氣質量監測系統中。使用紫外熒光法測量高濃度SO2氣體時，需要配接稀釋采樣器。2.1.5.1化學發光法NOx檢測儀器化學發光是由于化學反響產生的光能發射。氮氧化物等化合物吸收化學能后，被激發到激發態，在由激發態返回至基態時，以光量子的形式釋放能量。測量化學發光強度對物質進行分析測定的方法稱為化學發光法。2.1.5.1化學發光法NOx檢測儀器由假設干方法可以對NOx進行化學發光測定，最廣泛使用的是臭氧的發光反響。其反響式為:NO+O3=NO2*+O2NO2*=NO2+hv該反響的發射光譜在600～3200nm范圍內，最強發光波長為1200nm。2.1.5.1化學發光法NOx檢測儀器2.1.5.1化學發光法NOx檢測儀器化學發光法測量NOx的靈敏度高、選擇性好，對于多種物質共存的氣體，通過化學發光反響和發光波長選擇，可以不經別離地有效測定至ppb級。線性范圍寬達5～6個數量級。因此在環境監測、生化分析等領域應用廣泛。因為光電倍增管信號正比于NO分子數，而不是NO濃度，所以必須小心地控制樣品的流量。稀釋抽取式系統在采樣探頭頂部，通過一個音速小孔進行采樣，并用枯燥的儀表空氣在探頭內部進行稀釋，然后將稀釋后的樣氣送入分析儀進行分析。由于樣品氣進入分析儀之前未經除濕，因此稀釋抽取式CEMS的測量結果為濕基濃度。2.2稀釋抽取式CEMS需要根據稀釋比計算濃度。2.2.1.1稀釋比稀釋比=(Q1十Q2)/Q2Q1是稀釋氣流量(升/分)，通過調節其值，稀釋比可以在一定范圍內改變。將經稀釋后的樣品〔Q1+Q2〕經采樣管線送至煙氣檢測儀。2.2.1稀釋采樣系統2.2.1.2確定稀釋比標準1使用的監測儀的測量范圍應與實際抽取的樣品的預計的濃度(稀釋后)一致。

例如，預計煙氣中SO2最大濃度為560mg/L。SO2監測儀的測量范圍為0～10mg/L。因此稀釋比最小為：

560/10=56/1。2.2.1.2確定稀釋比標準1

實際抽取樣品稀釋后的預計濃度與使用的監測儀的測量范圍應一致。

例如：預計煙氣中SO2最大濃度為560mg/L。SO2監測儀的測量范圍為0～10mg/L。因此稀釋比最小為：

560/10=56/1。2.2.1.2確定稀釋比標準2

稀釋比應保證在最低環境溫度下采樣管線內不發生水蒸氣凝結。應該取得以下系統參數：最低環境溫度；實際煙氣中水蒸氣百分含量的最大值。

例如：最低環境溫度為5℃，實際煙氣水蒸氣最大百分含量為24%。

首先查表2-1，5℃，1×105Pa時水蒸汽百分含量為0.396。計算出最小稀釋比為24/0.396＝61:1音速臨界小孔采取耐熱玻璃和陶瓷材質，小孔前端由石英過濾棉過濾，并經過陶瓷孔板到達小孔。小孔的長度遠遠小于孔徑，當小孔兩端的壓力差大于0.46倍以上時，氣體流經小孔的速度與小孔兩端的壓力變化根本無關，而只取決于氣體分子流經小孔時的震動速度，即：產生恒流。實驗說明：當稀釋探頭的真空度大于13inHg(約合44kPa)時，在絕大多數煙道條件下都能滿足音速小孔的恒流條件。2.2.1.3稀釋原理〔1〕煙道內稀釋探頭煙道內稀釋探頭完全暴露在煙氣中的局部，需選用耐熱耐蝕的鋁鉻鎳合金In-conel600，鎳基鋁合金HastelloyC276或不銹鋼304pyrex玻璃等材料，以防止探頭在煙氣中被腐蝕。2.2.1.4采樣探頭〔1〕煙道內稀釋探頭為保證恒定的稀釋比，采樣探頭使用音速臨界小孔。

臨界小孔由硼硅酸鹽耐熱玻璃制成，最高工作溫度可達750℉(約399℃)。小孔的前部裝有一個由高純度石英纖維制成的精細過濾器

，過濾器被包裹以防過濾材料開縫。〔1〕煙道內稀釋探頭探頭的取樣動力來自文丘里管，一定體積的壓縮空氣

(一般是每分鐘3～7L)通過尖噴嘴吹進文丘里管，造成真空。稀釋探頭采樣流量通常為0.1L/min，而直接抽取式探頭采樣流量大約3.5L/min，因此稀釋法探頭過濾器堵塞的壓力較小?！?〕煙道內稀釋探頭煙道外稀釋探頭工作原理與煙道內稀釋探頭相似，均采用臨界小孔。不同之處在于，煙道外稀釋探頭將臨界小孔、文丘里管都設計在煙道外，同時增加了旁路抽氣泵(另外一個更大的文丘里管)，旁路抽氣泵將煙氣以1.5～5L/min的流量吸入到樣氣室，然后由主文丘里管吸人臨界小孔，完成稀釋采樣〔2〕煙道外稀釋探頭〔2〕煙道外稀釋探頭稀釋空氣和零點校準氣采用除塵、除水、除油，必要時需要除CO2、SO2和NOx的儀表空氣，它應該是枯燥的，露點為-30～-40℃，壓力(620±68)kPa。2.2.1.5稀釋空氣凈化系統2.2.2.1SO2氣體分析儀稀釋抽取式SO2分析儀根本采用紫外熒光法。用波長190～230nm紫外光照射樣品，那么S02吸收紫外光被激發至激發態，即:SO2+hv1=SO2*2.2.2分析系統2.2.2.1SO2氣體分析儀激發態SO2*不穩定，瞬間返回基態，發射出波峰為330nm的熒光，即：SO2*=SO2

+hv2發射熒光強度和SO2濃度成正比，用光電倍增管及電子測量系統測量熒光強度，即可得知SO2的濃度2.2.2.1SO2氣體分析儀NOx分析儀采用化學熒光法。樣氣經過濾，通過毛細管及模式閥門分別進入NO2轉換室和反響室，在此室NO與O3反響產生特征熒光，熒光強度與NO濃度成正比，從光電倍增管得到熒光強度信號，從而得出NOx濃度。2.2.2.2NO-NO2-NOx氣體分析儀儀表空氣清潔系統由過濾器、無熱除水器、SO2/NOx切割器(1)無熱除水器現場提供的儀表空氣壓力應大于6kg/cm2，這個壓力下的儀表空氣在經過無熱出水器內的過濾器時，水蒸氣被吸附。無熱除水器定期每30秒翻開反吹電磁閥，將吸附在枯燥器內的水分吹出去，以此連續給設備提供枯燥儀用空氣。(2)切割器切割器是在存儲罐內填充特定的分子篩、活性炭或過濾物質，以此去除儀表空氣內的SO2和NOx等組分，降低對于測量的影響。2.2.2.2儀表空氣清潔系統(1)保持現場清潔(2)穩定供電(3)空調穩定2.2.3系統影響直接測量

(in-situ)式CEMS一般有以下兩類：一類傳感器安裝在探頭端部，探頭直接插入煙道，使用電化學或光電傳感器，測量較小范圍內污染物濃度(相當于點測量，如氧化鋯法測量煙氣含氧量)另一類傳感器和探頭直接安裝在煙道或管道上，傳感器發射一束光穿過煙道，利用煙氣的特征吸收光譜進行分析測量，可以歸為線測量，可以采用紅外/紫外/差分光學吸收光譜/激光等技術。2.3直接測量式及DOAS原理CEMS根據探頭的構造不同，直接測量式CEMS可以分為內置式和外置式；根據光線是否兩次穿過被測煙氣可分為雙光程和單光程；有采用探頭和光譜儀緊湊相連的一體式結構，也有將探頭和光譜儀分開的分體式結構，探頭和光譜儀之間采用光纖進行光信號傳輸。2.3.1直接測量式CEMS的結構類型2.3.1直接測量式CEMS的結構類型

2.3.1直接測量式CEMS的結構類型比較內容優點缺點適用場合內置式單端安裝，安裝調試簡單只需要一個平臺震動對測量影響小可以通過改變測量路徑的長度來實現對不同濃度污染物的測量內置式探頭在有水滴的場合易受到污染火力發電水泥廠外置式光學鏡片全部在煙道外，不易受污染兩端安裝，需要兩個平臺受震動影響大在污染物濃度較高，煙道直徑達的場合不適用金屬冶煉硫酸廠垃圾焚燒單波長法雙波長法差分吸收光譜法〔DOAS〕2.3.2直接測量式CEMS的測量原理單波長法又稱為絕對波長法或峰值吸收法，它通常適用于單組分的測量。單組分：指試樣中只含有一種被測成分，或者在混合物中待測組分的吸收峰波長并不位于其它共存物質的吸收波長處。測量條件：選擇的吸收波長處沒有其它物質存在吸收；

最大吸收波長。2.3.2.1單波長法單波長法又稱為絕對波長法或峰值吸收法，它通常適用于單組分的測量。單組分：指試樣中只含有一種被測成分，或者在混合物中待測組分的吸收峰波長并不位于其它共存物質的吸收波長處。測量條件：選擇的吸收波長處沒有其它物質存在吸收；

最大吸收波長。2.3.2.1單波長法單波長法又稱為絕對波長法或峰值吸收法，它通常適用于單組分的測量。單組分：指試樣中只含有一種被測成分，或者在混合物中待測組分的吸收峰波長并不位于其它共存物質的吸收波長處。測量條件：選擇的吸收波長處沒有其它物質存在吸收；

最大吸收波長。2.3.2.1單波長法2.3.2.1單波長法存在問題：粉塵干擾粉塵導致透過光強It變化，使測量結果不準確。儀器老化儀器老化導致原始光強I0變化，使測量結果不準確。交叉干擾目前采用單波長原理的儀器根本都是采用濾光片來實現的，一般濾光片的帶寬在20～30nm，探測器測量的It是這個波段內光強的積分值。在CEMS領域，這個帶寬內，一般都會有干擾。干擾導致透過光強It變化，使測量結果不準確校準周期儀器老化和光路污染均可導致原始光強I0變化，因此需要通過頻繁的校準來校正。光路污染光路污染導致原始光強I0變化，使測量結果不準確。雙波長法是利用選取的兩波長處的吸收系數差值與吸收度差值的比值來分析計算被測物質的濃度。選取實測吸收曲線上的兩個波長λ1和λ2，計算出被測物質吸收度在兩波長的差值A(λ1)－A(λ2)；然后根據標準吸收曲線上同樣的兩個波長，計算這兩個波長處標準吸收系數的差值K(λ1)－K(λ2)。比較吸收系數在兩波長的差值K(λ1)－K(λ2)和實測吸收度在兩波長的差值A(λ1)－A(λ2)計算出被測物質的濃度：2.3.2.2雙波長法2.3.2.1雙波長法存在問題：粉塵干擾粉塵導致透過光強It(λ1)和It(λ2)變化，由于是在兩個波段，而粉塵散射對光強的衰減在不同波段是不同的，因此會導致A(λ1)－A(λ2)隨粉塵濃度變化而變化。儀器老化儀器老化導致原始光強I0(λ1)和I0(λ2)變化，同樣由于在兩個波段原始光強的變化不同，導致A(λ1)－A(λ2)隨儀器老化而變化。2.3.2.1雙波長法存在問題：交叉干擾目前采用單波長原理的儀器根本都是采用濾光片來實現的，一般濾光片的帶寬在20～30nm，探測器測量的It是這個波段內光強的積分值。在CEMS領域，這個帶寬內，一般都會有干擾。干擾導致透過光強It變化，使測量結果不準確校準周期儀器老化和光路污染均可導致原始光強I0變化，因此需要通過頻繁的校準來校正。光路污染光路污染導致原始光強I0變化，使測量結果不準確。DOAS是光學差分吸收譜法(DifferentalOpticalAbsorptionSpectroscopy)的簡稱。差分吸收光譜法主要的優點是可以在不受被測對象化學行為干擾的情況下來測量它們的絕對濃度；可以通過分析幾種氣體在同一波段的重疊吸收光譜，來同時測定幾種氣體的濃度。差分吸收光譜法的根底也是朗伯比爾定律。2.3.2.3差分吸收光譜法〔DOAS〕監測儀器主要包括：光學系統機械結構電子學測量控制系統吹掃保護系統2.3.3采用DOAS技術的直接測量式CEMS光學系統是完成煙氣光譜采樣的關鍵。光學系統主要由發射和接收兩大局部組成，包括光源、透鏡、角反射器、狹縫和多道光譜儀等。光源發出的光經過透鏡直接進人煙道中，通過煙氣吸收后經角反射器返回，由狹縫進入光譜儀，由光柵分光，在光柵色散焦平面由二極管陣列探測器(PDA)接收。2.3.3.1光學系統〔1〕光源光源要求：發光強度高、穩定、在檢測光譜區域有連續輻射〔光譜范圍廣〕和使用壽命長等特點。常用的紫外光源有以下幾種：汞燈紫外線金屬鹵化物燈(如鹵鎢燈等)氙燈氘燈汞燈汞燈的光譜主要是原子的線狀光譜〔313nm、365nm、254nm及297～303nm的幾條紫外譜線〕，光譜的連續性很差，一般用作波長校準、非分光紫外光度分析等。紫外線金屬鹵化物燈(如鹵鎢燈等)幾乎在200～400nm的整個范圍，紫外線金屬鹵化物燈都有輸出。紫外線金屬鹵化物燈的輻射大多數是金屬原子光譜的特征譜線。

氙燈氙燈在200～40Onm的紫外區域有連續的紫外輻射。因為氙在高氣壓下的放電不是靠電子的碰撞激發，而是靠高溫電弧的熱激發和正負離子的復合發光。而且當燈電流和氙氣壓在很大范圍內變化時，其氙燈光譜分布幾乎是不變的。氙燈不僅可以連續工作，而且可以脈沖工作氘燈氘燈是輻射190～500nm波長的連續紫外光源。它與氫燈相比具有紫外線強度高、穩定性好、壽命長等優點?！?〕光譜儀光譜儀主要作用是分光，將包含多種波長的復合光以波長進行分解，然后從探測器上得出以波長為坐標排列的不同波長的光強分布。光譜儀按分光原理及分光元件的類別可以分為干預光譜儀、棱鏡光譜儀和光柵光譜儀等。干預光譜儀采用干預原理進行分光，具有雜散光低、光能利用率高等優點，但是光路設計復雜。而采用色散分光的光譜儀系統結構相對簡單，一般都包括入射狹縫、準直鏡、色散元件、聚焦光學系統和探測器。常用的色散元件有棱鏡和光柵兩類。棱鏡分光棱鏡是利用不同波長的光有不同的折射率而使復合光分開的光學元件。有立特魯棱鏡、考紐棱鏡等。其中紫外光區一般使用石英棱鏡。光柵分光光柵是利用光的衍射和干預作用使復合光色散。其特點是色散波長范圍寬、具有良好而均勻一致的分辨能力、色散近于線性。〔3〕探測器光電探測器是根據量子效應，諸如產生由于吸收的光子的電子，將所接收到的光信息轉變成電信息的元件。其靈敏度本質上隨光子能量輻射線的波長而變化。在紫外分光光譜分析中常用的探測器一般為線陣探測器，有PDA、CCD、CMOS、NMOS等。機械結構局部包括插入式氣體采樣管、二極管陣列探測器的線性檢測及本底測量裝置的機械驅動。考慮到煙道中溫度很高，而且有SO2等腐蝕性很強的污染氣體，所以氣體通道包括測量槽及有關配件均采用不銹鋼、透紫外光的石英玻璃材料制作，氣體通道上的光學元件和密封元件均耐高溫、耐腐蝕。2.3.3.2機械結構分析儀的各個部件通過電子學測量和控制系統，組合成為有機的整體。電子學系統的實現涉及微弱信號檢測、自動控制、軟件工程以及電源變換等多項技術。2.3.3.3電子測量和控制系統2.3.3.4電子測量和控制系統吹掃保護系統由空氣凈化裝置、吹掃風機、管路、信號檢測等局部組成。利用氣態污染物對特定波段的光具有吸收特性，選擇波段在200～320nm的紫外光作光源，在此波段內水分子和其它氣體幾乎沒有吸收。入射光被污染物吸收后，經光柵分光，由高靈敏二級管陣列探測器測量吸收光譜，并由此經計算機利用反演算法得到污染物的種類和含量。由于計算是通過吸收峰來進行的，是由譜線的峰值和谷值來反演出來的，而粉塵只是對整條譜線起著衰減的效果。2.3.3.5儀器的工作過程對于直接測量式CEMS，探頭結構很重要。它關系到儀器在現場高塵的環境中能否正常穩定的長期運行。利用高速空氣將鏡面和煙氣分開，或者利用壓縮空氣對鏡面進行吹掃。目的：防止煙氣污染鏡片。2.3.3.2探頭結構直接測量式CEMS可以內置校準池，實現自動校準，也可以在光路中放置標氣池，進行手工校準。為了保證標氣在標定的過程中沒有發生變化，如由于泄漏、吸附、反響等因素造成的濃度變化，一般采用流動氣體來進行氣體濃度的標定。2.3.4直接測量式CEMS的標定校準方法標準氣體以恒定的流量通過吸收池，最終吸收池內氣體的濃度可以到達標準氣體的實際濃度，穩定后記錄讀數。一般情況下，標氣池長度和儀器的測量光路不一定相同，這就需要計算等效濃度。按下式計算：N1L1=N2L2式中，N1為標準氣體實際濃度;N2為等效氣體濃度;L1為標準氣池的長度;L2為測量路徑的實際長度。2.3.4直接測量式CEMS的標定校準方法對于直接測量式CEMS，由于沒有取樣裝置，結構簡單，日常維護主要工作是清潔探頭角反射鏡、更換吹掃風機過濾器以及校準。2.3.4日常維護及常見故障處理故障現象原因處理辦法備注光強弱光源老化更換光源系統應具備自動檢測功能，信號弱時進行提醒鏡片污染或探頭堵塞清潔鏡片或探頭鏡片易污染吹掃風機故障更換風機，清潔鏡片過濾器必須定期更換顆粒物連續監測方法主要有對穿法、光散射法、動態光閃爍法、靜電感應法。由于各種方法的原理不同、開展歷史不同，各自都有不同的特點，其適用的條件也有不同。3顆粒物CEMS煙塵顆粒物一般呈現為多孔的不規那么形狀，由于燃燒過程和除塵過程的影響，實際的煙塵排放或監測口煙塵顆粒的粒徑分布是各有不同的，大多數排放口煙塵顆粒的粒徑范圍在0～20μm。無論自然狀態的顆粒還是煙塵顆粒一般是荷電的，荷電的大小取決于溫度、比外表積、含水量及與摩擦碰撞相關的速度等，且與顆粒的物理化學成分及結構相關。3.1煙塵顆粒物的特性3.1.1顆粒物的物理特性顆粒物的光散射:光通過不均勻的介質顆粒時，介質顆粒中的偶極子所激發的次波和入射光相互疊加，介質顆粒把入射光向四面八方散射的現象稱為顆粒物的光散射。散射截面:一個顆粒在單位時間內散射的全部光能與入射光強之比。散射系數:散射截面與顆粒的迎光面積之比。吸收截面:一個顆粒在單位時間內吸收的全部光能與入射光強之比。吸收系數:吸收截面與顆粒的迎光面積之比。3.1.2顆粒物的光學概念消光截面:一個顆粒在單位時間內移去的全部光能與入射光強之比。消光系數:消光截面與顆粒的迎光面積之比。(顆粒群的)濁度:單位體積內(顆粒群)的總消光截面。不相關散射:當顆粒之間的距離足夠大，一個顆粒的散射不因其他顆粒的存在而受影響。當顆粒之間的距離大于顆粒直徑的3倍以上時，可以認為顆粒群的散射為不相關散射。煙塵排放一般為不相關散射。3.1.2顆粒物的光學概念單散射及復散射:顆粒散射的光全部來自于入射光稱為單散射，其他情況為復散射。顆粒