1、固定污染源烟气排放氮氧化物（NOx）连续监测技术和质量保证中国环境监测总站 王强2011年5月烟气氮氧化物（烟气氮氧化物（NOxNOx）连续监测系统）连续监测系统烟气排放连续监测系统（烟气排放连续监测系统（CEMSCEMS）的一部分的一部分50%-60%50%-60%左右安装（左右安装（NONO）氮氧化物氮氧化物NOxNOx一般包括一般包括NONO和和NONO2 2 CEMSCEMS的含义的含义烟气排放连续监测系统（烟气排放连续监测系统（CEMSCEMS） 对固定污染源颗粒物浓度和气态污染物浓度以及污染物排放总量进行连续自动监测，并将监测数据和信息传送到环保主管部门，以确保排污企业排放污染物浓
2、度和排放总量达标。CEMSCEMS的组成的组成固定污染源固定污染源CEMSCEMS组成：组成： 颗粒物排放连续自动监测单元 气态污染物（通常包括SO2和NOX）排放连续自动监测单元 烟气参数（包括烟气流速、温度、压力、含氧量、湿度）连续自动监测单元 数据采集、处理、分析、记录和传输单元组成。 监测分析原理监测分析原理基本技术分类 监测分析原理监测分析原理NOx排放连续自动监测单元 采样方法：完全抽取、稀释抽取、直接测量采样方法：完全抽取、稀释抽取、直接测量 分析方法：分析方法： 吸收光谱技术：非分散红外（吸收光谱技术：非分散红外（NDIRNDIR）、）、非分散非分散紫外（紫外（NDUVNDUV
3、）、）、紫外差分吸收（紫外差分吸收（DOASDOAS）、）、气体过滤相关气体过滤相关（GFCGFC）等等 激发发光技术：紫外荧光、化学发光等激发发光技术：紫外荧光、化学发光等 说明：说明： 测试的原理不同，其检测结果状态不同测试的原理不同，其检测结果状态不同 监测分析原理监测分析原理 NOx排放连续自动监测单元的组成结构 抽取系统（采样探头、采样伴热管、过滤器、除湿系统、采样泵） 测试气体分析仪 辅助系统（尾气排放系统、冷凝排水系统） 监测分析原理监测分析原理 采样探头 安装过滤器（不绣钢或多孔陶瓷材料） 加热反吹装置（工厂压缩空气） 伴热管线 （加热温度应高于烟气介质中的冷凝温度） 恒功率
4、自控温 除湿系统 （冷却温度）电子制冷、机械制冷、渗透膜 采样泵（抽气能力） 隔膜泵 射流泵 监测分析原理监测分析原理 采样方式分类（抽取系统）： 直接抽取法 前处理方式/后处理方式/不处理方式 稀释抽取法 内稀释方式/外稀释方式 直接测量法 监测分析原理监测分析原理 监测分析原理监测分析原理 直接抽取法-热湿系统 在采样探头上装有过滤器，从探头到分析仪全程伴热，加热温度高于烟气温度，进入分析仪分析测试。（不处理） 分析方法：紫外差分吸收（DOAS）、傅立叶红外 非分散红外 输送中气体不降温，成分不变吸附很少 测试结果为气体的湿基浓度 监测分析原理监测分析原理 直接抽取法-冷凝干燥系统 前处理
5、方式： 在采样探头上装有过滤器，在探头之后进行预处理（除湿），输送气体的管路不需要加热，进入分析仪分析测试。 （维护不方便） 后处理方式： 在采样探头上装有过滤器，气体伴热至分析仪之前进行预处理（除湿），输送气体的管路需要加热，进入分析仪分析测试。 （过程有损失） 直接抽取法采样探头-前处理方式 监测分析原理监测分析原理 直接抽取法-冷凝干燥系统 分析方法：非分散红外（紫外）、气体过滤相关等 除湿过程中可能会造成气体的损失除湿过程中可能会造成气体的损失 测试结果为气体的干基浓度测试结果为气体的干基浓度 非分散红外法测试原理图 气体过滤相关法测试原理图气体过滤相关法测试原理图 监测分析原理监测分
6、析原理 稀释抽取法 稀释探头（在采样探头顶部，通过音速小孔（临界限流孔，产生恒定流速）进行采样，并用干燥的仪器气进行稀释） 内稀释（稀释部分在烟道内部） 外稀释（稀释部分在烟道外部）（维护方便，但响应时间稍慢） 减少湿气和提高过滤器寿命，采样管（一般减少湿气和提高过滤器寿命，采样管（一般不需加热）不需加热） 稀释法内稀释采样探头稀释法内稀释采样探头稀释法外稀释采样探头稀释法外稀释采样探头 监测分析原理监测分析原理 稀释抽取法-NOx 分析方法： 化学发光法（NOx） （预处理过程较少） 化学发光法测试原理图 监测分析原理监测分析原理 直接测量法 传感器安装在探头前端，直接插入烟道进行测量（点测
7、量） 传感器和探头直接安装在烟道上，采用光学法测量（线测量） （内置式（内置式/ /外置式）外置式） （单光程（单光程/ /双光程）双光程） 监测分析原理监测分析原理 直接测量法 分析方法：单波长法，双波长法， 差分吸收光谱法（DOAS） 非分散红外 由于没有取样装置，日常应注意维护清洁反射镜（尤其内置式）、光源等 标气池校准 测量结果为气体湿基值 直接测量内置和外置式结构示意图（双光程） 监测分析原理监测分析原理烟气参数连续自动监测单元 烟气流速：差压传感器法、热平衡法、超声波法烟气流速：差压传感器法、热平衡法、超声波法烟气温度：铂电阻法、热电偶法等烟气温度：铂电阻法、热电偶法等烟气压力：压
8、力传感器（动压烟气压力：压力传感器（动压/ /静压）静压）烟气湿度：干烟气湿度：干/ /湿氧法、高温电容法、红外吸收法等湿氧法、高温电容法、红外吸收法等含含 氧氧 量：电化学法、氧化锆法、顺磁法量：电化学法、氧化锆法、顺磁法 测试数据的几种数据状态测试数据的几种数据状态 CEMSCEMS实测浓度实测浓度 实际工况条件下（烟道或烟囱内实际的温度、压力湿度等条件实际工况条件下（烟道或烟囱内实际的温度、压力湿度等条件下），下），CEMSCEMS分析仪测量的数值分析仪测量的数值 CEMSCEMS标态干基浓度（标态干基浓度（00，101.325101.325kPakPa） 273273101325静压大
9、气压烟温实测干基浓度标态干基浓度湿度静压大气压烟温实测湿基浓度标态干基浓度1273273101325测试数据的几种数据状态测试数据的几种数据状态 CEMSCEMS标况下折算浓度标况下折算浓度 注意区分注意区分CEMSCEMS软件界面上监测数据的数据状态软件界面上监测数据的数据状态 标气钢瓶状态（标气钢瓶状态（2020，101.325101.325kPakPa ），转换系数变化），转换系数变化 含氧量实测值系数该污染源实际过剩空气%21%21标准过剩空气系数实际过剩空气系数标态干基浓度标干折算浓度测试数据的几种数据状态测试数据的几种数据状态 说明：说明： HJ/T 75-2007HJ/T 75-
10、2007考核技术指标中规定的考核技术指标中规定的NOxNOx浓度范围（分浓度范围（分段标准）均指的是污染源标态干基浓度值段标准）均指的是污染源标态干基浓度值 分段的浓度值当单位是分段的浓度值当单位是mg/mmg/m3 3时，均指的是标态干基浓度时，均指的是标态干基浓度 表中表中NONOX X浓度单位变换浓度单位变换mg/mmg/m3 3时应以时应以NONO2 2计计 CEMS比对监比对监测技术测技术指标要指标要求求 检测项目检测项目 考核指标考核指标 颗粒物颗粒物 准确度准确度 当参比方法测定烟气中颗粒物排放质量浓度：当参比方法测定烟气中颗粒物排放质量浓度： 5050 mg/m mg/m3 3
11、时，绝对误差时，绝对误差不超过不超过1515 mg/m mg/m3 3。 5050 mg/m mg/m3 3100 mg/m100 mg/m3 3时，相对误差时，相对误差不超过不超过25%25%； 100100 mg/m mg/m3 3200 mg/m200 mg/m3 3时，相对误差时，相对误差不超过不超过20%20%； 200200 mg/m mg/m3 3时，相对误差时，相对误差不超过不超过15%15%。 当参比方法测定当参比方法测定 SOSO2 2排放浓度：排放浓度： 20ppm20ppm（57mg/m57mg/m3 3）时，绝对误差）时，绝对误差6 6ppmppm（17mg/m17m
12、g/m3 3） 20ppm20ppm250ppm250ppm（715mg/m715mg/m3 3）时，相对）时，相对误差误差20%20%； 250ppm250ppm 时，相对准确度时，相对准确度15%15% 气态污染物气态污染物 准确度准确度 当参比方法测定当参比方法测定 NONOX X排放浓度： （以排放浓度： （以 NONO2 2计）计） 20ppm20ppm（41mg/m41mg/m3 3）时，绝对误差）时，绝对误差6 6ppmppm（12mg/m12mg/m3 3） 20ppm20ppm250ppm250ppm（513mg/m513mg/m3 3）时，相对误差）时，相对误差20%20%
13、； 250ppm250ppm 时，相对准确度时，相对准确度15%15% 流速流速 相对误差相对误差 流速流速10m/s10m/s 时，不超过时，不超过10%10%； 流速流速10m/s10m/s 时，不超过时，不超过12%12%。 烟温烟温 绝对误差绝对误差 不超过不超过3 3 氧量氧量 相对准确度相对准确度 15%15% CEMS CEMS系统中系统中NONO2 2转化转化 样品中的二氧化氮在进行分析时，一般需要先转化为一氧化氮，才能进行浓度分析。二氧化氮到一氧化氮的还原转化过程，通常由分析仪内的一个转化炉完成，其转化过程公式如下： 3NO2 Mo 300350C 3NOMoO3 OR 2N
14、O2 S.S. Converter 600C 2NOO2 CEMS CEMS系统中系统中NONO2 2转化转化 转化炉分为钼转化炉和不锈钢转化炉两种，在常态浓度下使用钼转化炉进行转化，而样品浓度偏高时需要使用不锈钢转化炉。 通常情况下，钼转化炉的寿命为5000ppm小时，既浓度为5000ppm的二氧化氮样品，连续进入钼炉一小时，钼炉既失效。 由于各个厂商的设计样品流量和钼粉填充量不同，所以温度通常控制在150350C之间。 转化效率一般要求大于95%烟尘烟气CEMS出具有效数据全过程的外部质控过程 合格污染源在线监污染源在线监测仪器测仪器环境监测仪器适用性检测环境监测仪器适用性检测（每型号（每
15、型号1 1套）套）合格仪器销售仪器销售仪器安装调试仪器安装调试验收前调试检测验收前调试检测（每套）（每套）验收检测验收检测（每套）（每套）仪器运行使用仪器运行使用合格运营维护运营维护（每套）（每套）数据有效性审核数据有效性审核（含比对监测）（含比对监测）（每套）（每套）在线监测数据可在线监测数据可作为环境管理和作为环境管理和执法监督的依据执法监督的依据现场检查现场检查（每套）（每套） 烟气CEMS安装大气污染源排放总量监控大气污染源排放总量监控1按照国家或地方标准对大气污染源排按照国家或地方标准对大气污染源排放浓度实时监控放浓度实时监控环保治理设施运行的监控环保治理设施运行的监控23烟气CEM
16、S安装目的 烟气CEMS安装u每台固定污染源排放设备应安装一套烟气CEMS。u烟气CEMS安装位置应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位，如图2所示。u若一个固定污染源排气先通过多个烟道后进入该固定污染源的总排气管时，应尽可能将烟气CEMS安装在该固定污染源的总排气管上；不得只在其中的一个烟道上安装一套烟气CEMS，将测定值的倍数作为整个源的排放结果，但允许在每个烟道安装相同的烟气CEMS，汇总排放结果。（图3）烟气CEMS安装位置图2 固定污染源烟气CEMS安装位置示意图注：注：烟气方向：烟气方向： 直径：直径：d烟气测孔4d2d监测位置监测位置（ ）监测位置（监测位置（ ）监测位置监测位置（
17、）安装位置和系统数量安装位置和系统数量 系统数量 有效小时均值：整点1小时内不少于45 分钟的有效数据的算术平均值 （针对1拖2等情况不允许） 每台固定污染源排放设备应安装一套烟气CEMS 测量范围（量程选择）测量范围（量程选择） 连续自动监测系统测量量程一般为所在污染源排放限值的两倍，污染源的正常排放数据应分布在所选系统测量范围的20%至80%内。 根据污染源的排放情况，可选双量程或多量程的系统。CEMS的安装 气态污染物CEMS 位于气态污染物混合均匀的位置，该处测得的气态污染物浓度或排放率能代表固定污染源的排放。在不影响参比方法取样前提下，尽可能靠近参比方法取样孔 前不小于1.5倍烟道或
18、管道直径 后不小于半倍烟道或管道直径 CEMS的安装维护平台 面积应不小于5 m2 平台宽度与长度应不小于2m，或平台的宽度应不小于采样枪长度外延1m 周围设置1.2m以上的安全防护栏 取样口垂直间距大于1.75m时，应设置双层取样操作平台 CEMS的安装维护平台多层采样平台多层采样平台 CEMS的运行现场检查 （1）掌握CEMS在污染源的基本情况 A. 污染源所在的地理位置 B. 排污企业的类型 C. 污染物处理设施的情况 CEMS的运行现场检查 D.污染源正常生产工况下的排放情况 污染物种类 排放浓度 烟气流速 烟气温度 烟气静压 烟气湿度 CEMS的运行现场检查 E. 排放口的基本情况
19、由采样烟道的形状、尺寸估算出应使用采样枪的长短以及比对测试工作量的初步情况 F. 参比方法检测环境条件 参比监测烟道直管段情况，参比测试孔情况（位置、数目、大小满足要求），采样平台、护栏情况，平台高度、爬梯情况 G. 监测现场的安全性 CEMS的运行现场检查 （2）了解安装在该污染源的CEMS的基本情况 A. CEMS的型号、品牌、配置、安装、调试完成时间等基本信息 B. CEMS的采样和分析测试原理（数据状态） CEMS的运行现场检查（实施现场检查） 采样和预处理系统 分析系统和分析小屋或控制室 辅助系统 系统数据记录和处理系统（操作软件） 采样和预处理系统检查 -通道和现场条件 电梯工作情
20、况（如果有）现场的防护性，操作人员维护的外部环境条件（平台、护拦等）现场烟道的腐蚀和振动情况烟气静压变化（正/负）现场飞灰等其它杂物堆放情况现场感觉到的污染气体的泄漏情况（是否存在）采样和预处理系统检查 -采样探头和泵 目视检查（清洁度、灰尘）法兰情况，螺栓情况（锈死在法兰上）采样探头的腐蚀、堵塞情况采样泵的工作情况（有无腐蚀） （采样流量的变化，稳定） （腐蚀、噪声、泄漏、泵膜和轴承的更换） 探头情况（湿、粘的颗粒物的黏附） （略微向下倾斜） （探头随气流抖动程度）采样和预处理系统检查 -采样管线和除湿系统、过滤器从探头至分析小屋管线布设情况 （至少倾斜5度） （管线是否有纽结、缠绕甚至腐蚀
21、、断裂）伴热管线加热情况（伴热管线的对接部分、刚出探头部分等接头是否有非加热环节）（高温） （伴热管线的温度 设置温度/实测温度 机柜读出） 除湿装置的运行情况效果检查 （冷凝温度 设置温度/实际温度 机柜读出）颗粒物过滤器（细、微细）的工作状态（清洁，需要更换）分析系统检查 -气体分析仪 分析仪器运行状态 （分析仪有无进水、系统有无漏气） （系统管路内很明显看到有冷凝水出现） （进气流量变化，是否稳定，分析仪上直读）机柜内部管线的布设（杂乱、交错） （管线是否有相应标记）零部件、阀、接头等腐蚀或泄漏情况分析小屋或控制室检查 -标准气体标准气体钢瓶号和标签信息（浓度值、生产厂商、日期、不确定度
22、等） （有效期）标气钢瓶内压力（和初始压力对比）针阀腐蚀或漏气情况（压力很快下降，造成室内污染影响健康）气体管线和减压阀装置的情况 （腐蚀或损坏）分析小屋或控制室检查 -分析仪控制面板和小屋 分析仪面板上各种指示灯和报警灯等的状态分析小屋或控制室的环境情况 （清洁）（安全） （室内温度等环境条件） 辅助系统检查 尾气排放系统（包括旁路） （尾气排放管-通畅、安全外排） （管线位置）（冬季冷冻） 冷凝排水系统（自动或人工） （蠕动泵工作状态、冷凝贮水罐水量、冷凝水去向） （冷凝罐内长期会生藻类）（冬季结冰） 反吹系统 （压缩机工作状态、反吹气路、频次、效果） （仪表气过滤装置）数据记录和处理系统检查 软件的相关设置 系统参数设置 （大气压、污染源尺寸、截面积、污染物量程、超标报警值、手工输入湿度等参数） （日期时间设置） （反吹、维护的设置） 过程参数设置 （调节因子、校准系数、截距、速度场系数等）数据记录和处理系统检查 数据状态之间的转换以及排放量核算等计算公式数据存储状态（时时数据显示、分钟数据、小时数据的存储）数据报告（小时平均值） CEMS CEMS现场检查现场检查l 仪器设备的认识了解情况l 技术规范标准的熟练程度l 检测现场的实际工作经验 谢谢！
