在线式烟气分析/监测系统（CEMS）技术工艺发展分析

第一节 在线式烟气 分析 /监测系统（CEMS）基本生产技术、工艺或流程

一、基本生产技术

1、现有气态污染物CEMS有以下三种方法：

1）In-situ，直接 分析 法；

2）Extractive，即完全抽取法；

3）Dilution，即稀释法。

2、SO2 CEMS测量技术及其产品开发研制现状

烟气的采样方法：有非抽取法和抽取法2种。抽取法又分为直接抽取法和稀释抽取法。

SO2的 分析 方法依其 分析 量程不同而异。紫外荧光法适用于低量程(稀释抽取法)，该法灵敏度高，选择性好。所用仪器中涉及紫外灯的脉冲点燃技术，必须有寿命长且光强稳定的紫外灯、可长期连续工作的光电倍增管以及去除干扰的膜式过滤装置，目前所用仪器主要靠进口，价格较昂贵。

非分散红外法和紫外吸收法简便可靠，适用于未经稀释的高浓度样品，其中非分散红外法的动态范围较窄。电化学法的灵敏度不够高，且因其传感器寿命短，维护工作复杂，漂移(积累型)严重，不适用于连续监测。

SO2 CEMS常用组合测量技术及其国内外主要产品：

1）非抽取+红外或紫外吸收法

国外此类技术的早期产品出现在20世纪70年代末至80年代初，即将一束红外或紫外光直接照射到烟气上，在探头上开孔，烟气从中流过，利用SO2的特征吸收光谱进行测量。其技术简单，响应快，勿需抽气管线可直接实时测量湿基，缺点是探头易被烟尘堵塞， 分析 仪易污染;探头为开孔式，无法进行在线校标，精度差。

90年代中期，以英国Procal公司为首，推出了封闭式产品，即用金属烧结材料将探头光路封闭，该材料在过滤掉烟尘的同时，气体渗透到光路中进行测量。这一由开口式向封闭式的改进使非抽取方式得以实现在线校标，同时解决了烟尘对SO2的测定干扰问题。封闭式探头对光路的防污染要求高，须使用清洁压缩空气吹扫技术和独特的结构设计排除烟尘和烟气对光路的污染。该技术在全球市场的占有率为5%，产品价格较低。国外有美国AIM公司的产品(红外法)，国内如北京牡丹联友公司的产品HP5000(紫外双波长)。

2）直接抽取+非分散红外吸收法

该技术出现于20世纪80年代中期，烟气经除尘除湿后，测量的为烟气干基，且克服了非抽取方式烟尘干扰的问题，但烟气除尘、除湿(采样管加热)等预处理维护工作复杂，抽气口易堵塞，采样管线是负压运行，稍有泄漏会影响测定结果。该技术在全球市场的占有率约为9.5%，产品价格适中。国外主要为日本岛津公司和英国XENTRA4900型产品，国内如北京北分麦哈克 分析 仪器有限公司的GXH902及GXH9021M，其主机UNOR及MULTOR为德国MAIHAK公司制造，还有北京天融环保设备中心的产品(德国技术)。

3）稀释抽取+紫外荧光法该技术

出现于20世纪90年代初期，其技术特点是稀释采样降低样品露点温度，解决了烟气冷凝水问题，一般情况下勿需跟踪加热采样管线，并解决了采样探头的腐蚀与堵塞问题，连续工作时间长。采样管线在正压下工作，从而防止由于泄漏所引入的误差;经稀释的烟道气样品，可使气体浓度最大减少到1350，可用灵敏度高的环境监测仪器完成 分析 ;由于湿度未从样品中消除，测定的为湿基。缺点是响应时间稍长(<3min);干燥压缩空气纯度要求高，除水除硫制备繁杂，成本高;紫外荧光 分析 仪须进口，价格昂贵。该技术在全球市场占有率约为85%，在美国高达90%。国外主要为美国热电子(Thermo Electron公司)环境仪器公司200型产品及法国环境仪器公司(ESA)的产品，国内如北京航天益来电子科技有限公司CYA200型及深圳中兴新通讯设备有限公司的产品。

3、烟气流速的连续测量技术烟气参数包括流速、含氧量、湿度、温度、压力等，本文仅介绍其中的首要参数——流速的连续测量技术。

皮托管法是烟气流速连续测量常用方法，该法与手工常规方法一致，缺点是易堵，需要不断吹扫。北京牡丹联友等公司产品为此技术。

热平衡法该法连续工作性能好，适用于烟尘污染严重的场合。能测量极低(01ｍｓ)的流速，但测得的是质量流量，需用体积流量仪现场标定，再用比重系数修正。北京航天益来等公司产品用此技术。

超声波法探头与气体流量方向成一定角度，声波沿不同方向传送的时间差与气体流速有关，从而进行气体流速测定。该法不受温度、压力、烟气成分变化影响，但产品价格较贵。

二、相关专利

从我国近年来专利 研究 重点集中在采样装置的改进上，目前国内的技术攻关主要在采样技术（适合于目前的使用环境，保证运行可靠性）和数据处理传送软件两点上，主要专利如下：

1、烟气在线 分析 仪前级预处理器

申请号：97244061.5

专利名称：烟气在线 分析 仪前级预处理器

专利摘要：本实用新型公开了一种烟气在线 分析 仪前级预处理器，它是由取样器、阀门、管线、过滤器和水洗装置等构成，过滤器上设有与其筒体相通的入口导管和出口导管，烟气排出口设有水洗装置；其中一少部分烟气作为样气经过微孔过滤装置，大部分烟气通过水洗装置后排出。该预处理器结构简单，清洗方便，自动脱尘，脱水，不易产生堵塞，克服了现有技术中的不足。经实际应用证明，其效果极佳，完全可以保证在线 分析 仪的正常运行。

2、气态污染物微量抽取现场 分析 方法及装置

申请号：02117355.9

专利名称：气态污染物微量抽取现场 分析 方法及装置

专利摘要：本发明是一种微量抽取现场 分析 装置，包括反射镜、滤光片组、红外光源、红外检测器、透镜和光学吸收腔，还包括：位于光学吸收腔进气端的依次联结的粗过滤器、细过滤器以及精过滤器；一个设置在光学吸收腔管壁上的微量抽气孔；和一个真空抽气泵，通过设置在光学吸收腔管壁上的微量抽气孔抽取光学吸收腔中气体。本发明的采样部分采用三层过滤保障光学吸收腔不被烟气污染，保障了 分析 装置的精度。独特的前端进气方式、独特的光学腔微负压设计充分保证了样品气采集量的恒定及持续可靠性，独特的结构设计，能够实现 分析 系统的全程在线标定。

3、烟气在线 分析 仪

申请号：200520140510.5

专利名称：烟气在线 分析 仪

专利摘要：烟气在线 分析 仪，包括样气取样管、过滤探头、除湿部件、抽气泵、排水阀的取样过滤预处理模块；包括过滤加热器及温控器，冷气阀和反吹、致冷阀组，涡旋致冷器的致冷及保温控制模块；包括氧 分析 模块，红外 分析 模块，包括具有数据处理、连接温度、湿度传感器和电磁阀动作控制单片机及电源组成的自动控制模块；所述样气取样管经过滤探头连接除湿部件，过滤探头上设有过滤加热器及温控器，除湿部件的输出通过抽气泵连接标气和样气转换阀，再连接氧 分析 模块或/与红外 分析 模块，本实用新型实现烟气在线处理和 分析 。

4、烟气在线监测仪测量探头

申请号：200620118988.2

专利名称：烟气在线监测仪测量探头

专利摘要：本实用新型公开了一种烟气在线监测仪测量探头，出射前窗镜角反射镜上分别设有相互独立的空气吹扫装置，并分别设置在烟道的两侧，两空气吹扫装置之间通过固定杆相连接，角反射镜所在的空气吹扫装置后端设有端盖。由于探头的角反射镜设在烟道外，不受烟道内的湿热烟气的腐蚀，使用寿命可以延长，且维护方便，只需打开安装角反射镜的空气吹扫装置端盖即可取出角反射镜，清洁角反射镜镜面。

5、工业烟气在线监测系统的控制及数据传输系统及方法

申请号：200610096612.0

专利名称：工业烟气在线监测系统的控制及数据传输系统及方法

专利摘要：一种工业烟气在线监测系统的控制及数据传输系统及方法，包括烟尘监测子系统，实时监测烟尘浓度；烟气排放参数监测子系统，实时检测烟气含氧量、流速、压力、温度等参数，气态污染物监测子系统，对烟气实时采样和控制，进行预处理，系统控制及数据采集处理子系统，采集上述子系统的输出信号、并进行处理、存储、显示、记录和统计，实现数据实时、远距离传输；烟气预处理程控，与环保监测中心站计算机通信。本发明应用现代传感器和检测技术、计算机和网络技术、信号处理和无线数据传输技术，使系统的自动化程度高、维护工作量小，稳定性好，数据处理快速方便。具有远程监控、远程资料传送等功能。运行费用低，技术含量高。节省人力和物力。

6、一种基于双光路的紫外差分烟气探头

申请号：200810052556.X

专利名称：一种基于双光路的紫外差分烟气探头

专利摘要：本发明涉及一种适用于烟气在线监测的紫外差分烟气探头，包括发射模块和接收模块，其特征在于，所述发射模块与接收模块设置在同一端，两个模块的光轴相互平行，在光路的另一端固定有角隅棱镜。本发明在简化了光路调整操作、降低了调整难度的同时，还提高了测量稳定性，延长了传感器工作寿命。

7、紫外差分烟气浓度测量系统校准方法及实施装置

申请号：200810053354.7

专利名称：紫外差分烟气浓度测量系统校准方法及实施装置

专利摘要：本发明涉及烟气在线监测，具体讲涉及一种紫外差分烟气浓度测量系统校准方法及实施装置。为提供一种高精度的校准方法及装置，简便快速完成烟气浓度测量系统校准。本发明采用的技术方案是，将所有样品池组连通并密封好，通入固定压力的标准浓度气体，待气体充分均匀后，将样品池放入光路中，使得紫外光可以透过样品池中的被测气体，通过放置不同长度的样品池就可以获得不同等效浓度的被测气体浓度，在每种浓度下采集并记录光谱曲线，根据紫外差分的方法计算得到气体浓度，之后利用标准浓度和样品池长度所获得的等效气体浓度理论值与实际测量值使用标定软件进行最小二乘拟合，得到校正后的浓度测量系数。本发明主要应用于烟气在线监测。

8、直抽烟气加热采样探头

申请号：200820078068.1

专利名称：直抽烟气加热采样探头

专利摘要：本实用新型涉及一种与烟气在线自动监测系统配套使用的直抽烟气加热采样探头。该直抽烟气加热采样探头它包括设有腔体的法兰、装配在法兰前端的采样管和配装在法兰腔体内的过滤器，它还包括一反吹气缸，所述采样管经法兰腔体和过滤器与采样输出管连通，反吹气缸的输出经连接管路与过滤器的内腔室连通。该直抽烟气加热采样探头对采样烟气采用外过滤方式，不仅有效地增大了过滤面积，提高了过滤效率。还降低了烟尘对过滤器的堵塞，减少了对过滤器维修和保养的工作量。同时增加了反吹气缸，可方便的对过滤器进行反相有效地清洗和保养，更进一步保证了过滤器的过滤效率和过滤效果。而且该采样探头还能够适用各种多变的、恶劣的工况条件。

9、一种烟气在线连续监测装置

申请号：200820095881.X

专利名称：一种烟气在线连续监测装置

专利摘要：本实用新型公开了一种烟气在线连续监测装置，主要由颗粒物连续监测器、烟气参数测量子系统、气态污染物连续监测仪系统和数据采集与处理系统组成，所述数据采集与处理系统组成接收到颗粒物连续监测器、烟气参数测量子系统、气态污染物连续监测仪系统所采集的烟气参数，并对该参数数据进行处理 分析 、记录、存储、统计以及打印显示，并将处理结果传递给监控中心。本实用新型采用新型热管抽气法测量烟气中气态污染物，气路结构简单、维修方便、维护费用低，而且通过计算机和网络进行信号处理和远程控制，提高了系统的自动化程度、减少了维护工作量，使系统稳定性好，数据处理快速方便。

10、烟气在线监测全程校准装置

申请号：200820240827.X

专利名称：烟气在线监测全程校准装置

专利摘要：本实用新型涉及一种烟气在线监测全程校准装置。该烟气在线监测全程校准装置是由采样探头和与采样探头依次管路连通的样气预处理制冷器、检测 分析 仪及标气输入通道组成，其特征在于所述标气输入通道的输出口与样气预处理制冷器的输入口相连通。该装置是将系统采样时样气流过的预处理制冷器和检测 分析 仪作为一个整体进行标定，从而消除了预处理制冷器中残留少量的水对系统测量精度或响应时间的影响，因此全程校准系统更能稳定可靠准确的反映所监测污染源的有效成分，不仅可有效地保证在线烟气监测系统测量数据的准确性，还可大大提高在线烟气监测系统工作的稳定、可靠性。

11、插入式烟气在线监测仪探头清洁装置

申请号：200920172633.5

专利名称：插入式烟气在线监测仪探头清洁装置

专利摘要：本实用新型公开了一种插入式烟气在线监测仪探头清洁装置，它由一个中空的管体以及设在管体前端的气嘴组成，所述气嘴至少包括一个水平气嘴和一个侧向气嘴。管体由数段组成，段与段间通过管接头连接。本实用新型可伸入监测仪探头内部，实现对测量探头光路中各个部位的捅、刮、擦、压缩气体吹扫等清洁工作，无需清洁剂，不会对仪器产生损失；操作过程简易、快速，便于实施。结构简单，便于携带和组装。

第二节 在线式烟气 分析 /监测系统（CEMS）新技术研发、应用情况

由贵州省电力调度通信中心和上海申瑞电力科技股份公司联合研制并实施的“并网运行火电厂脱硫信息监测系统”通过了贵州省科学技术厅组织的科技成果鉴定，鉴定委员会认为该项目有多项创新性成果和自主知识产权，科技成果达到国内领先水平，建议在相关 行业 进行大力推广应用。

节能减排，降低单位GDP能耗，形成节约、环保型经济发展模式是国家“十一五” 规划 的战略目标。对于电力 行业 而言，根据国家相关标准，减少火力发电厂的污染排放量是贯彻节能减排方针的重要途径。在火力发电厂新建脱硫系统，可大大改善电厂污染排放量，是目前火电厂实现环保运行的主要手段。

随着火电厂脱硫系统的建设和投运，凸现了一些新的问题。首先是火电厂自身缺乏脱硫系统投入运营的积极性。其次电网公司缺乏脱硫系统运行监视、评估的技术手段，不能形成闭环反馈从而促进火电厂脱硫系统运行的有效控制。最后电网公司和火电厂之间不能进行脱硫时段上网电量的核算，从而极大地阻碍了脱硫系统的市场化运营。

针对上述问题，贵州电网公司制订了并网运行火电厂脱硫信息监测系统技术标准，并在此基础上联合上海申瑞电力科技股份有限公司设计并实施了烟气脱硫远程实时监测与脱硫电量考核系统。

该系统首次利用已有的调度自动化系统远动设备和通道，在全网范围内实现了17个并网火电厂燃煤机组烟气脱硫信息的实时采集、秒级传输和在线监测，实现了脱硫信息的自动跟踪、统计 分析 、报表生成、信息发布以及历史查询等应用功能，节省了调度端主站、电厂侧子站和通信系统的建设投资并缩短了建设周期。

该系统采用多项技术措施对火电厂燃煤机组烟气脱硫的合格率进行在线 分析 判断，解决了火电厂燃煤机组有效脱硫判定方法，脱硫上网电量计算方法以及循环流化床锅炉脱硫效率的在线计算方法等问题。

该系统针对贵州烟气脱硫远程实时监测与脱硫电量考核系统提出了相应的技术规范，建立了运行管理体系。为贵州省率先将国家脱硫政策落实到工程实际应用提供了技术支持，环保效果明显，经济效益和社会效益显著。系统具有很高的应用价值和推广前景，已经在南方电网得到推广应用。

第三节 在线式烟气 分析 /监测系统（CEMS）国外技术发展现状

CEMS是涉及多种学科领域、技术含量高、产品规模化生产难度大的高科技产品。欧美等发达国家的CEMS技术及产品虽然成熟且已商品化。

直接抽取法烟气排放连续监测系统（CEMS）是欧洲、美国、日本和韩国等大多数发达国家普遍采用的成熟技术产品，具有配置灵活、运行稳定可靠、性能/价格比高等优点。

第四节 在线式烟气 分析 /监测系统（CEMS）技术开发热点、难点 分析

烟气排放在线监测系统（CEMS）使用成功与否的关键在于检测仪表的选型设计与系统的集成。过程 分析 面对的困难与问题很多，如高温、高粉尘、高水份、负压及腐蚀性等恶劣气体条件；CEMS要保证必要的检测准确度，较快的反应速度，易安装、易标定，防尘、防溅、防腐等防护要求，同时要有较高的自动化程度，较少的维护工作量。随着国内脱硫脱硝除尘三大治理领域的投入不断加大，排放要求越来越高，CEMS对低浓度的在线监测是未来环境监测领域的重点和难点。

第五节 在线式烟气 分析 /监测系统（CEMS）未来技术发展趋势

随着光学技术、计算机技术与自动检测等新技术的发展，许多以前难以检测的非电量，如实现水泥厂炉窑、塔罐烟气排放点的自动采样与预处理，粉尘与SO2等主要污染因子和烟气流量的在线监测均得以解决。

具有高智能化、高稳定性、高精度的CEMS系统是国内外环保仪器的发展趋势。我国环境监测仪器有以下几点发展趋势：

1、向自动化、智能化和网络化为主的监测方向发展；

2、由较窄领域监测向全方位领域监测的方向发展；

3、由单纯的地面环境监测向与遥感环境监测相结合的方向发展

4、环境监测仪器向高质量、多功能、集成化、自动化、系统化和智能化的方面发展；

5、环境监测仪器向物理、化学、生物、电子、光学等技术综合应用的高技术领域发展。



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