环保烟气在线监测装置

环保烟气在线监测装置（CEMS，Continuous Emission Monitoring System）是工业污染源烟气排放实时监控的核心设备，主要应用于火电、钢铁、化工、水泥、有色金属冶炼等行业的锅炉、窑炉、排气筒等污染源，可连续监测烟气中气态污染物（SO₂、NOₓ、CO、O₂等）、颗粒物浓度及烟气参数（温度、压力、流速、湿度等），并通过环保专网将数据实时上传至各级生态环境监管平台，为排污许可、总量控制、污染治理效果评估提供法定数据支撑，严格符合《固定污染源烟气（SO₂、NOₓ、颗粒物）排放连续监测系统技术要求及检测方法》（HJ 76-2017）、《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T 16157-1996）等国家标准。

一、核心监测原理（分参数说明）

1. 气态污染物监测（SO₂、NOₓ、CO）

主流采用抽取式紫外差分吸收光谱法（DOAS） 或红外吸收法，两种方法各有适配场景：

紫外差分吸收光谱法（DOAS）：

原理：样气经抽取后进入分析池，紫外光穿过样气时，SO₂、NOₓ等污染物分子对特定波长的紫外光产生特征吸收，通过测量吸收光谱的差分信号（扣除背景干扰），依据朗伯 - 比尔定律计算污染物浓度。

优势：抗干扰能力强（不受水汽、粉尘轻微影响）、多组分同时监测（可同步测 SO₂、NO、NO₂）、响应速度快（T90≤20 秒），适合复杂工况（如高湿度、高粉尘烟气）。

红外吸收法：

原理：利用污染物分子对特定波长红外光的选择性吸收，吸收强度与浓度呈线性关系，通过检测透射光强度变化定量浓度。

优势：稳定性高、维护成本低，适合工况稳定的污染源（如燃气锅炉）。

2. 颗粒物浓度监测

主流采用激光透射法（浊度法） 或β 射线吸收法：

激光透射法：

原理：激光发射器与接收器分别安装在烟道两侧，激光穿过烟气时，颗粒物对激光产生散射和吸收，导致透射光强度衰减，衰减程度与颗粒物浓度正相关，通过计算衰减率得到浓度值。

优势：非接触式测量、耐高温高压、适合高浓度颗粒物场景（如钢铁厂烧结机烟气）。

β 射线吸收法：

原理：放射性源（如 C-14）发射的 β 射线穿过烟气中的颗粒物过滤膜，颗粒物对 β 射线产生吸收，吸收量与颗粒物质量成正比，通过称重法换算浓度。

优势：测量精度高、直接对应颗粒物质量浓度，适合低浓度颗粒物监测（如达标排放核查）。

3. 烟气参数监测

温度：铂电阻（PT100）传感器，测量范围 0~500℃（高温工况可扩展至 800℃）；

压力：差压变送器，测量烟道静压 / 动压，计算烟气压力；

流速：皮托巴管 / 文丘里管 + 差压变送器，基于流体力学原理，通过测量差压计算烟气流速；

湿度：电容式湿度传感器，测量烟气相对湿度，用于折算标准状态下的污染物浓度（干基浓度）。

二、系统整体组成（模块化设计）

一套完整的烟气在线监测装置由采样 / 测量单元、预处理单元、分析单元、校准单元、数据采集与传输单元、辅助单元组成，各模块协同实现 “烟气采集 - 处理 - 分析 - 数据上传" 全流程自动化：

单元名称核心组件功能作用

采样 / 测量单元采样探头（带加热 / 反吹功能）、烟道流速 / 温度 / 压力 / 湿度传感器抽取式系统：采样探头从烟道抽取样气，加热（120℃±10℃）防止冷凝，反吹（压缩空气）清除探头粉尘；

原位式系统：传感器直接安装在烟道内，实时测量烟气参数。

预处理单元（抽取式）伴热采样管、冷凝器、过滤器、蠕动泵伴热采样管（120℃±10℃）防止样气冷凝；冷凝器去除 95% 以上水汽；过滤器过滤粉尘（精度 0.1μm）；蠕动泵排放冷凝水。

分析单元气态污染物分析仪、颗粒物监测仪核心模块，完成污染物浓度及烟气参数的定量分析，输出标准电信号（4~20mA/RS485）。

校准单元标准气体钢瓶、动态气体校准仪、零气发生器定期进行零点校准（零气）、跨度校准（标准气）、线性校准，确保测量准确性；支持自动 / 手动校准。

数据采集与传输单元数据采集仪（DAQ）、4G / 以太网模块接收各分析模块数据，完成数据存储、有效性判断（如超量程、校准状态标记），通过 HJ 212 协议上传至环保监管平台，同时本地存储 1 年以上原始数据。

辅助单元伴热控制器、电源柜、防爆箱（防爆场景）提供稳定电源（AC 220V±10%）；伴热控制器维持采样管路 / 探头温度；防爆箱适配化工、矿山等防爆区域。

三、关键技术参数（主流型号参考）

监测参数技术指标要求说明

气态污染物测量范围：SO₂/NOₓ：0~100/500/1000/2000mg/m³（可选）；

检出限：≤0.5mg/m³；

精密度：RSD≤2%；

准确度：示值误差≤±5%量程可根据污染源排放浓度定制，如火电行业可选 0~2000mg/m³（高浓度场景）。

颗粒物测量范围：0~50/100/200mg/m³；

检出限：≤1mg/m³；

精密度：RSD≤5%；

准确度：示值误差≤±10%低浓度场景（如达标排放）可选 0~50mg/m³ 量程，确保测量精度。

烟气参数温度：0~500℃（误差 ±1℃）；

压力：-10~10kPa（误差 ±2% FS）；

流速：0~30m/s（误差 ±5% FS）；

湿度：0~30% vol（误差 ±2% FS）高温工况（如水泥窑）可扩展温度测量范围至 800℃。

系统性能数据传输：支持 HJ 212-2017 协议；

连续运行时间：≥720h / 月；

校准周期：自动校准≥1 次 / 24h；

故障报警：支持短信 / 平台报警连续运行时间和校准周期需满足环保部门要求，确保数据有效性。

四、典型应用场景

火电行业：燃煤发电机组、燃气轮机的烟气排放监测，重点监控 SO₂、NOₓ、颗粒物浓度，满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）要求；

钢铁行业：烧结机、高炉、转炉的烟气监测，适配高粉尘、高湿度、高温工况，监控烧结烟气中 SO₂、NOₓ及颗粒物排放；

化工行业：石化、煤化工、硫酸厂等污染源，监测生产过程中产生的 SO₂、NOₓ、CO 等污染物，避免超标排放；

水泥行业：水泥窑、孰料磨的烟气监测，耐受高温（≤600℃）、高粉尘工况，确保颗粒物、SO₂排放达标；

垃圾焚烧行业：垃圾焚烧炉烟气监测，除常规参数外，可扩展监测 HCl、HF 等酸性气体，满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2014）。

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