1 問(wèn)題的提出

隨著科學(xué)技術(shù)和全球經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，環(huán)境污染和生態(tài)破壞日趨嚴(yán)重，大氣質(zhì)量正在不斷的惡化。當(dāng)今危害環(huán)境和人類身體健康的3種主要污染物是：酸雨、城市空氣污染、工業(yè)排放的有毒氣、液體。

為了保證清潔的空氣質(zhì)量，早在1969年美國(guó)就通過(guò)了《大氣污染防治法》，此項(xiàng)法律在當(dāng)時(shí)環(huán)境保護(hù)上具有很大的進(jìn)步意義。隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)也逐漸認(rèn)識(shí)到環(huán)境在人類生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要地位，《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》已于2000年9月1日起施行。控制和減少環(huán)境污染不僅是一種政府行為要強(qiáng)制執(zhí)行，而且是一種民族意識(shí)。大氣環(huán)境污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則是進(jìn)行控制和減輕大氣環(huán)境污染工作必不可少的首要裝備。

目前世界上生產(chǎn)煙氣連續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CEMS(Continuous Emission Monitoring System)的公司很多，在中國(guó)市場(chǎng)CEMs銷售商主要有：ABB公司；美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)公司，熱電子公司下屬的熱環(huán)境公司；德國(guó)siemens公司，SICK公司，M&C公司；英國(guó)愛(ài)能公司；日本掘場(chǎng)公司，島津公司等。

ABB作為全球最主要的CEMS供貨商，煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在全世界范圍內(nèi)每年銷售約600套，具有全球的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。大量的應(yīng)用業(yè)績(jī)及較高的世界市場(chǎng)占有率使ABB成為煙氣連續(xù)排放監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)及市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。

本文將主要以ABB公司的Advance cemasNDIR煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及相關(guān)分析儀器進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

2 CEMS的技術(shù)現(xiàn)狀

CEMS是對(duì)固定污染源煙氣排放在線連續(xù)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，分別由顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、煙氣參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理與通訊子系統(tǒng)組成。具體到一個(gè)污染排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由采樣技術(shù)、煙氣分析技術(shù)、煙塵分析技術(shù)、流量測(cè)量技術(shù)、數(shù)據(jù)控制采集技術(shù)和其他輔助技術(shù)組成。

2．1 采樣技術(shù)

CEMS的采樣方法從廣義上可以分成3種類型：抽取法，直接測(cè)量法，參數(shù)法。抽取法可以細(xì)分為直接抽取測(cè)量法和稀釋法；直接測(cè)量法可以采取管路測(cè)量和點(diǎn)測(cè)量方式；參數(shù)法主要依賴于物理參數(shù)的測(cè)量，例如：溫度，壓力，或通過(guò)其他過(guò)程量的測(cè)量來(lái)預(yù)測(cè)估計(jì)排放量。

在酸雨的測(cè)量中，稀釋法(濕式測(cè)量)占有主導(dǎo)的地位。一般情況下這種采樣方法能很好地滿足測(cè)量要求，但當(dāng)污染物濃度長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)在較低水平的情況下，測(cè)量就受到限制。對(duì)于一些動(dòng)態(tài)變化參數(shù)的測(cè)量，例如煙道的溫度、煙道的壓力和氣體分子量的變化都會(huì)對(duì)稀釋測(cè)量技術(shù)帶來(lái)不利的影響。當(dāng)分析儀的靈敏度達(dá)不到要求時(shí)，采用稀釋法測(cè)量的系統(tǒng)就無(wú)法再正常工作。

通常來(lái)講，反應(yīng)性氣體和可壓縮性氣體如氯化氫，氨氣和甲醛等常常給測(cè)量帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)。這些氣體在煙道的流動(dòng)過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生反應(yīng)，或者它們會(huì)在溫度較低的抽取采樣系統(tǒng)中被液化、吸附或者在達(dá)到分析儀之前就已經(jīng)被聚合。

因此為了能夠獲得可靠的測(cè)量結(jié)果，需要根據(jù)采樣氣體的組成成分采取具體的采樣方式和分析技術(shù)。

2．2煙氣分析技術(shù)

當(dāng)今的氣體分析技術(shù)主要包括：非分散紅外氣體分析，紫外線氣體分析，化學(xué)熒光氣體分析，磁氧氣體分析，火焰離子檢測(cè)分析，氣相色譜分析，質(zhì)譜分析，傅立葉變換紅外分析等。

對(duì)大氣污染物中二氧化硫、氮氧化物的分析技術(shù)很多，但常常受到被測(cè)條件的制約。適合于對(duì)煙氣中二氧化硫進(jìn)行連續(xù)測(cè)量的方法主要有紫外熒光法與紅外吸收法，其中，紫外熒光法是GB3095—1996中所規(guī)定的二氧化硫監(jiān)測(cè)方法，化學(xué)發(fā)光法是GB3095-1996中所規(guī)定的氮氧化物監(jiān)測(cè)方法，這類分析儀是CEMS的核心，在整個(gè)CEMS中所占的價(jià)格比例約為20％。

2．3煙氣測(cè)量技術(shù)

CEMS中煙塵測(cè)量是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分，在我國(guó)該技術(shù)發(fā)展的相對(duì)比較成熟。

煙塵測(cè)量?jī)x應(yīng)用的主要困難是分析儀計(jì)量單位和現(xiàn)行國(guó)家法定計(jì)量單位的差異。以前煙塵的測(cè)量主要采用手動(dòng)采樣稱重法，因此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用煙塵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。而現(xiàn)代連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用、光學(xué)或電學(xué)方法測(cè)量，并采用濁度作為計(jì)量單位。質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)稱重法非常適宜，但對(duì)光學(xué)法和電學(xué)法則需要進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換，而單位轉(zhuǎn)換需要進(jìn)行額外的標(biāo)定試驗(yàn)，這種轉(zhuǎn)換必須滿足一定的條件。由于測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，轉(zhuǎn)換單位時(shí)將產(chǎn)生較大的誤差。同時(shí)標(biāo)定試驗(yàn)工作量很大，使得附加費(fèi)用增加很多，不利于推廣應(yīng)用。

美國(guó)環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了排放煙塵的濁度標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)的CEMS幾乎全部采用光學(xué)濁度儀進(jìn)行煙塵質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)量。目前在我國(guó)的實(shí)際應(yīng)用中也越來(lái)越多地采用濁度作為煙塵計(jì)量單位。

3 ABB分析儀系列

ABB提供品種齊全的分析儀表產(chǎn)品，以滿足各式各樣的需求，并借助先進(jìn)的通訊網(wǎng)絡(luò)工程應(yīng)用技術(shù)，儀表能夠與PC或者不同DCS之間實(shí)現(xiàn)連接，從而使分析儀表系統(tǒng)的操作和服務(wù)更加簡(jiǎn)單。目前在煙氣測(cè)量方面涉及和采用的分析儀器主要有Advance Optima和Easyline兩大系列，分析系統(tǒng)常用的是Advance Cemas NDIR系統(tǒng)。

3．1 Advance Optima模塊化氣體分析儀

Advance Optima模塊化分析儀廣泛應(yīng)用于石化、水泥、冶金、電廠、環(huán)保行業(yè)，它依據(jù)測(cè)量任務(wù)，使用相應(yīng)測(cè)量原理的分析模塊，提供靈活、經(jīng)濟(jì)、可靠、廣泛的選擇。

該模塊化分析儀表系列采用先進(jìn)的系統(tǒng)集成分析工藝技術(shù)，使氣體的連續(xù)分析標(biāo)準(zhǔn)化，并可以把標(biāo)準(zhǔn)化的模塊和特定的要求相結(jié)合，使分析解決方案成本降低。具體產(chǎn)品包括：Uras 14紅外分析模塊，Magnos 16/17氧分析模塊，Multi—FID 14火焰離子檢測(cè)器分析模塊，Caldos 15/17熱導(dǎo)分析模塊，Limasll紫外分析模塊等。

該分析儀表特點(diǎn)如下:

1個(gè)中央處理單元和多個(gè)分析模塊：通用控制技術(shù)、通用連接技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)機(jī)箱；6種不同分析模塊，用于氣體在線分析和排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，模塊化設(shè)計(jì)易于維護(hù)，具自診斷功能；配置3個(gè)分析模塊，分析樣氣中最多6種不同成分；在線測(cè)量值顯示和棒圖顯示，菜單操作，簡(jiǎn)便易學(xué)；狀態(tài)和出錯(cuò)信息顯示；系統(tǒng)配置靈活；多種通訊接口，直接與上位機(jī)通訊；可選的一體化氣體模塊；通用19時(shí)(1時(shí)=25.4mm)機(jī)架式機(jī)箱或壁掛式機(jī)箱，防爆危險(xiǎn)場(chǎng)所，分析儀可以直接安裝于2區(qū)；選擇隔爆機(jī)箱時(shí)，分析儀可以安裝于1區(qū)。

此外，Advance Optima具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，使儀表可以與客戶的PC或DCS連接。Advance Optima具有多種通訊協(xié)議，其中包括RS-232/RS-485 Modbus協(xié)議，TCP/IP協(xié)議，Profibus等協(xié)議。用戶可以選擇不同的軟件工具進(jìn)行顯示和進(jìn)行進(jìn)一步的信息傳送，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程直接操作、維修甚至服務(wù)的目的。

3．2 Easyline氣體分析儀

Easyline系列分析儀是ABB推出的低成本、高性能氣體分析儀，已得到廣泛的應(yīng)用。

該分析儀堅(jiān)固耐用、使用簡(jiǎn)單，只需要通過(guò)4個(gè)按鍵就可以進(jìn)行操作。它具有邏輯菜單，運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)。應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)過(guò)程分析、空氣檢測(cè)、生物發(fā)酵、空調(diào)技術(shù)、垃圾處理產(chǎn)生的氣體、倉(cāng)庫(kù)和水果儲(chǔ)藏等。

3種Easyline分析儀通過(guò)Modbus協(xié)議RS-232/RS-485接口可以輕松地與PC，PLC和DCS等過(guò)程控制系統(tǒng)集成。測(cè)得的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號(hào)能夠向上一級(jí)的系統(tǒng)傳遞，例如傳送到基于Windows平臺(tái)的應(yīng)用中。傳送過(guò)程是通過(guò)服務(wù)器DDE來(lái)完成的，它還具有讀取并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史趨勢(shì)等功能。

Easyline IR 只是一種紅外分析儀，它能有選擇地對(duì)多達(dá)兩種氣體成分進(jìn)行體積分?jǐn)?shù)的測(cè)量。它能對(duì)一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、甲烷、一氧化氮等氣體進(jìn)行測(cè)量，并有高選擇性和高穩(wěn)定性內(nèi)置校正單元，可以在沒(méi)有標(biāo)定氣體的情況下進(jìn)行校正。

Easyline O2用于測(cè)量氧氣的純度或用來(lái)測(cè)量過(guò)程氣體中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。這種氧氣分析儀的測(cè)量方法是墓于氧氣具有特別的順磁性原理。

Easyline TC 是一種熱導(dǎo)分析儀，它采用精密加工的硅傳感器，響應(yīng)速度快。

3．3 ABB公司的CEMS特點(diǎn)

ABB的Advance Cemas NDIR 分析系統(tǒng)是專門(mén)用于煙氣連續(xù)排放監(jiān)測(cè)的CEMS。測(cè)量一氧化碳，二氧化碳，二氧化硫，二氧化氮和氧氣等，自動(dòng)校準(zhǔn)無(wú)需配置鋼瓶氣；系統(tǒng)具有自診斷功能顯示探頭、采樣管線，樣品處理系統(tǒng)、故障和維護(hù)請(qǐng)求；按環(huán)保要求完成數(shù)據(jù)的處理，包括CEMS參數(shù)的記錄、趨勢(shì)、計(jì)算以及各種報(bào)表輸出；系統(tǒng)通過(guò)了TUV和CSA機(jī)構(gòu)關(guān)于CEMS測(cè)試以及安裝維護(hù)的認(rèn)證。

3．3．1 系統(tǒng)特點(diǎn)

該系統(tǒng)的全中文顯示應(yīng)用軟件，便于使用與操作，多種顯示功能的選擇完全符合國(guó)家和地方標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量結(jié)果均通過(guò)了國(guó)家環(huán)�？偩值恼J(rèn)證。系統(tǒng)基本配置及特點(diǎn)如下:

氣體分析儀器采用德國(guó)ABB H&B公司微機(jī)智能型Advance Optima分析儀(配置Uras 14紅外分析模塊)。

顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)選用德國(guó)原裝產(chǎn)品，特點(diǎn)是：性能穩(wěn)定，一次性成本投入少，可用毫克每立方米、微克每克、消光值、衰減率4種顯示，便捷菜單操作，自帶反吹掃系統(tǒng)，帶有RS-232接口。

流量監(jiān)測(cè)儀選用美國(guó)原裝流量計(jì)，應(yīng)用熱傳導(dǎo)式原理測(cè)定煙氣的流速。其特點(diǎn)：耐磨損、耐腐蝕設(shè)計(jì)適用于電站煙氣分析；定期自動(dòng)清洗傳感器，長(zhǎng)期保持測(cè)量精度；帶有雙傳感器，可以補(bǔ)償煙氣溫度波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響；可以兼測(cè)煙氣溫度。

統(tǒng)擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，多組模擬量、開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口；可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線的連接；多種通訊方法的選用，使系統(tǒng)運(yùn)行更為方便、靈活；累計(jì)平均時(shí)間小于等于10s，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新時(shí)間小于等于3s。

系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)氣池，無(wú)需鋼氣瓶，經(jīng)過(guò)認(rèn)定機(jī)構(gòu)測(cè)試認(rèn)證：標(biāo)氣池長(zhǎng)期穩(wěn)定，8a以上測(cè)試，飄移小于1％標(biāo)氣值。

3．3．2 系統(tǒng)主要功能及應(yīng)用范圍

檢測(cè)煙塵(顆粒物)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、氨氣的體積分?jǐn)?shù)，煙氣流速、煙氣溫度、煙氣濕度、煙氣中氧的體積分?jǐn)?shù)等多項(xiàng)相關(guān)參數(shù)及統(tǒng)計(jì)排放率、排放總量等。

CEMS主要應(yīng)用領(lǐng)域：石化行業(yè)中的催化劑再生爐和自備電廠鍋爐等；供熱及電力行業(yè)的各種鍋爐；建材行業(yè)的水泥、玻璃及陶瓷窯爐；冶金行業(yè)的焦?fàn)t、高爐、轉(zhuǎn)爐等。

2002年鎮(zhèn)海石化公司的CFB鍋爐采用了ABB的CEMS。系統(tǒng)采用了德國(guó)ABB生產(chǎn)的Advance Optima 氣體分析儀，德國(guó) DERAG 公司的塵濃度儀，美國(guó)INTEK公司的流量計(jì)和溫度變送器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由中國(guó)ABB公司提供。系統(tǒng)目前還處在安裝調(diào)試階段。

4 中國(guó)CEMS現(xiàn)狀和前景展望

20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)石化、電力行業(yè)較早開(kāi)始引進(jìn)CEMS，到目前為止，粗略統(tǒng)計(jì)全國(guó)共使用各種型號(hào)的CEMS已達(dá)數(shù)百套。隨著中國(guó)持續(xù)、快速的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)也提出了更高的要求，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展必須依靠環(huán)境科技的強(qiáng)大支撐。加強(qiáng)環(huán)境技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)展高科技，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，既是解決中國(guó)環(huán)境保護(hù)面臨的深層問(wèn)題、進(jìn)一步提高環(huán)境科技和環(huán)保產(chǎn)業(yè)整體素質(zhì)和綜合實(shí)力、實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的緊迫需求，也是應(yīng)對(duì)環(huán)保產(chǎn)業(yè)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，立于不敗之地的戰(zhàn)略抉擇。

近年來(lái)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸提高和石化及各個(gè)行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的高度重視與大力推廣，煙氣連續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用!
 

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