资源描述
烟气自动监测系统
美国热电企业
第 一 章Thermo烟气自动监测系统介绍
Thermo烟气自动监测系统选型及设计均建立在易操作、易扩充、高精度及低维护基础上。系统用零气按一定百分比混合稀释烟气后对烟气进行测量。
本方法满足美国国家环境保护局40CF60规范要求。
系统中关键仪器设备包含：
1、带有稀释孔采样探头
2、采样管线
a、非加热样品传输管线
连接探头及仪器间探头控制器管线为：采样管、校正气管、稀释空气管和真空表管。
b、加热样品传输管线。
依据现场实际情况，Thermo企业也可配置加热样品传输管线。
3、依据监测项目选择环境分析仪，安装于尤其仪器柜中：
a、Thermo 探头控制器
b、Thermo 43C/43i型SO2分析仪
c、Thermo 41C/410i型CO2分析仪
d、Thermo 42C/42i型NOx分析仪
e、Thermo XJ6003型数据采集系统
4、零气
a、零气发生器
b、用户自己提供零气
5、校准用标准钢瓶气
稀释探头连续抽取少许样品气，样品气经过细过滤后经过几秒时间清除微小尘粒。样品气流速由玻璃音响小孔控制，因为玻璃膨胀系数低，所以流速精度可控制到2%以内。
在实际操作中，稀释空气流经探头且在探头中产生文丘里效应，靠探头汉字丘里产生负压把样品气抽取出来。玻璃小孔控制样品气流量，所以稀释比由稀释空气压力和玻璃小孔尺寸来决定。经过选择玻璃小孔尺寸，稀释比可由 12 ：1 到350 ：1。
稀释后样品气水含量会降低，依据水含量在周围环境中不结露为标准选稀释孔和稀释百分比。假如选择 100 ：1 稀释孔则意味着样品气中99%气体是干燥纯净。稀释后样品气恰好能够用环境分析仪器来测量，这么就确保了测试精度。
稀释后样品气经过样品气管经过200SPC探头控制器输送到各分析仪器中去。
校准是经过标准气来完成。标准气经过校准气管一直输送到探头中稀释孔前。这么标准气和样品气流经一样路径，确保校准正确。校准包含用零气和标准气校准。
技术规格：
烟气温度：达 398.9 ℃
探头长度：标准 5 英尺
分析仪器箱公用设施用电：230V，单相，50Hz,15A
压缩空气：0.2SCF/M 压缩空气，露点 -40 F， 60PSIC 无化学污染物
探头公用设施：不需要
数据接口：对每种测定气体全部有0—10V 模拟输出电压。
响应时间：通常为3—5分钟。
飘移（2到二十四小时零飘和跨飘）：小于满刻度2%。
相对精度：小于20%。
重量及尺寸：总重30磅（取决于长度）
探头材质：Hastelloy C 2376 Inconel 600, Pyrex玻璃，304不绣钢
第 二 章 Thermo稀释探头
A、探头技术
稀释探头技术是把少许连续样品气在探头温度下过滤并稀释，然后送入分析仪器进行分析。最好实现方法是经过文丘里效应进行样品气采样、稀释、并远距离输送。
和传统采样系统相比，该技术含有以下优点：
1、因为采样速度低，延长了过滤器寿命。
2、 经过把露点降低至周围环境最低温度以下，所以无需加热探头和管线。
3、无需在探头上加阀门和用电设施。
4、分析仪器不再受到样品气结露困饶。
5、系统中全部部件全部可由校正气检验。
6、能够使用传统环境分析仪器，降低对操作者培训。
流经音响小孔气流特点：
对任何小孔，假如其阻力长度和它直径相比很小，而且其下流向压力比上流向压力小0.46倍话，流过小孔流量则和下流向压力无关。流量受到每个气体分子运动速度限制，即音速。
文丘里效应特点：
当抽气真空度大于1/2个大气压时，不需要过多气流，即可取得稳定稀释样品气。
稀释比：
稀释比是由文丘里气流范围来决定。
B、具体介绍
CEMS系统是在探头顶端烟气温度下进行样品预处理气体采样监测系统。经过音响小孔把过滤烟气和干燥零气相混合方法对样品进行处理。干燥零气在探头处被加热到烟气温度。这个独特在探头进行稀释技术，把露点降低到安装地点环境极限温度以下，消除了在采样管线中结露可能性，所以不再需要加热管线。同时，也处理了一般采样系统中很多问题。另外，因为没有去除样品气中水分，整个测量过程是优选带湿测量。
探头全部暴露在烟气中部分用耐热耐蚀铁铬镍合金Inconel 600（探头顶端）、镍基铁合金Hastelloy C276 （粗过滤）和Pyrex玻璃（音响小孔）制成。这些材料经过精心选择，以避免在烟气中被腐蚀。烟气经过一级粗过滤和两级细过滤后，才进入音响小孔。粗过滤是由1/6英寸大Hastelloy网状屏组成。细过滤是由可更换石英棉和热处理过陶瓷材料组成。探头用 2英尺探管和安装法兰安装在烟囱或烟道上。Thermo企业提供箝压式法兰可在一分钟内完成拧松两个螺栓拆卸探头任务。通常每一季度需更换石英棉一次。通常抽取烟道气速率为1—3立方英寸/分钟。相当于抽取1立方码烟道气要用11到33天。如此微小采样速率大大降低了对采样探头维护工作。因为烟道气是经干燥空气稀释 和 加热处理过，所以样品可直接输送到分析仪器。输送速度大约为输送100英尺用10秒钟。
C、安装
1、文丘里型探头
探头包含四个基础组件
a、稀释孔、稀释孔架，稀释喷嘴/热交换器
b、不锈钢延伸管
c、安装法兰
d、管套
（1）英文说明书图2是探头稀释处剖面英文说明书图。样品经过粗过滤后进入稀释孔周围，在稀释孔前装有石英棉，石英棉挤在玻璃室中以增加细过滤效果。 根 据所需稀释百分比而选定稀释孔，经过固定螺帽将其固定在稀释喷嘴/热交换器上。
零跨校准气直接进入装有稀释孔玻璃室中。其产生压力对粗过滤层进行反吹，把粗过滤层上尘埃反吹回烟囱中，这种技术确保零跨校准可靠程度。
（2）四根1/4英寸不绣纲延伸管和稀释喷嘴/热交换器连接在一起。这四根延伸管经过安装法兰和聚四氟乙烯管和仪器柜相连。 全部连接全部必需确保密封良好，以保持系统真空度和压力。
（3）探头上法兰需和用户提供法兰相连接。（见附英文说明图3和附英文说明书图4）
2、采样管线
稀释探头和仪器柜经过四根聚四氟乙烯管相互连接。这四根线包含稀释空气（DA），真空表（VL），稀释后样品气（DS）和校准气（CL）。其中DA和VL这两根管线可用聚丙烯管线替换。
因为样品在探头上稀释，水含量被降很低，所以无需把采样管线加热。不过，假如环境温度极低话，就需要提升稀释倍数或把采样管加热。
3、零气
探头稀释需要用纯净干燥且连续不停空气。零气同时又在探头上产生真空效应。零气和样品混合后再通入分析仪器中去。
零气可由用户自己提供或由Whatman 企业Balston CEM零气发生系统产生，但零气必需是干燥无油气体，压力在80-100PSIC。Balston CEM零气发生系统包含初级过滤器，NOx和SO2切割器，空气干燥器，NOx指示器和湿度过滤器五个部分。
4、探头备件（见英文说明书）。
第 三 章 仪器柜
Thermo企业提供19"宽标准仪器柜，仪器柜中包含处理、分析用全部仪器。气路和电路走线也在仪器柜中完成。
A、外部气路连接
外部气路连接包含：
1、校准用标准钢瓶气跨1和跨2。
2、连接无热除水器、缓冲罐高压空气。
3、CL探头校准气。
4、DL探头稀释空气。
5、VL真空表。
6、DS探头样品气。
B、内部气路连接
1、外部高压空气和Thermo探头控制器高压气口连接（HP Port).
2、跨1、跨2分别接在探头控制器跨1和跨2上（Span1 port-Span3 port)。
3、探头四根管线接到200SPC或200DPC标明对应端口上。
4、探头控制器样品气输出口：“DS Out” 接到各气体分析仪器样品气入口。
5、探头控制器废气输出口：EXH Out接聚四氟乙烯管通向室外（因为每台仪器全部靠内部泵从探头控制器抽取一定量样品，所以需要把多出样品气排出）。
C、内部电路连接
仪器柜 后部有接线板为分析仪器和数据采集系统提供220V 50HZ 电源。无热除水器也能够接到这些接线板上。分析仪器标准电压输出为0—10VDC，接到数据采集系统模拟输入端。Thermo探头控制器和数据采集系统一起能够完成周期性定时零点和跨点校准。
D、探头控制器
探头控制器连接采样探头和分析仪器，它为探头提供稀释气和校准气，为分析仪器提供样品气。控制器关键包含以下多个部分：
1、 电源
电源开关在前面板上。
2、零气和跨气流量计
在校按时，流量计显示流经控制器零气流量和跨气流量，流量计在前面板上。
3、真空表
在 前面板上，测量探头真空度，正常工作时不能小于13英寸汞柱。
4、稀释空气压力表和压力阀
在前面板后面，拧开前面板上螺丝就能够看见。稀释空气压力表和压力阀用来控制稀释空气以取得一定稀释比。在稀释空气压力阀右边是校准气压力阀和压力表，用来控制校准气压力。
5、模式选择开关
在 前面板上，标有零气(Zero)、样品气（Sample)、跨气1（span l）、校跨气2(span 2)、反吹和维护等开关。通常情况下，开关设在样品气(Sample)档使系统连续采集分析样品气体。在手动校按时，零气档使系统连 续采集零气，能够进行零点检验和校准；跨气档使系统连续采集标准气,能够进行跨点检验和校准。在这四个档上，不能用数据采集系统控制自 动校准。反吹开关使探头上通入压缩空气对探头前部粗过滤器进行反吹以清洁粗过滤器。维护开关用于在设备维护时经过仪器后面板接线端子输出一接点信号。
在实际操作中，当全部气路连接好后，探头控制器就能够经过设置稀释空气压力来取得一定稀释比，控制器零跨校准可经过前面板上按键控制内部电磁阀，也可用数据采集器经过后面板TB2端口来驱动电磁阀。
E、其它分析仪器
参见对应操作手册。
数据采集系统：参见XJ6003数据采集系统操作手册。
第 四 章 操 作
A、安装
· 安装前，仔细阅读每台仪器安装方法。
· 装有稀释孔探头安装在烟囱/烟道内，延伸管固定在法兰盘上。
· 探头引出四根条管线连接到仪器柜中探头控制器上。
· 零气系统正确连接好。
· 正确连接仪器柜所需要220V/50HZ电源。
· 校准用钢瓶气和探头控制器跨气口（Span 1-2)相连。
B、开机
· 接 通全部分析仪器电源。最少进行一个小时预热。
· 接通高压空气，把探头控制器稀释空气压力设为40PSI，模式选择开关设在零气位置“Zero Air”, 调整零气压力阀，使零气压力在10—15PSI之间，零气流量表在2SCFH。
· 经过一段时间后，全部分析仪器读数将靠近零。
· 打开校准气钢瓶，把压力设为10-15PSI。把探头控制器模式选择开关从零气设到跨1（Span1)。假如钢瓶中包含全部校准气体，那么每台分析仪器读数全部会增加。假如用三瓶钢瓶气，每瓶中装有一个校准气，那么只有和跨1（Span1)相连钢瓶气会流入探头，对应气体分析仪器读数会增加。对于其它仪器校准，则需把选择开关拨到跨2（Span2)位置。
依据稀释探头特征，稀释空气压力在40PSI时，稀释空气流量会相当稳定，所以稀释孔大小决定稀释比。
选择稀释比大小关键取决于烟气中水含量。
比如：烟气中水含量15%，稀释空气流量为5000mL,稀释孔为100mL，
烟气 100mL
稀释比= ------------------- = --------- = 0.0232或50/1
稀释空气+烟气 500mL
水在稀释后样气中含量为15%/50 = 0.3%
含水量0.3% 空气其结露温度为零下8℃。假如环境温度低于此温度话，就要把稀释孔改为50mL（稀释比为100 ：1），或加热采样管线。
校准气浓度应该选为仪器满量程 80% 处。
比如：稀释比为100 ：1
烟气原有浓度 稀释后浓度
50 ppm NOx 0.5 ppm
800 ppm SO2 8 ppm
10%或10,000 ppm CO2 100 ppm
42C/42i型 NOx 分析仪量程设为 0—1 ppm
43C/43i型SO分析仪量程设为 0—10 ppm
41C/410i型CO2分析仪量程设为 0—100 ppm
经过调整仪器本身放大倍数或依据需要调整稀释空气压力（40PSI）来改变稀释比，这么每台分析仪器全部能得到正确校准。
第 五 章 质 量 保 证
系统统计通常应包含以下内容：
稀释空气压力：
探头真空表读数：
SO2分析仪设定： 零点 跨点
NO分析仪设定： 零点 跨点
CO2分析仪设定： 零点 跨点
CO分析仪设定： 零点 跨点
A、校准步骤
当需要对稀释系统进行多点校按时，把不一样浓度标准气接到探头控制器上。假如同时需要多瓶校准气，通常做法是在探头控制器前连接一个采样总管，总管带有多个阀门和一个转子流量表，全部压力阀压力全部设定在正常标按时压力。和各个标准气相连阀门依次打开，则标准气依次流入探头控制器。此时控制器选择开关应在跨气位置( Span )。在转换到第二瓶标准气前应该有足够时间以使分析仪读数达成稳定。
B、定时检验
每日检验：
1、每日校准以确保分析仪器读数正确。
2、若有报警产生，检验报警产生原因。
每星期检验：
1、检验校准气瓶压力。当压力低于200PSIG时需要更换新钢瓶气。
2、检验一周来校准曲线趋势，需要话调整仪器零点跨点使零跨误差到许可值范围以内。
每三个月检验：
1、把探头取出，检验并去除粗过滤网和石英棉细过滤中聚积尘及其它杂物。
2、应等探头冷却下来以后再打开探头。
3、安装时应注意不要碰伤玻璃稀释孔。
每十二个月检验：
对分析仪器全部测量量程做多点校准。（需要不一样浓度标准气）。
C、维护
1、仪器跨点校准数值和实际不符。
a、检验标准气气压。
b、检验全部管路接头是否拧紧。
c、检验前几点校准结果，看是否有误差趋势。
2、仪器跨点校准正确，但测量烟气值不合理（过大或过小）。
a、检验探头接线。
b、检验全部管路接头是否拧紧。
c、检验探头压力和真空表读数。真空度应大于13英寸Hg,低于此值可能会引发仪器读数不稳定。
3、仪器零点校准数值和实际不符。
a、探头控制器中有一个零气压力阀。零气压力应和跨气压力设定一致。
b、检验前几天校准结果，看是否有误差趋势。
假如在系统中只是单台仪器有问题，那么应该依据那台仪器使用说明书检验问题所在。
第 六 章 故 障 检 修
现象 原因 处理方法
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单台仪器零点或跨点 单台分析仪器原因 参考该仪器说明书
校准误差较大
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全部仪器零点或跨点全部有校 1.仪器间温度太高或太低 1.检验室温及空调
准误差，但误差大小不一样 2.单台仪器有问题 2.参考该仪器说明书
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全部仪器跨点校准全部有 1.稀释空气压力太低 1.检验控制器稀释
相同百分比误差，但零 压力表
点校准正确 2.稀释孔有漏气 2.检验控制器真空度
把探头取出检验稀
释孔是否安装牢靠
3.稀释空气管路堵塞 3.检验控制器真空度
看是否过低。把探
头上稀释空气管
取下，看有没有气流
4.咨询Thermo企业
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全部仪器跨点校准数值偏低 1.稀释空气太多 1.检验稀释空气压力
表
2.真空表有漏气 2.检验真空表及管线
接头
3.稀释孔有部分被堵塞 3.再做一次跨点校正
住 第二天再检验
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不管零跨校准，分析 1.稀释空气完全没有了 1.真空度将指示为零
仪器读数全部为零 检验稀释空气管线
问题
2.稀释孔完全被堵住 2.换稀释孔
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单台仪器零点和跨点值 1.分析仪器问题 1.参考该仪器说明书
偏高量相同 2.稀释空气不纯净 2.咨询Thermo企业
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第 七 章 Thermo烟气自动监测系统质量确保
A、系统介绍
Thermo烟气自动监测系统是用洁净空气（去除水，CO和CO2）做为载气和稀释空气直接采样系统。Thermo稀释探头包含稀释孔、文丘里、稀释空气管、采样管、校准气管和真空表管不锈钢接头组成。
稀释孔由玻璃组成，当压力小于1/2个大气压时，流经稀释孔流量是恒定，换句话说，假如真空表读数为当地大气压值二分之一时，流经稀释孔流量将为一定值，其意义在于提升稀释空气流量只会进行一步稀释样品气而不会改变样品气流量。
用干燥空气进行稀释，而且只抽取极少许样品气使得稀释后样品气露点大大降低，处理了输气管中结露问题，样品管线不再需要加热和温度控制。分析仪器也可用环境量程分析仪器，因为烟气已被稀释到环境浓度。烟气稀释比由稀释孔大小决定。范围通常在50:1到300:1之间。
分析仪器以PPB为量程显示浓度，乘以稀释倍数后即可直接转换为PPM烟气浓度。Thermo探头控制器做为探头控制装置也和分析仪器一起放在仪器柜中。探头控制器中有控制稀释空气压力减压阀、切换用继电器、电磁阀和探头真空表和稀释空气压力表。
Thermo系统另一显著优点在于校准是包含从探头到仪器整个系统。校准气经探头控制器打到探头上面，充满了稀释孔周围全部空间。然后校准气经稀释样品气管输入分析仪器，也和一般样品气走过一样路径，这么使整个系统全部得到了检验。
1、安装
安装系统时应该注意以下几点:
a、仪器安装环境。仪器应该安装在洁净及温度适宜环境下。仪器工作温度要求在24℃—35 ℃之间，假如环境中有大量尘存在话，就需要对光学表面及电子器件进行常常性清理和维护。
b、仪器应该安装在离采样点靠近地方。系统尽管能够在距采样点几百英尺远距离工作，但距离近显然可增加仪器响应速度。
仪器安装及电路连接是和安装图一致。探头和探头控制器靠稀释空气、采样、校正气和真空表四根管线相连接。探头安装前应检验细过滤石英棉是否已经安装在稀释孔前，稀释孔外不绣钢套管是否已经拧上。
Thermo系统需要干燥纯净空气。气源和探头控制器之间应装备去除水和CO2无热除水器。校正气瓶和探头控制器对应端口相连接。校正气压力开始时可设置在10—15PSI之间。探头距控制器越远，压力也应该设置越大。当全部电路及气路安装好后，系统就能够开机并校准了。
2、校准初始设置
开机一段时间等仪器充足预热后，系统就能够校准了。校准前应首先确定当地最大大气压为多少英寸泵柱（HGA）。将此值除以2就是最少需要真空度值。真空度必需大于此值。比如，假如当地最大气压值为26英寸泵柱，那么探头真空度最低为13英寸泵。探头控制器中真空表刻度为英寸泵柱。调整稀释空气压力阀直到真空度读数达成要求（13英寸泵柱）。这是校准前必需满足。
3、系统校准
校准第一步是把探头控制器选择开关拨到零气档，使零气输入探头。根据各仪器说明书把各仪器调到零。
当全部仪器全部稳定显示零以后，把控制器选择开关拨到跨档。分析仪器量程应对准校准器浓度范围。等到仪器读数稳定后（校准气流向探头再流回控制器），根听说明书，调整仪器。比如，烟气量程为1000ppm，除以稀释比100，仪器量程则为10ppm，跨气达满量程80%，则在探头处为800ppm，分析仪器读数为8ppm。假如发觉仪器不能调整到合适读数，就需要调整稀释空气量了。这将提升探头真空度，深入稀释样品气使读数落入量程之内。应该记住是样品气被稀释而不是抽取样品气量发生改变。
当全部仪器跨点全部调整好以后，反复零点校准，再做跨点校准，直到仪器不再需要深入调整。统计好稀释零气压力值，探头真空度值，分析仪器零点及跨点设置以供以后参考。
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