(NOX、O2、NH3)采样热湿法CEMS技术方案.doc

(NOX、O2、NH3)采样热湿法CEMS技术.doc CEMS污染源烟气在线监测系统 技 术 方 案 杭州泽天科技有限公司 内部文档 1 概述 ................................................................................................................................................................... 3 2 技术优势 ........................................................................................................................................................... 3 3 技术规格 ........................................................................................................................................................... 3 4 系统说明 ........................................................................................................................................................... 4 4.1 组成 ....................................................................................................................................................... 4 4.2 机柜说明 ............................................................................................................................................... 5 4.3 流路原理 ............................................................................................................................................... 8 4.4 电气控制原理 ....................................................................................................................................... 9 4.5 核心仪表介绍 ..................................................................................................................................... 10 4.5.1 O2、NOx、NH3气体分析仪............................................................................................................ 10 4.6 工控机软件 ......................................................................................................................................... 12 4.7 系统配置 ............................................................................................................................................. 12 5 软件介绍 ......................................................................................................................................................... 13 5.1 功能简介 ............................................................................................................................................. 13 5.2 系统运行流程 ..................................................................................................................................... 13 5.3 界面操作 ............................................................................................................................................. 15 5.3.1 按键说明 ............................................................................................................................................. 15 5.3.2 主界面与其他界面的关系 ................................................................................................................. 16 6 安装法兰开孔要求 ......................................................................................................................................... 17 第2页(共17页) 杭州泽天科技有限公司 内部文档 1 概述 抽取热湿法CEMS能够测量NOx、O2、NH3，其中: , NH3、NOx采用高温伴热紫外差分吸收光谱(DOAS)分析技术 , O2采用氧化锆 高温伴热紫外差分吸收光谱(DOAS)分析技术除了能够测量NOx和NH3、外，还能够分析SO2、Cl2、H2S、O3、HCl等气体。 与抽取冷凝法CEMS相比，本系统具有测量准确、可靠性高、投资成本低、响应速度快等优点。 与原位法相比，分析仪具有支持在线校准、测量值波动小、可靠性高、设备维护简单等优点。 本分析仪整机结构紧凑，方便运输和安装。 2 技术优势 , 所有指标均在高温状态下测量 避免冷凝水吸收NH3导致测量结果偏低，并腐蚀预处理管路; , 系统结构简单，集成度高 在引流泵的作用下，烟气经探头、伴热管线后直接进入气体室，测量NH3和NOx浓度，再进入氧化 锆模块后，直接排出，系统构造简单，集成度高，维护方便; , 核心器件和算法全部自主研发 核心器件包括光源、光谱仪、气体室等全部自主研发，DOAS算法也自主研发，系统具有较强的市场 竞争力; 3 技术规格 尺寸:600mm×600mm×1400mm 重量:约100kg 测量参数:NH3、NOx、O2 伴热管线温度:120ºC,200ºC 探头伴热温度:120ºC,200ºC 防护等级:机柜IP42，其他IP65 供电:220VAC，1500W 环境温度:-20ºC,50ºC 环境湿度:5%Rh,95%Rh(不结露) 对外输出:4-20mA，RS485 第3页(共17页) 杭州泽天科技有限公司 内部文档 4 系统说明 4.1 组成 小屋 伴热管线 采样探头 空压机标 气烟囱 系统由置于烟囱上的采样探头，以及置于小屋中的分析机柜，标气和空压机组成。其中采样探头负责烟气采样，高温伴热避免烟气中水蒸气冷凝，内置陶瓷滤芯用于过滤烟气中的粉尘;分析机柜负责抽取烟气，并直接高温测量NH3、NOx、O2;标气用于校准分析仪表;空压机产生压缩空气，用于对伴热管线、采样探头进行定期反吹。 第4页(共17页) 杭州泽天科技有限公司 内部文档 4.2 机柜说明 (1) (2) (3) 系统正面 编号 名称 说明 (1) 高温紫外气体分析仪 气体室外置 (2) 工控机 安装数据采集、换算、显示、存储、上传软件 (3) 控制面板 包括控制探头、伴热管线和加热盒的3个温控表，以 及调零、反吹、量程校准3个按钮 第5页(共17页) 杭州泽天科技有限公司 内部文档 系统反面 编号 名称 说明 (1) 高温紫外气体分析仪背部 (2) 加热盒 可以伴热到120ºC，内置气体室、球阀(电动执行机 构安装在加热盒外部，避免损坏)、氧化锆/湿度/引流 泵模块 (3) 温控器背部 (4) 电磁阀 3个，分别实现反吹、校准和引流泵供气 (5) 控制按钮背部 (6) 固态继电器 与温控器配套 (7) 电气控制 实现各种供电的分配、电磁阀/电动执行机构等的控 第6页(共17页) 杭州泽天科技有限公司 内部文档 制、信号输入输出等 (8) 氧化锆变送模块 采集镐头信号，处理后形成4-20mA电流信号输出 (9) 微压流量计 通过测量加热盒内流路上下游的压差，指示当前样气 采样流速 (10) 开关电源 2块，提供机柜内部24VDC、12VDC供电 (11) 过滤减压阀 为系统提供压力稳定、干净的高压空气 第7页(共17页) 杭州泽天科技有限公司 内部文档 4.3 流路原理 150ºC伴热 加热片 探头杆 一级过滤 加热片 伴热管线 导热内胆电动球阀 气体室 氧化锆 引流泵 加热板 反吹电磁阀 引流电磁阀微压差计针阀 过滤减压阀 Φ8 Φ8 压缩空气 分析仪进入测量状态后，气动球阀切换到采样气路，在引流泵的作用下，被测气体经由探头杆、过滤 第8页(共17页) 杭州泽天科技有限公司 内部文档 器、电动球阀进入高温伴热气体室，分析仪利用紫外差分吸收技术(DOAS)对气体进行分析，得到NH3、NO等气体的浓度(高温湿法)，并利用氧化锆测量O2的浓度，最后排空。 在分析仪界面上输入湿度后，可将被测气体浓度转换为干烟气浓度。 分析仪定时会进入校准/反吹状态进行自动调零，此时气动球阀切换到反吹气路，调零电磁阀打开，在采样泵的作用下，环境空气经过滤器、调零电磁阀后进入气体室，对气体室中残留的被测气体进行吹扫，从而实现调零，同时实现氧的量程校准;调零同时，分析仪控制反吹电磁阀开或关，实现对探头过滤器的反吹。 4.4 电气控制原理 系统电气控制以紫外气体分析仪为核心，不再需要PLC，如图所示: 电动执行温控温控温控 机构节点器1器2器3 超超超位限限限置报报报信 警警警号 4-20mA输入4-20mA输出氧化锆变送模块 报警输出紫外气体分析仪 RS232/485工控 机 继继继继继 电电电电电 器器器器器 12345 引调流反零/泵吹校供电动执行电准气机构控制磁电电磁阀磁阀阀 第9页(共17页) 杭州泽天科技有限公司 内部文档 4.5 核心仪表介绍 4.5.1 NH3、NOx气体分析仪 NH3、NOx气体分析仪采用高温紫外差分气体分析技术，其内部构成如图: 光路如下: 第10页(共17页) 杭州泽天科技有限公司 内部文档 气体室(高温伴热)光源 Y型光纤 光谱仪 利用此光路，分析仪可以采集得到原始光谱，利用样气原始光谱和零气原始光谱，即可计算出吸收光 谱，然后利用DOAS技术，可以计算得到SO2和NO等气体的含量，DOAS技术可以确保计算结果受光 路污染、气体中粉尘等杂质的影响小。 GA-5000HW 型号 厂家 金冠环保 原理 高温紫外差分吸收光谱 量程 最小量程为50ppm，最大量程为100%，支持双量程，量程比达到1:10 ?1.5% F.S. 线性度 < 5% 示值误差 < ?0.5% F.S. 重复性 零点漂移 < ?1.5% F.S. / 7天 量程漂移 < ?1.5% F.S. / 7天 -10 ~ 50?C 工作温度 响应时间(T90) <10秒 4-20mA输入接口 2路，可灵活配置，100欧负载 4-20mA输出接口 4路，输出内容可配置，最大带载能力<800欧 开关量输入接口 4路，可灵活配置 继电器输出接口 8路，输出内容可配置，DC30V2A 通讯接口 1路232，1路485(支持Modbus) 220?20% VAC / 100W 电源/功率 预热时间 无需 4.5.1.1 氧含量 仪 器:氧化锆分析模块 仪器型号:Zr-100M 测量原理:氧化锆氧分析 测量范围:0,25% 测量精度:?2% 输入电压:220VAC 输出电流:4,20mA 第11页(共17页) 杭州泽天科技有限公司 内部文档 4.6 工控机软件 工控机软件可通过485接口采集浓度数据，并实现折算、存储、汇总、报表输出、向数采仪发送数据等功能。 工控机软件要求安装到运行Window XP的PC或工控机上。 对于比较简单的应用，例如脱硫效率监测，上位机也是可以不需要的，分析仪可以将数据直接通过4-20mA或485发送的DCS，同时分析仪HMI具有较强大的数据存储能力，可以保存历史数据达1年(每分钟1个数据)，通过串口命令，可以随时将历史数据读出。 下图是工控机主界面: 工控机软件详细的说明请参考《上位机软件操作手册》。 4.7 系统配置 气态污染物监测子系统 机柜式体分析仪 GA-5000 套 1 NH3、NOx、O2 预处理系统 套 1 恒功率伴热管(30米) PHT 根 30米 数据采集和处理子系统 工控机 台 1 校准子系统 减压阀 个 2 铜减压阀 第12页(共17页) 杭州泽天科技有限公司 内部文档 8L，浓度根据量 气体(NO) 程定制 瓶 1 标准气体(高纯氮) 8L 瓶 1 8L，浓度根据量 标准气体(NH3) 程定制 瓶 1 其他 工程配件 套 1 包括连接探头与预处理系统之间的电缆 资料 套 1 包括探头过滤器滤芯1个，预处理过滤器 备品备件 套 1 滤芯1套等 5 软件介绍 5.1 功能简介 1、 实时气体浓度测量(NH3、NO、O2)，测量结果可通过4-20mA或RS485/232输出; 2、 实现自动或手动调零或量程校准，与此同时，对探头过滤器进行脉动反吹; 3、 实现自动或手动反吹(通过手动预调零可以实现手动反吹)，反吹采用脉动方式; 4、 分析仪提供强大的配置功能，可以通过界面或RS485/232接口实现远程光谱获取、分析仪各种电磁阀 控制、分析仪状态信息获取、分析仪配置等; 5、 系统启动和关机前的探头、气体室的自动吹扫保护; 6、 实现光源能量自动检测和调节，如果发现能量过低，切换到故障状态，所有阀门关闭，对分析仪进行 保护; 7、 自动温度限检测，一旦出现温控不准，切换到维护/故障状态，所有阀门关闭，对分析仪进行保护; 8、 支持对所有电磁阀的手动控制开和关; 9、 按下同时ESC、Mode键可进入维护/故障状态，所有阀门关闭; 5.2 系统运行流程 第13页(共17页) 杭州泽天科技有限公司 内部文档 预热/故障/维护 长时间温度 无法达到预热故障维护 出现故障(如温控故两个加热器温度达到设定温度，障、光源能量过低，且制冷器温度达到设定温度故障解除内部通讯故障等)上电 再次按下+ESCMode关机组合键 按下Mode+ESC组合键 手动降温后，关电源测量出现报警 1、自动校准定时到 2、自动反吹定时到 1、校准完成 手动触发预校准2、反吹完成取消 反吹(脉动反预校准(零点或吹，确保最好的量程)反吹效果)反吹(脉动反校准(零点或量确认校准吹，确保最好的关闭电源程)反吹效果) 预热/故障/维护状态: 采样泵停止工作，反吹切换阀(球阀)处于反吹状态，避免样气进入，分析仪停止测量。 该状态包含预热、故障和维护三个子状态。 预热:分析仪一旦上电，首先进入预热子状态，在此状态下，分析仪的温控器控制加热器，对探头进行加热，同时控制制冷器进行降温，直至两者的温度均达到设定温度后，分析仪自动进入测量状态，这个时间一般在半小时以内，如果在一个设定的时间(如1小时)内，温度无法达到，说明加热器或制冷器存在问，分析仪将进入故障子状态。 故障:一旦分析仪检测到任何一个温控器出现温控故障、或者光谱能量过低等严重问题，则分析仪进入故障状态，直至故障解除。 维护:一旦用户按下Mode+ESC组合键，则分析仪进入维护子状态，直至用户再次按下Mode+ESC组合键退出此状态，此状态可用于分析仪的维护。 测量状态: 进入测量状态后，分析仪控制反吹切换阀(球阀)切换到采样状态，开启采样泵，开始测量并定时更新测量结果，同时启动自动反吹、自动校准定时器。 校准/反吹状态: 以下情况下，分析仪进入校准/反吹状态: 1、 自动校准定时时间到，校准又分为调零和量程校准; 2、 自动反吹定时时间到; 3、 手动校准; 第14页(共17页) 杭州泽天科技有限公司 内部文档 进入此状态后，反吹切换阀(球阀)切换到反吹状态，此时流路被分割为两路，一路为反吹气路，另一路为校准气路。 反吹气路中，分析仪控制反吹阀进行脉动反吹，如图: 反吹切换阀时序 反吹阀时序， 实现脉动反吹 校准气路中，以调零为例，调零电磁阀开启，在采样泵的作用下，空气抽入气体室，从而实现NH3和NO的调零以及O2的量程校准。 预校准/反吹状态: 一旦用户在界面上触发预校准(含预调零和量程预校准)，则分析仪切换到预校准/反吹状态，对于预调零，空气被抽入，同时启动脉动反吹，界面上提供确认校准按钮，按下后进入校准/反吹状态。 注意: 如果用户打算关机，要求首先通过选择预调零进入此状态，等待10分钟左右，将探头温控器的温度调节下来，等待一小时后关闭电源。 如果用户打算手动反吹，则也可以选择预调零来实现。 5.3 界面操作 5.3.1 按键说明 本系统采用液晶显示屏和薄膜按键，薄膜按键操作界面如下: 薄膜按键图 按键定义如下: 表1.2 按键定义 按键 定义 ZERO 调零快捷键 第15页(共17页) 杭州泽天科技有限公司 内部文档 模式键，进入分析仪设置状态 SPAN 量程校准快捷键 ENTER 确认键 ESC 取消键或退出键 ? 上移键 ? 下移键 ? 左移键 ? 右移键 5.3.2 主界面与其他界面的关系 分析仪上电后，HMI初始化后进入主界面如下图，主界面与其他界面之间的关系也在下图中说明: JG-CEMS-I在位式气体分析仪ZERO ppm1123NH3零点校准0-500 ppm ESC NO2ppm700-500 ppm SPANO32%11.60-25 %量程校准 ESC 量程校准设置ESC调零设置 自动校准周期设置继电器输出设置 数字量输入设置校准设置 4-20mA输出设置I/O设置4-20mA输出测试 单位设置I/O测试继电器输出测试 系统设置通讯设置查询报警查询报警设置高级设置气体室温度压力查询系统时间设置 仪表当前量程设置零点/校准系数查看 光谱能量上下限设置 各种周期及浓度显示设置 版本及数据信息 数据初始化，恢复，清理 4-20mA输出RL校准 温度标定参数 界面结构树 具体操作说明参考操作手册。 第16页(共17页) 杭州泽天科技有限公司 内部文档 6 安装法兰开孔要求 第17页(共17页)