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1、Thermo匚LECTFtON CORPORATIOM烟气自动监测系统美国热电公司第一 章？Thermo烟气自动监测系统介绍 ？Thermo 烟气自动监测系统的选型及设计均建立在易操作、 易扩充、 高精度及低维护的基 础上。系统用零气按一定比例混合稀释烟气后对烟气进行测量。本方法满足美国国家环保局 40CF60 的规范要求。系统中主要仪器设备包括：1、带有稀释孔的采样探头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的管线为：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。根据现场的实际情况， Thermo 公司也可配备加热样品传输管线。3 、根据监测项目选择的环
2、境分析仪，安装于特别的仪器柜中：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量样品气，样品气通过细过滤后经过几秒的时间清除微小尘粒。样 品气流速由玻璃音响小孔控制， 由于玻璃的膨胀系数低， 因此流速精度可控制到 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，靠探头中文丘里产生的负压把样品气抽取出来。玻璃
3、小孔控制样品气流量，因此稀释比由稀释空气的压力和玻 璃小孔的尺寸来决定。通过选择玻璃小孔的尺寸，稀释比可由 12 ： 1 到350 ：1。稀释后的样品气水的含量会降低，根据水的含量在周围环境中不结露为原则选稀释孔和 稀释比例。如果选用 100 ：1 的稀释孔则意味着样品气中 99% 的气体是干燥纯净的。 稀释后的样品气正好可以用环境分析仪器来测量，这样就保证了测试精度。稀释后的样品气经过样品气管通过 200SPC 探头控制器输送到各分析仪器中去。校准是通过标准气来完成的。标准气经过校准气管一直输送到探头中稀释孔前。这样标 准气和样品气流经同样的路径，保证校准的准确。校准包括用零气和标准气校准。
4、技术规格：烟气温度：达 398.9 °C探头长度：标准 5 英尺分析仪器箱的公用设施用电： 230V ，单相， 50Hz,15A压缩空气： 0.2SCF/M 压缩空气，露点 -40 F ， 60PSIC 无化学污染物探头的公用设施：不需要数据接口：对每种测定气体都有 010V 的模拟输出电压。响应时间：一般为 35分钟。飘移（ 2到24小时的零飘和跨飘）：小于满刻度的 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 不绣钢章 Thermo 稀释探头A、探头技术
5、稀释探头技术是把少量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。最佳实现方法是通过文丘里效应进行样品气采样、稀释、并远距离输送。和传统的采样系统相比，该技术具有以下优点：1 、由于采样速度低，延长了过滤器的寿命。2、通过把露点降低至周围环境最低温度以下，因而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的困饶。5、系统中所有部件都可由校正气检验。6、可以使用传统的环境分析仪器，减少对操作者的培训。流经音响小孔的气流特点：对任何小孔，如果其阻力长度和它的直径相比很小，并且其下流向压力比上流向压力小0.46 倍的话，流过小孔的流量则和下流向压
6、力无关。流量受到每个气体分子运动速度的 限制，即音速。文丘里效应的特点：当抽气真空度大于 1/2 个大气压时，不需要过多的气流，即可获得稳定的稀释样品气。稀释比：稀释比是由文丘里气流的范围来决定的。B 、详细介绍CEMS 系统是在探头顶端烟气温度下进行样品预处理的气体采样监测系统。通过音响小 孔把过滤的烟气与干燥零气相混合的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。这个独特的在探头进行稀释的技术，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的可能性，因此不再需要加热管线。同时，也解决了普通 采样系统中的许多问题。另外，因为没有去除样品气中的水分，整个测量过程是优
7、选的 带湿测量。探头所有暴露在烟气中的部分用耐热耐蚀的铁铬镍合金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 精心的选择，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 英寸大的 Hastelloy 网状屏组成。 细过滤是由可更换的石英棉和热 处理过的陶瓷材料组成。 探头用 2 英尺的探管和安装法兰安装在烟囱或烟道上。 Thermo 公司提供的箝压式法兰可在一分钟内完成拧松两个螺栓的拆卸探头任务。一般每一季度 需更换石英棉一次。一般抽取烟道气的速率为
8、13 立方英寸 /分钟。相当于抽取 1立方码 烟道气要用 11 到33天。如此微小的采样速率大大减少了对采样探头的维护工作。由于烟 道气是经干燥空气稀释 和 加热处理过的， 因此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括四个基本组件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是探头稀释处的剖面英文说明书图。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 据所需的稀释比例而选定的稀释孔，通过固定螺帽将其固定在稀释喷嘴/热交
9、换器上。零跨校准气直接进入装有稀释孔的玻璃室中。其产生的压力对粗过滤层进行反吹，把粗 过滤层上的尘埃反吹回烟囱中，这种技术保证零跨校准的可靠程度。（2）四根 1/4英寸的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与仪器柜相连。 所有连接都必须保证密封良好， 以保持系统的 真空度和压力。（ 3）探头上的法兰需和用户提供的法兰相连接。（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通过四根聚四氟乙烯管相互连接。这四根线包括稀释空气（ DA ），真 空表（VL），稀释后的样品气（DS ）和校准气（CL ）。其中DA和VL这两根管线可用聚
10、丙烯管线代替。由于样品在探头上稀释，水的含量被降的很低，因此无需把采样管线加热。但是，如果环境温度极低的话，就需要提高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断的空气。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 公司的 Balston CEM 零气发生系统产生，但零气 必须是干燥的无油的气体，压力在 80-100PSIC 。 Balston CEM 零气发生系统包括初级过 滤器，NOx和SO 2切割器，空气干燥器，NOx指示器以及湿度过滤器五个部分。4、探头的备件（见英文说明书）14第三章 仪器柜Ther
11、mo 公司提供 19"宽的标准仪器柜，仪器柜中包含处理、分析用的所有仪器。气路和 电路的走线也在仪器柜中完成。A 、外部气路连接外部气路连接包括：1、校准用标准钢瓶气跨 1和跨 2。2、连接无热除水器、缓冲罐的高压空气。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 探头控制器的高压气口连接（ HP Port）.2、跨1、跨2分别接在探头控制器的跨 1和跨2上（ Span1 port-Span3 port）。3、探头的四根管线接到200SPC或200DPC标明的相应端口上。4、 探头控制器的样品气输出口：
12、“ DS Out ”接到各气体分析仪器的样品气入口。5、 探头控制器的废气输出口：EXH Out 接聚四氟乙烯管通向室外（因为每台仪器 都靠内部的泵从探头控制器抽取一定量的样品，因此需要把多余的样品气排出）。C、内部电路连接仪器柜的后部有接线板为分析仪器和数据采集系统提供 220V 50HZ 的电源。无热 除水器也可以接到这些接线板上。分析仪器的标准电压输出为010VDC ，接到数据采集系统的模拟输入端。 Thermo 探头控制器和数据采集系统一起可以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。控制器主要
13、包括以下几个部分：1、电源电源开关在前面板上。2、零气和跨气流量计在校准时，流量计显示流经控制器的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，测量探头的真空度，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，拧开前面板上的螺丝就可以看见。稀释空气压力表和压力阀用来控 制稀释空气以获得一定的稀释比。在稀释空气压力阀右边是校准气压力阀和压力 表，用来控制校准气的压力。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。一般情况下，开关设在样品气
14、 (Sample) 档使系统 连续采集分析样品气体。在手动校准时，零气档使系统连 续采集零气，可以进行 零点的检查和校准；跨气档使系统连续采集标准气,可以进行跨点的检查和校准。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 空气对探头前部的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 时通过仪器后面板接线端子输出一接点信号。在实际操作中，当所有气路连接好后，探头控制器就可以通过设置稀释空气压力来获得 一定的稀释比，控制器的零跨校准可通过前面板上的按键控制内部的电磁阀，也可用数 据采集器通过后面板的 TB2 端口来驱动电磁阀。E、其它分析仪器参见相应的操作手册
15、。数据采集系统：参见 XJ6003 数据采集系统操作手册。A、安装? 安装前，仔细阅读每台仪器的安装方法。? 装有稀释孔的探头安装在烟囱 /烟道内，延伸管固定在法兰盘上? 探头引出的四根条管线连接到仪器柜中的探头控制器上。? 零气系统正确连接好。? 正确连接仪器柜所需要的 220V/50HZ 电源。? 校准用钢瓶气和探头控制器的跨气口（ Span 1-2） 相连。B 、开机? 接 通所有分析仪器的电源。至少进行一个小时的预热。? 接通高压空气，把探头控制器的稀释空气压力设为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
16、流 量表在 2SCFH 。? 经过一段时间后，所有分析仪器读数将接近零。? 打开校准气钢瓶， 把压力设为 10-15PSI 。把探头控制器的模式选择开关从零气 设到跨 1（ Span1） 。如果钢瓶中包含所有校准气体，那么每台分析仪器的读数 都会增加。如果用三瓶钢瓶气， 每瓶中装有一种校准气， 那么只有和跨 1（ Span1） 相连的钢瓶气会流入探头，相应气体分析仪器的读数会增加。对于其它仪器的 校准，则需把选择开关拨到跨 2（ Span2） 的位置。根据稀释探头的特性，稀释空气压力在 40PSI 时，稀释空气的流量会相当稳定，因此稀 释孔的大小决定稀释比。选择稀释比的大小主要取决于烟气中水的
17、含量。例如：烟气中水的含量 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水在稀释后样气中的含量为 15%/50 = 0.3%含水量0.3%的空气其结露温度为零下8 C。如果环境温度低于此温度的话， 就要把稀释 孔改为 50mL （稀释比为 100 ： 1），或者加热采样管线。校准气的浓度应该选为仪器满量程的 80% 处。例如：稀释比为 100 ： 1烟气原有浓度 50 ppm 800 ppmNOxSO2稀释后浓度0.5 ppm8 ppm10%或10,000 ppmCO2100 ppm4
18、2C/42i 型 NOx 分析仪量程设为 01 ppm43C/43i型SO分析仪量程设为 0 10 ppm41C/410i型CO2分析仪量程设为 0 100 ppm通过调整仪器本身的放大倍数或者根据需要调整稀释空气的压力（ 40PSI ）来改变稀释 比，这样每台分析仪器都能得到正确的校准。系统记录一般应包括以下内容：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准时，把不同浓度的标准气接到探头控制器上。如果同时 需要多瓶校准气，一般做法是在探头控制器前连接一个采样
19、总管，总管带有多个阀门和 一个转子流量表，所有压力阀的压力都设定在正常标准时的压力。和各个标准气相连的 阀门依次打开，则标准气依次流入探头控制器。此时控制器的选择开关应在跨气的位置 ( Span ) 。在转换到第二瓶标准气前应该有足够的时间以使分析仪的读数达到稳定。B 、定期检查每日检查：1、每日校准以保证分析仪器的读数准确。2、若有报警产生，检查报警产生的原因。每星期检查：1、检查校准气瓶压力。当压力低于 200PSIG 时需要更换新的钢瓶气。2、检查一周来校准曲线的趋势，需要的话调整仪器的零点跨点使零跨误差到允许 值范围以内。每季度检查：1、把探头取出，检查并去除粗过滤网和石英棉细过滤中聚
20、积的尘及其它杂物。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。每年检查：对分析仪器的全部测量量程做多点校准。（需要不同浓度的标准气）。C、维护1、仪器跨点校准数值与实际不符。a、检查标准气气压。b、检查所有管路接头是否拧紧。c、检查前几点的校准结果，看是否有误差的趋势。2 、仪器跨点校准正确，但测量的烟气值不合理（过大或过小）。a、检查探头的接线。b、检查所有管路接头是否拧紧。c、检查探头压力和真空表读数。真空度应大于13英寸Hg,低于此值可能会引起仪器 读数的不稳定。3、仪器零点校准数值与实际不符。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
21、、检查前几天的校准结果，看是否有误差的趋势。如果在系统中只是单台仪器有问题， 那么应该根据那台仪器的使用说明书检查问题所在。现象原因解决方法单台仪器零点或跨点校准误差较大单台分析仪器的原因参考该仪器说明书所有仪器零点或跨点都有校1.仪器间温度太高或太低1.检查室温及空调准误差，但误差大小不同2.单台仪器有问题2.参考该仪器说明书所有仪器跨点校准都有1.稀释空气压力太低1.检查控制器稀释相同比例的误差，但零压力表点校准正确2.稀释孔有漏气2.检查控制器真空度把探头取出检查稀 释孔是否安装牢固3.稀释空气管路堵塞3.检查控制器真空度看是否过低。把探 头上的稀释空气管 取下，看有无气流 4.咨询 T
22、hermo 公司所有仪器跨点校准数值偏低1.稀释空气太多1.检查稀释空气压力 表2.真空表有漏气2.检查真空表及管线 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查不论零跨校准，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都为零检查稀释空气管线的问题2.稀释孔完全被堵住2.换稀释孔单台仪器零点和跨点的值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 公司第 七 章 Thermo 烟气自动监测系统质量保证A、系统介绍Thermo烟气自动监测系统是用干净空气（去除水，CO和CO2 ）做为载气和稀释空气的直接采样系统。 Thermo 稀
23、释探头包括稀释孔、文丘里、稀释空气管、采样管、校准气管 和真空表管的不锈钢接头组成。稀释孔由玻璃组成， 当压力小于 1/2个大气压时， 流经稀释孔的流量是恒定的， 换句话说， 如果真空表读数为当地大气压值的一半时，流经稀释孔的流量将为一定值，其意义在于 提高稀释空气的流量只会进行一步稀释样品气而不会改变样品气的流量。用干燥空气进行稀释， 并且只抽取极少量的样品气使得稀释后的样品气的露点大大降低， 解决了输气管中结露的问题，样品管线不再需要加热和温度控制。分析仪器也可用环境 量程的分析仪器， 因为烟气已被稀释到环境的浓度。 烟气的稀释比由稀释孔的大小决定。 范围一般在 50:1到300:1 之间
24、。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的烟气浓度。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的减压阀、 切换用继电器、 电磁阀以及探头真空表和稀释空气压力表。Thermo 系统的另一显著优点在于校准是包括从探头到仪器的整个系统。校准气经探头控制器打到探头上面，充满了稀释孔周围的全部空间。然后校准气经稀释样品气管输入分 析仪器，也和普通样品气走过同样的路径，这样使整个系统都得到了检验。1 、安装安装系统时应该注意以下几点 :a、仪器的安装环境。仪器应该安装在干净及温度适宜的环境下。仪器的工作温度 要求在24
25、C 35 C之间，如果环境中有大量的尘存在的话，就需要对光学表面及 电子器件进行经常性清理和维护。b、仪器应该安装在离采样点接近的地方。系统尽管可以在距采样点几百英尺远的 距离工作，但距离近显然可增加仪器的响应速度。仪器的安装及电路连接是和安装图一致的。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。探头安装前应检查细过滤的石英棉是否已经安装在稀释孔 前，稀释孔外的不绣钢套管是否已经拧上。Thermo系统需要干燥纯净的空气。气源和探头控制器之间应装备去除水和CO2的无热除水器。校正气瓶和探头控制器的相应端口相连接。校正气的压力开始时可设置在 1015PSI 之间。探头距控制器
26、越远，压力也应该设置的越大。当所有电路及气路安装 好后，系统就可以开机并校准了。2、校准的初始设置开机一段时间等仪器充分预热后，系统就可以校准了。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就是最少需要的真空度值。真空度必须大于 此值。例如，如果当地最大气压值为 26 英寸泵柱，那么探头真空度最低为 13英寸泵。探 头控制器中真空表的刻度为英寸泵柱。调整稀释空气的压力阀直到真空度读数达到要求 （13英寸泵柱）。这是校准前必须满足的。3、系统校准校准的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。按照各仪器的说 明书把各仪器调到零。当所有仪器都稳定显示零
27、以后，把控制器选择开关拨到跨档。分析仪器的量程应对准校 准器的浓度范围。 等到仪器读数稳定后（校准气流向探头再流回控制器），根据说明书， 调整仪器。例如，烟气量程为 1000ppm ，除以稀释比 100 ，仪器的量程则为 10ppm ，跨 气达满量程的 80% ，则在探头处为 800ppm ，分析仪器的读数为 8ppm 。如果发现仪器不 能调整到适当读数，就需要调节稀释空气的量了。这将提高探头的真空度，进一步稀释 样品气使读数落入量程之内。应该记住的是样品气被稀释而不是抽取的样品气的量发生 变化。当所有仪器的跨点都调整好以后，重复零点校准，再做跨点校准，直到仪器不再需要进 一步调整。记录好稀释零气压力值，探头真空度值，分析仪器零点及跨点设置以供今后
