烟气排放连续监测系统（CEMS）的测量原理及经典应用

    烟气连续在线监测系统运用抽取冷凝采样、后散射烟尘浓度测量、皮托管烟气流速测量及计算机网络通讯技术，实现了固定污染源污染物排放浓度和排放总量的在线连续监测。同时又针对国内煤种较杂、煤质变化大、污染物排放浓度高、烟气湿度大的状况从技术上进行了改进。并按照国家标准设计定型，提供专业的中文操作平台及中文报表功能、多组模拟量及开关量输入输出接口，可实现现场总线的连接以及多种通讯方法的选用，使系统运行方便灵活。
    目前已安装的CEMS包含了各种原理和测量方式，例如，气体污染物CEMS采样方式涉及完全抽取系统、稀释抽取系统和直接测量法。测量原理涉及红外光谱法、紫外光谱法、化学发光法。颗粒物CEMS涉及不透明度（浊度）法、散射法、闪烁法等。流速测量原理主要有皮托管、超声波、热传感器等。用铂电阻或热电偶温度计测量烟气温度。烟气含氧量是一项十分重要的参数，主要测量方法为氧化锆法、顺磁技术（磁风、磁力矩和磁压）及电化学法测量。

1、气态污染物测量系统

气体污染物CEMS采样方式主要有完全抽取系统、稀释抽取系统和直接测量法。

经典应用

完全抽取系统是采用专用的加热采样探头将烟气从烟道中抽取出来，并经过伴热传输，使烟气在传输中不发生冷凝，烟气传输到烟气分析机柜后进行除尘、除湿等处理后进入烟气分析仪进行分析检测。

完全抽取系统分析仪采用的分析原理主要是红外光谱吸收原理和紫外光谱吸收原理（紫外线分析原理应用最为广泛），它利用污染物分子的特征吸收波长，能够区分不同种类的污染物（例如，SO2吸收280~320nm、NO吸收195~225nm、350~450nm的紫外光）。

2、颗粒物测量系统

颗粒物CEMS主要原理有：浊度仪和光散射检测仪。

经典应用

光散射检测仪原理是光射向颗粒物时，颗粒物能够吸收和散射光，使光偏离它的入射路径。散射光的强度与观测角，颗粒物的粒径，颗粒物的折射率和形状，以及入射光的波长有关。光散射分析仪是在于设定偏离入光射的一定角度测量散射光的强度。向所有方向散射光的强度与颗粒物的粒径分布和形状有关。同样，水滴对仪器测量也有影响，也需要用手工比对的方法对仪器进行校准。

3、含氧量测量系统

测量烟气污染物排放必须测量氧气实际浓度，以便能够将排放浓度折算。氧的测量方法主要有：氧化锆分析仪、顺磁氧分析仪、化学电池。

氧化锆氧量分析仪通常有直接测量法，即测量探头在烟道中。还有烟道抽取式，即采样探头插入烟道，测量池安装在烟道上离烟道一定距离的分析一中（需要样品输送管路）。

氧化锆分析仪测量O2依据的原理：在电解质中，由于化学电位不同，电流将在电解质或含有不同浓度的化合物种类的气体之间流动。典型的测量池中，ZrO2作为电解质和高温催化剂，产生氧离子。池的两侧，焙烧上一层铂，形成烟气一侧的电极和与含有O2参考气体（通常为空气）接触的参考电极。池的温度必须加热到约600℃。

氧化锆分析仪可以非常精准和可靠地测量O2。低成本但要得到较高精度需要长维护。测量的是湿基氧的浓度，计算干基浓度时，还必须测量烟气湿度。

顺磁氧分析仪是利用氧气的顺磁性测量O2。

化学电池原理测量氧含量是利用电化学燃料电池产生的电流正比于样品中的含氧量。电化学染料电池的交叉敏感性小，传感器的使用寿命大约6~18个月，平均寿命12个月。一般情况下该类型的传感器用于便携式氧分析仪，是理想的便携式仪器。目前已经将O2电化学燃料传感器用于烟气在线监测系统，和前述仪器组成连续分析仪。

4、流速测量系统

测量烟道或管道流速的测量方法有：皮托管差压法、热传感系统、超声波流速检测。

经典应用

S型皮托管由两根小管组成，一根管面对气体流动的方向，测量气体的冲击压力或动压，为了准确地测量体积流量，还必须测量烟气的温度、压力。定期用压缩空气反吹能够克服颗粒物和水滴引起探头的堵塞或结垢的问题。S型皮托管准确测量低压差均比较困难，实际测量最小压差约为5pa，能够测量的最低流速为2~3m/s。

5、烟气湿度测量系统

由于我国在计量污染物浓度和排放量时，实行的是标准干烟态下的计量标准，所以对于流量、颗粒物浓度、SO2浓度、Nox浓度、O2浓度等数据需要根据测量的烟气湿度进行干烟态的修正。

烟气湿度的测量主要有直接测量和干湿氧法。

直接测量法：采用电容式传感器，探头直接插入烟道中，探头周围采用特制的过滤器进行保护。

干湿氧法：通常利用插入式氧化锆探头直接测量烟道中的湿态氧含量，利用完全利用抽取法将烟气抽取后降温除湿，测量出干态氧含量，经计算后得出烟气湿度。