煙氣排放連續監測系統（CEMS）的測量原理及經典應用

    煙氣連續在線監測系統運用抽取冷凝采樣、后散射煙塵濃度測量、皮托管煙氣流速測量及計算機網絡通訊技術，實現了固定污染源污染物排放濃度和排放總量的在線連續監測。同時又針對國內煤種較雜、煤質變化大、污染物排放濃度高、煙氣濕度大的狀況從技術上進行了改進。并按照國家標準設計定型，提供專業的中文操作平臺及中文報表功能、多組模擬量及開關量輸入輸出接口，可實現現場總線的連接以及多種通訊方法的選用，使系統運行方便靈活。
    目前已安裝的CEMS包含了各種原理和測量方式，例如，氣體污染物CEMS采樣方式涉及完全抽取系統、稀釋抽取系統和直接測量法。測量原理涉及紅外光譜法、紫外光譜法、化學發光法。顆粒物CEMS涉及不透明度（濁度）法、散射法、閃爍法等。流速測量原理主要有皮托管、超聲波、熱傳感器等。用鉑電阻或熱電偶溫度計測量煙氣溫度。煙氣含氧量是一項十分重要的參數，主要測量方法為氧化鋯法、順磁技術（磁風、磁力矩和磁壓）及電化學法測量。

1、氣態污染物測量系統

氣體污染物CEMS采樣方式主要有完全抽取系統、稀釋抽取系統和直接測量法。

經典應用

完全抽取系統是采用專用的加熱采樣探頭將煙氣從煙道中抽取出來，并經過伴熱傳輸，使煙氣在傳輸中不發生冷凝，煙氣傳輸到煙氣分析機柜后進行除塵、除濕等處理后進入煙氣分析儀進行分析檢測。

完全抽取系統分析儀采用的分析原理主要是紅外光譜吸收原理和紫外光譜吸收原理（紫外線分析原理應用最為廣泛），它利用污染物分子的特征吸收波長，能夠區分不同種類的污染物（例如，SO2吸收280~320nm、NO吸收195~225nm、350~450nm的紫外光）。

2、顆粒物測量系統

顆粒物CEMS主要原理有：濁度儀和光散射檢測儀。

經典應用

光散射檢測儀原理是光射向顆粒物時，顆粒物能夠吸收和散射光，使光偏離它的入射路徑。散射光的強度與觀測角，顆粒物的粒徑，顆粒物的折射率和形狀，以及入射光的波長有關。光散射分析儀是在于設定偏離入光射的一定角度測量散射光的強度。向所有方向散射光的強度與顆粒物的粒徑分布和形狀有關。同樣，水滴對儀器測量也有影響，也需要用手工比對的方法對儀器進行校準。

3、含氧量測量系統

測量煙氣污染物排放必須測量氧氣實際濃度，以便能夠將排放濃度折算。氧的測量方法主要有：氧化鋯分析儀、順磁氧分析儀、化學電池。

氧化鋯氧量分析儀通常有直接測量法，即測量探頭在煙道中。還有煙道抽取式，即采樣探頭插入煙道，測量池安裝在煙道上離煙道一定距離的分析一中（需要樣品輸送管路）。

氧化鋯分析儀測量O2依據的原理：在電解質中，由于化學電位不同，電流將在電解質或含有不同濃度的化合物種類的氣體之間流動。典型的測量池中，ZrO2作為電解質和高溫催化劑，產生氧離子。池的兩側，焙燒上一層鉑，形成煙氣一側的電極和與含有O2參考氣體（通常為空氣）接觸的參考電極。池的溫度必須加熱到約600℃。

氧化鋯分析儀可以非常精準和可靠地測量O2。低成本但要得到較高精度需要長維護。測量的是濕基氧的濃度，計算干基濃度時，還必須測量煙氣濕度。

順磁氧分析儀是利用氧氣的順磁性測量O2。

化學電池原理測量氧含量是利用電化學燃料電池產生的電流正比于樣品中的含氧量。電化學染料電池的交叉敏感性小，傳感器的使用壽命大約6~18個月，平均壽命12個月。一般情況下該類型的傳感器用于便攜式氧分析儀，是理想的便攜式儀器。目前已經將O2電化學燃料傳感器用于煙氣在線監測系統，和前述儀器組成連續分析儀。

4、流速測量系統

測量煙道或管道流速的測量方法有：皮托管差壓法、熱傳感系統、超聲波流速檢測。

經典應用

S型皮托管由兩根小管組成，一根管面對氣體流動的方向，測量氣體的沖擊壓力或動壓，為了準確地測量體積流量，還必須測量煙氣的溫度、壓力。定期用壓縮空氣反吹能夠克服顆粒物和水滴引起探頭的堵塞或結垢的問題。S型皮托管準確測量低壓差均比較困難，實際測量最小壓差約為5pa，能夠測量的最低流速為2~3m/s。

5、煙氣濕度測量系統

由于我國在計量污染物濃度和排放量時，實行的是標準干煙態下的計量標準，所以對于流量、顆粒物濃度、SO2濃度、Nox濃度、O2濃度等數據需要根據測量的煙氣濕度進行干煙態的修正。

煙氣濕度的測量主要有直接測量和干濕氧法。

直接測量法：采用電容式傳感器，探頭直接插入煙道中，探頭周圍采用特制的過濾器進行保護。

干濕氧法：通常利用插入式氧化鋯探頭直接測量煙道中的濕態氧含量，利用完全利用抽取法將煙氣抽取后降溫除濕，測量出干態氧含量，經計算后得出煙氣濕度。