1、 垃圾焚烧发电及危废焚烧工程烟气在线监测系统技术规范书西克麦哈克（北京）仪器有限公司1垃圾焚烧烟气在线系统(MCS100EHW)技术规范书西克麦哈克（北京）仪器有限公司垃圾焚烧行业2009 年 10 月垃圾焚烧发电及危废焚烧工程烟气在线监测系统技术规范书西克麦哈克（北京）仪器有限公司2目录一、技术方案说明 .31.1 系统作用 .31.2 系统组成 .31.3 系统方案介绍 .41.4 各监测子系统的分析原理 .5二、各仪器设备的技术指标 .13三、技术要求响应 .17四、系统维护及寿命预期值 .19五、MCS100EHW 维护周期表 .20六、本公司及烟气在线监测设备的优特点 .20七、MS
2、C100EHW 设备与其它产品的比较 .21垃圾焚烧发电及危废焚烧工程烟气在线监测系统技术规范书西克麦哈克（北京）仪器有限公司3一、技术方案说明1.1 系统作用整个气体分析系统在本项目中起到两个作用：1.1.1 酸控制进行电厂脱酸效果的监测与控制，以最大化地减少脱酸剂的使用量，降低生产成本。垃圾燃烧产生酸性废气有 SO2、HCl、HF、NOx。其中，氯化氢（HCl）是垃圾中有机氯化物燃烧产生，如 PVC 塑料及漂白纸张为垃圾中含氯最高之物质，为 HCl 主要来源，由于流化床炉焚烧温度较高，因此 HCl 炉内生成量约为 900mg/Nm3。氟化物（HF）主要来自含氟碳化物的燃烧，HF 其化学特性
3、与 HCl 类似，形成的机理类同，但炉内生成量少，约为 1-50mg/Nm3。SO2 来自垃圾无机硫化物还原和含硫化物的燃烧生成，炉内生成量约为400mg/Nm3。一般采用半干法酸性气体脱除反应器时，对 HCl 去除吸收效率达 93.9%，半干法酸性气体脱除反应器系统对 SO2 去除率大于 50%，HCl、SO2、HF 的最大排放浓度可分别控制在55mg/Nm3、200mg/Nm3、0.5mg/Nm3。本项目在脱酸控制中可选用的目标监测气体：SO2/HCl。1.1.2 对电厂烟气的排放总量进行监测 鉴于脱酸中目标监测其他不一样，最终对整个配置也是有不同的要求，但是排放总量监测时的要求不变，需要
4、监测的成分不变。主要监测：HCl、SO 2、NO X、CO、HF、H 2O、O 2，还包括粉尘、流速、温度压力。1.2 系统组成系统包括：每台炉的烟道/烟囱采用 1 对 1 的形式对脱酸效果进行监控，并满足环保监测要求；此时每个烟道/烟囱需要一套脱酸气体监测系统，共 2 套；烟囱总排放口烟气在线监测系统（简称 CEMS）由气态参数（ HCl、SO 2、NO X、CO、HF、H 2O、O 2）监测子系统、烟尘监测子系统、烟气排放参数（温度、压力、流量）监测子系统、系统控制及数据采集垃圾焚烧发电及危废焚烧工程烟气在线监测系统技术规范书西克麦哈克（北京）仪器有限公司4处理子系统组成。1.3 系统方案
5、介绍因为环保法规不要求对 HF 进行监测，即便监测也只能使用激光高精度的 HF分析仪，傅立叶红外和其他红外方法（包括滤波红外，如 SICK 和 ESA 产品）无法监测脱酸后小于 1ppm 的 HF 含量，故以下方案采用激光方法测量 HF 含量。如果需要真正监测低浓度的 HF 含量，建议选用我公司的高精度的激光 GM700 HF 分析仪。此时需要监测 2 根烟囱的 HCl、SO 2、NO X、CO、HF、H 2O、O 2的含量，脱酸效果监测采用“1 拖 1”的高温滤波红外分析仪：即 2 根烟囱用 2 套气体分析仪表，在 2 个烟囱分别安装一台高温滤波红外分析仪表。针对 HF 的测量采用激光法测量
6、微量 HF 含量，每个烟囱安装 1 套高精度激光 HF 监测仪（GM700） 。鉴于垃圾电厂中气体成分的复杂性：含有 HCl,NOx,SO2,以及 NH3，使用常用的常温分析方法时，需要将气体温度降低到常温，此时水已经变成液态，即便在快速冷凝后，也会有少量水生成，大部分酸性气体此时也在酸的露点以下，容易生成腐蚀性极强的混合酸，将分析气室腐蚀，极大地降低了分析仪表的使用寿命；在此温度条件下，酸性气体也容易与 NH3 反应生成固体铵盐，使管路极其容易堵塞，维护量极大。故建议使用高温分析仪表，高温分析仪表在高温条件下采样，使用高温伴热管线，全程温控在 180以上，并在此温度时进行直接分析，控制气体在
7、酸的露点和水的露点之上，不会生成酸，对仪表不会产生腐蚀和堵塞。烟尘仪、流量计、温度/压力仪测量后数据以 4-20mA 信号输入数据采集系统；气态参数监测子系统为全过程高温抽取法，即烟气经由加热探杆和高温探头抽取，经过滤粉尘后进入高温输气管线、流量调节后进入高温多组分红外分析仪进行测量，测量结果在仪表上就有显示，另外也有 4-20mA 信号输入数据采集系统；系统控制及数据采集处理子系统可采集测量信号，并进行运算、统计、存贮、事件分类处理（电源故障、排放源停运、校准、维护、排放超标、缺失数据、超测定上限、仪器故障等等，事件分辨率20ms） 、数据合理性检查和可以删除指定的记录等。另外各被测组分的信
8、号也送到 DCS（模拟量或 RS485） 。垃圾焚烧发电及危废焚烧工程烟气在线监测系统技术规范书西克麦哈克（北京）仪器有限公司51.4 各监测子系统的分析原理1.4.1 气态参数监测子系统的分析原理（一）：MCS100E HW 高温多组分分析系统高温测量系统包括在高温下取样和进行气体予处理的取样系统和能够在高温下进行测量的红外分析仪器。MCS100E HW 高温取样系统示意图如图 2。垃圾焚烧发电及危废焚烧工程烟气在线监测系统技术规范书西克麦哈克（北京）仪器有限公司6图 2.MCS100E HW 高温取样系统示意图图 2 中的取样部分包括加热取样探杆和加热的过滤器部件。标气和反吹气都是经过加热
9、后才达到过滤器上，防止出现冷凝。取样泵、流量计、内部过滤器和内部管线也都是加热到 180C 以上，在高温下工作，远远高于 HCL 和 SO2的酸露点（150C 左右） ，因此高温取样技术能够完全避免出现酸性气体冷凝结露而导致腐蚀设备并使被测组分损耗的灾难性后果。MCS100E 是能够在高温下进行测量的高温红外多组份分析仪器。其工作气室可以在180C 下长期工作。MCS100E 的可在高温下工作的多次反射气室的光路长度分 3.18m 和6.36m 两种。测量的气体包括 SO2，NO，NO 2，N 2O，CO，CO 2，HCl，CH 4，H 2O 等。MCS100E 采用单光束双波长和气体滤波相关
10、技术。通过计算机程序控制进行多波长扫描，将接收到的信号进行处理，计算出各个气体的浓度值。下面对其工作原理做较详细的介绍：测量原理MCS100 是单光束双波长红外多组分光度计，根据如图 3 所示的光透射技术。垃圾焚烧发电及危废焚烧工程烟气在线监测系统技术规范书西克麦哈克（北京）仪器有限公司7光源 测量室 滤光器 检测器 图 3 光度计光透射测量原理 由比尔-朗伯原理测量组分浓度：A = logI0/I = ecd （1）式（1）中：A - 吸光度（被测气体吸收后的光强衰减）I0发射光的原始光强I被测气体吸收后的光强e吸光系数c被测气体的浓度d光程长度由式(1)可推导出:为了测量被测组份的浓度,
11、可在该组份的特征吸收波长测量发射光的原始光强 (I0)和被测气体吸收后的光强 (I), 由式(1)计算出被测组份的浓度 (C). 在测量方式上又可分为单光束双波长,双光束单波长和（负气体）滤波相关等方法。MCS100 E 光度计结构和工作原理MCS100 E 光度计装有两个滤光气室轮，可装有多达 14 个滤光气室。一般情况下使用一个测量气室和一个参比气室可测量一个组份，因此 MCS100E 可同时测量 8 个组份。在结果处理上，可以测量可能的干扰组份浓度并把这种干扰在最终的测量结果中补偿掉。滤光气室的位置由内部处理器控制，因此在一次的测量过程中可以对各组份多次扫描以提高信号的信/噪比。由切光轮
12、完成光束信号的射频模式化。在测量过程中可同时应用单光束双波长法和气体滤波相关法，可参见图 4 的示意图。在数据处理上对干扰组份的相加式干扰和垃圾焚烧发电及危废焚烧工程烟气在线监测系统技术规范书西克麦哈克（北京）仪器有限公司8相乘干扰的影响通过微处理器处理使测量结果更可靠，精度也更高。光源 切光轮 测量气室 滤波气室 检定器图 4 MCS100 光学部件结构示意图MCS100E HW 多组份气态污染物烟气排放连续监测系统由高温取样系统和 MCS100E 高温多组份红外分析仪组成。取样系统包括带加热过滤器的高温取样探头，高温条件运行的测量/反吹/校准阀组和伴热取样管线。系统机柜内组装有高温测量系统
13、。包括使用高温测量气室（最高温度达 200）的多组份红外光度计，高温取样泵，高温流量计和加热样气传输管线。O 2的测量是通过增加一个 750的旁路高温气室由一体化的氧化锆传感器实现的。上述结构设计保证所有与气体介质接触的组件温度均高于烟气的（酸）露点，不会被烟气腐蚀。因而在取样过程中除减少了气体的粉尘浓度以外，其余的所有成份均保持不变。特别是没有水分损失，这样，不仅可同时进行气态水分的测量，也避免了除水造成的测量误差和设备腐蚀。用于光度计的电子线路和加热控制单元集成在 19 吋的机箱内。被监测组分的浓度以线性的 4-20mA 连续输出。同时，状态信号也能够连续地输出。此外，可以通过数字通讯接口
14、连结到计算机上。灵敏度检查和调节也是自动进行的。对系统可靠运行有关的所有工作变量，如温度控制回路，气体流速和光度计性能等同时被检测。在故障状态系统自动切换至待机模式，用仪表气进行清洗。然后判断光度计的光学部件是否被污染、检测器是否需要维护。校准 MCS100E HW 被设计成一个独立运行的系统，具有所要求的全部控制功能。自动调零，自动内部量程校验，自垃圾焚烧发电及危废焚烧工程烟气在线监测系统技术规范书西克麦哈克（北京）仪器有限公司9动气体取样过滤器的反吹和系统自动保护功能，保证维护周期间隔长时出现的任何超差均做标记。系统的运行，除供电以外，只需要仪表空气作为控制执行气和零气，参见图 2 的MC
15、S100HW 系统图：突出优点： MCS100E 能够最多在 12 个取样点上测量多达 8 个组分。 为实现最佳测量精度，它能够检测干扰灵敏度并进行补偿。并且能够对外部输入的模拟和数字信号进行处理。 可按照设定程序及辅助设备自动进行零点和量程校准循环。当使用内置标准气室时（选装） ，不需要使用标气。 使用光缆同外部设备连接。通过光缆传输模拟及数字信号具备极高的抗干扰能力。 测量值，状态报告等也是通过光缆输出到打印机上的。 MCS100E 设置了自复位热电路断路器，当仪器壳体内温度超过 65时，仪器自动断电停机。冷却后，仪器能自动恢复正常运行。 根据需要，仪器可自动进行压力修正。 由于测量过程在
16、 180的高温下进行，烟气处于气态，腐蚀性很低（气体温度高于一般酸的露点，保护了分析气室） ，粉尘也容易被反吹清除，提高了使用的可靠性。维护量也减到最小。 德国 TUV 进行认证。（二）：GM700 型可调谐二极管激光光谱仪技术说明GM700 型二极管激光光谱仪采用半导体激光二极管作为光源，激光二极管发射的单色光的带宽只有 10-4A，可以避开不同气体吸收光谱的交叉干扰。激光二极管的温度随着自身工作电流的增加或环境温度的变化而发生变化，使其波长输出发生变化。通过激光二极管温度控制器的扫描，可以得到与气体吸收光谱一致的激光光谱。GM700 在光路中插入稜镜将激光分成三个光束：一束进入烟道后被反射
17、回来，称测量光束；一束被棱镜反射回来经过填充测量气体的气室，成参比光束；还有一束反射回来进行光的强度的测量。通过对三个光束的测量数据的处理，可以计算出被测气体的浓度。见图 1。GM700 设计成探头型的结构，发射接收（R/S）单元安装在烟道一侧，激光通过出射窗口进入烟道，被探头前方的反射器折回进入发射接收单元的接收器上。通过烟道时 HCl 的垃圾焚烧发电及危废焚烧工程烟气在线监测系统技术规范书西克麦哈克（北京）仪器有限公司10吸收信息保留在光信号中，即测量光束。探头型的 R/S 单元和探头管是通过法兰连接的，一旦连接位置就固定了，整个测量系统成为一个整体。环境的震动，烟道的热变形对其测量光路不会产生影响。图 5。可选用防尘型 GPP 型探头。探头的测量光路被密封在陶瓷过滤器中，HF 通过扩散的方式进入光路。粉尘对光路没有污染。可以适合于粉尘浓度大于 30g/m3 的应用场合。检测通道测量通道参比通道图 5 GM700 示意图图 2、渗透管型测量探准、1、GM70、
