熱濕法CEMS與傳統直接抽取CEMS系統的比較

摘 要：基于抽取式全程伴熱方法，熱濕法CMES采用了射流抽取技術，用射流泵替代了傳統的機械式運動泵。射流泵為純機械元件，依靠高壓氣體從一小孔徑內噴出后產生的負壓區，將氣體吸入，其長期工作可靠性好，耐高溫，適于全程伴熱系統的應用。文章通過預處理，分析儀表，技術對比三個方面就熱濕法CEMS與傳統直接抽取CEMS系統進行比較分析。

關鍵詞：熱濕法CEMS特點；免維護；測量準確度高

1 預處理比較

傳統的基于直接抽取法測量的煙氣分析系統，在預處理設計中均包含“冷凝除水”部分，其之所以要對高溫、高腐蝕性的煙氣進行冷凝操作，設計冷凝器、蠕動泵等大量復雜預處理部件，主要是源于其分析儀表光學部件設計無法實現高溫測量，且其采用的紅外吸收測量技術易受水氣成分的干擾，必須冷凝除水，不能直接測量原始煙氣。

熱濕法CEMS系統采用了紫外光譜吸收技術和光纖連接技術，由于水分子在紫外波段沒有吸收，分析儀不受水氣成分的干擾，而高溫紫外光纖的應用，使預處理氣路與分析儀表徹底分離，系統只需對氣路進行全程伴熱，即可實現高溫原煙氣直接測量，無須任何冷凝除水設備。

熱濕法CEMS系統的預處理技術為抽取式全程伴熱，即煙氣從監測管道抽出后，通過保溫伴熱處理，始終維持其高于露點的溫度，直至分析完成，相對于傳統的熱管抽取法其具有如下顯著的技術優勢：

一是徹底省去了各種復雜的冷凝預處理設備和排水裝置，煙氣經過簡單流路即可完成分析，極大的降低了預處理故障幾率，維護量很小。

二是徹底消除了由于酸氣冷凝帶來的系統腐蝕和結晶堵塞問題，系統使用壽命更長，運行更可靠。

三是徹底避免了測量水溶性較強的SO2時存在的水溶解損失，測量精度更高。

2 分析儀表比較

2.1 SO2/NOX 測量原理

儀表光源發出的紫外光匯聚進入光纖，通過光纖傳輸到測量室，當樣氣通過測量室時將在特定波段吸收紫外線能量，被吸收后的光束通過光纖傳輸到光譜儀，在光譜儀內部經過光柵分光，由二極管陣列檢測器將分光后的光信號轉換為電信號，獲得氣體的連續吸收光譜信息，最后利用化學計量學算法（DOAS）實現氣體濃度的測量。

2.2 O2測量原理

熱濕法CEMS系統選用的ZrO-100氧氣分析儀采用氧化鋯法測量煙氣中濕氧含量，其傳感部分采用了Honeywell的KGZ10動態氧化鋯傳感器。

在熱濕法CEMS系統內，氧化鋯傳感器安裝在預處理氣路中，位于恒溫加熱箱內，由于樣氣之前已經經過粉塵過濾和全程恒溫伴熱，可有效保護氧化鋯不受粉塵和液態水的影響，從而使ZrO-100相對于傳統的在位式氧化鋯分析儀在使用壽命上大大延長。

2.3 核心技術及部件

2.3.1 紫外差分吸收光譜測量技術（DOAS）

紫外差分吸收光譜技術是國家環保部及美國環境保護組織（USEPA）推薦的一種成熟、可靠的氣態污染物濃度測量方法，通過對連續光譜數據的處理得到氣體濃度。

由于光譜吸收信息依據的是光能量的變化，而除了氣體吸收外，粉塵散射、光路漂移、光源波動等因素同樣會引起光強變化，因此傳統的測量技術極易受到這些背景因素的干擾。

DOAS的優勢在于，其把氣體吸收光譜分解為快變和慢變兩部分，其中快變部分只與被測氣體的屬性相關，而由于粉塵散射等背景因素造成的光譜變化只能表現為光譜中的慢變部分，這樣通過分離去除測量光譜中的慢變部分就能夠去除背景環境因素對氣體濃度分析的影響，從而實現高精度和強抗干擾能力的測量。

2.3.2 高分辨率、低溫漂全固化光纖光譜儀

紫外光譜氣體分析儀采用了光電二極管陣列的全固化光纖光譜儀，并且為了降低雜散光、提高短波紫外響應能力和光譜分辨率，專門設計了高性能凹面光柵。來自光纖的紫外/可見光經狹縫進入光譜儀入射到凹面光柵上，經凹面光柵匯聚和分光后反射到光電二極管陣列，光電二極管陣列將光信號轉換為電信號。與傳統掃描型光譜儀相比，該全固化光纖光譜儀具有：可瞬間采集光譜，從而適用于脈沖光源，如氙燈；無運動部件，可靠性高；通過光纖耦入測量光束，模塊化程度高，提高了生產、維護的便利性。

紫外光譜氣體分析儀通過優化結構設計、采用波長漂移補償算法、選擇低溫度膨脹系數材料，使光譜儀具備了高波長分辨率和重復性（<0.2nm），同時能在大工作溫度范圍（-20～50）℃中工作，從而在煙氣分析應用中表現出優異的性能。

2.3.3 高性能光纖耦合光源

光源是系統的重要組成部分，在線氣體分析系統通常要求光源使用壽命長、預熱時間短、光譜和能量穩定性高。傳統紫外/可見光度計存在使用壽命短（只有數百到數千小時）、預熱時間長等缺點，這些缺點制約了其在在線氣體分析中的應用。

紫外光譜氣體分析儀采用脈沖氙燈作為光源，脈沖氙燈屬于冷光源，其壽命可達109次，按照每秒打燈測量3次的方式計算，其壽命可達10年，并且無須預熱，完全滿足在線氣體分析應用要求；紫外光譜儀通過高穩定性的高壓（1000V以上）電源設計、良好屏蔽性能的結構設計，使光譜和能量具備充分的穩定性，并有效屏蔽了脈沖電流導致的電磁輻射。

2.3.4 強工況適應能力的光纖耦合測量室

在環保煙氣在線監測應用中，過程氣體腐蝕性很強，熱濕法CEMS系統采用全程伴熱的預處理技術避免任何的冷凝析出與腐蝕，但同時對處于樣氣流路中的測量室提出了相當高的要求。紫外光譜氣體分析儀通過出色的光學設計、結構設計以及采用特殊加工工藝很好地解決了大溫度和壓力變化下的光路穩定性問題以及光學部件和結構部件結合部在高溫、高壓下的密封性問題。

3 技術對比表（與傳統紅外抽取系統）

參考文獻

[1]環境保護部科技標準司.煙塵氣連續自動監測系統運行管理（試用）[Z].

[2]易江，梁永，李虹杰.固定源排放廢氣連續自動監測[Z].