CEMS二三事(上)

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      CEMS是英文Continuous Emission Monitoring System的缩写，是指对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测并将信息实时传输到主管部门的装置，被称为“烟气自动监控系统”，亦称“烟气排放连续监测系统”或“烟气在线监测系统”。

       CEMS分别由气态污染物监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气参数监测子系统和数据采集处理与通讯子系统组成。气态污染物监测子系统主要用于监测气态污染物SO2,NOx,HCl,NH3,HF,CO等的浓度和排放总量;颗粒物监测子系统主要用来监测烟尘的浓度和排放总量;烟气参数监测子系统主要用来测量烟气流速、烟气温度、烟气压力、烟气含氧量、烟气湿度等,用于排放总量的积算和相关浓度的折算;数据采集处理与通讯子系统由数据采集器和计算机系统构成,实时采集各项参数,生成各浓度值对应的干基、湿基及折算浓度,生成日、月、年的累积排放量,完成丢失数据的补偿并将报表实时传输到主管部门。烟尘测试由跨烟道不透明度测尘仪、β射线测尘仪发展到原位后散射光烟尘仪、原位前散射烟尘仪、抽取式前散射烟尘仪、原位电荷法烟尘仪等。颗粒物分析仪（抽取式超低排放粉尘仪为主）之前已经介绍过，温压流，湿度，数采仪等周边配套也是以国产为主，这里都不再做详细介绍，这里只介绍进口品牌CEMS中的烟气分析仪硬件设备篇章。

       其中CEMS按照行业和应用可以分为普通发电厂或者化工厂自备电厂的常规CEMS，垃圾焚烧CEMS和船舶CEMS。

一．常规CEMS

      常规烟气CEMS主要应用于电力，焦化，水泥，石化，化工，钢铁等行业，根据取样方式不同，常规烟气CEMS 按测量方式分可分为三类：抽取式监测系统、现场监测系统和遥测系统。

     1.抽取式CEMS，顾名思义，烟气被引射器或者取样泵将烟气从烟道或者烟囱中抽取出来，经取样探头，样气管路，预处理，冷凝器，经过滤稳压稳流后，进入烟气分析仪，进行分析并根据环保要求上传烟气各组分浓度数据，分为直接抽取式和稀释抽取式CEMS。

     1.1 直接抽取式烟气 CEMS

          烟气通过前端填有滤芯并具有防止烟气中水份在管路中冷凝的加热、保温装置的采样管和导气管，整体控温在 120～180℃，在烟气进入分析仪前把烟气温度冷却到≤5℃，用电子冷凝器等降温装置快速除去烟气中的水份，然后再次过滤，稳压，稳流后进入烟气分析仪，进行测定的 CEMS。该类CEMS主要以西克SICK,阿西亚布朗勃法瑞ABB,西门子SIEMENS,岛津SHIMADZU,恩威雅ENVEA（原ENVIRONNEMENT S.A）, 堀场HORIBA和艾默生-罗斯蒙特EMERSON-ROSEMOUNT等主流进口品牌公司为代表。

岛津SHIMADZU NSA-3090 超低CEMS

恩威雅ENVEA MIR9000超低CEMS

• 2 稀释抽取式烟气CEMS
  
  

          烟气通过前端填有滤芯的“恒流稀释探头”和导气管，经纯净空气稀释后的烟气，再次稳流后进入分析        仪进行冷干法采样方式测量的CEMS。该类CEMS主要以赛默飞世尔Thermofisher，堀场HORIBA，Teledyne-API等主流进口品牌公司为代表。

赛默飞世尔Thermofisher 超低CEMS

     2. 现场CEMS就是将取样探头直接插入烟道或烟囱，安装在探头前端的各种传感器将烟气浓度信号处理后，传送给现场的烟气分析仪控制单元后，分析计算出来数据，就此对烟气各组分浓度进行测量的CEMS。这类CEMS主要以挪威NEO Monitors,英国Protea-Procal，法国恩威雅ENVEA，瑞典OPSIS AB等品牌公司为代表。由于国内环保政策限制，原位测量应用比较少，一些对现场工况要求严格，会影响到生产或者产品质量的应用点，才会选用这种方式。目前主要是抽取式为主，虽然应用效果不理想，但是国家环保政策终究是强制性的。

NEO  Monitors

ENVEA  MI-IS

       3. 遥测系统是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的，它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，具有遥远感知事物的系统。利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录、传送、分析和判读来识别地物。获取的数据具有综合性遥感探测所获取的是同一时段、覆盖大范围地区的遥感数据，这些数据综合地展现了地球上许多自然与人文现象，宏观地反映了地球上各种事物的形态与分布，真实地体现了地质、地貌、土壤、植被、水文、人工构筑物等地物的特征，全面地揭示了地理事物之间的关联性。并且这些数据在时间上具有相同的实时性。通过仪器监测、分析预判重度霾天气和突发性污染灾害（如森林火灾烟尘污染、沙尘暴侵袭、石化燃料烟尘扩散等）的移动扩散路径；能够最经济有效的完成气溶胶监测、霾预报预警分析和城区大范围区域的监测工作；能够完成气溶胶成分分析、重污染天气预警预报、城市边界层监控、城市立体颗粒物（PM10、PM2.5）变化规律及气溶胶团的迁移变化过程。

二．垃圾焚烧CEMS

      随着人类生活产生垃圾越来越多，出于对可再生资源利用和环保要求，务必对这些垃圾进行处理。目前世界通用的技术是尽量都拿去焚烧，产生一部分电量给人们生活用，剩下的残渣都拿去掩埋或者水泥厂进行二次处理。由于垃圾焚烧产生的污染物相对于常规燃煤和燃气之类的电厂产生的SO2,NOx和粉尘外，还会额外产生HCL,HF,NH3,CO,二噁英等污染物。

光大集团某垃圾焚烧电厂

         垃圾焚烧CEMS主要应用FTIR测量技术原理，即傅里叶变换红外技术，在国内应用案例比较多的主要厂家有西克SICK, 阿西亚布朗勃法瑞ABB,GASMET,和福德世Födisch等进口品牌公司为代表。

GASMET FT-IR CX-4000

ABB MBGAS3000

三．船舶CEMS

     海洋环境保护委员会(MEPC) 2015年通过MEPC.259(68)决议，要求2020年1月1日起，全球船舶使用燃油的含硫量降低到0.5% m/m 以下。船只可采取三种措施应对IMO全球低硫令：改用液化天然气(LNG)推进系统、改用低硫燃油或者兼容燃料、安装洗涤器(在HSFO燃烧时提取硫的废气净化系统)。

    船舶CEMS主要是西克SICK, 阿西亚布朗勃法瑞ABB，赛默飞世尔Thermofisher和西门子SIEMENS等品牌公司为代表。

SICKMARSIC300 系统

        SICK的MARSIC系列船舶废气监测系统是根据MARPOL附则VI和MEPC.184(59)的可靠的排放测量的创新型解决方案。MARSIC的这种应用通过了DNV GL的型批，可以在洗涤之前和之后测量SOx和CO2，在SCR之前和之后测量NOx，另外，MARSIC可以用来进行过程监测，例如SCR系统的NH3逃逸，LNG和双燃料发动机的CH4逃逸，作为市场上存在多年的排放测量技术的领导者，SICK提供2中不同的MARSIC系统，MARSIC200的模块化设计令人瞩目，MARSIC300则是一套紧凑的完整系统，MARSIC的服务简单也令人印象深刻。

ABB  GAA610

         ABB CEM captain GAA610-M拥有所有主要船级社（DNV GL、ABS、劳氏认证、必维国际检验集团、NK、KR）的认证。CEMcaptainGAA610-M是ABB测量与分析业务排放监测系统家族在海洋工业应用中继GAA330 和GAA630之后的最新成员，是综合了ABB测量与分析法兰克福制造中心和上海制造中心两个基地生产优势和船用运行实际反馈经验，通过设计和工艺优化，联合开发并投入生产运营的全新一代Marine CEMS。德国法兰克福和中国上海两地生产，可满足全球不同区域的客户的需求。上海制造中心将主要为包括中国、日本、韩国、新加坡、中东在内的亚洲区域客户提供CEM captain产品。依靠ABB测量与分析的全球服务网络、备件管理，以及数字化远程协助解决方案，CEM captain GAA610-M助力船运业客户实现船舶废气连续排放检测符合IMO2020合规低硫排放法规。

   

      CEMS设备在应用中，一般原装进口配套的系统，现场应用非常好，有的应用五年甚至十年都还可以正常工作。但是在国内，很多拼凑版CEMS系统的数据缺乏数据真实性。当然在现场应用过程中，出现这样问题原因也有很多：

1.设备和配套系统，虽然主机是某一线进口品牌，由于各种原因主机分析仪属于简配版，预处理系统配置都是N多品牌和型号，加上现场工况恶劣，造成设备无法有效发挥正常功能；

2.现场维护人员技术水平参差不齐，维护不到位；

3.工艺比较恶劣，和原始数据误差比较大；

4.纯粹是应付环保检查，采购的设备完全不满足要求，唯一要求设备是有环保认证；

5.给设备维护费用有限，有些小部件本身存在故障，只需简单处理或者更换就可以解决问题，但是长时间不维护和更换，造成整个系统的二次甚至多次故障直至报废；

6.政策和标准有待提高，现场很多设备有所谓的相关认证，其实都是一堆破铜烂铁，根本不可能正常使用，更别提数据准确度和精度！

7.其他原因；

     很多时候，一套CEMS系统都几十甚至上百万，我们很多时候都不舍得花钱去保养，更别提定期更换耗材或备件。但是对BBA汽车可以定时保养，甚至主动加钱搞成加长或者豪华配置。说到底，还是不够重视，在某国人眼里和心里，毕竟脸面比里子重要！