垃圾焚烧炉的烟气在线监测系统如何工作

焚烧炉的烟气在线监测系统如何工作？

焚烧炉作为一种重要的工业设备，广泛应用于处理生活垃圾、医疗废物等。然而，焚烧过程中会产生大量的烟气，其中含有多种有害物质，如颗粒物、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）等。若这些烟气未经处理直接排放到大气中，将对环境和人类健康造成严重危害。因此，烟气在线监测系统对于监测和控制焚烧炉烟气排放至关重要。本文将详细介绍焚烧炉烟气在线监测系统的组成、工作原理及其应用。

一、烟气在线监测系统的组成

烟气在线监测系统（Continuous Emission Monitoring System, CEMS）是一种高精度、高稳定性的工业排放监测设备。它通常由以下几个子系统组成：

固态颗粒物连续监测子系统

功能：监测烟气中的颗粒物浓度。

技术：采用激光后散射单点监测技术。通过激光照射烟气中的颗粒物，散射光强度与颗粒物浓度成正比，从而测量颗粒物浓度。

气态污染物连续监测子系统

功能：监测烟气中的多种气态污染物浓度，如SO2、NOx、CO、CO2、HCl、HF、NH3等。

技术：采用多组分气体分析仪，通过光学、电化学等技术进行检测。例如，SO2和NOx常采用紫外差分吸收光谱（DOAS）分析技术或红外线NDIR分析技术，CO和O2则采用电化学传感器。

烟气参数连续监测子系统

功能：监测烟气中的含氧量、流量、压力、温度、湿度等参数。

技术：含氧量采用电化学氧电池测量，温度采用热敏电阻（PT100）测量，压力采用压力传感器测量，流速采用皮托管微压差法测量，湿度采用高温电容法测量。

数据处理与远程通讯系统

功能：负责采集、处理、存储和分析各子系统提供的监测数据，并通过远程通讯功能将数据上传至环保监测平台。

技术：采用数据采集器、工控机、显示器和系统软件等设备，通过无线HJ212协议将数据上传至环保监测平台，实现数据的实时传输和远程监控。

二、烟气在线监测系统的工作原理

烟气在线监测系统的工作原理可以概括为“采样-处理-检测-输出”。以下是各步骤的详细介绍：

采样

功能：通过采样装置采集焚烧炉排放的烟气样本。

技术：采用进样探头将烟气引入采样管道中，采样管道内通常设有电加热装置，以保持烟气的温度和防止冷凝。采样探头和管道一般采用耐腐蚀材料，如不锈钢（316L）和陶瓷滤芯，以确保长期稳定运行。

处理

功能：对采集的烟气样本进行预处理，去除其中的水分、颗粒物等杂质，以保证后续检测的准确性。

技术：预处理装置包括流量传感器、精细过滤器、压缩机冷凝器、蠕动泵、采样泵、除水罐、流量计等。通过三级过滤除尘、冷凝除水等步骤，将烟气处理成适合后续检测的状态。

检测

功能：利用传感器对预处理后的烟气样本进行检测，测量各种污染物的浓度。

技术：

颗粒物检测：采用激光后散射法，通过激光照射颗粒物并测量散射光强度来计算颗粒物浓度。

气态污染物检测：

SO2和NOx：采用紫外差分吸收光谱（DOAS）分析技术或红外线NDIR分析技术。DOAS技术利用不同气体对紫外光的吸收特性不同，通过测量吸收光谱来计算气体浓度。NDIR技术则利用气体对特定红外波长的吸收特性进行测量。

CO和O2：采用电化学传感器。电化学传感器通过气体在电极上的化学反应产生电流，电流大小与气体浓度成正比。

HCl、HF等酸性气体：可采用化学发光法或离子色谱法进行检测。

输出

功能：将检测结果以数字形式输出，并显示在监测系统的面板上，同时上传至环保监测平台。

技术：监测系统通常以4～20mA标准模拟量信号输出检测结果，气态污染物浓度单位使用mg/Nm³，流量测量单位使用Nm³/s，温度单位使用℃。同时，系统还具备查阅历史数据的功能，并能通过远程通讯功能将数据实时上传至环保监测平台。

三、烟气在线监测系统的应用

烟气在线监测系统广泛应用于焚烧炉烟气排放的监测和控制中，具有以下重要作用：

实时监测

烟气在线监测系统能够实时监测焚烧炉排放的烟气中的各种污染物浓度和烟气参数，为操作人员提供实时数据支持。

超标报警

当监测到烟气中有害物质超标时，系统会立即发出警报，提醒操作人员及时采取措施，如调整焚烧炉参数、启动应急处理设备等，以防止污染物超标排放。

数据分析和决策支持

烟气在线监测系统提供的数据不仅可以用于评估焚烧炉的运行状态，还能为环保部门提供决策依据。通过数据分析，可以了解焚烧炉排放的污染物种类和浓度，为制定环保政策和标准提供依据。

远程监控

烟气在线监测系统具备远程通讯功能，可以将监测数据实时上传至环保监测平台，实现远程监控和管理。这有助于环保部门及时掌握焚烧炉的排放情况，并采取相应的监管措施。

无人值守

烟气在线监测系统具有自诊断功能和主要部件故障报警功能，能够实现无人值守运行。当系统出现故障时，会自动发出警报并提示故障类型，便于维护人员及时进行处理。

四、烟气在线监测系统的优势与挑战

优势：

高精度：烟气在线监测系统采用先进的传感器技术和数据处理算法，能够实现高精度的监测。

高稳定性：系统采用耐腐蚀材料和可靠的预处理装置，能够在恶劣环境下长期稳定运行。

实时性：系统能够实时监测烟气排放情况，及时发出警报并提供数据支持。

远程监控：具备远程通讯功能，可实现远程监控和管理，提高监管效率。

挑战：

技术更新：随着环保政策的不断严格和监测技术的不断发展，烟气在线监测系统需要不断更新和改进，以适应新的监测需求。

成本控制：高精度、高稳定性的监测系统通常成本较高，需要合理控制成本，提高性价比。

维护管理：虽然系统具有自诊断功能和故障报警功能，但仍需要定期进行维护和保养，以确保系统的长期稳定运行。

五、结论

焚烧炉烟气在线监测系统是监测和控制焚烧炉烟气排放的重要工具。它通过采样、处理、检测和输出等步骤，实时监测烟气中的各种污染物浓度和烟气参数，为操作人员和环保部门提供数据支持。烟气在线监测系统具有高精度、高稳定性、实时性和远程监控等优势，但也面临着技术更新、成本控制和维护管理等挑战。未来，随着环保政策的不断严格和监测技术的不断发展，烟气在线监测系统将继续发挥重要作用，为保护环境和人类健康做出贡献。