Система непрерывного мониторинга выбросов

Системы непрерывного мониторинга выбросов ( CEMS ) используются в качестве инструмента для мониторинга потоков отходящих газов, образующихся в результате сгорания в промышленных процессах. CEMS может измерять содержание в дымовых газах кислорода чтобы , оксида углерода и диоксида углерода, предоставить информацию для контроля горения в промышленных условиях. Они также используются в качестве средства соблюдения стандартов выбросов в атмосферу , таких как Агентства по охране окружающей среды США (EPA) Программа кислотных дождей . другие федеральные программы выбросов США или разрешенные штатом стандарты выбросов.CEMS обычно состоит из анализаторов для измерения концентрации газа в потоке, оборудования для направления пробы этого газового потока на анализаторы, если они удалены, оборудования для кондиционирования пробы газа путем удаления воды и других компонентов, которые могут мешать показаниям, пневматического оборудования. водопровод с клапанами, которыми можно управлять с помощью ПЛК для направления пробы газа к анализаторам и от них, систему калибровки и обслуживания, которая позволяет вводить калибровочные газы в линию отбора проб, а также систему сбора и обработки данных (DAHS). который собирает и хранит каждую точку данных и может выполнять необходимые вычисления, необходимые для получения общей массы выбросов. CEMS работает постоянно, даже если измеряемый ею процесс не запущен. Они могут непрерывно собирать, записывать и сообщать данные о выбросах для мониторинга процессов и/или в целях соблюдения требований.

Стандартная система CEM состоит из пробоотборника, фильтра , линии отбора проб ( шланга ), системы подготовки газа, системы калибровочного газа и ряда газоанализаторов, которые отражают контролируемые параметры. Типичные контролируемые выбросы включают: диоксид серы , оксиды азота , окись углерода , диоксид углерода , хлористый водород , взвешенные в воздухе твердые частицы , ртуть , летучие органические соединения и кислород . Системы CEM также могут измерять расход воздуха, дымность дымовых газов и влажность . Система мониторинга, измеряющая твердые частицы, называется PEMS.

В США Агентству по охране окружающей среды требуется система сбора и обработки данных для сбора и предоставления данных. Измерения концентрации можно преобразовать в массу/час, включив измерения скорости потока. Типы измеряемых газов и необходимые расчеты зависят от типа источника, и каждый тип источника имеет свой собственный подраздел в соответствии с разделами 40 CFR, частью 60 и частью 75. ТАК
₂ выбросы измеряются в фунтах в час с использованием как SO
₂ монитора концентрации загрязняющих веществ и монитор объемного расхода. Что касается NO _x , то _{NO x, так и монитор газа-разбавителя (например, фунты/миллион БТЕ, фунты/футы).} для определения интенсивности выбросов в единицах веса на объем или веса на теплотворную способность используются как монитор концентрации загрязняющих веществ ³ , кг/кВтч или кг/м ³ ). Иногда требуются измерения непрозрачности, в зависимости от типа источника. Измерение CO ₂ иногда является обязательным требованием, однако при его мониторинге _{CO 2} следует использовать монитор или кислорода, а также монитор потока. DAHS должен иметь возможность собирать, записывать и хранить данные, обычно с интервалом в 1 минуту. В целях соблюдения требований DAHS должен работать непрерывно 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в году, даже когда ни один процесс не запущен. Для достоверного измерения DAHS должен регистрировать как минимум одно показание каждые 15 минут в течение 3 из 4 кварталов. Затем показания усредняются по часам.

Операция

Небольшая проба дымового газа отбирается насосом в систему CEM через пробоотборник. На предприятиях, сжигающих ископаемое топливо , часто используют датчик разбавления -экстракции для разбавления пробы чистым сухим воздухом в соотношении обычно от 50:1 до 200:1, но обычно 100:1. Разбавление используется потому, что чистый дымовой газ может быть горячим, влажным и, при наличии некоторых загрязняющих веществ, липким. После разведения в соответствующем соотношении образец транспортируется через линию отбора проб (обычно называемую шлангокабелем) в коллектор , из которого отдельные анализаторы могут извлечь образец. Газоанализаторы используют различные методы для точного измерения концентрации. Некоторые широко используемые методы включают: инфракрасную и ультрафиолетовую адсорбцию , хемилюминесценцию , флуоресценцию и бета-лучей поглощение . После анализа газ выходит из анализатора в общий коллектор для всех анализаторов, где он выбрасывается наружу. Система сбора и обработки данных (DAHS) получает выходной сигнал от каждого анализатора для сбора и регистрации данных о выбросах. .

Другой метод извлечения проб, используемый в промышленных и коммунальных источниках с низким уровнем выбросов, обычно называют «сухим экстрактивным», «горячим сухим» экстрактивным или «прямым» CEMS. Проба не разбавляется, а переносится по нагретой линии отбора проб при высокой температуре в блок подготовки проб. Пробу фильтруют для удаления твердых частиц и сушат, обычно с помощью охладителя , для удаления влаги . После подготовки проба поступает в коллектор для отбора проб и измеряется различными газоанализаторами, обычно NO _x и O ₂ (а иногда и CO) для турбин внутреннего сгорания и двигателей, работающих на природном газе или дизельном топливе. NO _x Анализаторы обычно работают с использованием хемилюминесценции . Анализаторы O ₂ создают магнитное поле, которое притягивает O ₂ для измерения концентрации. O . ₂ вызывает движение подвешенного зеркала внутри анализатора, что затем изменяет количество света, отражаемого этим зеркалом на фотоэлемент Величина тока, необходимая для перемещения зеркала обратно в центр, пропорциональна концентрации O ₂ . Возможность измерения % кислорода в образце необходима для выполнения необходимых расчетов.

Гарантия качества

Точность системы демонстрируется несколькими способами. Внутренняя проверка качества осуществляется путем ежедневного введения газа сертифицированной концентрации в пробоотборник. Затем измерения CEMS сравниваются с известной концентрацией, чтобы получить процент ошибки калибровки. Нулевое значение содержания газа также снимается и сравнивается. Если ошибка калибровки в % превышает 2-кратное значение спецификации производительности в течение 5 дней подряд или 4-кратное значение спецификации производительности за 24 часа, CEMS считается вышедшей из-под контроля, что означает, что на данные нельзя полагаться как на точные, пока они не будут снова возвращены в контроль. Подмена данных будет использоваться в неконтролируемые периоды. Метод подмены данных, как правило, не дает преимуществ, поэтому крайне важно как можно скорее вернуть CEMS в управление.

Агентство по охране окружающей среды также разрешает использовать системы калибровки непрерывного мониторинга выбросов, которые разбавляют газы для создания калибровочных стандартов. Показания анализатора должны быть точными до определенного процента. Процентная точность может варьироваться, но чаще всего она составляет от 2,5% до 5%. На электростанциях, на которые распространяется программа «Кислотные дожди», ежегодная (или двухгодичная) сертификация системы должна проводиться независимой фирмой. У фирмы будет временно действовать независимая система CEM для сбора данных о выбросах параллельно с заводской CEMS. Это тестирование называется аудитом испытаний относительной точности (RATA).

В США необходимо сообщать и фиксировать периодические оценки оборудования. Сюда входят ежедневные тесты на погрешность калибровки, ежедневные тесты на интерференцию для мониторов расхода, а также полугодовые (или ежегодные) тесты RATA и систематические отклонения. Оборудование CEMS дорогое и не всегда доступное для объекта. В таких случаях предприятие устанавливает в точке выбросов аналитическое оборудование, не соответствующее требованиям EPA. Раз в год для оценки оборудования мобильная компания CEMS измеряет выбросы с помощью соответствующего оборудования. Затем результаты сравниваются с несоответствующей системой анализатора.