烟气在线监测十篇

烟气在线监测篇1

关键词：CEMS AO2040红外分析仪 氧化锆分析仪 烟尘检测仪 数据采集系统

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（c）-0140-04

为保护我们共有的地球，环保部门对烟气排放企业需要进行固定污染物排放的监督，烟气监测系统就是按照环保部门要求，企业设立的排放物进行连续监测的系统。

固定污染源烟气排放连续监测系统（简称CEMS），由烟尘监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气排放参数监测子系统、DAS（数据采集系统）、气源电源通讯等辅助设施子系统等组成。通过选定的采样方式，测定烟气中污染物量，数据按要求进行显示、记录、传输和调用。

标准的监测项目为8个参数：二氧化硫量（SO2）、氮氧化物量（NO NO2）、颗粒物量（烟尘）3个污染物参数和对应的湿基流量（包含流速、温度、压力）3个排放参数、以及换算干基用的氧量（O2）、湿度（RH）2个参数。

1 CEMS系统

1.1 系统简述

系统由SO2，NO NO2多组分气体分析仪、尘含量检测仪、流速仪、氧化锆氧分析仪和DAS（数据采集系统）组成。

SO2，NOX多组分气体分析仪：ABB AO2040 Series。

尘含量检测仪：SICK FW56。

流速仪：MODEL 3060。

氧化锆氧分析仪：ABB ZDT。

DAS（数据采集系统）：SIEMENS S7 200 PLC，DELL计算机，HP打印机。

系统集成为一个分析小屋内安装的分析柜（2200h×800w×800d）和两个现场安装的分析柜（1300h×1300w×500d）。

分析小屋内安装的分析柜安装有ABB AO2040多组分气体分析仪和其预处理系统，SIEMENS S7 200 PLC，220VAC/24VDC电源箱，校验用标准气，电磁阀组。

现场安装的分析柜安装有ZDT氧化锆氧分析仪，SICK FW56尘含量检测仪，MODEL 3060流速仪和其反吹泵。

尘含量检测仪、流速仪、氧化锆氧分析仪将检测的工艺值转变为标准4～20 mA模拟量，传送给PLC，PLC处理后将数据传送给监控计算机。

PLC与监控计算机之间采用PC/PPI连接方式进行通讯。

ABB AO2040多组分气体分析仪与监控计算机之间采用USB—RS485连接方式进行通讯，而不与PLC直接通讯。

1.2 结构图（如图1）

2 CEMS的基本配置（如表1）

下面就各系统详细介绍如下。

2.1 气态污染物监测系统采用ABB AO2040系列产品

ABB AO2040系列包括以下方面。

加热过滤采样探头及电伴热采样管线：

TYPE 40（取样探管ABB）；

PFE2（加热过滤器ABB）；

SE-2C1-57-1-ATPVC-047-XINS（电伴热采样管线Cellex）；

预处理：

SCC-C（样气冷凝器ABB）；

SCC-F（样气泵ABB）；

分析仪：

Uras 14（多组分气体分析仪ABB）；

Oxygen Sensor（氧气传感器ABB）。

ABB AO2040 Series采用直接抽取式采样法，测量排放烟气中的SO2、NOx及燃烧剩余氧含量（干氧）。加热过滤采样探头全不锈钢材料，内置加热陶瓷过滤器，加热温度180 ℃，能有效地除去烟气中的颗粒物，过滤效率2μm>99.9%。具有极低的维护量和长使用周期。电伴热采样管线传输样气从探头到预处理系统，材料为特氟隆，电伴热保证样气温度在130 ℃～150 ℃，以防止结露。（如图2）

通讯方式：

RS232/485串口，与DAS监控计算机连接。

系统原理：湿基直接抽取采样系统是在探头端部去除烟尘，样气保留湿气保持热态。因此样气要在传输到分析仪之间始终保持在酸露点138 ℃～160 ℃以上。由于与此衔接的红外分析仪在测定NOx的波长范围内水分对其有一定的影响，为避免在烟气湿度较大的场所下，红外分析仪会产生误差，采样系统用冷凝器除湿来减少影响。利用采样泵抽取经过防尘探头除尘和采样管线加热的湿样气，进入冷凝器除去水分，干燥后的冷烟气通过转子流量计和支管分送给分析仪。

（1）冷凝器SCC-C及采样泵SCC-F。

ABB预处理系统SCC为一体化集成的标准部件。它集成有冷凝器、蠕动泵、采样泵、过滤器、流量调节器等。同时SCC具有温度、湿度、流量信号输出，及时反应系统工作状况。

（2）多组分分析仪。

ABB AO2040 Series Uras14分析仪采用非分散红外吸收法（NDIR）进行测量，气体污染物对红外线进行选择性吸收，其吸收强度取决于被测气体的浓度，通过对被测气体前后红外线能量的比较，从而达到测量组份含量的目的。这些气态污染物主要为双原子分子，如CO、CO2、NO、SO2、CH4气体等。单原子分子O2组份则由电化学传感器模块检测。

Uras14 NDIR模块化分析仪可选择性的测量1～4个组分，它独特的充气式光学气动检测器具有很高的灵敏度，减少了其他气体对测量值的影响，也具有很高的选择性。分析仪标定可选内置标气池，完成周期性自动标定，减少维护量和维护成本。分析仪和标气池均取得TUV机构。每一个组分都有两个量程，可以根据应用要求进行设定，量程切换比为10∶1。同时可以根据需要选择其他分析模块或其他第三方仪表，如磁氧分析模块、紫外分析模块、湿度计、流量计、尘浓度仪以及数据采集系统等。（如图3）

ABB AO2040的人机信息交换全部通过前面板上的液晶显示屏和触摸按键实现。同时ABB AO2040配备有RS232/RS485数据通信卡，可将需要的数据信息传送到监控站PC机。

2.2 ABB氧化锆分析仪

烟气湿度检测方法主要有干基和湿基氧测量计算法、红外吸收法、电容法等等连续或非连续监测方法。本系统采用氧化锆法测量湿基氧含量及分析仪内电化学法测量干基氧含量，经过公式计算得出烟气湿度值。

氧化锆分析仪的原理是：当氧化锆被加热时，由于氧离子在氧化锆晶体结构中的迁移作用，使氧化锆晶体变成导电体，烟气中氧浓度的不同使这种迁移作用产生的电流不同。称为氧浓差电池。

ABB氧化锆分析仪包括以下方面。

（1）ZDT 氧化锆分析；

（2）ZFG 氧化锆探头结构示意图（如图4）。

通讯方式：

4～20 mA模拟量，继电器输出。（如图5）

2.3 SICK FW56烟尘检测仪

本系统选用的烟尘检测仪为德国SICK公司的FW56-I型单光程烟尘测试仪，采用浊度法测量烟尘颗粒含量，其测量原理是：光通过含有烟尘的烟气时，入射光强因烟尘颗粒物的吸收和散射作用而减弱，通过测定光束通过烟气前后的光强衰减值来定量给出烟尘浓度值。

SICK FW56烟尘检测仪包括以下方面。

FWA56 计算单元；

FWS56 发射单元；

FWR56 接收单元；

FWSE 保护空气装置（如图6）。

通讯方式：

4～20 mA模拟量，继电器输出。

空气保护装置的作用如下。

空气保护装置提供压缩空气，在发射单元与接收单元镜面前形成一个空气柱，将镜面与烟气隔离，防止烟气污染镜面。

2.4 烟气流速计

烟气流速计的测量方法主要有皮托管差压法、热导法、超声波法等连续或非连续监测方法。本系统采用的是皮托管压差法，由温度、压力测量系统、微控制器系统、反吹控制系统、模拟信号输出系统等部分组成。采用皮托管法测烟气流速；微控制器系统采集各种传感器检测的信号，计算出动压、静压、大气压、烟温等参数，根据公式计算出烟气流速，经D/A转换后成为标准模拟电流信号输出（4～20 mA）。

2.4.1 烟气流速计包括

皮托管；

主机模块；

反吹泵。

2.4.2 工作条件

工作电源：交流220 V±10%，50 Hz；

环境温度：-10 ℃～45 ℃；

环境湿度：0 %～85 %；

大气压：86～106 kPa。

适用环境：非防爆场合。

接地良好。

2.4.3 输出方式

4～20 mA

2.4.4 计算公式

（1）静压（kPa）。

（2）烟气流速（m/s）。

（3）湿烟气密度（kg/m3）。

参数符号及单位（如表2）。

2.4.5 主要技术指标（如表3）

2.5 数据采集系统（DAS）

数据采集系统采用SIEMENS S7-200 PLC加工控软件组态王，通过上下位机的通讯，将CEMS系统的数据实时显示到上位机屏幕上。同时，上位机可以按照环保要求记录污染物排放的瞬时两积累量。上位机配有串行通讯接口，可以与环保部门通过电话线进行数据传输。便于环保部门的实时监督。

3 结语

该系统在全国有多套应用实例，运行稳定可靠。值得注意的是，在线式分析仪表需要经常维护，系统才能稳定连续运行。

执行标准如下。

《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及监测方法》HJ/T 76-2001。

《火电厂烟气排放连续监测技术规范》HJ/T 75-2001。

参考文献

[1] 《Continuous Gas Analyzers A02000 Series：Operator’s Manual》 ABB.

[2] 《Modular Sample Gas Extraction System |Probe Tubes and Filter Units：Operator’s Manual》 ABB

[3] 《Advance SCC-C| Sample Gas Cooler：Operator’s Manual》 ABB

[4] 《Advance SCC-F| Sample Gas Feed Unit：Operator’s Manual》 ABB

[5] 《ZDT Oxygen Analyzer System： Installation and Operation Guide》ABB

烟气在线监测篇2

关键词： .Net；烟气；在线监测系统

中图分类号：TM764 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1210110－01

国家统计局2009年1～9月电力供给结构数据显示，火电占整个电力供给的80.35%。火力发电过程中会排放出巨量的二氧化硫，二氧化硫是主要的大气污染源，可加速酸雨形成，加重污染。因此，国家环保部通知，要求各火电机组必须安装二氧化硫及烟尘等污染物监测装置，并接受各地督查中心核查。这就需要一套火电厂在线监测系统对各火电机组运行状况、脱硫设备进行实时监测，该系统的运行无疑对国家节能减排具有重大意义。

火电厂的烟气监测参数繁多，涉及的系统设备复杂，若操作不慎易导致发电主机停机等影响电网的重大事故。因此必须建立满足火电厂自身业务需求的烟气在线监测系统。本文设计并实现了一个基于.NET技术架构的在线监测信息系统，该系统应用于火电厂的烟气在线远程监控，也是环保部门进行环境监察的有效工具。

火电厂烟气在线远程监控管理系统通过实时采集火电厂各项烟气数据和脱硫装置的运行数据，分析环保设施的健康水平，实现对烟气排放指标和脱硫装置运行情况的在线远程监控和分析。针对中电投下属约180台火电机组，每台机组考虑100个数据量，主要监控各电厂入口和出口CEMS数据、脱硫主要设备运行状态（包括FGD出入口烟气参数、烟气挡板状态、增压风机、GGH、循环泵运行状态以及其它参数）。

通过本系统的建设，实现对整个集团电厂脱硫装置主要设备的监视和主要参数排量分析，真实掌握各电厂脱硫装置的实时生产信息，加强对电厂的监管力度和分析，同时为集团领导决策提供更有效的依据。

1 系统工作流程

系统按数据采集、数据存储、分析应用（含GIS应用）三个步骤进行工作。首先从火电厂脱硫装置或CEMS获取烟气监测数据，通过网络和接口系统上传，存储到SCADA数据库，完成数据采集工作，从SCADA数据库将数据处理后转储到SQL SERVER数据库，同时建立GIS数据库，完成数据存储工作，在SQL SERVER数据库、GIS数据库以及SCADA提供的实时数据的支持下，实现曲线分析、工艺流程图，运行报警、统计报表、地图导航、污染扩散分析等功能，完成数据分析应用工作。

2 系统网络结构

如图1所示，系统网络结构可划分为电厂无线接入网络，电厂有线接入网络，监控中心局域网，InterNet接入网四个部分。电厂到监控中心之间不采用InterNet，是为了保证电厂监控系统不受干扰。

2.1 电厂无线接入网络电厂到监控中心之间如果无有线专网互联，采用CDMA/GPRS无线网方式实现互联，电厂端安装CDMA无线数传终端，数据通过CDMA/GPRS网络传输到电信信息中心，电信信息中心与烟气监控中心之间以专线连接，为保证安全，中间以防火墙进行隔离。CDMA网络采用TCP/IP协议通信，永久在线，速度在80-120K/S，完全满足本系统连续数据采集传输的要求。

2.2 电厂有线接入网络

电厂到监控中心之间存在有线专网，只需将监控中心接入专网即可，中间以防火墙隔离，数据传输通过有线专网完成。

2.3 监控中心局域网

设计为1000M局域网，配置与无线、有线专网以及InterNet互联的路由器和防火墙，配置两台实时数据采集服务器，供安装监控组态软件、实时/历史数据库和应用数据库，二者互相备份，配置GIS服务器，供安装GIS平台软件，配置域名服务器，提供域名解分析服务，配置防病毒服务器，实现局域网病毒监控，配置Web应用服务器，通过Internet向终端用户烟气在线监控服务的各项功能。配置GIS和SCADA工作站终端，供系统的管理维护。

2.4 InterNet接入网

监控中心局域网与InterNet之间采用专线连接，中间以防火墙隔离，并为Web服务器申请互联网IP地址。

图1 火电厂烟气在线远程监控系统网络结构

3 系统设计与实现中解决的核心问题

3.1 .NET平台上多个独立系统的集成

火电厂远程在线监控系统的特点是需要从多个火电厂采集烟气监控实时数据，进行集中管理，分析应用，是SCADA，GIS，关系数据库技术在.NET平台上的集成应用。SCADA完成远程数据采集和存储，为系统分析提供实时数据源，GIS和AERMOD系统完成基于地图的数据分析展示、污染扩散分析，关系数据库则二次存储SCADA的实时/历史数据，完成更高层次的分析统计。

3.2 便于扩展和维护的系统架构

系统严格按模块化结构设计，使用配置文件、错误日志、提高数据库

设计通用性、减少第三方插件使用等措施，提高系统的可扩展性和可维护性。

3.3 系统的可用性和安全性

系统采用多种性能优化措施提高人机交互性能，缩短响应时间，提高可用性。从软件、硬件多个角度采取措施保证系统数据安全，提高安全性。

3.4 完善的监控及分析功能，较强的实用性

针对脱硫监控和环保督察业务，开发了曲线分析、工艺流程图，实时参数监测、统计报表、专题图、扩散分析等模块，对电力和环保部门都有很大的实用价值。

参考文献：

[1]曾登高，Net系统架构与开发[M].2003.

[2]吴志强，基于.NET架构的人力资源管理信息系统[D].西南交通大学，2005.

[3]王振明等，SCADA（监控与数据采集）软件系统的设计与开发[M].北京：机械工业出版社，2009.

烟气在线监测篇3

关键词：烟气连续监测系统；SO2 / O2 / NOX；火力发电

中图分类号： X83 文献标识码：A

火力发电厂一直是大气污染中的重要污染源之一，火电厂是空气中二氧化硫的主要排放源，早在20世纪70年代，一些发达国家就开始对烟气排放的二氧化硫、氮氧化物进行监测。我国在这方面还比较落后，监测系统形成的也较晚，现在由于大气污染严重，人们已经开始对环境加以关注，各火电厂的烟气排放都具有严格的标准，烟尘分析成为排放的一个主要指标。烟气连续监测系统（简称CEMS）是为烟气排放污染物连续监测而专门设计的在线监测系统。

1系统构成

烟气连续监测系统由SO2/O2/NOX分析仪、烟尘仪、流量计、压力变送器、湿度/湿度计及数据处理单元（DAS）组成。

1.1 气态污染物监测系统

气态污染物监测系统有3种设计方法：直接抽取法、稀释取样法和现场安装型。

1.1.1 直接测量取样法

直接测量取样法操作简单，方便，经济性强，主要是采用差分吸收法进行测量，即把部件安装在烟道中，将一束光直接照射在烟道气体中，利用分子的吸收光谱测量若干波长上的吸收系数，根据这些波长上分子吸收系数的差来确定吸收分子的含量，具有较强的抗干扰性。但由于这种方法主要是在烟道中进行，所以仪器在如此恶劣的环境下寿命就很难维持长久，维修起来也有诸多的不便，同时差分吸收无法实现在线校准，测量精度低，难以长期连续工作。

1.1.2 稀释取样法

稀释法通过采用临界孔技术保证稀释比。所谓临界孔是指当临界孔两端的压力比达到0.53以上时，流体经过临界孔的流速被限制在声速，因此流体流过 临界孔的流量是恒定值，很容易保证稀释气的压力恒定，即稀释气的流速亦是一个恒定值，所以样气的稀释比是一个恒定值。

1.1.3 直接抽取法（加热管线法）

直接抽取法是通过加热管对抽取的已除尘的烟气进行保温，保持烟气不结露，经细除尘干燥装置冷凝除湿预处理装置后再送至分析仪。直接抽取法由于存在脱水过程，对烟气中浓度较低且易溶于水的HCl、NH3、H3S等成分无法测量，因此不能用于垃圾焚烧发电厂的烟气监测中。若将高温高湿的烟气送入仪器中进行分析，则对分析仪的要求很高，整套系统价格昂贵，多应用于多成分、低浓度、易溶于水的气态污染物测量。

1.2 烟尘测定仪

在线烟尘监测仪最多采用的是光学方法，其原理分浊度法测量和激光散射法测量两种。浊度法因其技术成熟性和经济性是目前国内使用较普遍的一种进行在线烟尘监测的方法，浊度法（透射法，对穿法）是指光通过含有烟尘的烟气时，光强因烟尘的吸收和散射作用而减弱，通过测定光束通过烟气前后的光强比值来定量烟尘浓度。相对于浊度法的优点来讲，其在安装时需要双端同时进行，且维修时有许多的不便，在两端还需要洁净的空气来进行保护，因此浊度法的这些缺点也是在使用中必须考虑的因素。

1.3 气体流速仪

气体流速测量有3种方法：热差法、压差法和超声波方法。

1.3.1 热差法是指烟气通过热传感器时，带走的热量与烟气流速和热传感器的电阻阻值变化成比例，通过测量热传感器的电阻阻值变化可求得烟气流速，热传感法适宜于便携式测量。

1.3.2 压差法利用压差传感器、皮托管等测出烟气的动压和静压，动压和静压与被测烟气流速成一定的比例关系，从而可定量烟气流速。皮托管差压法为常用方法，但皮托管差压法使用在测量带有大量石膏浆液颗粒的烟气时容易发生取样管堵塞，需加强反吹和疏通。

1.3.3 超声波法通过超声波顺着烟气流向和逆着烟气流向通过已知距离的两个点时，其传输时间不同，连续测定传输时间差可实现烟气流速的连续监测。采用超声波方法进行气体流速测量效果最好。FLOWSIC100UHA SSTi 超声波型流量计，测量过程为非接触式，具有较高的测量精度，并可以进行烟气的温度测量。两套超声波的发射器/接收器成直线安装在烟道中，与烟气流向成一定的夹角a，声波的传输时间随气体的流向变化：在与气流方向相同的方向上，传播时间Tv被缩短；在与气流方向相反方向上，传播时间Tr 被延长。声波的传输时间随气体的流向变化；气体流速计算公式为：

设烟道横截面积为A，烟气体积流量为：

Q=3600×Vm×A

其中：Vm--测定烟道断面的烟气平均流速；

L--超声波在烟道中的传播路径；

a--烟道中心线与超声波的传播路径的夹角；

Tv--声波顺气流方向在烟道中的传播时间；

Tr--声波逆气流方向在烟道中的传播时间。

FLOWSIC100UHA SSTi超声波型流量计是通过测量超声波在烟气中顺流和逆流行进的时间差来 计算烟气流速，与环境温度、压力及气体的具体成分没有关系，测量精度高。而且，测量所得的是烟道横截面的平均流速，代表性很强。超声波发送器用钛制造，探头用SS316制造，耐腐蚀性很好。系统不需要进行反吹，操作简单。

1.4 湿度测量

湿度测量采用的是一种高温应用的湿度传感器HMP235，该系列湿度连续监测仪采用电容型传感器，湿度变化引起电容解质介电常数的变化，因而使电容量发生变化，通过测量电容就可以测量湿度。芬兰VAISALA 公司生产的HMP235A 型高温电容法湿度计，有温度校准，精度高 ，但考虑到电厂的工况稳定，烟气含水量变化不大，采用短时测量取平均值输入做湿度校准计算。这样可以防止湿度计的意外损坏，延长仪器使用寿命。

1.5 数据采集系统

系统采用SMC-900 型数据采集系统。该采集系统是以数据采集/控制仪为基础建立的，它是以工控机为主体设计的，具有强大的硬件和软件功能。软件主要功能有：使用含氧量计算折算浓度、使用湿度计算干气浓度、使用温度，压力计算标态浓度、计算总排放量、形成实时报表、自动生成日报表，月报表，年报表、记录故障事件、故障报警、声，光、缺失数据的处理、记录校准报告、通过数据通讯终端向上位机传送数据和报表，数据处理和表格形式符合HJ/T76-2001 的规定。对气体分析系统的反吹，校准进行控制。对探头堵塞，加热输气管 温度，气体湿度进行连锁控制。显示CEMS 的流程图，帮助运行维护人员了解系统运行情形 。形成趋势图，棒图、实现无线通信等。

结语

CEMS 烟气连续监测系统已在火力发电厂中得到广泛应用，在线监测电力生产过程中产生污染气体的固定排放源以及烟气脱硫、脱硝系统的控制和监测，有利于运行人员及时调整监控脱硫、脱硝、除尘等环保设施的运行状态，加强达标排放管理，为环保部门的监督提供了科学先进的检测手段，这对于排放点的有效监测与管理有着积极而重要的意义。

参考文献

烟气在线监测篇4

关键词：动车组；ZigBee；无线传感网；烟雾监控

1 引言

随着高速动车组时代的到来，春运火车票一票难求已经成为历史了，长途旅游、度假等活动不再是飞机的专利了， 高速列车已经越来越受到人们的认可了，所以它的安全性问题也就成了高速列车运行中的重点问题。提高动车组的烟雾监控系统是确保动车组安全运行的一个重要版块，动车组在运行过程中一旦发生火灾将会造成惨重的损失，后果不堪设想，所以动车组的消防安全一直是动车组安全的重点问题。高速列车的消防事故率比公路交通虽然低得多的，但在控制方面却有着典型的缺点。铁路是国民经济和社会发展的主要军，高速动车组目前是运送乘客的主要途径之一。由于动车组运行的范围很广，很难确定发生消防事故的地点、时间甚至周围环境，加上大部分时间动车组都是运行在人烟稀少的地带，使得施救人员很难及时赶到，另外，动车组本身的结构特点让疏散乘客、扑救烟火等工作非常困难。

动车组消防隐患的主要特点是：

（1）动车组在运行时的速度是很高的，这种情况下就会对车内的电气设备、消防机械和防火材料的要求是很高的。由于动车组的速度快、提供动力的电压高，所以电气设备的异常都很容易引起火灾。相同的条件下，与普通火车上相同的功能装置和防护条件下，动车组更容易出现故障引起火灾。

（2）动车组是是一种高新技术产品。动车组是在普通列车的基础上采用了新技术，新材料、新结构于的产品，价值十分昂贵，一旦发生火灾将会造成巨大的经济损失。

（3）动车组运行时速度会达到200km/h以上，由空气动力学知道，高速运行的物体周围就会产生气流运动，根据科学实验知道，当动车组以时速200公里行驶时，在轨道面以上0.814米、距离动车组1.75米处的空气将会达到17m/s的运动速度。上述的气流运动很容易让车内人员因失去平衡发生安全事故，也会使得车上的设备倒塌从而导致意外事故引起火灾，这种气流还可以使邻近的火种充分燃烧。

（4）动车组采用的是密接式车钩用缓冲装置，所以动车组一旦发生火灾，由于车厢之间很难脱钩，火势就会沿着车厢扩大。此时，工作人员必须及时疏散乘客，如果车厢内的乘客行李一旦引燃，就会对人们的生命造成很大的威胁。

2 烟雾监控系统的研究现状

2.1烟雾监控系统的发展史

人类开发的烟雾监控系统至今已有160多年的历史了，它经历了4个阶段。

（1）起步阶段

自19世纪中期开始到20世纪，1890年英国研制出了第一台感热探测器，从此拉开了烟雾探测技术的篇章。在接下来的一个世纪里，感热探测器一直处于探测器的霸主地位，烟雾探测主要采用恒定的阈值处理算法，探测烟雾速度是非常缓慢的，尤其对阴燃火灾响应更慢，甚至没有响应，漏报率非常高。

（2）初级阶段

在20世纪中期，1941年的离子式感烟探测器正式问世，从而使烟雾探测技术进入到了一个新的时代，感烟探测器就此进入了人们的视野，这使得感热烟雾探测器开始走下坡路。然而，由于离子式感烟探测器内安放有具有放射性元素的媚-241，因此，在制造加工、物流运输过程中以及损坏弃置等方面都会对人体造成危害。由于离子式感烟探测器不环保、抗干扰能力差并且误报率高等不足问题，因此，在上个世纪70年代末，光电感烟探测器开始出现。这个阶段的烟雾监控系统几乎都是多线制结构的，布线的成本非常高。

（3）发展阶段

在20世纪80年代早期阶段到80年代末，总线制烟雾监控系统发展十分迅速，传统的多线制改成为两线制系统，这就是俗称的总线制系统，这可以节省大量的布线成本，但这种改变后的两线制系统最大缺点是难以调试，抗干扰能力很差。

（4）智能阶段

上个世纪80年代以来，依靠模拟寻址技术，烟雾探测技术进入到了另一个阶段即智能阶段。早期的系统多是模拟量方式，烟雾探测器实际上只是一个普通的传感器，只是将采集的模拟量信号传送给控制器，分析判断是否有烟雾的工作是由控制器完成的，这就大大提高了系统的可靠性。但是它只能是单向的智能控制，只有其中的控制器具有一定的智能功能而探测器是不具有智能功能的。

将模糊控制和神经网络控制这两种智能控制技术与烟雾探测技术相结合之后，使得烟雾探测技术真真正正地进入到了智能阶段。智能系统有很强的适应能力、学习能力、容错能力和并行处理能力，接近人类的神经思维。另外，它也是一种分布式控制系统，控制面板和探测器都具有智能化的功能，从而提高了整个系统的响应速度，误报率几乎为零，运行能力也有了很大的提高。

2.2烟雾监控系统的发展趋势

近些年来，由于中国加入WTO以后使得电子行业竞争日益激烈，同时电子行业技术的日新月异，使得烟雾监控系统发展的速度十分迅速，纵观目前市场上行情来看，这类系统主要是朝着以下几个方向来发展。

（1）设备小型化

随着电子行业技术的日益更新，市场上大量的出现了很多新的检测技术和新的生产工艺以及新材料的出现，这些新技术的出现使的现有的烟雾监控系统开始向小型化方向发展了。

（2）探测技术的多样化

目前，烟雾探测器的分类很多，通常我们研究的探测器是按照其工作原理来划分的，包括复合型烟雾探测器、可燃气体探测仪、感热探测器、感光探测器以及感烟式探测器等。所有这些烟雾探测器中，市场上最常见的当属感烟式探测器。国外也是一直致力于烟雾探测器的研究工作，按照工作原理，国外的探测器主要分为光纤感温探测技术、气体检测技术、静电检测技术和复合式检测技术等。

（3）系统的智能化

烟雾监控系统主动是通过采集烟雾浓度、环境温度等信息的模拟量，将这些模拟量转换为计算机能够识别的数字信号，并充分利用智能控制中的一些先进算法对采集的数据进行计算、处理以及对采集的各项环境数据进行比较和判断，为准确地探测到烟雾的出现时间及地点，避免出现误报和漏报的现象提供保障。

（4）系统无线化

烟雾监控从出现到现在经历了已经有160多年的历史了，而传统的烟雾监控系统都是通过有线进行传输数据的，这种有线监控系统适合于工程项目还在处于设计建设时期就要进行安装，一旦工程项目建成以后，新增安装的有线烟雾监控系统的布线就会破坏了建筑物，并且还存在系统装卸不方便等一系列问题。而无线传输的烟雾监控系统正好有效地避免了这些问题，它不仅具有装卸灵活、使用方便、很容易实现网络化、扩展功能强等这些特点外，并且对建筑物的表面不会造成毁坏，所以现已经广泛应用于各行各业。目前，用于烟雾监控系统常用的无线传输的技术有ZigBee技术、ISM射频技术、蓝牙技术等等。

（5）高灵敏化

目前市场上广泛应用的烟雾探测器往往只能够发现初期的火情，还不能完全达到让人们及时地发现火灾的隐患。国外现在已经开发出一种新技术，它通过主动空气采样技术，采用吸气式烟雾探测器对环境中的气体进行采样，这种探测器的灵敏度比传统的烟雾探测监控系统高了将近1000倍，并且融合了模糊神经网络技术，通过计算机计算、分析能极早地探测到环境中的物体通过加热而分解出来分解颗粒的浓度，能够在火灾发生前就启动报警系统装置。

3 基于ZigBee的动车烟雾监控系统的介绍

ZigBee技术是当今世界发展最快，最具市场前景的十大新技术之一。基于ZigBee动车烟雾监控系统是在长春轨道客车股份有限公司的产品基础上设计的，该系统将ZigBee技术与当前动车应用的感烟探头相结合，利用TI（德克萨斯仪器）公司的CC2430芯片与LM2576单片机构成的可以实现无线传输的控制系统。尽管CC2430自身带有51的处理器，但是为了更好更快地处理信号，烟雾监控选用了PIC系列的PIC16F630单片机作为微处理器。烟雾监控单元通过无线接收由烟雾探测器发送的信号，并对信号做出相应的处理。通过烟雾监控单元的电路对接收的信号做出响应，如报警、显示等，其中无线ZigBee的传输是通过串口实现的。该系统将系统抗干扰措施分为两种，分别是硬件抗干扰措施盒软件抗干扰措施，从这两个方面来抑制外界信号对系统的干扰。硬件抗干扰措施主要是从电路设计，PCB布局、布线，增加屏蔽材料等方面入手；软件抗干扰措施是通过单片机软件来处理抗干扰的措施，主要从数字滤波、软件防抖、看门狗定时器等方面实现抗干扰。具体介绍如下：

3.1系统的设计要求

基于ZigBee动车烟雾监控系统是在长春轨道客车股份有限公司的产品基础上设计的，该系统也可以用在现有的普通的列车上。其系统示意图如图3.1所示。

图3.1基于ZigBee动车烟雾监控系统示意图

（1）DC110V电源线、（2）DC24V电源线、（3）ZigBee传输、（4）信号回路、（5）公共信号线，其中，动车组提供给烟雾监控系统的电源为110V的直流电，烟雾探测器的电源是由烟雾监控单元提供的24V的直流电

动车组有着自身的特点，所以在设计该系统时需要结合动车组的自身特点设计，需要满足下列要求：

（1）系统需要使用的无线电频率要严格执行由中华人民共和国国家无线管理委员会与铁道部联合的《铁路无线电管理规则》，必须使用规定的铁路专用频率，参考国无管[1996]6号文件，并且发射功率能够调节；

（2）因为动车组分为全动、4动4拖、8动8拖等不同类型，所以系统应该具有装卸方便，操作简单特点，既可以整列动车组安装，又可以单车安装；

（3）系统的无线发射和接收模块是低功耗模块，一般采用的是电池供电，因此信号发射/接收模块使用的普通的干电池；

（4）系统是基于ZigBee技术设计的，避免了在车厢内大量布线的缺点；

（5）ZigBee技术传输信号快速、安全、稳定，传输距离可以通过扩展可以达到几千米，隧道里面的传输距离也可以达到500米，完全满足动车组的任何情况下的需要；

（6）系统设计之初就借鉴了国外的同类产品的优点，具备了采集、处理、储存、查询、报警等于一体的设计特性，因此，可以在无人巡视下对列车烟雾进行监控；

（7）秉承了目前市场上烟雾监控系统一贯的漏报率、误报率极低的优点，系统可靠；

（8）系统基于ZigBee技术传输信号的，信号传输是通过无线传感网的，所以车厢内的检测点可以根据需要随时进行调整；

（9）系统的功耗很低，一节普通的干电池可以使用半年以上，一般是半年检查一次电池的使用情况；

（10）系统一开始是为烟雾监控设计的但是它的功能具有很强的扩展性，可以预留其他接口，同时对车厢内的其他环境进行监控，如温度、湿度等。

3.2 动车烟雾监控系统的总体结构

动车组的网络控制系统按级别主要分为列车级、车辆级及设备级三个不同的层次，系统的工作就是第三层次的设备级，通过网关与车辆总线连接，进行数据交换。烟雾监控单元与列车控制与监测系统以总线的方式连接，烟雾探测器把实时监测到的信息以数据帧的形式传递给烟雾报警系统区域控制器，区域控制器通过参数的运算，判断是否有烟雾发生，如果产生报警，则其通过自身的终端显示模块（声光报警、液晶显示系统等）发出报警信息，并且通过通信网关向列车控制与监测系统（TCMS）及车辆总线（MVB）发送报警信息。

说明： LHD：线性热探测器；---：无线数据流；KLIP：分散式输入输出接口

3.3烟雾监控系统的网络结构

系统是对动车组内的各个死角进行监控，同时每个乘务员室的监控情况通过通信网关向列车控制与监测系统（TCMS）及车辆总线（MVB）发送信息，由列车控制与监测系统集中管理。所以设计采用的是分布式控制方式。系统设计时假设每节车厢是由四个探测器和一个烟雾监测控制单元组成节点烟雾监控系统，探测器采用感烟与感温相结合的复式探测技术，分布在卫生、车厢和走廊等动车组的关键地点。烟雾监控单元通常安装在乘务员室边的操作面板上，方便工作人员能及时处理烟雾报警。下面重点介绍组成系统的各个模块进行硬件设计和实现，主要包括传感器模块、电源、数据处理模块、ZigBee 通信模块、无线传感网、蜂鸣器、LCD、LED模块。如图3.3所示。

4 结论

ZigBee技术在动车上应用目前不是很多但是这项技术在2004年，就被列为当今世界发展最快，最具市场前景的十大新技术之一，该系统的设计旨在替代现有动车上的烟雾报警控制器，并在原有系统之上进行改进，实现国产化，所以在设计上与现有的动车组用的烟雾报警控制器完全兼容，在技术要求上要能够超过达到现有的系统标准。经测试，该烟雾监控系统实现以下功能：

（1）能够及时、快速的探测车厢、卫生间、走廊等监控区的烟雾；

（2）能够将监控到的异常情况实现乘务员室报警后，通过通信网关向列车控制与监测系统（TCMS）及车辆总线（MVB）发送报警信；

（3）能够对报警过的每次现象做记录、统计、分析和存储；

（4）系统具有数据备份功能；

（5）能够实现自我检测功能。■

参考文献

[1] 中华人民共和国公安部消防局.中国消防手册（第五卷））---能源、交通、仓储、金融、信息、农林防火〔M〕.上海：上海科技出版社，2001.

[2] 刘志明，史红梅.动车组装备〔M〕.北京：中国铁道出版社，2007.

[3] 王利清，魏学业.基于模糊神经网络的火灾信号探测方法研究[J]，仪器仪表学报，2001，22（6）：595一598.

[4] 赵宏森.高速动车组智能烟火报警系统的设计与开发[D].大连理工大学，2009 .

[5] 宋 超，CRH380AL动车组烟雾报警装置浅析[J]，硅谷，2013，126（6）：34一35.

[6] 于潇，浅谈我国火灾自动报警系统生产行业的发展概况[J]，科技资讯，2005，（25）.

[7] 李卓蓝牙技术在火灾自动报警系统中的应用探讨[J]消防科学与技术2005，（3）

烟气在线监测篇5

关键词CEMS； 设计条件； 环境； PS6400； 设备选型

ABSTRACT：The design of the treatise is our country and all relevant international norms of the existing rules and other technical criteria, according to the power plant project at the seat of the meteorological characteristics and environmental conditions, as well as system and host, the design of the CEMS system basic technical requirements: The CEMS system is by the gaseous state pollutant monitor subsystem, the mist and dust monitor subsystem, the haze emissions parameter monitor subsystem, the systems control and data acquisition processing, the data transmission subsystem is composed, through the sampling determination haze's in pollutant density, the withdrawal, and requests the record according to the standard. At the same time, provides the foreign interface function. Analysis and comparison of the Chinese market CEMS eqpuipments, determine the CEMS continuous emission monitoring system and the final device configuration.

Keywords:CEMS, Design t conditions, Environmen, PS6400, Equipment selection

中图分类号：TM621文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）

绪论

随着科学技术和全球经济的迅猛发展，环境污染和生态破坏日趋严重，大气质量正在不断的恶化。当今危害环境和人类身体健康的3种主要污染物是：酸雨、城市空气污染、工业排放的有毒气、液体。火力发电厂也是高排放的工厂，为了保证清洁的空气质量，早在1969年美国就通过了《大气污染防治法》，此项法律在当时环境保护上具有很大的进步意义。随着时代的发展，我国也逐渐认识到环境在人类生活和经济发展中的重要地位，《中华人民共和国大气污染防治法》已于2000年9月1日起施行。

本工程为国外火力发电厂EPC项目，发电厂规划装机容量为4×600MW燃煤发电机组，分两期建设，本期工程拟建设2×600MW亚临界凝汽式燃煤发电机组，同步安装建设烟气脱硫装置。为了保证清洁的空气质量，控制和减少环境污染，同期设计大气环境污染监测系统（CEMS）装备对本厂的排放进行检测和控制。

1基本设计条件

本工程建设场地所处区域具有高温高湿气候特征。

2技术要求设计

2.1最低限度的技术要求

设计提出了最低限度的技术要求。选用的产品符合《火电厂烟气排放连续监测技术规范》（HJ/T75-2003）或《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》）（HJ/T76-2003）的要求，同时应满足国家工业标准的要求。

2.2 CEMS 系统基本要求

CEMS 系统是由气态污染物监测子系统、烟尘监测子系统、烟气排放参数监测子系统、系统控制及数据采集处理、数据传输子系统组成。通过采样测定烟气中的污染物浓度、排放量，并按标准要求记录。同时，提供对外接口功能，通过硬接线把相关的参数接入单元机组DCS系统；向环保局经过通讯接口定时传输数据；能够接受来自全厂时钟系统的校时信号。

3设备选型方案

经过分析比较中国市场CEMS系统产品。确定本项目CEMS系统的设备选型方案：主要设备采用ABB和H&B的产品，CEMS系统采用PS6400烟气连续监测系统，以下是对本设计方案的原理、功能、组成详细的描述，和对所提供的CEMS系统设备规范汇总。

3.1 PS6400烟气连续监测系统（CEMS）概述

PS6400烟气连续监测系统广泛用于火电、冶金、化工、建材、垃圾处理等各种锅炉、工业炉窑、焚烧炉等烟气连续排放监测，以及电厂磨煤机出口CO、O2的监测。监测参数包括SO2、NOx、CO、CO2、O2、烟尘、流量、温度、压力、湿度及焚烧炉HCl等。

系统采用直接抽取法（加热管线式），采用先进可靠的取样、预处理和检测技术以及系统控制、数据采集处理和网络通信技术。实现了FGD装置入口、出口烟气气态污染物连续监测、烟气排放浓度和排放总量的连续监测和数据远程通信。

全套系统由烟尘排放监测子系统、气态污染物监测子系统、辅助参数监测子系统及数据采集处理、通讯功能子系统组成。该系统功能完善，性能稳定。符合国家保总局的HJ/T 75―2001《火电厂烟气排放连续监测技术规范》和HJ/T 76―2001《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》等标准要求。

PS6400烟气连续监测系统主要由烟尘监测子系统、烟气参数测量子系统、气态污染物分析监测子系统及数据采集处理子系统组成。

3.2 PS6400烟气连续监测系统检测原理、主要技术指标及常规量程

3.3 PS6400烟气连续监测系统（CEMS）系统控制

气态污染物（SO2、NO、CO、O2）连续监测子系统的气体取样、气体预处理单元及探头反吹单元都由PLC程序控制完成，实现了测量、反吹、排水等功能的连续自动、手动运行。测量、反吹、排水各功能状态，触发各自相应的按键进入各相关功能状态运行。整个气态污染物连续监测子系统的取样单元、探头反吹单元及气体预处理单元的控制都有PLC控制，其测量、反吹、排水的功能实现了自动或手动的操作连续运行。

系统控制中的测量、排水、反吹时间参数还可以根据用户需要或现场情况进行修改和调整。

气体取样采用探头、管路加热法（加热管线式），解决了样气管路的结露或堵塞，使烟气始终保持在干燥状态。在气态污染物监测的取样、预处理过程的全系统中还有探头反吹压力状态报警、探头堵塞、流量状态、除湿状态报警、加热温度控制等自诊断报警功能。这些自诊断状态功能有力的保障了系统长期稳定的连续运行。

气态污染物监测的气体分析仪的校准控制，通过五通阀或三通阀的切换通入零点、量程气来实现分析仪的校准。分析仪也可实现自动校准功能。自动校准功能通过PLC控制和分析仪自动校准功能块的控制来实现对系统分析仪的自动校准。

3.4 PS6400烟气连续监测系统（CEMS）系统单元介绍

3.4.1取样探头单元

该PS6400烟气连续监测系统采用的探头为引进ABB（H&B）公司先进技术国产化组装制造，过滤器为双层复合式结构的气体取样探头。取样探头单元包括：取样探头杆（800-1500mm）、探头加热器、高精度双层复合式探头过滤器、安装法兰、探头主体、探头防护箱等部件。

3.4.2取样探头吹扫单元

取样探头吹扫采用目前国际上先进的内、外脉冲式振动吹扫技术。整个反吹装置（带反吹柜）靠近取样探头现场安装。内装：a、压缩空气过滤器，以除去压缩空气中的油、水、粉尘；b、压缩空气储气罐，以确保反吹时有足够的压力和流量，反吹效果极好；c、压缩空气分配单元，完成对取样探头的内、外脉冲式振动吹扫，确保不堵塞；d、反吹气压力低报警压力表，并输出报警信号。反吹管道与取样管道完全独立，便于安装与维护。

反吹气源：压缩空气（无油，无水，无尘）

气源压力：0.4-0.6Mpa

整套反吹装置都装在一台反吹柜内，反吹柜尺寸：1240×640×440。反吹柜可室外安装，尽量靠近取样探头，与取样探头的距离最好不超过5m。

3.4.3取样预处理单元

预处理技术：该PS6400烟气连续监测系统（CEMS）所采用的预处理技术为针对现场应用条件、工艺气样条件的针对性系统化设计，所实现的正确匹配与合理组合，使分析仪器及预处理装置能很好适应特殊的工艺气样条件，确保系统长期可靠、稳定运行。过滤精度：0.1μm。

整套预处理装置及分析仪都装在一台尺寸为19英寸标准分析柜内，分析柜应室内安装，尽量靠近取样点，与取样点的距离最好不超过50m。确保系统及分析仪器的响应时间及滞后时间。

取样预处理及控制单元成套系统主要包含：抽气泵、除湿器、蠕动排水泵、取样电磁阀、反吹电磁阀、可变程控制器、流量控制及报警单元、湿度报警单元等。其中关键部件全部原装进口，如防腐取样电磁阀、抽气泵、蠕动排水泵、气路切换阀、PLC等。

对于气体分析仪及系统，取样预处理在整个系统中占据相当重要的作用，任何的气体分析仪器都要求在气体进入分析仪传感器之前都应该除尘、除油、除水等，同时，还要求除尘、除水、除油的过程中待测气体组份不被改变。因此，取样预处理技术在气体在线连续分析系统中的作用就显得相当重要，其预处理技术的好坏，直接影响到监测的准确性、可靠性、分析仪的使用寿命等。

PS6400烟气连续监测系统的取样预处理系统采用了多级过滤（采样探头内复合膜过滤器、金属过滤器、膜式过滤器）；取样探头加热、取样管路伴热保温；瞬间冷凝除水等技术，先进的完全取样预处理技术；40来年3000多项成套工程项目的专业经验；针对每一个项目的专业化技术方案、配置与设计选型；使分析仪在各个工程应用的最佳途径；取样预处理系统中同时具有流量状态、除湿状态、反吹压力状态、探头堵塞等自诊断功能；同时，为用户提供全方位的技术支持和服务。从而，保证了系统在现场长期、稳定、准确的运行，满足用户的不同现场条件需求。

3.4.4PS6400烟气连续监测系统的数据采集和处理系统

PS6400烟气连续监测系统的数据采集和处理系统根据《火电厂烟气连续监测技术规范》HJ/T75-2001中的相关数据处理条款规定自主开发设计的数据采集和处理系统。数据采集处理系统包括硬件和软件部分。硬件部分主要有工控机系统和数据采集模块组成。

PS6400烟气连续监测系统的数据采集和处理系统的最低数据采集率（CEM系统测试运行时间与锅炉运行时间之比）大于或等于80%。

数据处理系统具备参数设置的密码和界面，可进行监测参数的品种、量程、量纲的设置或修改，系统反吹和排水的控制程序多个时间参数的设置，排放量计算公式中的系数、烟道截面积、大气压力及湿度参数的设置或修改。

数据采集和处理系统根据国家环保行业标准HJ/T75、76-2001要求具备折算浓度和排放量的计算，并产生浓度和排放量的各种报表。即小时均值日报表、日均值月报表、月均值年报表等；能自动进行相关规定的数据处理后生成NOX、SO2、CO和烟尘浓度的小时、日、月、季、年平均值和最大值、最小值、排放量；能自动生成烟气流量的小时、日、月、季、年平均值及烟气流量的最大值、最小值和烟气流量日、月、季、年的总量；能显示烟气温度、湿度、含氧量的小时、日、月、季、年平均值和最大值、最小值。同时具备监测参数的历史曲线；监测浓度、自诊断等报警参数的设置及报警状态显示。

数据采集和处理系统还能显示动态流程图，图中有流程示意图，并在相应位置显示系统运行状态、监测参数及浓度实测值及对全系统运行状况并作记录。

数据采集和处理系统所有报表、曲线等均可存储、查阅、打印；报表查询还可自动设置上、下限时间段，自动打印功能。

数据采集和处理系统可以通过以太网与电厂DCS系统通讯连接、传输各种报表、预留RS232、RS485通讯接头。同时也可通过电话线进行与环保相关部门的数据远程通讯功能。

数据采集和处理系统具备记录校正气浓度值和仪器响应值，并提出相应的校正报告功能。工控机系统可以根据用户要求安放在控制室内，与成套系统柜分离。

3.5 PS6400烟气连续监测系统的选型配置

3.5.1SO2、NOx、CO、O2气体分析仪

选用德国ABB- EL3020 系列多组份气体分析仪

德国ABB- EL3020 系列多组份气体分析仪采用的是不分光红外吸收（NDIR）原理。一台ABB-EL3020多组份气体分析仪可以同时监测SO2、NO、CO、CO2、O2四个组份。

3.5.2烟尘浓度监测仪

选用H&B生产的DT600系列烟尘监测仪，主要技术特点：

采用激光背散射原理,不怕烟道的机械振动及烟气温度不均造成的折射率不均造成的光束摆动。

单端安装,无需光路对中。

仪器设计贯彻“无工具”现场安装的思路，最大限度地降低现场安装的复杂度，仪器及防雨系统的安装仅电器连接需要一支螺丝刀，不必带连接螺栓、螺母，10 分钟内即可完成安装，最大限度地减少由于现场安装调试带来的诸多问题。

采用标准4-20mA 工业标准电流输出,连接方便。

仪器整体功耗非常小,大约5w 左右。

一般标准设置参数可适用于烟道璧厚小于400，烟道直径大于仪器名牌标示（D.GT.2000）,在特殊的要求条件下测量区大小可以订制. 用户也可以在经维护人员的认可及指导下调整。

3.5.3流速、温度、压力一体式监测仪

选用PT1系列皮托管流速检测仪，该种流速检测仪包含铂电阻温度变送器和微差压压力变送器，同时监测流速、压力、温度，为安装维护带来方便。

PT1系列皮托管流速仪主要由“X”型皮托管检测头取压管保护套管差压变送器反吹控制阀等部件构成。测量时将皮托管流速计探头插入管路中，并使全压和背压探头中心轴线处于过流断面中心且与流线方向一致，全压探头测孔正面应对来流，检测流体总压，并将其传递给差压变送器；同时背压探头测孔拾取节流静压也将其传递给变送器，变送器读取动静压差值并将其转换成相应的流速比例电流（4～20mA）传送给显示仪表或计算机进行数据处理。皮托管内外表面均做了特殊处理，可有效避免烟气腐蚀并减少粉尘粘附。电磁阀主要用于脏污气体（如锅炉排放的烟气）测量时的系统反吹：当探头检测孔粘附积淀灰尘污物时，电磁阀定时或按预定程序开启，将压缩空气同时接入两个取压管进行吹除作业；正常测量时电磁阀则处于关断状态。标准（4～20mA）流速比例电流输出。

结论

通过对所选方案CEMS系统设备规范进行了汇总描述、分析，可以证明此套CEMS系统设备的选型，满足初步设计的要求。所选设备能够满足对电厂烟气排放的监控要求，能够有效的控制和减少排放指标，减少环境污染从而保证清洁的空气质量。

本仪表选型方案满足在建项目所属地对环境保护的要求，是符合我国及国际现行的环境保护、排放标准要求相关的规范规程的。能够满足对环境保护提出的更高要求，能够实现经济与环境的协调发展，对于解决环境保护面临的深层问题、进一步提高环境科技和环保产业整体素质和综合实力、实现跨越式发展具有重大意义

参 考 文 献

1HJ/T 75―2001.火电厂烟气排放连续监测技术规范. 2001-12-1

2GB13223―2003.中华人民共和国国家标准：火电厂大气污染物排放标准. 2003-12-30，2004-01-01开始实施

3 DL/T960-2005.燃煤电厂烟气排放连续监测系统订货技术条件.2005-5-1

4HJ/T76-2007 .固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法.2007-1-1，2007年8月1日起实施

5 HJ/T212-2005.污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准.2005-12-30，2006-02-01开始实施

6 魏复盛 等.空气和废气监测分析方法.第四版，中国环境科学出版社 2003.9

7 Easyline Continuous Gas Analyzers EL3000 Series Models EL3020, EL3040. 10/24-4.10 EN November 2009

烟气在线监测篇6

关键词： 无线传感器； ZigBee； 火情探测器； 火情定位

中图分类号： TN926?34； TN99 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）24?0034?05

Fire location method based on wireless sensor network

SI Xiayan， SONG Dan， L? Xiaoling， FU Yanqing

（College of Optical and Electronic Information， Changchun University of Science and Technology， Changchun 130012， China）

Abstract： Since the available fire monitoring system can′t locate the fire position accurately， its prediction accuracy is low， and the fire hidden trouble in places with high visitor flow rate is especially serious， the fire positioning method based on wireless sensor network is put forward. This method is composed of the fire detector， monitoring terminal and wireless communication system. The temperature sensor and meteorological sensor in fire detector are used to acquire the fire data， and then the ZigBee wireless sensor network （WSN） is used to feed the fire data back to the monitoring terminal to accomplish the fire detection. The fire detector includes the array sensor module， information management module and ZigBee wireless communication module， which can realize the acquisition， analysis and transmission of fire data. In the process of software design， the code of temperature and humidity acquisition program is given， and the fire location method based on wireless sensor network is analyzed. The fire source position can be located accurately. The experimental results indicate that the method can detect the temperature， humidity and smoke information accurately， and realize the accurate fire positioning.

Keywords： wireless sensor； ZigBee； fire detector； fire positioning

火情隐患突发性强，由于传统的火情监控体系无法准确定位燃火点，因此消防员并没有完善的灭火方案，常常主观猜测着火点位置[1?4]。据不完全统计：在以往的火情案例中，由于无法有效确定着火点导致扑灭不及时的占80%以上。并且现有的火情监控体系无法准确定位燃火点，预测精度低下，人流量较多的场所火情隐患尤其严重。因此，寻求一种有效的火情定位方法，对于确保人民群众的生命和财产具有重要意义[5?6]。现有的火情定位方法都存在一定缺陷，文献[7]提出了利用总线制的感烟探测器预测火情的方式，将探测到的异常火情信号进行统一报警，但这种方式只能单方面进行烟雾探测，无法对火情中的其他异常因素进行检测，预测效果不理想。文献[8]提出了分散线制的电气火情探测器，通过检测用电器的用电安全对火情隐患进行预警，但这种方法结构单一，实用性低。为了解决上述问题，本文提出了基于无线传感网络的火情定位方法，该火情定位方法由火情探测器、监控端和无线通信系统构成。

1 基于无线传感器网络火情定位系统

1.1 基于无线传感器网络火情定位系统的总体设计

无线传感器网络火情定位系统由火情探测器、监控端和无线通信系统构成，如图1所示。火情探测器是火情定位系统的关键。

首先，系统利用火情探测器中的电子鼻进行火情预报，电子鼻是一种模拟动物嗅觉器官开发出的高科技产品，该产品可以有效防止火情定位误差的发生，能够辨识火情类别，使得系统能够在火情发生前便完成分类并通信；其次，系统配置了火情无线通信系统，其发送系统使用了一种短距离、低功耗的ZigBee无线通信手段，以缩减系统运营成本、完成火情的有效定位。无线通信系统通过ZigBee无线通信手段将火情探测器的输出信号传递到监控端进行分析，实现火情预警。

1.2 火情定位系统硬件设计

火情定位系统硬件构成主要包括监控端和火情探测器。无线传感器网络输出值保存在监控端，监控端呈现出火情探测器的运行状态。火情探测器利用电子鼻进行火情预报与类别检测，再经由无线传感系统将火情信息传递出去。

1.2.1 火情探测器硬件设计

图2描述的是火情探测器模块结构图，其由阵列传感器模块、信息管理模块和ZigBee无线通信模块构成，完成火情数据的获取、分析和传输。

（1） 阵列传感器模块

采用某公司研发的温度传感器并配备一系列气象传感器接口，构成了一个运行平稳的阵列传感器模块，图3为该阵列传感器模块构成图。

图3中的PT100是一种精确的智能温度传感器，其实际工作电压同环境温度呈完全正相关性，在已知环境温度的情况下，即可输出传感器的实际工作电压，设备拥有一键精确校准以及变压器独立运行等优点，符合火情定位的参数要求。

图4为阵列传感器模块电路图，数字1代表电路接地端；数字2代表传感器检测到的气体；数字3代表电源；数字4代表开关输出；SW代表传感器加热信号。图4中气象传感器的类型有：CO气象传感器、CO2气象传感器以及有机气体气象传感器。这些气象传感器能够辨识出所有火灾中易产生的气体物质，并可对这些气体进行有效分类。

（2） 信息管理模块

数据输入模块、数据输出模块、数据增减模块、电路开关输出模块构成了一个完整的信息管理模块，其结构如图5所示。信息管理模块用于管理传感器的仿真输入，对数据进行必要的增减。

图6是数据增减模块和电路开关输出模块的信号接点电路图，由图6可知，传感器数据由M3接口输入，调控R1～R4的电阻值可控制气体信号的电压变化。Q1和Q2是气象传感器的两个开关。输入脉冲管控着气体信号的加热频率和和读取频率。若图6中的温度开关输出高于1.25 V，则需进行信号的调整管控；输出低于1.25 V时，将M3接口的输出值集合到M2接口，经由一系列调整后接入P1接口，交由ZigBee无线通信体系进行管控。

（3） ZigBee无线通信模块

信息管理模块中传感器输出的数据将汇集于ZigBee无线通信模块，再利用CC2530主芯片进行管控，其中的CC2530主芯片结构图如图7所示，主芯片先将数据进行火情类型分辨，再由天线远程传递到监控端进行分析。

采用的CC2530芯片是基于2.4 GHz IEEE 802.15.4，ZigBee 以及RF4CE研发的片上系统，可满足各类ZigBee无线通信体系设施的网络节点要求。该芯片提供了无线电频率前端、内存以及数据管控设备，采用8位单片微型计算机、128 KB随机存取存储器的可编程只读存储器、模拟数字转换器、看门狗定时器、给电回位电路和21种芯片的输入输出管脚。CC2530芯片运用6 mm ×6 mm的QFN40封装。CC2530芯片可以用低成本建设功能完善的无线传感网络节点，即可通过较少的零件便可以完成火情信息的输入和输出。

1.2.2 监控端硬件设计

ZigBee无线通信模块、串口转接电路和主机构成了监控端的硬件模块，如图8所示。利用ZigBee通信模块完成无线传感网络的管控与数据的收发。因为CC2530芯片串口M2和M3为非反向电压，故应转换电压后再开始连通主机串口，进而收集ZigBee通信模块中的数据，完成人机互动。把CC2530芯片接于转接电路中的M2和M3延伸面板串口，同主机中的计算机相连，完成串口通信。

2 火情定位系统软件设计

2.1 温湿度采集的软件设计

火情定位系统根据获取到的温湿度值能够合理推测火情隐患是否存在。系统中的PT100温湿度传感器借助于串行线LM3S811与SHT11输出温湿度数值。因SHT11串口不满足[I2C]总线协议，则LM3S811应经由输入/输出端口进行SHT11仿真传输时序。系统的温湿度传感器PT100对SHT11串口进行管控。设计的温湿度采集流程图，如图9所示。

2.2 基于无线传感网络的火情定位方法

火情监控无线网络拓扑结构图如图10所示。可通过分析无线传感网络中节点数据判断是否存在火情隐患，监控端分析正在进行预警的节点状态，可对火情的发生位置进行预先定位，使得工作人员能够提出更加有效的方案，提高安全系数。

在火情还未开始大面积蔓延前，可燃物燃烧会产生大量烟雾但整体温度不会很快上升，因此利用气象传感器能够快速监测到烟雾异常并进行准确定位。图11是一定范围内无风状态下烟雾扩散图。

分析图11可得，烟雾浓度随着火点距离的增大而减少，推导出节点与火源间的距离差[Δr]同烟雾浓度差[Δp]的数学表达式为：

[Δr=Δpv] （1）

图12是火源定位算法原理图。分别放置于3面侧壁与顶壁的4个传感器节点，用来检测位于底壁的火源，根据无风状态下的烟雾扩散图，给定烟雾扩散速率值v，4个传感器的检测数据值为[pi]，火源的烟雾浓度为[p0]，则可得出火源的距离[ri]的数学表达式为：

[ri=p0-piv] （2）

利用定位法，给定图中节点的坐标为[（xi，yi，zi）]，推断整理可得出火源处的坐标为：

[O=（xO，yO，zO）] （3）

3 实验分析

3.1 实验布置

实验在标准火情燃烧试验室进行，火源设在燃烧室地面中心处，火情探测器部署在以顶棚中心为圆心、半径为3 m的圆环上，详细的部署图如图13所示。燃烧试验室的顶棚表面部署6个无线探测器节点，试验室中部署基站，通过对比2号光电感烟探测器和4号光电感烟探测器，完成烟雾数据的检测，采用热电偶数据检测温度数据，验证本文提出的基于无线传感器网络的火情定位方法的准确性。

3.2 实验结果分析

采用本文提出的基于无线传感器网络的火情定位方法探测光电感烟结果如图14所示，曲线2与曲线4是光电传感器输出值，曲线1与曲线3是本文方法节点上的烟雾传感器输出值。将实验结果代入实际生活中进行分析比对后发现，二者的数值几乎无差异，且实验中的烟雾量可以被传感器准确捕捉，实现无线传感器对火情的有效定位。说明本文提出的基于无线传感器网络火情定位方法是有效的。

本文方法的温度监控结果如图15所示，S1与S2是温度传感器输出值，由图15可知，烟雾暴露在空气中一定时间后会自动消散，而随时间增长温度传感器感应到的温度值渐渐提高。实验中节点温湿度变化趋势曲线如图16和图17所示，实验室内的实际温湿度并不恒定，且探测器感应到的温湿度数值也与其安装地点有关。虽影响因素较多，但本文方法检测到的温度增减区间相差不大，如表1所示。

综合分析以上实验结果得知：本文设计的基于无线传感网络的火情定位方法，采用了对温度、湿度、烟雾实施实时自动智能监控手段。当检测到有可能发生火情时，通过传感器节点及时将火情信息上传至监控端，经由监控端火情定位方法分析定位后输出预警，保障了火情定位的准确预测。

4 结 论

本文提出基于无线传感器网络火情定位方法，该火情定位方法由火情探测器、监控端和无线通信系统构成，采用火情探测器中的温度传感器和气象传感器获取火情数据，利用ZigBee无线传感网络将火情数据反馈给监控端，完成火情检测。实验结果表明，所提方法能够准确检测到温度、湿度、烟雾信息，实现火情的准确定位。

参考文献

[1] 李正周，缪鹏飞，刘勇，等.基于无线传感器网络的大型场所火情检测与定位算法[J].数据采集与处理，2014，29（6）：964?969.

[2] 张丰伟，李英娜，彭庆军，等.无线传感器网络在电力铁塔山火监测中的应用[J].传感器与微系统，2014，33（9）：158?160.

[3] 杨静丽，李静，陈佳.基于人工蜂群算法的双目标节点定位的研究[J].武汉理工大学学报，2014，36（4）：144?148.

[4] 刘永星，赵涓涓，常晓敏.基于数据融合的无线传感器网络林火监控算法[J].计算机科学，2015，42（11）：158?163.

[5] 高德民，林海峰，刘云飞，等.基于无线传感网的森林火灾FWI系统分析[J].林业科技开发，2015，29（1）：105?109.

[6] 余大海，吴文荣，沈飞，等.点火靶半腔套装实验系统设计[J].强激光与粒子束，2014，26（2）：158?163.

烟气在线监测篇7

关键词：锅炉；烟气烟尘；质量控制

作为我国的一项重要的基本国策，环境保护日益受到人们的重视，而空气质量是人民普遍关注的焦点。锅炉烟气烟尘是影响我国大气环境质量的主要因素，加强对锅炉烟气烟尘的检测分析，准确及时可靠地对其进行监测具有非常重要的意义。锅炉烟尘烟气监测的影响因素较多，为了提供和保证准确可靠的监测结果，在每个环节对监测的进行质量控制是十分必要的。

1监测过程的质量控制

1.1仪器检定的控制

锅炉烟尘监测所需仪器由多种仪器仪表组合构成，除了鉴测人员经常对仪器保养检修外，每年必须将锅炉监测仪器送交国家技术监督部门进行检定，核发准用证后才能使用。尽管如此，在仪器受到意外损伤或使用中发现声音或机件运转不正常时亦要及时检修、校准，并再经技术监督部门检定后才能使用。

采样前对测试仪器检测，确认采样管材质和滤料，确保其不吸收且不和待测物起反应、不腐蚀、耐高温，同时校准烟气系统。

1.2监测位点的控制

在烟尘监测过程中，选择采样断面、开设采样孔的选择，会直接影响到烟尘监测的结果。

烟气在宽敞直的管道里流动平稳，所携带烟尘呈一定的规律均匀分布，但是遇到阀门、弯头，烟道断面急剧变化时，烟气流易形成涡流、滴流等，烟气所携带的尘粒同样呈无规则运动。

为在烟尘监测中取得有代表性的样品，锅炉烟尘监测点位应尽量设置在烟道的垂直管段，尽量避开弯头，阀门和管道断面急剧变化的部位。在有管道变径的烟道监测断面应设置在距管道下游方向大于6倍直径处或距变径部位上游大于3倍管道直径处。在圆形管道断上设点，应将圆形面积分成若干圆环，在各分环中心线上设置采样点。矩形烟道的监测断面应将断面分成若干矩形小块，每小块面积应小于0.1平方米，在各小块对角线中心点设采样点。

在实际监测中，采样断面并不都是理想的。有时还要考虑到诸如采样安全、工作环境、劳动强度等问题，因而要统筹兼顾确定采样断面。

1.3锅炉负荷的控制

用在进行锅炉烟尘监测时，锅炉负荷的控制是相当重要的，锅炉烟尘排放浓度与锅炉负荷紧密相关。监测时锅炉达不到额定负荷燃煤量，排尘量就减少，监测结果偏低，造成不污染的假象。若对锅炉负荷不加以控制，进行锅炉监测时有的司炉工害怕锅炉烟尘超标就控制锅炉低负荷运行；或不加煤锅炉蒸气不外送，或不让炉排走动；或加大二次风稀释排尘浓度；甚至于炉淹等等，人为地改变祸炉燃烧和出力状况，改变了锅炉排尘浓度，如此监测结果远远脱离了锅炉真实排尘浓度。据统计，当锅炉负荷为60%时，烟尘排放浓度仅为额定负荷时的30%。因此，监测时对锅炉负荷控制非常必要，对锅炉运行负荷的控制可从以下几个方面着手。

1.3.1水箱法计量控制

使用该方法的前提是每吨水产生1吨蒸汽，在监测过程中水箱内耗去的水量即锅炉出力：锅炉出力=水位差X水箱面积。

用这种方法计量时需要注意：监测开始时水箱供水停止，给水阀门，管路不能漏水，水箱应满足监测时间内锅炉所需水量。锅炉本身的水位表每次计量时水位都应在同一位置，监测结束时当水位达不到时，应再补充水到原位。整个监测过程锅炉不得排污。

1.3.2水表计量法控制

水表计量控制法是在锅炉上水处用一水表计量水量。单位时间内经水表供给被测锅炉的水量就是监测时锅炉的负荷。用此方法计量时，应注意保持锅炉本身水位表中水位的高度，还应注意用热水表或在水表与锅炉之间安装止回阀防止蒸汽和热水回流烧坏水表，在监测过程中锅炉不得排污。

1.3.3蒸汽流量法控制

该方法是在进行锅炉监测时，记录下锅炉每小时外输蒸汽流量，由此计算监测时锅炉的负荷是多少。需要注意的是：监测前应对所用蒸汽流量表进行校准，计算时考虑蒸汽流量表的修正系数，在监测过程中锅炉不得排污。

《锅炉烟尘尘测试方法》中水箱法、水表法蒸汽流表法等测量锅炉出力的具体方法。实际现场监测中，由于受到较多条件的限制，以上方法均较难实现，在日常工作中，以压力表上的红线刻度为参照，就能基本确定锅炉负荷。

2锅炉监测有关参数、数据的质控

当锅炉监测已经检定校准，待测锅炉燃烧与负荷已被控制，应对锅炉监测中各项技术参数实行质控。

经技术监督部门检定校准后的温度计，大气压力表等直读型仪器仪表在监测过程中，待其示值稳定后，应及时准确读数并及时记录。

锅炉烟尘监测时控制动态数据的仪器仪表如加瞬时流量计，测氧仪，倾斜微压计，表头压力、温度、调压变压器等仪器的操作应做到眼快，手快密切跟踪，随烟气流量的变化而随时调整，以达到等速采样的目的。测定时若烟道无漏风处，锅炉除尘器前后烟气流量误差应控制在15%以内，误差大于15%时应重新测定。控制型仪器仪表的读数与记录应及时准确。

3结语

锅炉烟尘监测的质量控制需要统筹兼顾监测人员和监测仪器等多重因素，不仅要求监测人员有完备的理论素养和熟练的操作技能，还要求其具备丰富的检测经验，尽量减小环境等条件所引起的误差，最大限度地加强质控措施和提高监测质量。

完善的质量管理体系和有效的质量控制措施能够为环境监测的质量保证，能够有效提高环境监测的公信力。进而能够实现环境监测为人民服务、为政府环境管理服务的目标。

由于锅炉烟尘监测工作是一个较为复杂的系统工程，我国现阶段现行仪器和技术水平有限，因而要对锅炉监测实行全面质控还有待监测仪器和监测技术进一步提高。

参考文献

[1] 国家环保总局编，空气和废气监测分析方法（第四版）[M].北京：中国环境出版社2002年12月

烟气在线监测篇8

关键词：氨逃逸；选型；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.029

随着环保要求的不断推进，国家对于燃煤电厂脱硫脱硝要求监管更加严格。长期以来在SCR运行期间，运行人员按照规程对氨逃逸进行监视调整，但是受限于SCR脱硝系统氨逃逸检测仪表测量准确度不够，以及和反应器入口喷氨电动T开度关系不线性，再者数值或者就一直为直线等等原因，机组的氨逃逸监测系统无法正常投运，因此为了更好的控制氨逃逸，对氨逃逸检测系统的测量准确度提出了更迫切的要求。

1 如何看待氨逃逸检测重要性

1.1 保证设备安全长周期经济运行

氨逃逸过量将腐蚀催化剂模块，造成催化剂失活（即失效）和堵塞，大大缩短催化剂寿命；逃逸的氨气，会与烟气中的SO3生成硫酸氨盐（具有腐蚀性和粘结性）并在脱硝装置反应器下游的设备及管路上附着，造成淤积不畅、腐蚀及压力降低等危害。还同时会腐蚀放置催化剂的支撑体。通过查阅有关研究资料：当氨逃逸量为2ppm左右时，空气预热器经过半年运行后其运行阻力会上升30%左右；当氨逃逸量升至3ppm左右时，空气预热器经过半年运行后其运行阻力会上升50%左右，在实际运行过程中，脱硝系统被喷入的氨一般均高于理论值，虽然脱硝效率随着氨逃逸量的增加而提高但也会造成原料的浪费。这样既降低相关设备使用寿命同时增加了运维成本。

1.2 适应更加严苛的环保要求

就目前来讲，对使用SCR脱硝系统的发电企业而言，通过最小的氨逃逸保证NOx的达标排放是一个十分重要的任务。大多数燃煤火电企业在脱硝系统低效率运行时，氨逃逸率近乎为零，但此时任然存在着一定的氨逃逸；尤其是伴随催化剂的活性下降以及尾部烟道中NOx浓度分布不一等问题的存在，都会使得氨逃逸量的逐渐增加；伴随着环保对NOx排放标准的越来越严格，要求脱硝效率不断提升也无法避免造成氨逃逸量的增大，以此氨逃逸检测的准确性显得尤其重要。

2 氨逃逸检测仪表的选型

目前常用的氨逃逸检测大多采用以下方法 。

2.1 直接安装式检测（可调谐二极管激光光谱法检测仪）

此类方式的测量原理是激光二极管发射特定的单色光，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。通过测量数据的处理，可以计算出被测气体的浓度。

图1

存在的问题：测量仪器直接安装在就地并插入烟道实施检测，由于其光反射部件处于300℃到400℃的高温烟尘环境下，其检测探头端部的反射部件需要4到6个月就要更换，且更换部件费用相对较高，同时由于部分配件由于需要从原厂采购，维修保养周期相对较长成本相对较高。另外在烟气中的二氧化硫和水蒸气含量也直接影响测量装置的准确性，使得部分时段测量数据存在误差。锅炉烟道的直径一般为7-9米，烟气中含有大量的灰尘，通常在22g/m3左右，灰尘对近红外激光产生发射、漫射和吸收效应，发出的激光到达接收部件时，光的强度几乎衰减殆尽，以此检测不到氨逃逸准确数值。由于安装位置发生偏移时，维护人员不具备拆卸校准能力，使得数据跳变或者无读数，同时无法进行校准。

2.2 高温抽取式监测（烟道气体抽取法）

图2

高温抽取式激光光谱氨逃逸分析仪采用的是检测发射激光所穿过标准气室中一条直线上的浓度平均值，标准气室中的检测样气是通过加热（一般为250℃）预处理后，经过高温取样泵抽取到标准气室里，通过这样的形式是的样气中的氨浓度更贴近脱硝系统烟道中氨气体的真实浓度。激光光盘氨逃逸分析仪采用的光发射端和光接收端安装在标准气室的两边。通过光发射端发出的激光束穿过标准气室被另一边的光接收端接收，在接收端通过对检测到的光信号进行分析，然后通过光电转换器，将分析结果通过电缆传输至发送端的PDA，从而得出所测气体的浓度转换为4至20mA电流信号送至PLC，最终到达DCS进行监视。

高温抽取式激光光谱氨逃逸分析仪的检测装置安装环境好，同时检测脱硝烟道出口的氨逃逸值与NOx成反比例关系，与机组脱硝效率和喷氨量成正比，测量的延时极小。同时采取了样气抽取后的全程伴热，使得待测量的烟气在进入高温标准测量气室之前品质不发生变化，进一步的确保了检测仪表的准确性，因此可作为控制喷氨量的调整参考。

测量仪表选型建议相比较以上两种方式，在前期燃煤火电企业大多采用的是烟道直接安装式检测，但高温抽取式监测也在电力行业和其他涉及气体检测的行业领域开始广泛应用。采用后者的关键就是相关的样气通过预处理保证了样气品质稳定，由于取样位置可以根据现场实际采取多种形式更具有代表性。对于维护人员而言，当需要进行标定或者验证时可以非常方便的通入标准气体。由于直接安装式测量产品多为进口，配件及维护成本仍然较高。因此采用高温抽取式监测仪表更适合现场有关要求。

3 氨逃逸设备应用

以某厂#3炉脱硝氨逃逸监测设备为例。

基建安装时期采用的是烟道直接安装式检测，在烟道上以对角方式安装，随着运行时间的推移，受到烟道壁震动、掺烧劣质煤等因素影响，检测数据经常出现跳表、偏底等测量不稳定的情况，不能满足正常生产需要。2016年超低排放改造期间在#3炉B侧安装了一台高温抽取式激光光谱氨逃逸在线监测仪，在机组启动后对比B两种氨逃逸监测仪测量的氨逃逸值，直接安装式监测到的氨逃逸数值有跳变现象，测量存在不稳定现象；高温抽取式氨逃逸在线监测设备测的氨逃逸值较为稳定，数据无跳变，能符合现场要求。同时经过三个多月的使用，相较于烟道直接安装式测量准确性没办法进行效验，改造后可随时通入标气进行效验。之前由于烟尘过大影响率，经过改造后样气通过预处理装置使得准确性大大提高。之前发送与接收装置经常出现偏移无法对齐时需要进行调整维护，且现场位置不易调整，工作量大，改造后现场除了定期对有关滤芯及透光率进行检查更换外，没有进行其他维护工作，大大降低了运行及维护成本。

由此可见通过改造高温抽取式更适用于燃煤发电企业的脱硝氨逃逸监测，其测量更加准确，维护量大大减少，完全可以满足现场运行监测要求。

参考文献：

[1]孙克勤等.火电厂烟气脱硝技术及工程应用[M].北京：化学工业出版社，2007.

烟气在线监测篇9

关键词：沥青烟 紫外 波长扫描

Abstract：The UV spectrophotometric method for the determination of the asphalt smoke, wavelength should be scanned before UV spectrophotometry instrument baseline correction, in order to ensure the stability and accuracy of the measured absorbance. And it should be integrated in the analysis of cyclohexane and asphalt smoke standard solution of wavelength scanning results, according to the solvent absorbance, transmittance and other factors to select the optimal wavelength, so as to bring convenience sample determination of the asphalt smoke.

Key words：Asphalt smoke UV Wavelength scanning

沥青烟一种含有大量多环芳烃以及少量氧、氮硫的杂环混合物, 通常以气溶胶形式存在于空气之中, 具有可燃性,对人的健康危害很大[1]。但环境中沥青烟的监测尚无正式方法[2] 。环境空气或污染源中浓度较低的沥青烟通常采用以环己烷作为吸收液的紫外分光光度法[3]，但纯度较低、透过率较差的环己烷以及不适合的波长都会对沥青烟的测定产生较大的影响。因此，需对紫外分光光度计进行校准、对环己烷及沥青烟标准溶液进行波长扫描，从而选择出最优试剂及条件。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 吸收液 环己烷；

1.1.2 沥青烟标准溶液的配制[3]

将采集有沥青烟的滤筒放入锥形瓶中，加入90ml环己烷，将滤筒捣碎，浸取24h，或用索氏提取器提取8h，再用K-D浓缩器浓缩至数毫升，用玻璃纤维滤膜抽滤，将滤液定量转移到已衡重的瓷坩埚中，在水浴上加热蒸发至干，并在80℃烘箱内烘1h，放入干燥器冷却30min，称量，直至恒重。坩埚重量前后之差即为沥青烟的重量。

用环己烷将瓷坩埚中的沥青烟溶解并定量移入200ml容量瓶中，用环己烷稀释至标线，计算其含量。再用环己烷将此溶液稀释成每毫升含10.0ug沥青烟的标准溶液。

1.1.3 紫外分光光度计 TU-1810/TU-1901，10mm石英比色皿[3]。

1.2 环己烷选择方法

1.2.1 紫外分光光度计基线校准方法

波长扫描前，需对紫外分光光度计进行基线校准，以确保波长扫描的准确性。以不放入比色皿或放入环己烷空白的方式对紫外分光光度计进行校准。

1.2.2 环己烷的选择及波长扫描方法

基线校准后，选择不同厂家的环己烷进行吸光度和透过率的检验。选用10mm石英比色皿，在波长300-190nm范围内，以0.2nm为间隔进行波长及透过率扫描以选取满足要求的环己烷试剂及其波长范围。

1.2.3 沥青烟标准溶液波长扫描方法

用上述10mm石英比色皿，在波长300-190nm范围内，以0.2nm为间隔进行沥青烟标准混溶液波长扫描，选取吸光度最大的波长范围。综合两次扫描结果，选择所需最优波长。

2 结果与分析

2.1 基线校准方法选择

以不放入比色皿或放入环己烷空白的方式对紫外分光光度计进行校准。不放入比色皿校准出的基线，可用于环己烷溶剂和沥青烟标准溶液的波长扫描；放入环己烷空白的方式进行的基线校准，只可用于沥青烟标准溶液的波长扫描。前后两种方式做出的沥青烟波长扫描，后者扣除了环己烷空白，即A-A0，而前者没有，即为A。

注：不能以空比色皿作为基线校准空白，否则会产生负吸光值。

2.2 环己烷的选择结果分析

选用10mm石英比色皿，在波长300-190nm范围内，以0.2nm为间隔进行波长及透过率扫描，选择扫描曲线较平滑，且透过率T%大于90%，吸光度小于0.10[3]的环己烷试剂及其波长范围，图1、图2为三个厂商的环己烷波长、透过率扫描对比图，由图可见，同等条件下，厂家3的环己烷扫描曲线较平滑且吸光度低（＜0.10A），在波长范围300-250nm透过率符合要求（＞90%）。

图3、图4为厂商3的环己烷波长和透过率扫描图，波长在300-250nm其曲线趋于平滑，且吸光度和透过率符合要求。

2.3 沥青烟标准溶液的波长扫描

配制沥青烟标准溶液（1.1.2）,按照环己烷的选择方法（2.2）进行波长扫描。并在环己烷的最优波长范围内选择沥青烟最大吸光度所对应的波长为最优波长，见图5。综上，此次实验选择波长为253nm。

3 结论

紫外分光光度法测定沥青烟，在波长扫描前应对紫外分光光度计进行仪器基线校准，以确保所测吸光度的稳定性和准确性。并且需要综合分析环己烷和沥青烟标准溶液的波长扫描结果，根据溶剂吸光度、透过率等因素选择最优波长，从而给沥青烟的样品测定带来方便。

参考文献：

[1] 李鸿.浅谈沥青烟的危害及几种治理方法[J],有色金属设计.2004,31(3):73-74

[2] 周莹,王珂.环境空气中沥青烟的监测[J],环境监测管理与技术.1998,10(6):33-34

烟气在线监测篇10

关键词：CFB锅炉；SO2；调整；石灰石

因为我从小在石油城长大，2012年考上西南石油大学化工院环境工程专业，对空气污染和废气排放从小就有感受，在假期里我到电厂进行了实习，利用所学的空气和废气监测分析方法，与厂里锅炉工程技术人员经过理论测试和实践，CFB锅炉SO2排放降低明显。

确保电厂脱硫设备的可靠稳定运行是落实《中华人民共和国环境保护法》，废气排放达标，目标为保护和改善环境，防治污染和其他公害，保障员工健康，也是电厂“安全、可靠、经济、清洁”运行的具体措施。CFB锅炉作为一种新型环保设备，具有对燃料适应性特别好、燃料的着火条件优越、热强度大、脱硫效果好、给煤点数量少、燃烧效率高、气体污染物排放低、负荷调节范围大等优点。目前大部分火力发电厂设计上基本采用CFB锅炉。在投产初期，石灰石系统因为存在较多问题影响环保指标，电厂已对原石灰石投加系统进行了改造，由螺旋给料机改造为旋转给料阀，系统运行可靠性大为提高，但仍因存在其它问题导致SO2排放时有超标。下面就影响电厂CFB锅炉运行过程中SO2超标的原因及控制措施进行探讨。

一、引起SO2超标的原因

（一）人为调整及负荷波动

运行中，遇到给煤机消缺或者给煤机因断煤发生异常需启停时，若操作人员调整风量、石灰石给料量不当，将会导致SO2短时超标。

此外，运行中为满足用户的用电负荷需求，电厂汽轮机抽汽设置在“压力控制”模式下，CFB锅炉负荷将随外界汽电负荷的波动而波动。在调节负荷过程中须增减锅炉给煤量，床温便会随之变化。床温波动对脱硫效果影响较大，CFB锅炉的脱硫效率最佳温度在850℃左右，但同时又要考虑到飞灰可燃物及锅炉效率，实际床温应控制在885-890℃左右。实际运行中，锅炉床温在此温度范围内即使波动几度，烟气中的SO2浓度也会大幅上升。

（二）设备缺陷

电厂石灰石投加系统设备主要由石灰石粉库、输送泵、出料阀、输送管、切换阀、炉前石灰石粉仓、旋转给料阀、石灰石风机等设备组成。在运行过程中，石灰石物料是由0.7MPa压缩空气输送至炉前石灰石粉仓。石灰石输送泵、输送管长期处在被石灰石粉冲刷的工作环境下。因此，运行中出现了石灰石输送泵内部空气管线脱落、管道金属膨胀节及管道弯头等处被磨穿导致石灰石系统被迫停运检修。炉前石灰石粉仓一旦出现断粉，锅炉烟气SO2浓度就会超标。

此外，由于石灰石粉内部存在杂物以及颗粒过大也会造成石灰石给料阀卡跳或石灰石粉仓搭桥下粉不畅，均会导致烟气中SO2浓度超标。在卡跳的石灰石给料机里，检修人员曾清理出焊条、螺栓、钢筋、铁丝等杂物。

电厂动力站在投产初期采用的烟气在线分析系统（CEMS）是“一拖三”模式，一套分析仪轮换测量三台锅炉中的一台锅炉烟气，每台锅炉每小时只轮到一次，测量时间为25分钟，在这25分钟之内其余两台锅炉的烟气无法实时监测，不能给运行人员提供准确参考。另外，原系统采样点选择不合理，例如：2#炉烟气采样点在联通烟道上，取到的是2#炉和3#炉的混合烟气。

运行过程中，CEMS还曾出现表计探头进水汽、检测回路故障或取样管线反吹堵等，将使分析仪的分析数据显示异常，给运行人员调整造成误导。

（三）物料特性的影响

由于电厂煤源来自多个煤矿，煤质差异较大。进厂煤通过碎煤、输煤系统后被输送到锅炉原煤仓。有些进厂煤的硫分值较高，如果锅炉运行人员未能及时掌握此项参数，入炉石灰石给料量不能及时跟随煤质的变化而调整也会造成锅炉烟气SO2浓度超标。

此外，石灰石纯度、粒度发生变化后，在给料量不变的情况下也直接影响着CFB锅炉的脱硫效果，从而影响到烟气SO2的浓度。

二、减少SO2超标的措施

《新环境保护法》明确规定，企业事业单位和其他生产经营者应当防止、减少环境污染和生态破坏，对所造成的损害依法承担责任。

电厂在废气排放控制中，树立节能减排及环保优先的精神和理念，针对以上导致超标的各因素，制定了针对性的措施来解决SO2超标问题。

（一） 运行管理措施

电厂主蒸汽系统为母管制，机组采用定压运行，机炉协调控制系统未投用。稳定床温是有效控制SO2排放超标的关键，而负荷波动是影响床温的主要因素。为了消除此因素，电厂工程技术人员对锅炉运行方式进行调整，即：规定其中一台锅炉为调整炉，其余锅炉为非调整炉，带固定负荷运行。同时为保证CFB锅炉的长周期运行，以十天为一周期，十天后轮换至下一台锅炉为调整炉。调整炉负责短时、小幅调整汽负荷，非调整炉只有在外界汽电负荷大幅波动时才参与调整。另外，要求调整炉在加负荷前增加石灰石投给量，控制烟气SO2浓度保持在较低水平。

加强运行人员的培训和异常原因分析，不断提升操作技术水平，将SO2超标次数作为考核指标之一，促使操作人员精心操作调整，确保在给煤机消缺或者给煤机因断煤发生异常启停时，仍能保证SO2在合格范围内。

（二）设备检修管理及改造措施

1.设备检修管理

定期检查、更换压缩空气管线、耐磨弯头和金属膨胀节等处；选用符合石灰石物料特性的出料阀，避免阀门卡涩，提高石灰石系统设备的运行周期，将石灰石系统设备由被迫消缺向主动预防性消缺转变。同时，不断总结故障原因，提高检修质量，缩短检修时间。做好石灰石输送系统和炉前石灰石粉仓检修时的现场监督，确保检修过程中无杂物进入输送系统。

环境监测为制定科学严格的排放提供了重要保障。测定环境空气中SO2的方法分为甲醛缓冲溶液吸收―盐酸副玫瑰苯胺分光光度法和四氯汞钾溶液吸收―盐酸副玫瑰苯胺分光光度法。按照国家环境保护总局监测规范的要求，电厂制定了《环境在线监测及环保设施管理规定》，落实对烟气在线分析系统（CEMS）进行日常巡检、维护保养、定期校准和校验等责任和设备异常处理程序，确保烟气在线分析系统设备完好、可靠和数据准确。

2.设备改造方面

在设备改造方面，在石灰石粉库的进口管线处加装一圆形网篦，其内有1×9cm的长方形孔，在外来石灰石粉车向粉库充粉时，既保证进粉速度又能使大颗粒的杂物尽可能被过滤，避免大颗粒杂物卡跳石灰石给料阀和磨损石灰石输送管线。

采用新的烟气在线分析系统（CEMS）数据实时性大为提高。新的烟气在线分析系统（CEMS）系统采用“一拖一”模式，每台锅炉对应一套分析仪测量锅炉烟气，且测量数据直接传送至锅炉DCS监控画面，数据实时性、可靠性大为提高。新系统重新选取采样点，将取样点布置在每台锅炉引风机的烟气出口处（联通烟道之前），保证测量数据真实反应被测炉烟气的各项指标。

此外，还对炉前石灰石粉仓流化风系统和煤仓氮气炮用氮气系统进行了改造。原石灰石粉仓流化用压缩空气与煤仓空气炮用压缩空气为同一来源，因原煤仓在使用空气炮过程中存在煤仓自燃的风险，所有一直未投用。经过改造后的石灰石粉仓流化用压缩空气与煤仓空气炮用压缩空气汽源相互分离，石灰石粉仓流化风能够长期可靠投用，粉仓搭桥出现断粉的问题已经消除。

（三） 物料控制及监测措施

影响CFB锅炉脱硫效率的主要因素有Ca/S摩尔比、床温、脱硫剂（石灰石）粒度、煤质等。

由Ca/S摩尔比计算公式：

及相关文献①中的试验数据可知，当床层高度为1m，流化速度为2.5m/s，床温为825℃时，随着Ca/S摩尔比的增加，脱硫效率增加，Ca的利用率降低。Ca/S摩尔比为3～5时，脱硫效率为75%～90%，Ca的利用率为20%～18%。而电厂石灰石日耗量150吨以内，CaCO3纯度95%，日耗煤量：5000吨，硫分：0.7%，依此计算，在保证达标排放的前提下我厂实际最大Ca/S摩尔比≈3.25。

根据相关文献②可知，石灰石粒径大于一定值之后，随着粒径的加大，石灰石的比表面积减小，导致反应性降低，脱硫效率下降。但是粒径若大于某一更高值时，粒子在燃烧室内的停留时间加长，它对脱硫的作用大于反应性减小的作用，所以脱硫效率又提高。然而粒径倘若大于某一临界尺寸时，脱硫效率达到最大值之后，由于反应孔道被CaSO4堵塞，脱硫效率又随着尺寸的加大而降低。

为此我们从石灰石的源头着手，考察供料厂筛分工具投运情况，确保石灰石物料粒度满足设计要求且物料中不含杂物。制定《规范石灰石物料输送管理要求》，进一步规范了锅炉石灰石上粉量，保证锅炉炉前石灰石粉仓时刻处于高料位，防止运行过程因石灰石粉中断而导致烟气SO2排放超标。

另外，分析人员在发现煤质和石灰石粉质变化较大时，及时要求通过运行人员可以预先控制石灰石给料量，避免因煤质和石灰石粉质的突变导致烟气SO2浓度超标。

三、结论

自严格执行上述控制措施以来，电厂CFB锅炉烟气SO2浓度超标的次数大幅减少，取#1锅炉的烟气SO2浓度作为对比：

图1 执行措施前的#1炉烟气SO2浓度曲线

从上图1可以看出，在2013年时，#1炉在10天里出现了16次的烟气SO2排放超标。

图2 执行措施后的#1炉烟气SO2浓度曲线

从图2可以看出，执行规定后的#1炉在10天里没有出现SO2超标（指标：SO2400J/m3），超标次数大幅下降。经过各部门、装置相关人员全年的不懈努力，电厂CFB锅炉烟气SO2排放超标的现象大幅减少，电厂动力站2014年全年SO2减排约21943吨，同时石灰石日耗量也由以前的300吨降至目前的250吨以下。

四、结束语

以上是我在电厂实习期间，与工程技术人员一起对CFB锅炉控制SO2排放超标准所遇到的一些问题和控制措施，主要是电厂领导和管理人员做了大量工作，我主要是把所学的对空气污染监测技术和方法融入到其中，为CFB锅炉的安全、可靠、清洁运行提供了一定的参考。修订后的《环保法》强化了企业污染防治责任，加大了对环境违法行为的法律制裁；国家建立、健全了环境监测制度，加强对环境监测的管理，建立环境与健康监测、开展环境质量对公众健康影响的研究；国家支持企业优先使用清洁能源，采用先进工艺、设备把污染物排放量降到最低。做为一名学环境工程的大学生能把自己所学的专业知识在实践中得以运用，为环境保护作工作一点贡献，也是我责任使然。

注释：

①此处试验数据摘自电厂《循环流化床锅炉运行及事故处理》

②此处内容参考自电厂《循环流化床锅炉运行及事故处理》

参考文献：