火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

.火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計摘要：火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)是檢測目前我國火電廠煙氣排放污染物的可行性手段。根據(jù)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)國內(nèi)外的現(xiàn)在發(fā)展階段，設(shè)計了煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與工作原理，設(shè)計了火力發(fā)電廠排放污染物的軟件設(shè)計與硬件設(shè)計的思路，并實現(xiàn)上位機作為監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控功能。在此基礎(chǔ)上研究與探討了以上位機（PC機）可編程控制器為核心的能夠監(jiān)測污染物排放的監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)火力發(fā)電廠的煙氣排放的實時監(jiān)測。簡述煙氣排放監(jiān)測系統(tǒng)的總體方案，在PLC梯形圖程序設(shè)計中運用順序控制法，上位機監(jiān)控軟件使用組態(tài)王軟件，實現(xiàn)組態(tài)mcgs軟件對監(jiān)控畫面的方法。組態(tài)王有很強的功能和很好的用戶界面，呈現(xiàn)了系統(tǒng)運行流程和列表顯示、報警顯示、數(shù)據(jù)曲線實時監(jiān)測等功能。設(shè)計了由電氣與氣動閥門器件和可編程控制器件組成的監(jiān)控系統(tǒng)，以及對本系統(tǒng)實時調(diào)試，最后對火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的實際使用的展望。關(guān)鍵詞：火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測； PLC；mcgs軟件...目錄...第一章 緒論1.1火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的意義伴隨著世界各國新興工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，我們在開發(fā)生態(tài)環(huán)境自然資源得到巨大經(jīng)濟效益的時候，實際上也付出了巨大的代價，人類自然生存環(huán)境遭到惡劣的毀壞，并逐步制約國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重要發(fā)展因數(shù)。中國正是處在國民經(jīng)濟快速發(fā)展的時期，治理生態(tài)環(huán)境污染、改善我們的生存環(huán)境已成為一個棘手的問題擺在我們眼前。中國利用的主要資源是水能、煤炭能源燃料，所以我國的大氣環(huán)境污染以煤煙型的粉塵污染為重點，主要大氣污染物為二氧化硫氮氧化合物和粉塵塵，然而二氧化硫就是造成酸雨的重要因數(shù)。酸雨導(dǎo)致我國的國民經(jīng)濟和社會生存環(huán)境帶來了巨大的影響，我國每年因為酸雨的污染導(dǎo)致經(jīng)濟損失達到250億人民幣左右。所以說我國政府相關(guān)部門高度重視控制酸雨的相關(guān)工作，最近幾年來我國進一步從法律立法強制實施的角度加強了控制力度，通過控制火電廠煙氣排放污染物排放總量來預(yù)防酸雨造成的危害。火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)是監(jiān)測煙氣污染物排放的現(xiàn)代化措施，它可以不斷監(jiān)測煙氣污染物的排放濃度和總的排放量，連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)可以連續(xù)監(jiān)測、定期統(tǒng)計、報警提示、遠程通訊等功能，能夠為我國控制煙氣污染物排放總量及控制酸雨的進行提供強有力的預(yù)防保障，并為我國排污收費規(guī)章制度的實施，提供科學(xué)的實際的依據(jù)。火電廠是造成污染大氣環(huán)境的大型國民工業(yè)之一。限制火電廠的污染物排放總量對于保護我國的生態(tài)環(huán)境具有十分的重要意義。火力發(fā)電廠燃燒煤炭，排放的主要產(chǎn)生的污染物包含微小固體可吸入顆粒物以及氮氧化合物二氧化硫等氣體?；鹆Πl(fā)電廠在將含有以上所述的煙氣排放污染物向大氣排放之前,必須對其除濕除塵以及脫硫等工作。為了保護生態(tài)環(huán)境必須加強對火電廠污染源排放的實時監(jiān)測，根據(jù)我國可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟戰(zhàn)略發(fā)展要求以及實現(xiàn)人類與自然和諧相處發(fā)展的要求，根據(jù)國家環(huán)境保護總局《火電廠大氣污染物排放標準》規(guī)定火力發(fā)電廠發(fā)電鍋爐必須安裝煙氣排放連續(xù)監(jiān)測儀器設(shè)備。煙氣排放檢測系統(tǒng)經(jīng)國家相關(guān)環(huán)保部門驗收合格時，其監(jiān)測出來的數(shù)據(jù)可以作為該發(fā)電廠煙氣排放污染物是否達到合格標的有力依據(jù)。另外,火力發(fā)電廠安裝了煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)之后,通過監(jiān)測電廠排放的污染物,對火電廠燃燒鍋爐、除塵器和脫硫脫氮等設(shè)備的運行實施技術(shù)改造,可為火電廠系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、高效運行提供強有力的保障。我國火力發(fā)電總量量占總的國家發(fā)電總量70%左右，而煤炭燃料占火力發(fā)電機組燃料的90%左右，伴隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長致使電網(wǎng)行業(yè)的快速發(fā)展，由煤炭燃料所帶來的大氣環(huán)境污染問題越來越嚴重。按照當(dāng)前的排放控制手...段，到2020年我國火電廠污染物排放的二氧化硫、粉塵和氮氧化物將會分別達到2000萬噸、550萬噸和1200萬噸以上。假如火電廠排放污染物不能得到有效控制，將會嚴重直接影響到我國大氣環(huán)境污染的改善。為了控制大氣污染日益嚴重以及促使火力發(fā)電行業(yè)的技術(shù)改造的進步和電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，國家環(huán)保局采用了各種嚴格的環(huán)境保護措施，如大氣污染物總量控制，提高對污染物排放收費規(guī)章制度等。國務(wù)院新修訂的《火電廠大氣污染物排放標準》明白的規(guī)定：“火電廠鍋爐必須安裝符合HJ/T76標準要求的火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)儀器；火力發(fā)電廠排放大氣污染物的T76中規(guī)定煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)按HJ規(guī)定實行；煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)環(huán)保部門檢驗合格之后，在規(guī)定的時間之內(nèi)其監(jiān)測到的數(shù)據(jù)就是有效數(shù)據(jù)。因此煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成為環(huán)境保護管理、環(huán)境有效監(jiān)測、污染物排放收費、污染物排放的科學(xué)治理以及實行控制污染物排放總量的有效可靠的根據(jù)和可靠的技術(shù)措施。1.2煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的未來發(fā)展1.21煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的外國發(fā)展情況世紀70年代人們試圖把空氣分析儀以及工業(yè)控制過程監(jiān)測分析儀使用于火電廠污染源排放污染物的檢測。但是由于當(dāng)時人們所制造的煙氣采樣稀釋系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較差，空氣分析儀器在排放污染物監(jiān)測中不能有效的運用，但是工業(yè)控制過程監(jiān)測分析儀適用于排放物的檢測，尤其是根據(jù)紫外線吸收以及紅外線吸收原理的監(jiān)測分析儀。60年代末期到70年代初期德國和美國成功地研發(fā)生產(chǎn)和發(fā)展了煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)計了能夠檢測高濃度氣體的空氣分析儀器以及不用抽取樣品而將采樣探頭直接伸入煙氣管道測量煙氣的在線分析儀，并且不斷對分析儀器進行改造。在這些檢測技術(shù)當(dāng)中德國的不透明度光學(xué)系統(tǒng)、美國的熒光測試技術(shù)，為成功實現(xiàn)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)提供技術(shù)支持。在美國第一臺能夠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)于1972年。但是直到1975年末煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的工業(yè)仍然止步不前。一直到美國國家環(huán)保局制定了相關(guān)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)性能的技術(shù)標準，并且制定了在一些污染源裝設(shè)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)之后，煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)才得到廣泛得到運用。因此以美國代表為首的西方發(fā)達國家為了控制大氣污染物的排放總量，自從80年代早期已經(jīng)開始大量裝設(shè)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，用于實時監(jiān)測大氣污染物的排放總量和污染物的濃度。1.2.2我國煙氣排放監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展情況一直以來我國煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)主要運用過去常用的分析法：比如重量法、比色法等等，基本上沒有任何的在線監(jiān)測系統(tǒng)儀器。檢測煙氣排放中的污染...物常用的方法是將采樣探頭伸入煙道中，然后采取樣品，在化學(xué)實驗室中對抽取樣品進行分析。盡管傳統(tǒng)的手工采樣方法是比較經(jīng)典的測試方法，但是它有很多缺點，比如需要時間長，不能夠提供長期的、連續(xù)的、穩(wěn)定的測量數(shù)據(jù)[2,9,10]。70年代初期人們意識到應(yīng)該采用一種比手工采樣更簡潔、更快捷的方法來精確測量煙氣中排放的污染物，即采用煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)。但是由于技術(shù)方面的問題，國內(nèi)很多儀器廠家只能夠生產(chǎn)電化學(xué)方式的不能連續(xù)性的煙氣污染物成分檢測裝置，而對于目前使用稀釋采樣法等先進方法的在線連續(xù)煙氣檢測裝置還不能夠完全獨立生產(chǎn)，一些能提供稀釋采樣產(chǎn)品的廠家也只能代理國外產(chǎn)品而已。90年代初，我國一部分環(huán)境保護科研單位開始研發(fā)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)裝置。比如南京環(huán)境保護科學(xué)研究所研發(fā)的JYZ-I型煙氣在線監(jiān)測儀，龍巖的龍凈環(huán)保新技術(shù)公司生產(chǎn)的TGH-YI型煙氣自動在線監(jiān)測儀器，都只能是在線煙塵連續(xù)監(jiān)測裝置而已，然而對于二氧化硫氮氧化物等污染氣體連續(xù)監(jiān)測的產(chǎn)品還在研制當(dāng)中[14,16]。目前國內(nèi)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)中使用的分析儀器大部分是美國KVB公司和熱電子公司的產(chǎn)品，軟件與硬件價格比較昂貴可擴展性比較差。1.2.3火電廠煙氣監(jiān)測現(xiàn)狀我國火力發(fā)電廠在電力生產(chǎn)行業(yè)當(dāng)中占主要地位，同時也是污染大氣環(huán)境的重要工業(yè)污染源，能夠有效限制火力發(fā)電廠污染物排放具有重要的意義。因此我國環(huán)保局和電力部門陸續(xù)補充、修改、制定和頒布了一系列法律規(guī)定和標準，針對火力發(fā)電廠環(huán)保設(shè)計以及污染物的排放作了明確的規(guī)定與標準。1997年1月1日正式執(zhí)行的由國家環(huán)境保護局、 國家安全技術(shù)監(jiān)督局頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-96)中明確規(guī)定，新建、擴建、改建的火電廠應(yīng)安裝煙塵排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)裝置；在酸雨控制區(qū)域與二氧化硫污染控制區(qū)域內(nèi)的火力發(fā)電廠和其它地區(qū)有煙氣脫硫設(shè)施的火電廠應(yīng)安裝煙氣連續(xù)監(jiān)測裝置， 300MW以上機組應(yīng)安裝煙氣連續(xù)監(jiān)測裝置，下一時段的火電廠應(yīng)逐漸實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測。 同時明確指出污染物排放連續(xù)監(jiān)測裝置經(jīng)認證合格后，其監(jiān)測數(shù)據(jù)為法定監(jiān)測數(shù)據(jù) [5]。1986年廣東沙角發(fā)電廠從日本買進了成套的煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，這是我國火力發(fā)電廠裝設(shè)使用的第一套煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。 90年代初我國從海外引入的煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)大部分安裝在合資企業(yè)、 外商獨資及華能系統(tǒng)的火力發(fā)電廠，而且是隨著進口鍋爐或主機一同引進的。 近幾年來由于國家相關(guān)部門頒布實施強制性排放標準 GB13223-1996和國家環(huán)境保護局二氧化硫控制區(qū)域以及收取二氧化硫排污費等政策的實施， 裝設(shè)煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的火電廠增長速度較快，但只有少數(shù)電廠的煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)能夠正常投運。 我國一些環(huán)境保護科研單位也開始研發(fā)煙氣連續(xù)監(jiān)測裝置， 但是由于起步比較晚和一些重要器件的技術(shù)含量比較高,大部分分析儀器仍然是從外國進口的。目前國內(nèi)的煙氣連續(xù)監(jiān)測市場占有率仍然是以國外品牌為主，對采購設(shè)備、調(diào)試安裝、維護運行、監(jiān)督管理等一些方面都存在很大問題，主要表現(xiàn)在[3,7]：設(shè)備無認證：引入的煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)大部分是隨機組配套引進來，沒有經(jīng)過我國環(huán)境保護和電力系統(tǒng)的技術(shù)認證，這樣就導(dǎo)致很多種類型的煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)裝置都有，每種類型的煙氣監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)相互之間可比性比較差。并且沒有建立入網(wǎng)許可證制度，一些國外廠家銷售不能符合我國的標準和電力行業(yè)特點的煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。...安裝沒有技術(shù)標準：引進的煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)安裝主要依靠供應(yīng)設(shè)備的廠商。我國沒有技術(shù)標準要求，因此安裝的位置不能符合我國的技術(shù)要求和相關(guān)標準，監(jiān)測數(shù)據(jù)沒法確切的反應(yīng)火電廠實際排放狀況。運行維護管理制度還不夠完善：大部分火電廠的煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)運行維護管理制度不夠完善。由于煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)是近幾年來引入的比較先進環(huán)保監(jiān)測儀器，對運行該設(shè)備的操作人員的要求比較高，只有具備一定專業(yè)定素質(zhì)的技術(shù)人員才能可保證監(jiān)測儀器的正常運行和維護。目前很多電廠沒有煙氣連續(xù)監(jiān)測運行維護管理人員，而是由其它部門人員兼管，這樣就導(dǎo)致有時候系統(tǒng)出現(xiàn)一點問題不能得到及時的維修。監(jiān)督管理不完善：各火電廠的煙氣監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理是以各自電廠為單元進行的，環(huán)境保護部門只能根據(jù)報表數(shù)據(jù)方式來監(jiān)督，不能隨時的掌控各電廠的煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)運行情況和污染物的排放狀況。應(yīng)將各省的煙氣連續(xù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理器進行聯(lián)網(wǎng)，建立覆蓋整個電網(wǎng)的煙氣連續(xù)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。1.3本文的主要工作綜合以上所述，本章節(jié)主要了解火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀和研究動態(tài)、發(fā)展方向。本課題的主要工作為：學(xué)習(xí)可編程控制器的相應(yīng)知識。進一步學(xué)習(xí)組態(tài)王軟件的相應(yīng)知識。學(xué)習(xí)火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的工作流程和智能儀表的相關(guān)知識。設(shè)計基于組態(tài)王軟件和可編程控制器的火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。利用西門子S7-200PLC組成系統(tǒng)并進行局部的調(diào)試。...第二章 煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)2.1煙氣連續(xù)監(jiān)測的項目依據(jù)國家環(huán)保局規(guī)定煙氣排放連續(xù)監(jiān)測項目主要包含以下幾方面：（1）煙塵顆粒物：顆粒物指的是燃煤與其他可燃物質(zhì)燃燒、分解、合成所產(chǎn)生的懸浮于排放氣體中的固態(tài)顆粒狀物質(zhì)，比如煙塵。（2）氣體污染物：主要包含二氧化硫和氮氧化物。另外如果要測定燃煤的利用效率和有毒物的排放量，還應(yīng)該測量一氧化碳的排放量。煙氣排放的各個參數(shù)：因要計算煙氣體積，應(yīng)該測量煙囪管道內(nèi)的靜壓力、煙氣溫度；因要計算煙氣總的排放量，必須測定煙氣的瞬時流量，為了計算為標準狀態(tài)下煙氣的干燥排放氣需要測量煙氣的濕度；同樣為了計算煙氣成份的真實含量防止用空氣稀釋排放物，必須測定氧氣的含量。2.2煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成該系統(tǒng)由煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)測定子系統(tǒng)、系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)、信號輸送通訊系統(tǒng)等組成。該系統(tǒng)通過采樣方式或非采樣方式測量煙氣污染物的濃度，并測量煙氣的溫度、煙氣的壓力、煙氣的流量、煙氣的濕度、煙氣含氧量等參數(shù)，按國家相關(guān)部門的標準顯示與記錄實現(xiàn)煙氣排放監(jiān)測的在線性、連續(xù)性、準確性、穩(wěn)定性以及數(shù)據(jù)采集處理與輸出打印。2.3采樣的基本要求（1）在火電廠生產(chǎn)設(shè)備處于穩(wěn)定運行條件下進行采樣，或著根據(jù)有關(guān)污染物排放標準的基本要求，在所規(guī)定的條件下進行測量。（2）第一：采樣的位置應(yīng)選擇在豎直的地方，第二：避免煙囪彎頭處和斷面變化明顯的位置，第三：采樣位置應(yīng)設(shè)置在距離彎頭、閥門、變徑管下方向不小于5倍直徑處和距上述部件上游方向不小于2倍直徑處。對矩形煙道測量處的直徑d=2ab/(a+b)式中的a、b為邊長。（3）氣態(tài)污染物由于混合比較均勻，其采樣處的位置沒有受限規(guī)定，但是應(yīng)該避免渦流區(qū)，如果同時測量排氣的流量采樣位置仍按(1)選定。（4）采樣位置應(yīng)避免對檢測操作員有危險的地方。...2.3.3采樣孔(1)在指定的測試位置上開鑿采樣孔時，內(nèi)徑不能小于50mm采樣管長應(yīng)不大于80mm，不使用的時候可用蓋板、管堵或著管帽封閉。當(dāng)采樣孔僅用于采集氣態(tài)污染物時采樣管內(nèi)徑應(yīng)不小于40mm。對于輸送高溫或著有毒氣體的煙囪應(yīng)該帶有閘板閥的密封采樣孔。對于圓形煙囪采樣孔應(yīng)設(shè)在包括各測定點在內(nèi)的互相垂直的直徑線上，對矩形或方形煙道采樣孔應(yīng)設(shè)在包括測定點在內(nèi)的延長線上。2.4 煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)分類煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)按取樣方式的不同主要分為三種：采樣式煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)、在線式煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)、遙感監(jiān)測系統(tǒng)。2.4.1采樣式煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)采樣式煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)指的是從煙道當(dāng)中抽取樣氣移送到遠處進行調(diào)節(jié)分析，可分為直接采樣法和稀釋采樣法。直接采樣法指的是先經(jīng)過過濾器除去粉塵，然后抽取煙氣，由保溫管或著通過電加熱式對其進行保溫，這樣可以保持煙氣不會凝結(jié)成露，輸送到干燥裝置對其除濕。在對其煙氣溫度冷卻到5-40℃，然后輸送到分析裝置進行分析污染物氣體的濃度。在這些過程當(dāng)中要用到閥、泵、冷卻裝置、加熱管、輸送和調(diào)節(jié)氣體所需的很多部件。對于這些部件需要經(jīng)常維護、保養(yǎng)、排除故障，定期更換探頭過濾器防止管路漏氣等等。在早期的時候這些問題的出現(xiàn)使很多用戶感到煩惱。如今這些問題都已經(jīng)得到很好的解決，直接采樣法在日本和我國都得到廣泛的運用。稀釋采樣法是通過空氣壓縮機把潔凈的零氣輸送至稀釋器，瞬間稀釋并降低高濃度的煙氣露點和溫度。然后分析其中污染物的濃度。同樣要經(jīng)過過濾器來過濾煙氣中的顆粒物，由于采取1:100的大比例稀釋抽取煙氣量少，探頭過濾器的使用壽命得到延長；煙氣經(jīng)過稀釋后溫度達到正常運行允許的范圍，因此沒有必要冷卻。稀釋抽取法的優(yōu)點是能長距離的輸送氣體，實現(xiàn)遠距離監(jiān)測，維護、保養(yǎng)工作量比較小。此方法在美國得到廣泛的運用。2.4.2在線式煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)在線煙氣連續(xù)系統(tǒng)即是橫穿煙囪的煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。它不是抽取煙道氣而是在線式直接測量煙囪的煙氣成分，此方法可分為兩類：“點”和“線”方法[14]?！包c”式監(jiān)測方法由電化學(xué)或著光電測量傳感器組成。傳感器裝設(shè)在測量探頭的端部，然后伸入煙道檢測傳感器周圍內(nèi)煙氣中污染物的濃度?！熬€”式監(jiān)測方法是使光通過煙道中煙氣，通過污染物對光的吸收度來進行測量。該方法有單光束和雙光束兩種測量方式，單光束指的是煙道一側(cè)的發(fā)射裝...置發(fā)射光，發(fā)射光通過污染物后被煙道另一側(cè)的接受裝置接受。雙光束指的是發(fā)射裝置的發(fā)射光通過污染物后被另一側(cè)的反射鏡反射回來，發(fā)射器同時又是接受器它可以通過檢測返回的光強來分析污染物的溶度。2.4.3遙感監(jiān)測系統(tǒng)遙感技術(shù)在廣泛運用于自然災(zāi)害預(yù)報、氣象、農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。在美國遙感技術(shù)運用于對煙道污染物的監(jiān)測。遙感技術(shù)是通過感知煙道所排放熱分子的光輻射來檢測排放污染物的濃度。美國EPA制定了用激光測量煙氣不透明度的比對方法。但是由于沒有標準化的規(guī)范操作程序，因而遙感監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展比較緩慢。2.4.4稀釋采樣法的特點及應(yīng)注意的問題本論文采用稀釋采樣法對煙氣連續(xù)監(jiān)測。此采樣方式的優(yōu)點是能夠有效防止水蒸汽凝結(jié)，這樣可以防止二氧化硫、氮氧化物等氣體成份的溶解。該方法可以用低濃度環(huán)境分析儀來測量高濃度煙氣的成分。使用簡單的系統(tǒng)組分設(shè)計，系統(tǒng)易擴充、系統(tǒng)精度高、再現(xiàn)性好、校準方法可靠、可一套分析儀器切換監(jiān)測多個煙道。分析儀器不易腐蝕，使用壽命較長。根據(jù)污染物濃度的大幅度變化，及時調(diào)整監(jiān)測系統(tǒng)，保證檢測儀器的精度。一旦國家環(huán)保局需要在全國征收二氧化硫等排污費，可以根據(jù)該方法準確的收取排污費[15]。同樣稀釋采樣方法也有一定的缺點：系統(tǒng)設(shè)備相對復(fù)雜，給維護管理人員帶來很多麻煩。稀釋比例不容易掌握，如果稀釋比控制不好會造成分析誤差乘數(shù)放大的效果。由于使用抽取標準氣體來校準監(jiān)測系統(tǒng)，故標準氣體損耗比較大，需定期購買、安裝，成本比較高。所以運用稀釋采樣法時需要注意以下幾點：采樣煙道流量需大于 0.5升/分鐘；根據(jù)煙氣排放實際情況計算稀釋比，稀釋比例不能超過 1:250。另外需要對稀釋器加熱，稀釋比誤差不大于 1%，稀釋器溫度變化小于 2％；采用臨界孔稀釋[16]時，臨界孔前后壓差不低于 500mmHg。2.5 煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)2.5.1煙塵監(jiān)測項目與方法煙塵監(jiān)測項目有：煙氣量、煙塵絕對排放量、煙塵排放濃度、煙氣濕度、阻力、漏風(fēng)率和煙氣溫度降等[13]。一般情況下，煙塵濃度測試的方法有三種：人工過濾稱重法、林格曼黑度測定法、光電投射法。其優(yōu)缺點如表2.1所示[11,16]。...表2.1三種煙塵濃度測量方法的比較方法優(yōu)點缺點人工過濾稱重測量煙塵濃度的標準方法，精確度不能了解煙塵濃度的動態(tài)變化法高，精密度好林格曼黑度測簡便易行，成本低廉，特別適用于黑人為因素大，環(huán)境條件影響大定法色煙氣的測定光電投射法 儀器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，維護量小， 對儀器的安裝要求高，且標定工響應(yīng)快，能在被測含塵氣體物理化學(xué) 作復(fù)雜性質(zhì)不變的條件下進行連續(xù)測定根據(jù)電廠煙塵測量情況來看，林格曼黑度計不適合電廠煙氣中的煙塵測量。在電廠的煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)中，比較適合的方法應(yīng)為光電投射法。光電投射法主要分為β射線法和光學(xué)法兩類。β射線法β射線法應(yīng)用煙塵對β射線的吸收與煙塵濃度成正比的關(guān)系，采用采樣的方式累計煙塵到薄膜上。然后通過β射線照射到薄膜上，測量吸收的β射線劑量，即可測到煙塵的含量。光學(xué)法光學(xué)法又可分為光散射法和激光濁度法兩種。光散射法是通過可見光對煙塵的散射原理來測量煙塵含量。當(dāng)激光或著紅外平行光束射向煙道時，煙塵會對光產(chǎn)生向所有方向散射。經(jīng)煙塵散射的光照強度在一定程度內(nèi)與煙塵濃度成比例關(guān)系，通過測量散射的光照強度來測定煙塵濃度。激光法濁度是通過光的透過原理來測量煙塵含量，當(dāng)一束激光通過煙塵時，光照強度會因煙塵的吸收和散射作用而衰減，通過測量光束通過煙氣后的強度與原來強度的衰減程度來測定煙塵濃度[18]。激光測塵儀比對值圖2.2激光測塵儀的工作示意圖...2.5.3測塵儀的校準與反吹本論文采用激光濁度法，在測塵儀的發(fā)射端內(nèi)有一面一半鍍銀的鏡子，鏡子旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)鍍銀的一部分對著光源時，光將被反射到一個探測器上，根據(jù)光的衰減情況來校準測塵儀的跨值，一般來說，衰減為12%。當(dāng)沒有鍍銀的一部分對著光源時，光將透射到接收端，沒有光反射到探測器上，這樣來校準測塵儀的零值。反吹激光測塵儀時，壓縮空氣從進氣口進入，通過空氣過濾器。流通過反吹管內(nèi)的傳感器，然后進入煙道，對取樣區(qū)不產(chǎn)生影響。2.5 氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)2.5.1SO2的連續(xù)監(jiān)測方法SO2的連續(xù)監(jiān)測方法主要有紅外吸收法(NDIR法)、紫外吸收法(UV法)和紫外熒光法三種[7]。紅外線吸收法：利用檢測SO2對7.3μm周圍紅外線吸收的原理來檢測煙氣中SO2的濃度。此方法抗水蒸汽、CO、CO2的干擾能力比較弱。紫外線吸收法：通過SO2對280~320nm周圍的紫外線吸收量的變化進行測量。此方法不易受煙氣流量、水蒸汽、CO2的影響。紫外熒光法：通過紫外光（214nm左右）照射到含有SO2的氣樣上，就可激發(fā)SO2產(chǎn)生熒光。然后測定熒光強度來測測量煙氣中SO2的濃度。紫外線熒光法容易受到芳香烴和水蒸汽的干擾，較適合于稀釋采樣法。本論文中對SO2的連續(xù)監(jiān)測采用紅外吸收法。2.5.2NOx的連續(xù)監(jiān)測方法NOx的連續(xù)監(jiān)測方法有紅外線吸收法、紫外線吸收法、脈沖熒光法和化學(xué)發(fā)光法四種[9]。紅外線吸收法：通過測定NO對5.3μm周圍的紅外線吸收原理來進行測定煙氣中NO濃度。NO2是通過化學(xué)還原反應(yīng)轉(zhuǎn)換成NO再測量?？顾荨O、CO2、SO2及有機物的干擾能力比較弱。紫外吸收法：通過NO在195~230nm周圍的與NO2在350~450nm周圍的紫外光吸收量的改變來進行測定。此方法不易受煙氣流量、水蒸汽、CO2的影響。脈沖熒光法：采用脈沖紫外光照射到含有NOx的氣樣上，激發(fā)NOx產(chǎn)生熒光，通過檢測熒光強度來測定煙氣中的NOx濃度。脈沖紫外熒光法受芳香烴和水蒸汽的干擾，較適用于稀釋采樣法。化學(xué)發(fā)光法：測量NOx通過NO和O3化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的NO2。激發(fā)態(tài)的NO2轉(zhuǎn)為常態(tài)的NO2時，伴隨光子的發(fā)射會產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，通過測定發(fā)光的強度即可測量NO濃度。本論文中對NOx的連續(xù)監(jiān)測采用紅外吸收法。...2.5.3氣體分析儀器的標定標定就是通過標準濃度的標氣來校正儀器的偏差。本系統(tǒng)中有三種標定，即零點標定、量程1標定和量程2標定。零點標定是通入零氣(本系統(tǒng)中用的是儀用空氣)對SO2、NOx、CO和O2的零點進行標定。量程1標定是通入標氣(二氧化硫和氮氧化物的混和氣)對分析儀進行定標，二氧化硫和氮氧化物的量程由其標氣中的濃度決定，而一氧化碳和氧氣在量程1標定時為0。量程2標定是通入標氣(一氧化碳和氧氣的混和氣)對分析儀進行定標，而一氧化碳和氧氣的量程由其標氣的濃度決定，同樣二氧化硫和氮氧化物在量程2標定時為0。零點標定打開零點標定系統(tǒng)控制閥，開始標定2分鐘，計時到，零點標定結(jié)束。量程1標定打開量程一標定控制閥，開始標定2分鐘，計時到，量程1標定結(jié)束。打開量程2標定控制閥，開始標定2分量程2標定鐘，計時到，量程2標定結(jié)束。打開采樣控制閥，開始采樣采樣狀態(tài)程序停止...2.6 煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測參數(shù)項目包括：煙道內(nèi)的壓力和溫度、流量、濕度、煙氣含氧量。測量煙氣壓力和溫度是為了計算標準狀態(tài)下煙氣的體積。測量煙氣的流量可以計算煙氣的總排放量。測量煙氣的濕度可以計算煙氣干燥排放量。2.6.1煙氣溫度的監(jiān)測煙氣溫度的測定方法有鉑電極法和紅外線測溫儀兩種：鉑電極法是將一根鉑絲和一根金屬導(dǎo)線（冷端）連成一閉合路。當(dāng)兩連接點處于不同的溫度環(huán)境時，使熱電耦金屬端溫度保持恒定，此端作為參考端。鉑電極產(chǎn)生的熱電勢大小，便能反映煙氣溫度。紅外線測溫儀的原理是當(dāng)物體溫度大于絕對零度時，物體因熱運動發(fā)射紅外線，紅外輻射能量的大小取決于煙氣溫度。2.6.2煙氣流量和壓力的監(jiān)測煙氣流量和壓力的監(jiān)測方法有熱電耦流量計、 超聲波流量計、差壓傳感法三種。熱電偶流量計：當(dāng)煙氣流通過熱電耦時會散去熱電耦表面的熱量。散去熱電耦的熱量與煙氣的流量成正比例關(guān)系。同時也與熱電耦的電阻值變化成比例關(guān)系，測量熱電耦的電阻阻值的變化即可求得煙氣流速。超聲波流量計：煙氣流過已設(shè)定距離的兩個測定點時會產(chǎn)生能量的落差。通過連續(xù)測量在兩個測定點間產(chǎn)生能量落差的傳輸時間，由兩個設(shè)定點間的距離和時間可求得煙氣流量。差壓傳感器法：利用壓力傳感器、皮托管等測定煙氣的動壓和靜壓。動壓和靜壓與煙氣的流量成比例關(guān)系，通過比例關(guān)系可以計算煙氣流量。本論文利用差壓傳感器法測量煙氣的流量和壓力，皮托管法流量計的簡單工作圖如圖2.7所示。皮托管面向煙氣同方向的一側(cè)產(chǎn)生全壓 ，煙氣反方向的一側(cè)產(chǎn)生靜壓，二者的壓力差為動壓即 P（動）=P(全)- P(靜)。從壓力計可讀出煙氣的壓力，流量 V的平方與煙氣的壓力成正比關(guān)系。從而計算出流速 V，V乘以煙道截面積 S即可測出煙氣流量。...圖2.7 皮托管法流量計原理圖2.6.3含氧量的監(jiān)測煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)為了測量排放物成份真實含量時。因為空氣會進入煙道稀釋煙氣，需要測量煙道氧氣的含量。對煙氣含氧量的測量方法有磁氣式測氧法和氧化鋯法兩種。由于氧具有順磁性可以采用磁氣式測氧，即根據(jù)氧分子被磁化時產(chǎn)生吸引力的原理，在不考慮體積磁化大的氣體的影響情況下可使用此方法。氧化鋯法使用氧化鋯傳感器實時對氣體中的氧進行分析，當(dāng)氧化鋯被加熱時氧離子在氧化鋯晶體結(jié)構(gòu)中會產(chǎn)生遷移，使氧化鋯體變成導(dǎo)電體。由于氣體中氧濃度的不同使這種遷移作用產(chǎn)生的電流不同[4]。由于煙氣連續(xù)監(jiān)測項目中氮氧化物是很重要的一個監(jiān)測項目。若使用磁氣式，氮氧化物體積磁化大的特點會影響含氧量的測量。故在本論文中采用氧化鋯法進行含氧量的測量。...第三章煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1分析儀器煙氣連續(xù)監(jiān)測各個子系統(tǒng)的監(jiān)測項目不同，因而各子系統(tǒng)使用的監(jiān)測方法和分析儀器也不同。所以用戶可以自己選擇各子系統(tǒng)所使用的分析儀器，用戶配置的自由度較大。煙氣連續(xù)監(jiān)測各子系統(tǒng)的監(jiān)測項目、監(jiān)測方法、可用的分析儀器及系統(tǒng)的主要性能參數(shù)如表3.1所示。表3.1煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)硬件組成及主要性能參數(shù)子系統(tǒng)監(jiān)測項目監(jiān)測方法分析儀器煙塵監(jiān)測系統(tǒng)煙塵濃度激光濁度法激光測塵儀氣態(tài)污染物SO2紅外吸收法SO2分析儀監(jiān)測系統(tǒng)NOx紅外吸收法NOx分析儀煙塵參數(shù)O2氧化鋯法測氧儀測試系統(tǒng)流量和壓力差壓法流量計數(shù)據(jù)采集與處理 數(shù)據(jù)采集與處理 PLC、PC機系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 串口通信 RS232接口等3.2采樣系統(tǒng)硬件3.2.1稀釋采樣探頭傳統(tǒng)的采樣探頭是插入煙囪的一根貫通的金屬管，它適合于在沒有粉塵顆粒物的煙氣中采樣。然而需要用連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)測量煙氣，煙氣中不含粉塵顆粒物的情況是不可能的。由于顆粒物容易堵塞金屬管，特別是煙氣含濕量比較高時。水蒸氣可能冷凝，與顆粒物結(jié)合在一起形成塊狀物，更易使探頭堵塞。為了減少堵塞，應(yīng)在探頭的一端安裝過濾器。過濾器由燒結(jié)不銹鋼或多孔陶瓷材料制成，防止顆粒物進入采樣管。燒結(jié)金屬由微米粒徑的金屬顆粒物在高溫、高壓下壓縮而成，金屬形成的孔隙度與壓力有關(guān)。燒結(jié)不銹鋼能濾去 10-50μm粒徑的顆粒物常作為探頭過濾器[11]。對任何一個完美的抽取系統(tǒng)，都可能出現(xiàn)堵塞過濾器的問題。為了