導語：如何才能寫好一篇煙氣在線監測系統，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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[關鍵詞]CEMS；NOx；倒掛

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）26-0067-01

一、背景介紹

我公司一期工程為兩臺2×600MW亞臨界燃煤發電機組，分別為1號機組、2號機組。二期工程為兩臺2×660MW超臨界燃煤發電機組，分別為3號機組、4號機組。3號機組于2009年3月投入商業運行，脫硝系統同主機同步建設，同時投入運行。脫硝選擇性催化還原技術（以下簡稱SCR），同時配備了一套煙氣在線監測系統（以下簡稱CEMS）。1、2、4號機組與2013年初陸續安裝了脫硝裝置，采用的也是SCR技術，同時配備了一套CEMS系統。每套脫硝CEMS系統共安裝有4套煙氣在線監測系統，用來測量脫硝系統A、B側出、入口NOx、O2濃度。1、2、3號機組脫硝CEMS系統測量方法：NOx為直接抽取式紅外差分光學吸收光譜法；O2為電化學法。4號機組脫硝CEMS系統測量方法：NOX為直接抽取式紫外差分光學吸收光譜法；O2為氧化鋯法。

二、脫硝CEMS系統升級改造的必要性

1、原CEMS測量系統的缺點

（1）故障率

由于煙氣取樣系統即使全程敷設了伴熱帶，溫度也達不到爐膛300多度的溫度。因此煙氣會在取樣系統中結露成一小部分的水。煙氣中氨氣、SO2和水會發生反應生成亞硫酸氫氨。化學方程式為NH3+SO2+H2O――NH4++HSO34，2NH3+SO2+H2O――（NH4）2SO3。亞硫酸氫氨呈白色，會敷在測量池上形成一層白色的膜，大大降低了紫外差分光學的光譜能量，導致分析儀測量的NOX值不準。由于亞硫酸氫氨極易溶于水，這樣就需要維護人員定期觀察發現光譜能量值，發現降低時，用水清洗測量池。實踐經驗告訴我們，清洗時間大約間隔15天，這樣一來大大降低了煙氣在線監測數據的有效和準確性。

（2）故障處理時間

4號機組脫硝原CEMS測量系統沒有煙氣預處理系統，全程高溫伴熱180℃。系統出現故障時，為了防止高溫燙傷先得停止加熱，待冷卻后方可動手處理。故障處理完，待溫度達到設定180℃時，系統才開始工作，期間加熱時間超過1小時。綜合計算處理故障時間總計3個小時。大大降低了煙氣在線監測數據的實時性。

2、儀表量程的選型

4號機組脫硝CEMS分析儀NOx物理量程為400mg/m3，當時國家火電廠大氣污染物排放標準為NOx不大于100mg/m3。儀表量程和測量精度都符合并滿足《火電廠煙氣排放連續監測技術規范》。現階段隨著國家“十二五”綠色減排計劃的日益跟進和國華電力綠色發電計劃的實施，我廠大氣污染物排放新的標準為NOx不大于80mg/m3，因此我們需要也有必要提高CEMS分析儀的NOx測量精度。我廠正常工況下鍋爐煙氣中NOx含量只有150mg/m3左右，因此選擇NOx小量程、高精度的分析儀勢在必行。

3、NOx倒掛問題

所謂NOx倒掛問題是指煙氣在線監測系統中顯示的脫硫系統出口NOx濃度略大于脫硝系統出口NOx濃度。脫硝系統投運以來，一直存在脫硫系統出口NOx濃度比脫硝系統出口濃度偏高的現象。對脫硫系統煙氣分析儀通入標氣后，顯示準確，同樣對脫硫系統煙氣分析儀通入標氣后顯示也是準確的。每個季度河北省環境監測中心站出具的比對監測結果顯示，脫硫凈煙氣NOx測量值均在誤差允許的范圍內。而在脫硝系統做試驗時由河北省電研院對脫硝出口NOx測量值跟煙氣在線監測系統測量值比較接近。經過長時間的測試、試驗和比對，倒掛現象的原因為脫硝系統出口煙道較短，煙道內NOx混合不均勻，而CEMS測量的是煙道內某一點的NOx濃度，不具有代表性。

由于國家環保局在線監測的數據是以脫硫出口煙氣NOx濃度為標準，而我廠是以脫硝出口NOx濃度來調節噴氨量。這樣就會出現由于調節不及時導致脫硝出口NOx濃度沒有超標而脫硫出口NOx濃度超標的現象。這個問題長期以來一直困擾著運行人員。所以脫硫系統出口NOx與脫硝系統出口NOx倒掛的現象有必要進行解決。

結合以上三點分析，脫硝煙氣在線監測系統升級改造勢在必行。

三、脫硝煙氣在線監測系統升級改造的實施

1、減少CEMS測量系統的故障率

脫硝CEMS系統增加一套煙氣取樣冷卻裝置，即冷凝器和蠕動泵。冷凝器的功能為給煙氣降溫和出去煙氣中的水分，蠕動泵的功能是將冷凝器產生的水排走。將冷凝器安裝在煙氣取樣管線進入分析柜入口處，保證煙氣第一流程先經過冷凝器。從而使煙氣中少量的亞硫酸氫氨溶于水后排走，不會在污染測量池。煙氣經過冷凝后溫度降低，如果出現故障時可以及時上手處理不會耽誤故障處理時間。

2、提高儀表精度

上文提到我廠正常工況下鍋爐煙氣中NOx含量只有150mg/m3左右，因此選擇了NOx濃度量程為0―300最為合適。

3、解決NOx倒掛問題

在空預器入口的水平煙道頂部取樣，抽入4根取樣管后將煙氣匯合到母管。母管接入空氣預熱器的出口煙道。利用煙道的壓力差，使得煙氣自然流動。在母管上安裝煙氣采樣探頭，用來測量。由于插入了4根采樣管，且每根采樣管上均開有3個小孔，這種采樣方式將使得煙氣的混合將更加均勻。測量值更具有代表性。改造后倒掛現象消失。

四、脫硝煙氣在線監測系統升級改造后的成效

自1月份4號機組脫硝煙氣在線監測系統升級改造后，CEMS系統運行穩定，0故障率。脫硫系統出口NOx與脫硝系統出口NOx濃度基本一致，倒掛現象消失。

藍色曲線為脫硫出口NOx濃度，紫色曲線為A反應器出口NOx濃度，黃色曲線為A反應器出口NOx濃度。

參考文獻

[1] 滄東電廠運行規程.

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關鍵詞 變壓器；局部放電；在線檢測

中圖分類號TM40 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）45-0008-02

0 引言

變壓器內部存在局部缺陷，在電場作用下會引起變壓器局部放電，當放電量逐漸累積，能使變壓器的絕緣材料逐步老化，影響其絕緣性能，嚴重時會導致絕緣事故,危及電網安全。而目前常規進行的變壓器預防性試驗只能定期停電檢查，難以及時發現變壓器內部局部放電引起的絕緣故障。因此，對電廠變壓器局部放電在線檢測系統進行研究很有必要。變壓器作為電力系統極其重要的設備，如果發生故障，會直接影響了電力的供應，進而給人們的生產生活帶來嚴重的后果，所以必須保證變壓器能夠正常的工作。由于變壓器的故障主要是絕緣劣化引發的，而反應變壓器內部絕緣狀態的一個很重要的特征量就是局部放電量，所以實時監測變壓器內部的局部放電狀態非常有必要，當發生局部放電的時候，實時監測到放電量，當達到事先設定的報警值時，啟動報警裝置，通知人們去解決，以此保證變壓器的長久的穩態運行，從而保障正常供電。

本文設計了變壓器局部放電在線監測系統研究。通過對變壓器局部放電在線監測裝置的研究，能實現實時監測，及時了解變壓器內部局部放電情況，判斷絕緣脆弱部分，提前采取措施，避免突發性事故的發生。

1 變壓器局部放電的機理

變壓器內部局部放電的機理是：在電場作用下，絕緣系統中只有部分區域發生放電，而沒有貫穿施加電壓的導體之間，即尚未擊穿，這種現象稱之為局部放電。對于被氣體包圍的導體附近發生的局部放電，可稱之為電暈。局部放電可能發生在導體邊上，也可能發生在絕緣體的表面或內部，發生在表面的稱為表面局部放電。

2 變壓器局部放電的檢測方法

局部放電的測量是以局部放電時所產生的各種現象為依據，通過能表述該現象的物理量來表征局部放電的狀態。局部放電過程中除了伴隨著電荷的轉移和電能的損耗之外，還會產生電磁輻射、超聲波、發光、發熱以及出現新的生成物等，因此與這些現象相對應，局部放電的檢測方法可以分為電氣測量法和非電氣測量法兩大類。非電的測量方法主要包括超聲波檢測法、光測法、紅外檢測法、化學檢測法等。這些方法的優點是測量中不受電氣的干擾，抗干擾能力較強，但靈敏度比較低，同時難以進行精確的定量分析，更無法得到視在放電量 PC值等，因此至今主要用作局部放電的定位和輔助測量。目前普遍采用的是電氣測量法，并且隨著新技術的應用，逐漸向超高頻、超寬頻帶測量方向發展。

電氣測量方法為傳統常規局部放電測量方法，其又分為：

1）外殼電極法：在GIS外殼上敷設絕緣薄膜和金屬電極，外殼與金屬電極間就構成一個電容，可將高頻放電信號耦合至檢測阻抗上。該阻抗上的信號可經放大最終得到GIS局部放電水平。這種方法的優點是檢測靈敏度高、結構簡單、易實現，但缺點是易受外界干擾；

2）內部電極法：該方法是將GIS法蘭稍加改造，在法蘭內部加裝金屬電極，該電極與外殼構成耦合電容，以此電容傳感器提取局部放電的脈沖信號，當采用兩個電容傳感器時即可進行GIS局部放電定位，由GIS局部放電信號到達兩個傳感器的時間差確定放電點；

3）外接電流傳感器：當GIS內部產生局部放電時，接地線上有高頻電流通過，因此可利用帶有鐵氧磁芯材料的羅可夫斯基線圈作為傳感器來測量此高頻信號，此方法優點是精心制作的傳感器可以在很寬的頻率范圍內保持很好的傳輸特性，但地線需穿過線圈，給現場使用帶來了不便。

3 變壓器局部放電在線檢測系統設計

變壓器局部放電在線監測系統應滿足以下要求：1）監測系統的投入和使用應不改變、不影響變壓器的正常運行；2）能夠連續監測、記錄和處理數據，及時報警；3）具有良好的抗干擾能力和合理的監測靈敏度；4）系統本身可靠性高，易于維護，適于室外長期運行。根據以上的要求設計了變壓器局部放電在線監測系統，其主框圖如圖1所示：

下面詳細介紹各單元的選擇和設計：

1）傳感器是實現在線監測的首要環節，直接影響測量技術的發展。檢測系統的準確度和傳感器的有很大的關系，如果傳感器不能很好的變換成所要采集的信息，那么硬件電路軟件設計再準確可靠也不能真實反映變壓器的實際變化，因此要準確的在線檢測，選擇合適的傳感器是首要條件。監測變壓器內部局部放電信號所使用的傳感器必須滿足下列條件：

（1）能夠安全有效地提取微弱的局部信號，不影響變壓器的正常工作；

（2）結構設計合理，便于在電廠對變壓器進行安裝和調試；

（3）具有較好的抗干擾能力，作為在線監測的前端裝置，其性能直接影響整個系統的穩定性，傳感器的工作性能必須穩定。

2）從電流傳感器輸出的局部放電信號往往十分微弱，必須對其進行預處理后才能送入高速數據采集單元進行模數轉換。由于在測量過程中不可避免地遭受各種內、外干擾因素的影響，為了利用被測信號來驅動顯示記錄和控制儀器或進一步將信號輸入計算機進行數據處理，因此經傳感器采集后的信號尚需經過調理、放大、濾波、運算分析等一系列的加工處理，以抑制噪聲、提高信噪比，因此需要設計放大器單元。在頻率為40kHz~400kHz范圍能真實全面地反映局部放電信號。所以傳感器耦合到的放電信號進入放大器后，首先進入濾波環節，對其進行帶通濾波，濾除頻率在40kHz~400kHz范圍以外的信號。

3）數據采集(DAQ)，是指從傳感器和其它待測設備等模擬或數字被測單元中自動采集非電量或者電量信號,送到上位機中進行分析,處理。數據采集卡，即實現數據采集（DAQ）功能的計算機擴展卡，可以通過USB、PXI、PCI、PCI Express、火線（1394）、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太網、各種無線網絡等總線接入個人計算機。

4 結論

隨著大型變壓器制造容量和電壓等級不斷提高，變壓器能否安全運行直接影響到系統的安全穩定。因此人們對變壓器的可靠性要求也越來越高。變壓器局部絕緣系統損壞不僅影響到電網還威脅到人民的安全。本文分析了變壓器局部放電的機理和檢測方法，最后設計了變壓器局部放電在線檢測系統，保證電力系統的正常運行。

參考文獻

[1]宋克仁，馮玉全.高壓變壓器在線局部放電測量[J].高電壓技術，1992(1)：40-44.

[2]黃盛潔，姚文冰.變壓器局部放電在線監測技術研究[J].高電壓技術，1996，22(4)：39-42.

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關鍵詞：干式空心電抗器；匝間短路；阻抗變化量；在線監測

DOI：1015938/jjhust201702013

中圖分類號： TM47

文獻標志碼： A

文章編號： 1007-2683（2017）02-0067-05

Abstract：The change of current value caused by turntoturn short circuit of drytype aircore reactor is so little that failure detection is difficult to be carried out In order to solve this problem， a new online monitoring system based on impedance variation of turntoturn short circuit is proposed The numerical method is applied to analyze the variation of equivalent resistance and equivalent reactance when drytype aircore reactor winding short circuit happens in different places， and the monitoring method based on harmonic analysis method and quasisynchronization sampling method is analyzed by theory The hardware system， which takes singlechip microcomputer as the core of data processing and logic control， completes data acquisition of voltage signal and current signal of the reactor In the respect of software design， the impedance variation will be uploaded to the PC after it has been calculated by using the above monitoring method， and then monitoring of turntoturn short circuit fault will be realized Finally， the design of online monitoring system is studied by testing The research result shows that， the equivalent resistance increases and the equivalent reactance decreases when turntoturn short circuit occurs， and the variation of equivalent resistance is more obvious than equivalent reactance The experiment results prove that this monitoring method is true and the online monitoring system is feasible

Keywords：drytype aircore reactor；turntoturn short circuit；impedance variation；online monitoring

0引言

干式空心抗器具有結構簡單、重量輕、體積小、線性好、損耗低、維護方便等優點，在電力系統中運用日益廣泛[1-2]。隨著干式空心電抗器長時間的使用，其故障發生率居高不下，大量資料和實際運行情況表明，干式空心電抗器燒毀的原因主要是線圈匝間短路故障[3-8]。

目前，對干式空心電抗器的保護大多都采用過流保護的方式[9-10]。此外，也有文獻采用溫度監測的方法[11-13]。過流保護一般整定15～2倍額定電流，對外部相間短路和單相電抗器首末端短路可以有效的保護。由于電抗器匝間短路后電流小于過流保護的整定值，過流保護不能啟動，造成電抗器嚴重燒毀，甚至發生著火燃燒。干式空心電抗器線圈采用環氧玻璃絲纏繞，匝間短路后溫升變化緩慢，采用溫度監測方法也不能及時發現故障。

本文解析了干式空心電抗器發生匝間短路故障時等值電阻與等值電抗的變化量，在此基礎上，設計了一種基于阻抗變化量的匝間短路在線監測系統，并通過試驗驗證了可行性。

1匝間短路電抗器阻抗變化量

11等效電路與解析方法

干式空心電抗器是若干支路并聯的組合，各支路有直流電阻、自感和互感。假設N層并聯線圈的第m層發生匝間絕緣故障，在該處匝間絕緣故障還沒有將第m層繞組燒斷以前，其電路模型如圖1所示[5]。

12阻抗值及其變化量

本文以一臺型號為CKDGKL-25/10-1干式空心電抗器為樣品，其具體參數見表1：

當干式空心電抗器發生匝間短路故障時，分別計算了其不同位置（設電抗器高度為變量H，頂部、H/4處、H/2處）總電流、等值電阻與等值電抗的變化量，具體結果見表2。

從表2中可以看出，發生匝間短路故障時，干式空心電抗器總體電流變大，但變化量很小；等值電阻增加，增加范圍是261%～152%；在等值電抗減少，減少范圍是012%～043%。

2監測方法的研究

21諧波分析方法

本文采用諧波分析方法計算電抗器的阻抗值，設被測干式空心電抗器的電壓、電流信號分別為：

22準同步算法

以上分析均是建立的完整周期采樣條件下進行的，但是在實際中，并不能保證采樣周期是完整的周期，這樣就會帶來很大的誤差，本文采用準同步算法減小誤差[14-15]。它是在周期偏差|Δ|不太大的情況下，通過適當增加采樣數據和采用新的數據處理方法來獲得某一周斯函數平均值的高準確度估計的算法。以求取周期信號函數f（t）的平均值為例。

常用的求積公式有復化矩形、復化梯形和復化辛普森求積公式三種，其中復化梯形求積公式收斂速度最快[16]。

以上就是準同步算法的基本原理。采樣值與對應的權系數的乘積的和便是所求的平均值。對于確定的數值求積公式、采樣周期和采樣個數，權系數可以預先計算出來。為了提高系統處理數據的速率和確保系統的準確度，本文選用復化梯形求積公式，采樣周期的個數為3，每周期采樣點個數為100[17]。權系數如圖2所示。

3總體方案及硬件組成

對運行的電抗器，電力系統現場有電壓互感器和電流互感器獲得電抗器的電壓與電流信號。但獲取的信號不能直接滿足測量系統的要求，需要進行處理。電壓信號經精密電壓互感器二次分壓，電流信號經電流互感器二次分流，然后接入信號調理電路進行濾波、放大，調理后的信號經A/D轉換器的進行兩路同步采集得到數字信號，以89C55單片機作為核心，控制A/D轉換器，進行數據采集，將采集數據放入數據存儲器里，利用諧波分析法和準同步算法對數據進行運算，最后將運算所得結果R與X通過串口通信的方式上傳至上位機進行顯示，存儲等處理。

根據總體方案，整體硬件框圖如圖3所示。二次分壓與分流選用型號為HPT205ATN電壓互感器和HCT204ATN電流互感器，兩者精密等級均為01%[18]。模/數轉換器選用了MAXIN公司生產的同步數據采集芯片MAX125，它是一款高速、多通道數據采集芯片。內部帶有一個14位，轉換時間為3μs的逐次逼近型模數轉換電路，同時還有4個采樣/保持電路，一共可以有8路輸入信號，最多可以對4路信號進行同步采集[19-20]

4軟件設計

41單片機程序

在線監測系統選用C語言對單片機程序進行編寫，程序流程圖如圖4所示。包括初始化、數據采集與存儲、數值計算、數據傳輸等功能。

系統通電，對單片機定時器與串行口進行初始化，打開中斷，進行采集數據，把采集數據寫入片外RAM里的數據，并對采集數據進行運算，得到電抗器的等值電阻與等值電抗，將電抗器的阻抗值發送至上位機，進行顯示等進一步處理。

42上位機程序

在線監測系統選用Visual Studio是為開發環境，MFC為開發工具對上位機程序進行了編寫，匝間短路在線監測系統界面如圖5所示。

系統采用了模塊化思想，包括連接、初始化、故障監測、電阻監測值、電阻變化量、電抗監測值和電抗變化量等部分。分別實現了串口通信、電抗器理論計算阻抗值寫入、報警閾值和報警次數設定，對運行電抗器監測值及阻抗變化量的顯示，以及監測數據的存儲等功能。

5試驗研究

試驗使用文中所述電抗器，將電抗器最外層包封環氧玻璃絲剝開直至露出第7層線圈鋁導線，然后把導線外包繞的聚酯薄膜剔除，將的兩匝導線之間塞進細銅絲來模擬實際的匝間短路故障進行試驗。試驗電路如圖6所示。

由于電抗器額定電壓為61 V，與電力系統現場電壓互感器額定電壓值100/〖KF（〗3〖KF）〗 V基本一致，因此可以省略電壓互感器，采用調壓器升壓方式的便可以得到試驗允許電壓；而電抗器電流為42 A，遠大于電力系統現場電流互感器額定電流值5 A，所以需外加一級電流互感器才能得到試驗允許電流。試驗所用調壓器參數見表3，電流互感器參數見表4。

根據所選電抗器和試驗設備，搭建試驗平臺。在電抗器工作在額定電壓的情況下進行了試驗，測得電抗器的等值電阻與等值電抗，試驗結果見5。

從表5中可以看出，電抗器在不同位置發生匝間短路時，阻抗值與理論分析的變化規律一致且變化量大小也基本相同，進而驗證了O測方法的正確性，以及在線監測系統具有較高的準確度。

6結論

本文對匝間短路干式空心電抗器阻抗變化量及其在線監測系統進行了研究，得到如下結論：

干式空心電抗器發生匝間短路后等值電阻增加，等值電抗減小，其中等值電阻變化更明顯；試驗結果表明阻抗變化量理論計算值與監測值相一致，論證了在線監測方法的正確性，以及在線監測系統具有較高的準確度。

參 考 文 獻：

[1]魏新勞，程樹康，朱敏，等.大型三相空心電力電抗器相間電磁力計算[J].電機與控制學報，2002，6（3），195-199.

[2]張良，呂家圣，王永紅，等.35kV干式空心電抗器匝間絕緣現場試驗[J].電機與控制學報，2014，18（6），66-71.

[3]陳澤鑫.關于干式空心并聯電抗器燒損問題的原因分析[J].電網技術，2015，（11）：32-35.

[4]王耀龍.干式空心并聯電抗器多起損壞原因分析[J].電氣技術，2012，（7）：55-57.

[5]付煒平，趙京武，霍春燕.一起35kV干式電抗器故障原因分析[J].電力電容器與無功補償.2011，32（1）： 59-62.

[6]張耀山.一起35kV干式電抗器匝間短路的故障分析[J].技術研發，2015，（12）：86-87.

[7]高曉東，曲文韜，陳仁剛.35kV干式空心電抗器故障分析及預防措施[J].電力電容器與無功補償，2015，36（2）：85-88.

[8]徐林峰.一起干式空心串聯電抗器的故障分析[J].電力電容器與無功補償，2008，29（2）： 50-54.

[9]郭香福，孟波.空心并聯電抗器匝間短路故障電流及其過流保護系統[J].變壓器，2008，45（11）：20-22.

[10]魏莉，高雯，沙瑛.并聯電抗器保護的運行分析及整定計算[J].寧夏電力，2010，（S1）：121-123.

[11]張許賀，白英建，殷蘭申，等.35kV電抗器紅外測溫研究及應用[J].電工技術，2014，（10）：55-56.

[12]田應富.變電站干式電抗器故障監測方法研究[J].南網電網技術，2010，4（1）：60-63.

[13]吳文東.35kV干式電抗器溫度場分布及紅外測溫方法研究[J].變壓器，2013，50（9）：62-65.

[14]戴先中.準同步采樣中的幾個理論與實際問題[J].儀器儀表學報，1986，7（2）：203-207.

[15]戴先中.準同步采樣及其在非正弦功率測量中的應用[J].儀器儀表學報，1984，5（4）：390-395.

[16]⑽納.高壓電纜絕緣在線監測系統的研究[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2004.

[17]張盎然，陳明華，楊揚.基于準同步算法的諧波分析方法[J].電測與儀表，2002，39（433）：10-12.

[18]朱寶森，司昌健，陳慶國，等.基于DSP的高壓電容型電力設備介質損耗因數測量系統[J].哈爾濱理工大學學報，2010，15（6）：21-24，29.

篇4

摘要:以STM32F103VB處理器和甲烷氣體傳感器為核心，設計了一種基于GPRS無線遠程通信的水稻田甲烷氣體在線監測系統。首先，介紹了監測系統的總體設計思路與核心結構，包括系統的硬件系統結構與軟件系統設計;其次，針對甲烷傳感器進行了標定、穩定性實驗，在此基礎上，建立了甲烷濃度預測模型;最后，選取安徽省農科院水稻實驗田作為對象，連續監測了144小時的甲烷排放情況，甲烷排放速率呈周期性變化，變化周期為24小時(1天)，甲烷排放速率與土壤溫度呈正相關，144小時的甲烷氣體平均排放速率為2.935mg•m－2•h－1。實驗結果表明:系統能夠實時監測水稻田甲烷氣體單位面積的排放通量及排放速率情況，為水稻田溫室氣體排放監測與控制提供理論基礎與數據支持。

關鍵詞:CH4監測;嵌入式系統;預測模型

我國農業已超過工業成為最大的面源污染產業［1］，農業中的溫室氣體排放引起國內外專家的密切關注。甲烷(CH4)是全球第二大溫室氣體［2］，聯合國政府間氣候變化專業委員會(ICPP)報告指出，單位摩爾甲烷的輻射強度是二氧化碳的21倍，它對全球溫室效應的貢獻達到二氧化碳的1/3［3－4］。水稻田是甲烷氣體最主要的排放源之一［5－6］，水稻田甲烷的排放速率及排放通量信息的快速獲取是一項亟需解決的關鍵技術［7－8］。目前普遍采用的靜態箱－氣相色譜法存在著采樣程序繁瑣、成本高、不能實時監測等問題［9－10］。為了有效監測水稻田甲烷氣體排放，急需一種實時快速獲取甲烷氣體濃度的監測系統，它能夠長期監測水稻田中甲烷氣體的排放速率、單位面積的排放通量。在此背景下，本文設計了一套基于傳感技術、嵌入式技術與遠程無線通信技術相結合的甲烷氣體排放在線監測系統。該系統具有實時、穩定、高精度等優點，為水稻田甲烷氣體濃度在線檢測與監測提供了一種新的手段與方法。

1系統總體設計

系統包括硬件設計、軟件設計兩大部分。其中硬件設計主要含核心處理模塊、數據采集模塊、數據獲取傳感器以及數據無線發送等部分。數據獲取傳感器選用高精度紅外甲烷氣體傳感器探頭(英國Dyna-mentMSHia－HC)、高穩定溫濕度傳感器芯片(SHT20)。甲烷氣體傳感器探頭采集的電信號經信號調理電路由微處理器ADC采集并處理得到甲烷濃度，而溫濕度傳感器則通過IIC總線的方式與微處理器進行通信;系統選用低功耗的32位ARM處理器STM32F103VB作為主控芯片，由獨立電源模塊進行供電，并引出標準JTAG接口，方便程序的燒寫與調試;STM32控制器的實時時鐘(RTC)模塊，為定時采樣、實時存儲提供時間依據，利用STM32控制器的SPI接口將采集數據與采樣時間同步寫入SD卡中，實現采集數據與采樣時間的本地存儲。此外系統通過RS232接口將采集數據經GPRS模塊實時上傳至云端服務器，實現數據的遠程存儲與調用。

2系統硬件設計

2.1控制器選型

控制器是整個監測系統的核心部件，主要負責數據采集與處理，將獲得的甲烷濃度與溫濕度等數據存儲到本地的SD卡中，同時通過RS232串行接口經GPRS模塊將數據上傳到云端服務器上進行遠程存儲，方便調用。系統控制器采用意法半導體(ST)公司的基于Cortex－M3內核的32位ARM處理器STM32F103VB，該處理器具有高性能、低成本、低功耗等特點。其內部帶有128kB字節的FLASH和20kB的SRAM;最高工作頻率可達72MHz，具有豐富的高速I/O端口，3路12位ADC(可達21通道)，2路DAC，4路16位通用定時器，2路16位PWM;可達13個通信接口:2個IIC接口，3個SPI接口，5個USART接口，1個CAN接口，1個USB2.0全速接口，1個SDIO接口。完全能滿足甲烷排放、溫濕度監測系統設計要求。

2.2甲烷傳感器

目前檢測甲烷氣體的傳感器有催化燃燒和紅外吸收兩種原理的，通常用來檢測煤礦中甲烷等可燃性氣體濃度(精度要求不高)的為催化燃燒原理的傳感器。催化燃燒式傳感器設計和制造相對簡單、價格低廉，但是該類型傳感器存在以下明顯不足:①精度差，目前市面上的催化燃燒式甲烷傳感器檢測限約為100ppm，無法有效檢測水稻田中的低濃度甲烷氣體;②抗干擾性能差，對大部分可燃性氣體都產生響應，環境中其它可燃性氣體對其檢測結果干擾較大;③容易失效，當環境中存在含硅、氯、硫的化合物時，傳感器會發生中毒現象，所以催化燃燒式傳感器要時常校準。針對以上問題，本文采用基于紅外吸收原理的高精度紅外甲烷氣體傳感器探頭(英國DynamentMSHia－HC)作為甲烷氣體檢測單元，該傳感器具有穩定性好，精度高，抗干擾能力強、適用惡劣環境、維護少、壽命長等優點。該傳感器運用了非色散紅外原理，能夠實現對甲烷氣體的高精度檢測。該傳感器為高分辨率的全量程甲烷傳感器，在0至1%范圍分辨率為1ppm，在大于10%范圍分辨率為100ppm，且響應時間小于25秒。符合水稻田甲烷氣體排放濃度測量需求。該傳感器具有0.4V至2V模擬電壓輸出與串口輸出兩種模式，本系統選用模擬電壓輸出模式，其與STM32控制器的接口電路如圖2所示。本設計使用STM32控制器的ADC直接讀取傳感器的電壓值，經處理運算得到實際甲烷濃度。

2.3溫度傳感器

采用TYX－CTWS1型土壤溫度傳感器，其測量精度高、響應快。采用12V供電，輸出電流為工業標準4mA至20mA輸出，抗干擾能力好，其分辨率為0.1℃，適用于對農田土壤溫度是檢測。由于其輸出的為電流信號，因此需要個轉換電路轉換成模擬電壓輸出，然后被stm32的ADC所采集，經運算得到土壤實際溫度值。

2.4GPRS模塊

GPRS(通用分組無線服務技術)模塊采用廈門才茂(數據傳輸單元，DTU)，CM3160P采用高性能工業級嵌入式處理器，以實時操作系統為軟件支撐平臺，超大內存，內嵌TCP/IP協議棧。支持AT指令，方便用戶進行參數配置，同時支持TCP、UDP透明數據傳輸，采用RS－232串行接口，能夠實現用戶串口到無線網絡之間的轉換，使傳統串口設備更好的加入無線網絡，從而實現數據的無線傳輸。CM3160P外接SIM卡，支持固定IP通信方式支持固定IP通信方式，通過合理配置，可以通過GPRS網絡連上服務器端。CM3160P完全能勝任水稻田復雜環境下數據無線傳輸的要求。

2.5其他硬件模塊

(1)電源模塊整個系統控制單元需要用到3.3V電壓，甲烷傳感器工作則需要5V電壓，而GPRS模塊則需要用12V供電。本設計由外部12V鋰電池供電，通過MORNSUNK7805－1000穩壓芯片降壓到5V，再由ASM1117－3.3穩壓芯片將5V電壓轉換成3.3V，用于控制器最小單元、溫濕度傳感器、甲烷傳感器、存儲模塊、GPRS模塊等供電。

(2)存儲模塊為防止數據丟失，系統將采集的數據在上傳發送到服務器端的同時，還進行了本地存儲，確保采集數據的完整性。本系統設計有SD卡存儲電路，利用STM32的SPI接口，將采集的數據與采樣時間同步寫入到SD卡中，實現了數據的本地存儲。

(3)RS232串口模塊監測系統需要通過串口將采集的甲烷濃度與溫濕度數據經CM3160P(GPRS模塊)以透傳模式上傳至服務器，而CM3160P采用的是RS232接口，要實現控制器與CM3160P之間的通信，必須先將控制器的TTL電平轉換成RS232電平。本設計利用MAX232電平轉換芯片，將STM32USART接口的TTL電平轉換成RS232電平。

(4)時鐘模塊本地存儲傳感器數據時需要存儲對應采樣時間，以便作后期數據處理。本文直接利用STM32的實時時鐘(RTC)模塊，因此需要使用外部LSE晶振，本文在STM32第8、9引腳接有32.768KHZ的晶振電路，同時在STM32的VBAT引腳接有3.3V紐扣電池，以便在斷開電源后使用后備電池進行供電，維持RTC的正常運行，為本地存儲提供時間依據。

3系統軟件設計

3.1嵌入式軟件設計

本文采用庫函數法進行嵌入式軟件設計，采用ST官方固件庫3.5.0進行驅動與軟件開發。采用固件庫開發，無需了解寄存器底層操作，只需調用庫提供的函數，即可輕松的完成各外設的配置，極大的縮短了開發周期，提高了編程效率。本文中嵌入式軟件主要任務包括系統初始化、甲烷溫濕度數據采集與處理、SD卡存儲、串口傳輸。首先進行系統初始化，包括系統時鐘初始化，sy-stick滴答定時器、RTC、GPIO口、嵌入式中斷嵌套、通用定時器、ADC、SPI、DMA等外設初始化，SD卡模塊、溫濕度模塊、串口通訊等模塊初始化。RTC提供時鐘，每個整點啟動數據采集，采集的傳感器值經過算法濾波后得到相應甲烷濃度值與溫濕度值，分別由stm32的SPI接口寫入SD卡中，USART接口傳輸給服務器，之后關閉傳感器以及傳輸模塊，使系統處于待機狀態以減小功耗。

3.2服務端軟件設計

服務端軟件開發平臺采用VisualStudio設計，采用C#編程，該軟件啟動后進入監聽模式，一旦有GPRS無線模塊上線，便可直接建立連接、通信。該軟件可以管理各設備節點的接入情況，設置工作模式，同時可以控制數據采集終端的采集時間間隔，從而達到遠程監控的目的。該軟件建立有數據庫，將GPRS無線模塊傳輸回來的數據實時保存至數據庫中。

4驗證實驗測

試實驗主要針對系統甲烷傳感器進行標定，同時針對系統數據采集精度、測量范圍、穩定性等方面對系統性能做出分析。現場監測實驗用于證明其實用性，即該系統確實是否可以用于水稻田甲烷排放量的監測，以及存在改進的地方。

4.1傳感器標定

本系統所采用的甲烷傳感器輸出為0.4V至2V模擬電壓信號，因此采用標定的方法來確定傳感器輸出電壓和實際甲烷濃度之間的定量關系。實驗對濃度0至2000ppm范圍內21種不同濃度的標準甲烷氣體進行標定，記錄相應濃度下的電壓輸出值，并設傳感器的分辨率為1ppm。每種濃度下的電壓值均為經過STM32微處理器采用最小二乘法、RANSAC等算法軟件濾波后的值，重復多次實驗后，求取平均值。

4.2穩定性測試

針對0至2000ppm范圍內三組不同濃度的甲烷氣體(400ppm，600ppm，800ppm)，本項目進行了傳感器穩定性測試。每組測試時長5天，每隔10min采集一次數據，實驗結果如圖11所示。結果表明不同濃度甲烷氣體的測量誤差均小于0.01%，具有較高的監測精度，且傳感器的穩定性良好，不會隨時間產生漂移。

4.3農田監測實驗(2周實驗數據)

現場試驗在安徽省農科院水稻育種基地開展，由于育種基地中施用有機肥量較大，所以釋放的甲烷量較多，具有代表性。我們利用有機玻璃制作了一個密閉的長方體氣箱，氣箱尺寸為80mm×80mm×(25+30)mm，其中在水面上方的部分搞25mm，水面下方部分高30mm。一方面光線可以通過有機玻璃直射到農田中的作物上面，不影響作物的正常生長;另一方面保證了農田淤泥中釋放的甲烷氣體不會擴散到大氣中。為了減小對水稻生長環境的影響下，我們設定監測周期為6天，系統每小時采集一次甲烷氣體濃度數據和有機玻璃氣箱內泥土溫度數據。由于我們采集的甲烷濃度數據是甲烷的累積值，理論上講應該是一個直線上升的趨勢，但是從圖中可以看出數據的變化總體上升，但是上升的速率(及甲烷的排放速率)是有近似周期性變化的。這個變化周期與監測的泥土溫度周期有一定的相關性。為了直觀顯示水稻田中的甲烷氣體排放速率，我們對甲烷排放累積濃度變化曲線進行求導，可以得出甲烷排放速率變化曲線(如下圖所示)，從圖中我們可以看出:①甲烷排放速率呈周期性變化，變化周期為24小時(1天);②甲烷排放速率與土壤溫度呈正相關，土壤溫度越高，甲烷排放速率越快，反之越慢;③144小時的甲烷氣體平均排放速率。

5結論

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關鍵詞：煙氣在線監測；水質在線監測；管理制度；達標排放

中圖分類號：X84 文獻標識碼：A

近年來，隨著我國經濟的快速增長，經濟發展與資源環境的矛盾日趨尖銳，對工業鍋爐SO2、O2及廢水COD排放總量指標的測定計量及控制已成為迫切需要。唐山礦業公司作為主力生產礦井，既要為集團公司各項指標的完成提供支撐掩護作用，又要實現自身科學發展。作為全國唯一的坐落在市區的生產礦井，對各種污染物的排放控制就顯得很重要。

1 公司簡介。我公司是開灤（集團）所屬大型專業化礦井之一，其前身是開灤礦務局唐山礦，始建于1878年，是中國大陸近代采煤工業的源頭。現有三大工業遺跡：一是唐山礦一號井，于1879年2月開鑿；二是中國第一條標準軌鐵路，1881年8月，該礦正式出煤，當年產煤3613噸，同年底，唐山到胥各莊的鐵路修筑完成，此鐵路是我國建成的第一條標準鐵路；三是百年達道，1899年在一號井至西北井開鑿了這條南北走向的隧道式橋洞，稱為"達道"。至今三大工業遺跡仍在服役，因此唐山礦獲得"中國第一佳礦"的美譽。雖然歷經130多年的嬗變、發展，至今仍充滿勃勃生機。

2 以公司廢氣、廢水排放現狀為依據，建立并完善在線監測系統。目前，我公司地面污染物主要包括廢氣和廢水兩類，其中廢氣主要有中央鍋爐房、十號井鍋爐房中鍋爐燃燒過程產生的SO2等污染物，年排放量約為112噸；廢水主要是由井下抽排到地面的礦井水，主要污染物為COD，平均濃度為80mg/L。

為將我公司各個排污口實現科學化、信息化管理，適時掌握污染物的處理數據，我公司在三個位置安裝了在線監測設備。其中，中央鍋爐房及風井鍋爐房分別安裝一臺煙氣在線監測設備，用來監測煙氣達標情況，中央鍋爐房的在線監測設備與市環保局進行了聯網；洗煤廠污水處理廠安裝一臺COD在線監測設備，用來監測污水達標情況，并與集團公司進行了聯網管理。

3 以在線監測系統監測數據為基礎，保證污染物達標排放

（一） 煙氣在線監測系統。根據我公司煙氣排放情況，我公司選用目前技術領先、維護簡便的SCS-900C型CEMS在線自動監測系統。該設備的監測原理和性能符合《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》。該系統對固體污染源顆粒物濃度和氣態污染物濃度以及污染物排放總量進行連續自動監測，運用直接抽取加熱法對鍋爐中SO2、O2進行分析。并對監測數據和信息傳送到環保主管部門，以確保排污企業污染物濃度和排放總量達標。同時，各種相關的環保設備如脫硫、除塵等裝置，也依靠煙氣在線監測的數據進行監控和管理，以提高環保設施的效率。公司鍋爐房安裝煙氣在線監測監控系統之后，我部門可通過網絡隨時掌握廢氣污染物排放的準確數據，依照在線監測系統每日儲存的數據定期比對，可以有效的控制我公司污染物排放，減少污染物排放總量。

（二） 水質在線監測系統。根據我公司水質情況，我公司選用廣州市怡文科技有限公司生產的EST-2001B型CODcr在線自動監測儀。該自動監測系統采用儀器模塊化、模塊智能化、系統網絡化的設計思想，并按照國家標準方法測定水樣中COD濃度，采用重鉻酸鉀消解+硫酸亞鐵銨滴定法對污水中COD進行監測。為使陡河水質還清、使外排礦井水達到國家標準，我公司按照唐山市環保局要求，在污水處理廠安裝了水質在線監測系統，用來監測我公司礦井水中COD濃度。聯網之后，該監測設備在故障、斷電、試劑存量不足、無試樣、無洗凈水、數值超標異常等情況下都會有自動報警功能，使我公司能夠及時采取預防和應急措施，確保了公司污染物達標排放。

4 以健全完善制度為核心，促進公司節能環保工作穩步推進

（一） 完善制度。根據《唐山市重點污染源在線監測監控系統安裝運營管理辦法》的文件精神，為明確我公司在線監測監控系統使用相關單位的責任，我部門制定了《在線監測設備管理制度》及《在線監測設備考核制度》，進一步完善公司在線監測管理。為保障在線監測系統能夠長期穩定運行，我公司同綠創環保公司簽訂《B區十號井鍋爐房煙氣在線監測設備維護維修合同》、《COD在線監測設備維護維修合同》、《COD在線自動監測儀委托管理合同》等一系列維護管理合同。確保了我公司鍋爐中顆粒污染物排放達到國家標準及外排水中COD濃度達到國家標準。

我公司嚴格執行唐山市環保局統一要求，為使第三方運營全面實現，我公司同唐山市綠創環保有限公司簽訂了《中央鍋爐房煙氣在線監測設備設施進行第三方運營》合同，依據簽訂合同內容，該公司按照技術要求和規范及時會對我公司在線監測設施進行維護和運行管理，確保我公司在線監測設施穩定可靠運行，正確向唐山市環保局傳輸污染物正確數據。

（二） 日常管理。為了保證監測設備的正常運行，我部門制定了每日巡檢制度并建立巡檢臺帳，按照《現場巡查安排》每日會有一組人到各個現場查看設備設施運行情況及污水煙氣達標排放情況，將巡檢情況匯總到臺帳中，如有特殊情況及時向領導匯報，保證現場發現問題能夠及時予以解決，確保公司污染物達標排放。

5 項目實施效果。今年以來，由于污染物在線監測系統的運行，我公司的廢水廢氣排放各項指標始終保持較低水平，在環保局、城管局、集團公司環保辦等上級部門的各類檢查中獲得好評。推進污染源自動監測系統，不僅僅是為了我們方便地獲得相關污染物數據，更重要的是能利用這項先進管理技術對我公司污染物進行實時監控，及時采取預防和應急措施，從而確保我公司污染物達標排放，從環境保護角度樹立良好的企業形象。

參考文獻

[1]VANTE Wallin，黃兆開，范海華. DOAS方法在連續排放污染源及過程氣體在線監測中的實現[J]. 環境工程技術學報，2011（01）.

篇6

[關鍵詞]污染源在線監測系統 CEMS 比對監測

[中圖分類號] X501 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-4-232-1

傳統的熱電、鋼鐵等行業的排污量較大，而企業經營者為了追求利潤的最大化，經常擅自不遵守國家的環保法規，停用污染物監測設施，惡意隱瞞污染數據等現象屢見不鮮。隨著社會經濟的高速發展，人們對環境的要求也越來越高，同時就對環保部門的監測技術方法提出了更高的要求，傳統的監測系統已經不能滿足現代環境監測的要求，因此運用現代化的技術手段，在各企業的污染源安裝在線監測系統（CEMS，Continuous Emission Monitoring System），實現監測數據的聯網，可以有效提高污染物監測數據的準確性，有利于對污染物的防治。

污染源在線監測系統是實時、連續監測污染物參數的系統，主要監測煙氣中的顆粒物濃度、氣態污染物濃度（二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等）、輔助參數（煙氣溫度、流速、壓力、濕度、氧量等）。

1污染源在線監測系統簡介

污染源在線監測系統主要由氣態污染物監測分系統、顆粒物監測分系統、煙氣參數監測分系統、數據采集處理分系統以及通訊分系統組成。其中氣態污染物監測分系統主要的功能是監測二氧化硫、氮氧化物等氣體污染物的濃度和排放總量；顆粒物監測分系統主要監測煙塵的濃度和排放總量；煙氣參數監測分系統用于監測煙氣溫度、流速等的濃度和排放總量；數據采集系統主要功能是實時采集數據，通訊分系統將采集到的數據實時傳輸到主管部門，為環保部門提供數據參考，并給出處理建議。

2污染源在線監測系統驗收比對監測技術應用

2.1氣態污染物比對監測

2.1.1二氧化硫（SO2）的比對監測

在進行二氧化硫比對監測時，由于污染物監測口的二氧化硫濃度在不斷變化，而且經過濕法脫硫處理后的煙氣的濕度較大，影響比對監測結果。因此要采取有效的措施，使含硫煙氣的排放狀況趨于穩定狀態，比如可通過調節固定污染源煙氣凈化設備的方式來實現這一目的，最大限度的消除由于采樣器取樣管路過長帶來的“延遲效應”。其次，要想使監測結果準確，還要在采樣前對煙氣進行加熱和除濕，一來防止煙氣在采樣器內冷凝，二來防止煙氣過濕導致采樣數據不準確甚至損壞采樣器的情況。

關于二氧化硫等氣態污染物，比對監測時要至少獲取6個測試斷面的平均值，其中儀器法要選取不小于二倍的自動監測設備相應時間段的平均值為1個數據，化學法是以一個采樣時間段獲取的監測值為一個數據。對二氧化硫的監測分析方法主要有非分散紅外吸收法、碘量法以及定電位電解法等，采樣位置要按照GB/T16157和HJ/T397的要求來設置。氣態污染物相對準確度的計算公式為：RA=（|d|+|cc|）/RM×100%

其中RA為相對準確度；RM為參比方法測定的平均值；d為數據對與參比數值之差的平均值；cc為置信系數。

2.1.2氮氧化物（NOX）的比對監測

隨著監測儀器越來越先進，當前對氮氧化物的比對監測工作可以與二氧化硫同時進行，因此只要做好前述工作，就能同時確保二氧化硫與氮氧化物監測數據的準確性。但在實踐中要注意監測氮氧化物的原理，其一是只測定NO濃度，然后根據一定的參數來換算成NOX的濃度，其二是分別測定NO和NO2的濃度，因此要根據實際情況設置監測儀器的參數。NOX的監測數據選取以及測試方法與二氧化硫的比對監測基本一致。

2.2顆粒物比對監測

脫硫后煙氣的問題往往低于露點，容易凝結成水滴，導致采樣器在捕集煙氣的過程中一些水滴也被帶到采樣器里，容易浸濕采集器內部的濾筒，使濾筒在抽氣的過程中損壞而無法工作。因此一定要采取切實有效的措施來防范此類現象的發生。在實踐中，首先在煙氣進入采樣器前應當加裝必要的除濕裝備；其次，采樣人員要合理掌握采樣時間，根據儀器顯示的濾筒壓力來判斷，若壓力超過設計值要及時停止采樣并更換濾筒，這樣一方面可以保證顆粒物采樣數據的準確性，另一方面也確保了比對監測任務的順利進行。

2.3流速、煙溫比對監測

首先，煙氣流速和煙溫的比對監測一般與顆粒物比對監測工作同步進行，因此要保證這三項參數監測時間的一致性。

其次，在當前污染源在線監測系統中，對煙氣流速的監測一般常用的方法是皮托管法，此方法的缺點是管路容易堵塞，在采樣過程中需要不斷吹掃，因此與傳統的監測手段相比并沒有體現出優越性。在實踐中，可采用加密監測點位的方法來降低數據的不確定度，或者開發出更加先進的監測方法。而煙溫的比對監測原理較為簡單，影響因素較少，一般來說測試過程較為穩定，數據比較精確。

2.4比對監測驗收指標

在對各個監測項目的數據采集并歸集后，要根據《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》和《固定污染源煙氣排放連續監測系統技術要求及檢測方法》規定的驗收指標進行驗收。污染源在線監測系統的比對監測驗收標準如表1所示：

3結束語

CEMS是一種較為先進的大氣污染源監測系統，可對SO2、NOX、固體顆粒物、煙氣流速和溫度等進行實時、連續的數據監測，并將數據傳輸給上級主管部門，使主管部門清楚了解污染源狀況和污染物排放情況，以便及時采取切實可行的措施，控制企業的污染物排放，從而為我國節能減排事業服務。

參考文獻

[1]李月娥，李昌平. 污染源在線監測系統（CEMS）的驗收比對監測[J].環境科學與管理，2009，（5）.

篇7

[關鍵詞]燃煤鍋爐 煙氣監測 氧量 一氧化碳

煤炭的消耗量受鍋爐運行效率的直接影響，所以保證鍋爐運行的效率能夠使企業實現更大的經濟價值。在鍋爐燃燒的過程中，還需要對許多方面進行監控，例如：鍋爐設備中，風粉因為分配不均，導致部分區域形成還原性氛圍，水冷壁管受到快速的腐蝕，并形成結渣，或者使過熱器、再熱器的管壁溫度過高，為了減少鍋爐在運行的過程中氧化氮代謝產物的排放，需要讓鍋爐在低過量的空氣中進行作業。所以，首先要優化鍋爐的燃燒過程，對各種影響因素進行分析，讓鍋爐燃燒的效率得到優化，實現設備的高效運行。

一、鍋爐熱損失的控制

在鍋爐的各種熱損失中，只有兩項損失可以得到控制，一是排煙，二是燃料沒有得到完全燃燒。在鍋爐內，燃料的燃燒受到過量空氣的直接影響，如果能夠將風粉的配比控制在一定的比例內，鍋爐就能夠在在低過量的空氣中運行，從而減少排煙過程中造成的熱損失，隨著排煙溫度有所降低，鍋爐的總熱損失也在減小，但是，空氣量的減少會讓燃燒的熱損失有所增加，所以對鍋爐燃燒的控制實際上就是將排煙的熱損失、送風機的消耗和燃料不充分燃燒的損失進行協調，要想使鍋爐設備獲得更好的燃燒效率，需要對配風工況進行優化組織，對煙氣中的化學成分進行精確的把握。

二、煙氣中氧含量的檢測

考慮到鍋爐整體的熱損失和過量空氣之間的關系，還有氧量的重要性，將氧量作為鍋爐燃燒過程中的重要控制參數是合理的。在鍋爐燃燒過程中產生的煙氣中，與二氧化碳相比，氧量還有比較顯著的優點，及時鍋爐內的燃料不同，但是如果在同等的過量空氣下，氧氣的變化較小，所以，無論燃燒的煤種如何變化，只要保證煙氣中的氧氣量足夠穩定，就能夠保證鍋爐在穩定的過量空氣下進行燃燒。另外，煙道如果有漏風的情況，就會對氧量的測量數據造成很大的影響，如果氧含量在3.5%，并且有5%的漏風，所測的氧量值就是4.5%，所以要設置好氧量測點，為了避免漏風引起的測量誤差，應該將測點設置在爐壁的出口，但是該點的煙氣溫度過高，同時還伴隨大量的飛灰，加上煙氣的分層現象十分嚴重，想要得出準確的數據是十分困難的，所以測點只能設置在煙道的尾部，在大型的鍋爐中，煙道的截面通常設置的較大，所以煙氣無法進行均勻的混合，從而造成分層現象，隨著時間的變化，鍋爐的燃燒效率就會日益減少。所以如果想測得精確的氧量樣品，就需要設置多個測點。據相關實驗顯示，大型鍋爐需要在截面至少選取12個測點，才能夠測得較為精確的數據，而且，就算測得數據并不能代表鍋爐內其他部分的氧量數據，所以無法確定是否有還原性的區域。

三、改進煙氣的檢測方法

針對氣態氟化物而言，為了減少不銹鋼采樣管對其吸附作用，可以采用石英采樣管取代。石英采樣管由兩部分組成：一是內部取樣管，一是保溫套管，兩管之間為真空狀態，由于石英采樣管的管徑比傳統的采樣管要小，所以煙氣的流速得到了提升，氣態氟就不過過多的依附在管壁內。另外，石英管的真空空間能夠很好的防止管內出現冷凝現象，同時，石英管還有一個最大的優勢，就是在管內吸附的氣態氟化物通過吸收液的沖洗，就能夠進行等量的回收，從而能夠減少氣態氟的消耗。針對某大型鍋爐進行監測，對比了不銹鋼采樣管和石英采樣管對氟濃度的測定的影響。根據該表，可以看出，在相同的采樣環境下，石英采樣管更具備一定的優勢，在其采樣結果中，有0.58mg/m3的煙氣為吸附態氟化物，占總量的15.76%。

表一 不同采樣管對氟濃度測定的影響

為了減少采樣管對氟化物的吸附作用，最佳的改良措施就是將皮管的長度縮短，當采樣工作結束后，立刻使用吸收液和去離子水對其進行清洗，將洗滌液和吸收液進行混合，從而檢測氟化物的濃度。

針對測定的結果會出現一定的偏差，我們可以采用實驗的方式，對其進行分析，從而找出優化的措施。經結果表明，要想精確得到煙氣中的氟濃度，應該保證抽氣流量在1.5～2L/min；采樣的實踐應該控制在30～40min，如果小于30min就會導致測定結果的偏差。對于氟化物濃度的監測，其測量的方法對其也有一定的影響，為了避免這種影響，可以選用標準加入法，其測定的結果就會變得更加精確。

四、對二氧化硫、氮氧化物等物質的測定

在鍋爐煙氣的監測當中，對二氧化硫的檢測是最為關鍵的，因為它的測定結果能夠將鍋爐中煤種含硫量的高低和脫硫裝置的好壞直接反應出來。在監測的過程中應該注意以下幾點：

其一，在進行現場勘測時，要將煙氣的測驗結果進行矯正，并將各傳感器中的到期數據進行更換。

其二，在監測二氧化硫時，由于乳膠管對其的吸附力將強，所以導氣管不能直接使用乳膠管，而是應該采用硅膠管進行加熱。

其三，采用電位電解法來測定二氧化硫、氮氧化物以及一氧化碳的濃度平均值，不能夠將瞬間測量到的數值作為污染物排放的數據。

五、結束語

綜上所述，在對鍋爐煙氣進行檢測的過程中，應該對每個環節做到嚴格的質量控制，運用合理、先進的手段獲得更加精確的數據，使鍋爐的運行更加有效，是企業獲取更大的經濟效益，才能更好的為環境管理出一份力。

參考文獻：

[1]李俊，宋福勝，韓建書.固定污染源煙氣排放連續監測系統現場校準裝置的研制[J].中國計量，2013，（02）.

[2]鐘福長，李奉彪，王偉， 劉高鵬.閃速爐余熱鍋爐煙氣在線監測分析系統――QT系列風炮式反吹掃煙氣在線監測分析系統[J].有色冶金設計與研究，2011，（04）.

篇8

關鍵詞：火電廠；環保設施；煙氣污染物排放；監控系統

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）10-0051-02

目前我國霧霾天氣漸趨嚴重，不僅妨礙人們正常生活和身體健康，同時也不利于社會經濟發展。為改善空氣質量，構建和諧社會，防治火電廠煙氣廢棄物排放造成的大氣污染是我國環境保護工作的重點。為此，國家相繼頒布了一系列法律、法規，不斷督促火電廠加強煙氣污染物排放監控工作。環保設施和煙氣污染物排放監控系統作為實現煙氣污染物排放情況全面監測的必要手段，可以對火電廠環保設施運行狀態和燃煤發電機組CO、SO2、NOX煙氣污染物排放濃度進行在線實時監控，進而為火電廠“節能減排”工作提供技術支持，可謂責任重大。下面筆者主要就監控系統的目標、效益、技術、問題，對監控系統進行探討研究。

1 監控系統的目標和組織方案

1.1 目標內容

環保設施和煙氣污染物排放監控系統的主要目標是，確保環保設施正常運行，并實時將火電廠燃煤發電機組排放的氣態和顆粒污染物的排放量和排放濃度等相關數據傳輸給監督管理部門，以實現其對污染物排放的全面了解，進一步提高監督質量。為確保數據的真實性、準確性、客觀性、全面性，該系統內部包含顆粒物監測、氣態污染物監測、煙氣參數監測等一系列煙氣污染物排放監測子系統，并煙氣循環流化床鍋爐機組、石灰石-石膏濕法脫硫機組及煙氣循環流化床脫硫機組等環保設施運行監控系統，全面采集煙氣在線監測（continuous emission monitoring system，CEMS）、機組和環保設施分散控制（distribution control system，DCS）數據。

1.2 總體方案

一般環保設施和煙氣污染物排放監控系統會連接火電廠不同部門甚至多個火電廠。為更好落實監控工作，實現監測數據的正確采集、實時傳輸和預警，該系統必須統一技術標準并規范系統功能，比如統一數據源，準接入數據必須來自CEMS、DCS。以機組為單位進行數據采集時，為確保監控機組能準確反映環保設施實際運行情況以及污染物排放的數量和濃度指標，應按照機組脫硫工藝、脫硝工藝具體設計接入參數?？傮w上，本監控系統的方案思路是：建立專用調度網絡，進行機組運行參數、環保設施運行參數、煙氣污染物排放參數集成傳輸，并利用互聯網平臺，將數據分析結果公布于眾。具體過程可分為數據采集和分析階段、數據處理與上傳階段、反饋階段，承載體是火電廠子站和中心站?；痣姀S子站主要負責本廠DCS、CEMS系統監測數據的采集，并按照系統數據傳輸規約將已采集數據通過調度數據網傳輸至調度中心。中心站則主要負責將各子站傳輸過來的數據信息進行集成分析，建立綜合數據網絡，有效監控數據動態和運行情況。

2 監控系統的效益分析

2.1 經濟效益

環保設施和煙氣污染物排放監控系統具有方法科學、手段先進、監督效率高等優點，經濟效益明顯。從火電廠的角度看，運行本系統一方面能夠大幅度降低排污費用，另一方面能避免環保罰款。原因在于，安裝監控系統之后，火電廠脫硫設施投運率到達90%，脫硫率不斷遞升，SO2、NOX排放量每年減少數拾萬噸以上，排污繳費相應減少，因脫硫設施基礎投運率和脫硝設施基礎投運率低導致的硫化物、氮氧化物等廢棄物排放超標問題得到解決，節省了一批環保罰款，提高了火電廠經濟效益。從政府方面看，運行本系統，一方面能在提高監管質量的同時降低監管成本，節省現場監測費用、監測人員的差旅費用及其他相關費用。另一方面由于硫化物排放減少，能夠彌補脫硫脫硝電價補貼費用和污染治理投資，減輕國家財政負擔。

2.2 環境效益

通過運行環保設施和煙氣污染物排放監控系統，可以有效控制SO2、NOX等重度污染物排放量，改善環境質量，促使火電廠不斷提高生產技術，走高效、節約、降耗、減排的優質發展道路。首先，進行污染數據在線實時監測，能夠使主管部門和環保行政部門全面掌握污染情況，清楚了解哪些地方有待改進、哪些地方值得保持，督促火電廠消除問題癥結，做好環保工作。其次，進行污染數據在線實時監測，能夠使火電廠企業明確本單位煙氣污染物排放情況以及環保設施運行情況，確保硫化物、氮氧化物等重污染物排放數量和濃度符合我國電廠污染物排放標準。最后，進行污染物數據在線監測可以促使火電廠提高燃煤發電機工作效率，完善環保設施建設。比如改進脫硫設施，降低煙氣中的硫含量；改進脫硝設施，降低煙氣中的氮含量；改進除塵系統，解決煙氣濃度過大問題等等。監控系統帶來的環境效益顯然可見。

2.3 社會效益

火電廠是高耗能、高污染行業，做好火電廠污染監控工作可以提高火電廠“節能減排”工作效果，對其它行業起到帶頭示范作用，整體推動我國“節能減排”工作進程。同時火電廠發電過程中排放的煙氣廢棄物是我國重要的環境污染源，實施監控系統能夠減少煙氣、粉塵、顆粒物等廢棄物排放，為人們安居樂業、經濟良性發展、社會整體和諧提供良好的環境空間。尤其現在隨著我國經濟迅速發展，環境問題日益嚴峻，霧霾天氣頻發，已嚴重影響我國人們的生活質量。顯然加強火電廠環保設施和煙氣污染物排放監控系統對社會進步有長遠影響。

3 監控系統的技術分析

火電廠環保設施和煙氣污染物排放監控系統具有監測數據實時性強、數據參數設計全面、安全性高、電力調度網與互聯網結合以滿足多方需求等特點，其關鍵技術主要有三點。

3.1 二次系統安全防護技術

火電廠生產數據傳輸對網絡穩定性和保密性要求高，進行二次系統防護是必然要求。通過網絡分層技術和單向傳輸安全隔離裝置可以有效實現電力數據的安全傳輸。網絡分層即電力調度專用網和互聯網分層，其中電力調度專用網由于其穩定性和安全性，可用于各項監測數據傳輸、集成、統計分析；互聯網則是監測結果的平臺，可接受政府環保部門及公眾的訪問。二者通過借助單向傳輸安全隔離裝置，實現對監測數據的處理和隔離。該隔離裝置內部的數據接收區與電力調度網相連，數據發送區與互聯網相連，對接收數據進行特殊編碼排序之后單向發送到數據發送區，然后解碼并轉發網上。

3.2 跨區域通訊網絡技術

火電廠要安裝數據采集接口機，負責本廠各個監測系統的數據采集和存儲，并通過電力調度網將采集和中間存儲的電力數據按照統一的傳輸規約傳輸至調度中心。為更好進行數據統計分析，根據不同電網的區域調度范圍構建通信鏈路，實現跨區域通訊。不同調度區域可通過國家電網專用網絡進行數據互相傳遞。

3.3 加強脫硫系統和機組環保排序技術

環保設施和煙氣污染物排放監控系統針對不同脫硫工藝，分別制定數據參數，實時采集脫硫系統、脫硝系統等環保設施運行數據和硫化物及氮氧化物等煙氣污染物排放數量和濃度數據，結合各項參數判斷環保設施運行現況，以進行環保排序。

4 監控系統應用中的問題

4.1 系統投運率不高

我國火電廠燃用煤質較差、煙氣濕度大、腐蝕性強、煙塵含量高，監控系統運用環境惡劣，監控設備有時難以正常運作，故障頻發。且監控系統設備基本由光化學儀器構成，零件、備件多依賴進口，因此，設備一旦出現問題，很難得到及時維修。這就導致系統投運率較低。

4.2 系統維護專業水平低

在線監測儀器由于其技術含量較高，往往需要專業維護人員。但火電廠環保人員尚不完全具備專業維護知識，維護質量不高。比如，在線監測儀器中的光化學儀器維護時，若缺乏相關專業知識，很容易造成量程和零點的漂移問題。

5 結語

綜上分析環保設施和煙氣污染物排放監控系統的工作目標、效益、技術等方面，該系統的實用價值得以凸顯?；痣姀S安裝本系統不僅能夠實時監控環保設施運行情況和煙氣污染物排放情況，為“節能減排”工作提供技術支持和理論依據；同時能夠極大改善我國空氣質量，進一步落實大氣污染防治政策。通過實時監測數據、實施電力網與互聯網分層管理，將發電公司、環境行政保護部門、電網公司等多方角色納入環保設施和煙氣污染物排放的日常監督之中，既強化了環境監督力度，又促使我國火電廠提高生產技術，整體推進我國環保事業發展。

參考文獻

[1] 楊海洋，丁國清.火電廠大氣污染物的危害和控制[J].清洗世界，2013，（6）.

[2] 王勇.談火力發電廠煙氣連續監測系統[J].大眾科技，2013，（9）.

[3] 陳小剛，金秀章.火電廠煤粉濃度的軟測量技術研究[J].電力科學與工程，2013，（8）.

[4] 王瀚偉.火電廠脫硫煙氣連續排放監測系統的應用與維護[J].科技信息，2013，（26）.

篇9

[關鍵詞]工況自動監控；電廠工況；工況在線監測；自動監控系統

[中圖分類號]TP277[文獻標識碼] A

1引言

保護環境是我國的基本國策，“十二五”期間，國家將主要污染物排放總量顯著減少作為經濟社會發展的約束性指標，著力解決突出環境問題，加快資源節約型、環境友好型社會建設。2011年，國務院了《關于加強環境保護重點工作的意見》，明確提出要全面提高環境監督管理水平的要求，實現由“點末端監控”向“全過程監控”的轉變。按照這一要求，為了全面掌握污染物排放當量、設施運行狀態、污染物排放監控數據的真實性，必須對電廠污染物排放自動監控系統進行完善升級，開展工況監控，在現有末端監控的基礎上，擴展到生產設施、污染治理設施運行狀態的監控，實現污染治理設施運行狀態分析、排放數據真實性判定。

本文給出了一種燃煤電廠工況自動監控系統的設計思路和實現方法，該系統基于環保部門VPN專網，能夠有效實現對燃煤電廠治污設施運行情況的全過程監管。

2系統總體設計概述

2.1技術路線

2.1.1系統采用多層體系結構進行設計，綜合采用XML技術、.NET Framework組件、 Web開發模型及Visual C++語言進行開發。

2.1.2數據庫采用實時數據庫和關系型數據庫，實時數據庫用于存儲電廠每個工藝過程點的數據，提供清晰、精確的操作情況畫面，用戶既可瀏覽工廠當前的生產情況，也可回顧過去的生產情況。關系型數據庫用來存儲歷史數據和均值數據，以便實現統計、分析、報表、輔助決策等功能。

2.1.3采用監控組態化軟件進行現場工況的流程設計和數據展現。

2.1.4現場數據采集單元分別接入現場DCS（Distributed Control System，分布式控制系統）、CEMS（Continuous Emission Monitoring System，煙氣在線監測系統）、FGD（Flue gas desulfurization，煙氣脫硫）等系統，實現現場工況數據采集，并通過隔離網閘實現數據的單向傳輸，確保生產網絡的安全。

2.1.5脫硫及脫硝裝置關鍵參數如旁路擋板開度、石灰石（補充）漿液泵電流、增加風機電流、循環漿液泵電流等通過現場數據采集單元直接從采集傳感器獲取，確保數據的真實性。

2.1.6工況監控單元與環境監控中心通信服務器之間交互通訊流程和數據包結構遵循HJ/T212-2005《污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準》，采用TCP方式進行通訊。

2.2系統總體架構

系統總體分四層：采集層、網絡層、數據層和應用層，如圖1。

采集層位于電廠端，由相關硬件和軟件組成，主要負責工況數據采集、本地存儲和轉發、補發、重發。

網絡層位于電廠端和區域環境監控中心之間，由網絡通信模塊組成，負責工況數據發送及監控中心接收。

數據層位于區域環境監控中心，由實時工況數據庫和分析數據庫組成，主要負責工況數據的統一存儲。

應用層位于區域環境監控中心，為最終用戶提供一系列的功能模塊，包括實時工況監控，工況報警，工況數據分析、統計，環保執法、總量核算、排污統計等數據應用。

2.3系統組網結構

電廠工況自動監控系統依托于環保VPN專網，主要由工況現場系統和監控中心應用系統平臺兩部分組成，如圖2。

工況現場系統主要由數據采集單元、通信服務器和網絡交換機等組成。數據采集單元通過網閘與現場生產網絡DCS、CEMS、FGD等系統相連，采集生產過程有關數據；通過AI、DI接口直接與現場治污設施數據采集傳感器相連，采集主要的污染數據與治理設施狀態數據。通信服務器，一方面通過環保VPN專網與中心系統相連，實現現場實時采集數據的傳輸；另一方面，存儲和管理本地采集數據。

監控中心應用系統平臺主要由實時數據庫服務器、關系數據庫服務器、通信服務器、業務工作站等組成。

3電廠端系統設計

電廠端主要安裝工況現場采集系統，該系統關鍵任務之一是采集電廠工況數據，并將工況數據轉發到監控中心。主要由網絡設備、單向物理隔離網閘、數據采集單元、通訊服務器等組成。

數據采集單元，實現工況數據的采集、處理和本地存儲管理；采用嵌入式設計，具有1個10/100M以太網接口，可擴展的模擬量和開關量接口（標配8DI、16AI）。系統通過以太網口經過單向隔離網閘接入電廠生產網絡DCS、CEMS、FGD等系統，采用OPC（Object Linking and Embeding（OLE）for Process Control，用于過程控制的（OLE）和MODBUS（注：一種串行通信協議）等主流數據采集協議獲得生產過程各工況數據；通過模擬量和開關量接口直接從傳感器采集治污設施關鍵參數，確保數據的真實性。

通信服務器，負責現場工況管理和監控中心平臺通訊，將工況數據轉發監控中心平臺，其系統功能如圖3。

4監控中心應用系統設計

監控中心系統主要由實時數據庫服務器、關系數據庫服務器、通信服務器、應用服務器、業務工作站等組成。其應用系統軟件主要實現以下功能：

4.1實時工況監控

實時工況監控采用工藝流程圖的方式對電廠各發電機組的生產控制系統、治污設施控制系統、污染源在線監控系統的運行情況進行實時監控，監控的排污數據、狀態數據、過程數據每10秒鐘（刷新時間可定義1-3600S）刷新一次，并可查詢、統計監測參數任意時間段內的變化趨勢，支持將多個監測參數組合進行對比、分析。

4.2工況數據關聯分析

工況數據關聯分析主要是依據實現定義的分析模型，對電廠工況進行綜合分析，判斷發電機組、治污設施的運行情況是否正常、污染源監測數據是否可靠，及時發現發電機組生產過程、治污設施、監測系統可能存在的異常情況（偷排、治污設施假運行等）。

工況驗證分析是基于中心工況過程數據庫中存儲的工況數據做分析驗證，主要提供實時工況數據關聯分析，實時工況數據超限分析，實時模型計算分析、與現有污染源自動監控數據進行一致性判斷。

4.2.1實時工況數據關聯分析

在工況治理設施運行時，許多工況參數是相互關聯的。各工況數據之間存在或松或緊的關聯關系，當其中某個工況數據變化時，與之相關聯的工況數據都會跟著變化。如：煙氣流量分析、煙氣溫度分析、SO2濃度分析、旁路擋板門工況分析、增壓風機工況分析等。例如，煙氣流量分析，相關參數包括：煙囪流量、FGD出口流量、FGD入口流量，根據FGD入口和出口流量判定煙囪的流量。

4.2.2實時工況數據超限分析

對工況（單個或組合）參數的超限分析，并判斷工況運行是否正常，數值有否超標。

通過分析脫硫及脫硝系統的關鍵參數，如：吸收塔PH值、脫硫效率、CEMS監測二氧化硫濃度、CEMS監測煙氣溫度與原煙氣溫度差等，確定其正常數值范圍，并建立超限表達式，由分析引擎實時分析和記錄。依據這些參數超限分析，可以對設施運行好壞做出判定，也能對可能存在的設備故障及參數造假做出可能性判斷。

4.2.3實時模型計算分析

在實時工況數據關聯分析及實時工況數據超限分析的基礎上，將一組判斷治污設施運行的表達式，依據一定的規則順序組成模型。

例如，應用工況數據關聯和工況數據超限兩種手段來組合分析旁路擋板信號故障及人為造假情況。首先根據增壓風機的電流及動葉開度與機組負荷、引風機電流直接的線性關系分析；其次分析根據凈煙氣流量是否跟機組總送風量、原煙氣流量、CEMS監測煙氣流量是否也呈線性關系；最后分析CEMS監測煙氣溫度與原煙氣溫度差是否超限、CEMS監測煙氣壓力與原煙氣壓力差是否超限等。當上述規則有一條以上出現異常時，可懷疑旁擋板信號故障及人為造假情況，異常規則越多，懷疑的可能性越大。

4.2.4與現有污染源自動監控數據進行一致性判斷

將工況監控系統中的電廠和污染源自動監控系統中的電廠自動監測數據進行一一對應關聯，通過數據誤差分析對污染源監測系統接收到的數據真實性進行評估。

4.3工況報警

工況報警主要是根據工況數據內部邏輯關系，定義報警規則，系統根據報警規則，自動產生報警信息，報警信息通過短信平臺、報警值守系統向?。ㄊ校┉h保部門、運營商、電廠管理部門發出報警信息，以便及時發現問題，解決問題。

4.4數據查詢

數據查詢主要針對采集的排污數據、狀態數據、過程數據進行綜合查詢。為方便監測數據的查詢，系統提供按時間段、按電廠/機組、按監測參數、按工業處理流程方法等多種查詢條件，查詢出的信息，可按表格或圖形方式顯示，并可將數據導出成常用的格式（如EXCEL等）。

4.5統計報表

統計報表功能可以按日、月、季、年等方式統計出該時間段內的數據，形成報表并可以導出打印。便于進行相關的統計業務，并為決策提供數據依據。

4.6運行情況管理

4.6.1運行情況統計

運行情況統計通過結合重點污染源值班管理系統的相關信息，統計電廠各發電機組生產設備、治污設施、監測設備的運行情況。系統可根據值班管理系統排除已上報的停運、檢修、故障的發電機組。

4.6.2數據上傳情況統計

數據上傳情況統計主要是根據監測的過程數據、狀態數據、排污數據的上傳頻率統計各電廠的數據整體上傳情況，整體把握工況在線監測系統的數據采集情況。

4.6.3工況核定

工況核定主要是對治污設施的投運、停運做人為的核定，為之后的核定總量提供更加精確的數據。

工況參數在經過規則的判定時分為兩種情況：系統判斷規則能準確地判斷治污設施的起停；而參數判斷規則在判斷后，還需要對工況參數報警做人為的核準。工況核定是一個工具，可以對各種工況作有效和無效性核定，而無論是哪種報警在核實真實情況后也都可以重新做修正。

在有了準確的核定后，對治污設施的各類數據才能精確的統計，如：享受脫硫電價的發電量，就需要統計在脫硫正常投運下機組所發電量的總和。

4.6.4工況數據審核

審核主要是對工況數據的有效性進行確認。系統根據各項監測參數的上下限、關聯規則進行自動核定，對于超出上下限制或經過關聯規則檢查發現問題的監測數據給予醒目的提示（通過顏色區別等），監控中心工作人員重點核對有問題的監測參數，并進行相應的處理，并由工作人員確認監測的數據是否有效。

4.6.5總量核定

總量核對主要依據過程數據、狀態數據對SO2等污染物數據的總量進行核定。污染物總量的計算先根據在線監測系統的監測數據（如S02）進行分時段匯總，然后根據過程數據、狀態數據運行中的異常情況，綜合分析各時段污染源總量數據的可靠性，對于可疑或不可靠的數據，進行人工確定。

4.7工況設置

4.7.1工藝流程定義

工業流程定義主要是根據各電廠每個機組的脫硫脫硝處理技術來繪制其處理工藝流程圖，包括生產控制部分、治污處理部分、在線監控部分。工藝流程圖的各組成設備及處理流程方向以圖片控件、流程線控件來表示，由用戶通過拖拽控件完成工藝流程圖的繪制。

在定義工藝流程圖的各組成設備時，可同時對該設備對應的監控參數進行定義，并設置監控參數的單位、上下限值等。

4.7.2關聯規則定義

關聯規則定義主要是根據處理工藝的不同構建過程數據、狀態數據、排污數據的相互校驗關系統，為數據的工況分析提供依據。

關聯規則的定義通過數據公式、邏輯關系進行定義。

4.7.3采集參數設置

采集參數設置主要根據電廠的脫硫、脫銷處理工藝進行監測參數的定義，主要包括生產過程、治污設施的各項參數定義（含監測參數的單位等）。

4.7.4通訊參數設置

通訊參數設置主要用于定義平臺軟件與前端工況數據采集設備通訊過程中使用的相關參數。

4.8遠程控制

遠程控制主要是對前端工況數據采集設備進行遠程管理，包括遠程參數設定、遠程重啟設備、遠程時鐘設置、遠程校時、監測參數設置、數據補調等功能。

5結論

本文給出的電廠工況自動監控系統，通過在上網電廠治理設施生產控制單元中選取與環保監管相關的工況過程數據，對設施的運行過程和運行結果進行實時監控，實現了“點末端監控”到“全過程監控”的轉變。進一步完善了環境自動監控系統功能，實現電廠污染防治全過程自動監控，提升監控數據全面分析、邏輯印證和應用能力，準確反映電廠實際排污情況，科學核算主要污染物排放量，為上網電廠排污費征收核定、脫硫脫硝電價核算、污染減排和環境管理提供準確可靠依據。

參考文獻：

[1]周婧，劉橋.火力發電廠煙氣自動監測系統總體設計[J].電力科學與技術學報.2007（3）：76-80.

篇10

關鍵詞：熱濕法CEMS特點；免維護；測量準確度高

1 預處理比較

傳統的基于直接抽取法測量的煙氣分析系統，在預處理設計中均包含“冷凝除水”部分，其之所以要對高溫、高腐蝕性的煙氣進行冷凝操作，設計冷凝器、蠕動泵等大量復雜預處理部件，主要是源于其分析儀表光學部件設計無法實現高溫測量，且其采用的紅外吸收測量技術易受水氣成分的干擾，必須冷凝除水，不能直接測量原始煙氣。

熱濕法CEMS系統采用了紫外光譜吸收技術和光纖連接技術，由于水分子在紫外波段沒有吸收，分析儀不受水氣成分的干擾，而高溫紫外光纖的應用，使預處理氣路與分析儀表徹底分離，系統只需對氣路進行全程伴熱，即可實現高溫原煙氣直接測量，無須任何冷凝除水設備。

熱濕法CEMS系統的預處理技術為抽取式全程伴熱，即煙氣從監測管道抽出后，通過保溫伴熱處理，始終維持其高于露點的溫度，直至分析完成，相對于傳統的熱管抽取法其具有如下顯著的技術優勢：

一是徹底省去了各種復雜的冷凝預處理設備和排水裝置，煙氣經過簡單流路即可完成分析，極大的降低了預處理故障幾率，維護量很小。

二是徹底消除了由于酸氣冷凝帶來的系統腐蝕和結晶堵塞問題，系統使用壽命更長，運行更可靠。

三是徹底避免了測量水溶性較強的SO2時存在的水溶解損失，測量精度更高。

2 分析儀表比較

2.1 SO2/NOX 測量原理

儀表光源發出的紫外光匯聚進入光纖，通過光纖傳輸到測量室，當樣氣通過測量室時將在特定波段吸收紫外線能量，被吸收后的光束通過光纖傳輸到光譜儀，在光譜儀內部經過光柵分光，由二極管陣列檢測器將分光后的光信號轉換為電信號，獲得氣體的連續吸收光譜信息，最后利用化學計量學算法（DOAS）實現氣體濃度的測量。

2.2 O2測量原理

熱濕法CEMS系統選用的ZrO-100氧氣分析儀采用氧化鋯法測量煙氣中濕氧含量，其傳感部分采用了Honeywell的KGZ10動態氧化鋯傳感器。

在熱濕法CEMS系統內，氧化鋯傳感器安裝在預處理氣路中，位于恒溫加熱箱內，由于樣氣之前已經經過粉塵過濾和全程恒溫伴熱，可有效保護氧化鋯不受粉塵和液態水的影響，從而使ZrO-100相對于傳統的在位式氧化鋯分析儀在使用壽命上大大延長。

2.3 核心技術及部件

2.3.1 紫外差分吸收光譜測量技術（DOAS）

紫外差分吸收光譜技術是國家環保部及美國環境保護組織（USEPA）推薦的一種成熟、可靠的氣態污染物濃度測量方法，通過對連續光譜數據的處理得到氣體濃度。

由于光譜吸收信息依據的是光能量的變化，而除了氣體吸收外，粉塵散射、光路漂移、光源波動等因素同樣會引起光強變化，因此傳統的測量技術極易受到這些背景因素的干擾。

DOAS的優勢在于，其把氣體吸收光譜分解為快變和慢變兩部分，其中快變部分只與被測氣體的屬性相關，而由于粉塵散射等背景因素造成的光譜變化只能表現為光譜中的慢變部分，這樣通過分離去除測量光譜中的慢變部分就能夠去除背景環境因素對氣體濃度分析的影響，從而實現高精度和強抗干擾能力的測量。

2.3.2 高分辨率、低溫漂全固化光纖光譜儀

紫外光譜氣體分析儀采用了光電二極管陣列的全固化光纖光譜儀，并且為了降低雜散光、提高短波紫外響應能力和光譜分辨率，專門設計了高性能凹面光柵。來自光纖的紫外/可見光經狹縫進入光譜儀入射到凹面光柵上，經凹面光柵匯聚和分光后反射到光電二極管陣列，光電二極管陣列將光信號轉換為電信號。與傳統掃描型光譜儀相比，該全固化光纖光譜儀具有：可瞬間采集光譜，從而適用于脈沖光源，如氙燈；無運動部件，可靠性高；通過光纖耦入測量光束，模塊化程度高，提高了生產、維護的便利性。

紫外光譜氣體分析儀通過優化結構設計、采用波長漂移補償算法、選擇低溫度膨脹系數材料，使光譜儀具備了高波長分辨率和重復性（

2.3.3 高性能光纖耦合光源

光源是系統的重要組成部分，在線氣體分析系統通常要求光源使用壽命長、預熱時間短、光譜和能量穩定性高。傳統紫外/可見光度計存在使用壽命短（只有數百到數千小時）、預熱時間長等缺點，這些缺點制約了其在在線氣體分析中的應用。

紫外光譜氣體分析儀采用脈沖氙燈作為光源，脈沖氙燈屬于冷光源，其壽命可達109次，按照每秒打燈測量3次的方式計算，其壽命可達10年，并且無須預熱，完全滿足在線氣體分析應用要求；紫外光譜儀通過高穩定性的高壓（1000V以上）電源設計、良好屏蔽性能的結構設計，使光譜和能量具備充分的穩定性，并有效屏蔽了脈沖電流導致的電磁輻射。

2.3.4 強工況適應能力的光纖耦合測量室

在環保煙氣在線監測應用中，過程氣體腐蝕性很強，熱濕法CEMS系統采用全程伴熱的預處理技術避免任何的冷凝析出與腐蝕，但同時對處于樣氣流路中的測量室提出了相當高的要求。紫外光譜氣體分析儀通過出色的光學設計、結構設計以及采用特殊加工工藝很好地解決了大溫度和壓力變化下的光路穩定性問題以及光學部件和結構部件結合部在高溫、高壓下的密封性問題。

3 技術對比表（與傳統紅外抽取系統）

參考文獻