易控?zé)煔膺B續(xù)監(jiān)測CEMS系統(tǒng)的應(yīng)用
1．項(xiàng)目簡介
隨著我國改革開放進(jìn)程的不斷深入和發(fā)展，環(huán)境問題已成為人們熱切關(guān)注的重點(diǎn)問題，隨著大氣質(zhì)量的不斷惡化、水環(huán)境的不斷污染、生態(tài)環(huán)境的不斷破壞，使被污染的環(huán)境日益威脅著人類的生存和發(fā)展。我國能源的70%來源于燃煤，燃煤燃燒時(shí)釋放的顆粒物、氮氧化物、二氧化硫構(gòu)成了污染大氣環(huán)境的首要污染物。為了改善大氣環(huán)境的質(zhì)量，國家對污染物的排放逐步實(shí)施了總量控制的方針，并嚴(yán)格執(zhí)行大氣污染物排放許可證制度，為此，國家環(huán)保總局相繼出臺了一系列的法規(guī)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，以強(qiáng)化對大氣環(huán)境污染狀況的監(jiān)督和管理。
煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）就是根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)工藝控制的要求而設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的，是為保證工藝系統(tǒng)的安全運(yùn)行和對氣體排放濃度監(jiān)測而專門設(shè)計(jì)的監(jiān)控裝置，節(jié)能、環(huán)保、安全。CEMS廣泛應(yīng)用于火電廠、水泥廠，化工廠，工業(yè)窯爐、垃圾焚燒，有煙氣排放的設(shè)施等，對排放物SO2、NO、CO、CO2、O2,CH4,HCL、等有毒有害氣體及塵埃進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，并且對流量，壓力，溫度，濕度等進(jìn)行定量分析，通過易控（INSPEC）組態(tài)軟件進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理，分析并實(shí)時(shí)的與當(dāng)?shù)丨h(huán)保局聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保局集散式的監(jiān)控每個(gè)排污點(diǎn)的詳細(xì)現(xiàn)場情況。CEMS系統(tǒng)可以大大降低工業(yè)廢氣對大氣的污染，為我們的生活創(chuàng)造更好的生存條件！
2．系統(tǒng)構(gòu)成
整套系統(tǒng)包括探頭取樣系統(tǒng)、樣氣預(yù)處理系統(tǒng)、校準(zhǔn)系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)，氣體分析儀，DAS系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集和分析），GPRS遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下：
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系統(tǒng)示意圖
煙氣成分連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)工作原理，如圖2所示系統(tǒng)的基本組成
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系統(tǒng)基本組成
系統(tǒng)組成
CEMS成套系統(tǒng)由柜內(nèi)和柜外兩大部分組成。分析柜安裝在室內(nèi)，柜外部分的電加熱自動控溫取樣探頭，安裝在煙道上。系統(tǒng)加熱探頭抽取樣氣，經(jīng)探頭內(nèi)置過濾器過濾大量煙塵。其加熱溫度不低于145℃，以防止冷凝。
預(yù)處理單元：包括壓縮機(jī)除濕器、耐腐抽氣泵、氣溶膠過濾器、反吹單元等。用于完成樣氣的凈化、除塵、除濕。標(biāo)準(zhǔn)氣從預(yù)處理前端通入，經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)，這樣使樣氣和標(biāo)準(zhǔn)氣以同樣條件進(jìn)入分析儀器，減少系統(tǒng)誤差。氣體取樣設(shè)備在機(jī)柜內(nèi)，樣氣首先經(jīng)過制冷室除濕，然后進(jìn)入第二個(gè)有固定露點(diǎn)的冷凝器，穿過氣溶膠過濾器分離硫酸，通過濕度報(bào)警精細(xì)過濾器并檢測冷凝器的故障，產(chǎn)生的輔助信號進(jìn)入分析儀故障信號切斷抽氣泵。故障排除后泵自啟動。氣體分析儀能夠同時(shí)有選擇地測量多種組分的氣體。系統(tǒng)可連續(xù)工作，正常情況下無須維護(hù)。分析單元：多組份紅外分析儀測量NOx、CO、CO2、SO2和O2，分析儀提供自動標(biāo)定功能，由于它極其穩(wěn)定可靠、重復(fù)性、開發(fā)了新的數(shù)學(xué)模型，該儀器具有一點(diǎn)校準(zhǔn)功能。用零氣對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，可省去標(biāo)準(zhǔn)氣。各參數(shù)通道相互獨(dú)立，穩(wěn)定可靠。智能化程度高，和樣氣接觸的紅外氣室可拆卸清洗，極大地降低了維護(hù)成本。控制單元：PLC是CEMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制單元。與常規(guī)的控制方式不同，PLC提供了更為豐富的功能和更高的可靠性、擴(kuò)展能力。在CEMS系統(tǒng)中，PLC提供了各種模擬量數(shù)字量的輸入輸出信號，并通過軟件進(jìn)行深度處理，其功能主要包括：
自動控制煙氣抽取，并自動為分析儀提供分析樣氣；
執(zhí)行分析儀的零點(diǎn)和滿量程校準(zhǔn)；
自動反吹和冷凝排放；
顯示CEMS系統(tǒng)狀態(tài)（采樣/校零/校跨/反吹）；
報(bào)警、計(jì)算、定義、擴(kuò)展；
與DAS系統(tǒng)通訊；
多點(diǎn)測量時(shí)，控制氣路切換、采樣排序和采樣周期。
PLC提供了24小時(shí)的記錄接口系統(tǒng)，可以將加工過的數(shù)據(jù)傳輸給DAS，其控制指令通過DAS激活。PLC實(shí)現(xiàn)了分析系統(tǒng)智能化控制。系統(tǒng)內(nèi)通常設(shè)有外控（自動）和內(nèi)控（手動）兩種程序，能自動進(jìn)行取樣分析、反吹、置換、溫度控制、故障識別、報(bào)警輸出等，與生產(chǎn)過程聯(lián)鎖，輸出4-20mA成分量信號和報(bào)警控制等開關(guān)信號。
3．系統(tǒng)方案
粉塵監(jiān)測系統(tǒng)主要由收發(fā)單元、反射單元、控制單元、自動清洗單元組成。收發(fā)單元和反射單元為系統(tǒng)主體測量部分。通過兩個(gè)安裝在現(xiàn)場測量煙道兩側(cè)的法蘭，利用精密的自校準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)，基于光透射原理工作。該粉塵監(jiān)測系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)：
采用直插式測量原理，可連續(xù)進(jìn)行測量，直接輸出粉塵濃度mg/m3值。
由于采用了固態(tài)光源，壽命長達(dá)十年。
由于超寬帶二極管的寬帶光譜產(chǎn)生測量信號的光學(xué)鑒定，使測量比常規(guī)的LED系統(tǒng)要穩(wěn)定得多。
高性能的微處理器技術(shù)。
在不透明或透明濃度下用LC顯示，校準(zhǔn)能力達(dá)到mg/m3。
自動進(jìn)行調(diào)零和量程檢查，自動污染校正。
光學(xué)系統(tǒng)和電子設(shè)備裝均密封在內(nèi)部。
樣品的調(diào)整不用特殊工具，方便易行。
自動調(diào)整光程。
有多個(gè)量程，多路信號輸出。
先進(jìn)的吹掃系統(tǒng)可減少維護(hù)量。
流量監(jiān)測系統(tǒng)的探頭、法蘭和儀表外殼均為耐酸不銹鋼材料，防護(hù)等級為IP66。適用在高溫和腐蝕性的環(huán)境下連續(xù)工作。溫度監(jiān)測采用PT100熱電偶測量，是經(jīng)典方法，方便、可靠、穩(wěn)定。壓力監(jiān)測采用直接連接，絕壓變送器測量。
系統(tǒng)工藝圖如下：
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系統(tǒng)工藝圖
4．系統(tǒng)特點(diǎn)
直接分析原樣，盡可能地保持煙氣物理和化學(xué)狀態(tài)，樣氣具有代表性。
滿足至少180天運(yùn)行而不需要日常維修的要求，可長期無人值守（大于5天）。
可以提供95%以上的資料可利用率。
功能豐富，包括：反吹功能、自診斷和報(bào)警功能、指示功能、分析儀器自診斷、自動控制、自動校準(zhǔn)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、錯(cuò)誤代碼指示等功能。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：采用易控(INSPEC)組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)，內(nèi)置的PLC通信、智能圖符、強(qiáng)大的圖形和動畫、和數(shù)據(jù)處理能力，數(shù)據(jù)采集快速準(zhǔn)確，界面直觀，能很好滿足該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)顯示和處理的需要。詳細(xì)情況參見DAS數(shù)據(jù)采集和分析介紹。
高可靠性、安全性、可維修性和可擴(kuò)展性。監(jiān)測設(shè)備滿足兩套煙氣成分采樣探頭系統(tǒng)的運(yùn)行要求，同時(shí)設(shè)計(jì)方案考慮了一定的預(yù)留接口和容量。CEMS可與電廠、電力局、環(huán)保局的局域網(wǎng)形成MIS/SIS網(wǎng)，可以遠(yuǎn)傳通訊。
報(bào)告的煙氣流量=工況下濕煙氣量X(大氣壓力+煙氣靜壓)/101300X273/（273+煙氣溫度）X（1-煙氣濕度），包含了溫度、壓力、濕度的修正為標(biāo)況干煙氣量。
配置的軟件與系統(tǒng)的硬件資源相適應(yīng)，除系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件外，還配置了在線故障診斷和殺毒軟件等。
分析儀器和監(jiān)測儀表包含了為日常維護(hù)人員檢修提供的電信號接口，極大地方便了技術(shù)人員檢修。
所有煙道設(shè)備可以滿足在下列惡劣環(huán)境下應(yīng)用：煙道壓力（-4.9至+4.9kpa）、煙囪入口溫度（小于250℃）、相對濕度（大于95%）。
采用了最優(yōu)數(shù)量的煙道安裝探頭，降低現(xiàn)場安裝難度，提供檢修方便。
5．軟件應(yīng)用
上位監(jiān)控系統(tǒng)采用易控(INSPEC)組態(tài)軟件開發(fā)，它集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫功能、OPCServer功能、強(qiáng)大的IO通信、開放的C#用戶程序、豐富的動畫、圖形功能、高效能的報(bào)表等功能于一身，包含動態(tài)顯示，報(bào)警，控件，趨勢，網(wǎng)絡(luò)通訊等組件。整套CEMS監(jiān)控系統(tǒng)包含多幅實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面，包括現(xiàn)場工藝，歷史趨勢，各種報(bào)表，高低及故障報(bào)警，參數(shù)設(shè)置（量程，折算率，排放率等）。
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現(xiàn)場工藝畫面
通過指示燈和現(xiàn)場動畫可以實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行情況，通過趨勢圖了解數(shù)據(jù)變化的規(guī)律及特點(diǎn)。變送器的瞬時(shí)值依據(jù)實(shí)際安裝位置被分別標(biāo)注到不同的工藝圖中。
歷史趨勢
在歷史趨勢畫面中，可以選擇不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢查看，打印。并且同時(shí)可以分析出數(shù)據(jù)的最大值，最小值，平均值等；在畫面設(shè)置中可以方便的改變趨勢的類型如線條類型、顏色、文字格式等，支持實(shí)時(shí)打印。
報(bào)表
在報(bào)表畫面中，按照《國家煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》設(shè)計(jì)報(bào)表格式，配合其強(qiáng)大的查詢，檢索，打印等功能。
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參數(shù)設(shè)置
以管理員身份登錄后可以進(jìn)行高級參數(shù)設(shè)置，包括量程設(shè)置，數(shù)據(jù)設(shè)置，折算值，排放率，流量設(shè)置等。用戶在DCS根據(jù)現(xiàn)場情況實(shí)時(shí)更改需要的參數(shù)，以達(dá)到工藝要求。
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易控軟件在采集數(shù)據(jù)的同時(shí)生成SQL數(shù)據(jù)庫，用于客戶對數(shù)據(jù)的管理和查詢。同時(shí)，通過通訊軟件讀取SQL中指定表中的數(shù)據(jù)，通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)江h(huán)保局，由環(huán)保局對各現(xiàn)場進(jìn)行統(tǒng)一的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
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6.結(jié)束語
結(jié)合環(huán)境監(jiān)測儀器、PLC和上位機(jī)監(jiān)控軟件多種技術(shù)的煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)，在國內(nèi)一些大型和重點(diǎn)項(xiàng)目的大氣污染治理中得到了廣泛的應(yīng)用。易控(INSPEC)組態(tài)軟件作為現(xiàn)場監(jiān)控的監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理中心，具有完善的CEMS系統(tǒng)所需要功能。極大提高了工廠自身工藝安全性能，并可及時(shí)改變工藝，提高工廠效率，降低了損耗；經(jīng)過采集分析和處理的數(shù)據(jù)可通過無線網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送到國家環(huán)保監(jiān)管部門，十分便捷，而且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確真實(shí)，為減低大氣污染，提高人類生存環(huán)境起到了重要作用！
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