烟气连续排放监测系统的设计

1、烟气连续排放监测系统的设计黎洪生,王晶晶武汉理工大学自动化学院,武汉 (430070E-mail:ralor520摘要:本文给出了一种工业烟气连续排放的监测系统的设计方法, 该系统是以工业PC 为主控单元、研华1710为数据采集模块而构建的测控系统, 可在线监测工业烟气中二氧化硫浓度、烟尘浓度和烟气温度、烟气静压及烟气流速, 所有监测参数均可实时显示并可通过internet 传至当地环保监测中心。关键词:在线监测,数据采集,组态软件1.引言当前燃煤电厂释放的颗粒物、二氧化硫成为大气环境的首要污染物。如何限制污染物排放对环境保护具有重大意义。我国的工业烟气排放监测一直采用常规方法,即将采样头插入

2、烟道来抽取样品,然后在实验室对样品进行分析以测定烟气中的污染物含量。此方法耗时长,不能提供长期、连续、系统的测试数据,因而需要一种比手工采样更方便、快捷的方法来准确测定烟气中的污染物。近年来发展起来的烟气排放连续监测系统(Continuous Emission Monitoring System , CEMS 适应了这一需要。通过该系统,可以方便地检测烟气中污染物的排放量、排放率,显示、打印各种参数和图表,并通过传输系统将数据结果传输至管理部门。2.系统介绍CEMS按不同检测对象分类,可分为颗粒物分析系统、气态污染物分析系统、气体参数分析系统和控制及数据处理系统三个部分(见图1。 图1.系统结

3、构框图2.1 颗粒物分析系统颗粒物是指烟气中悬浮的固体或液体颗粒状物质,排入大气后,会形成烟尘以及“可吸入颗粒物”,危害人体健康。颗粒物分析系统对烟气中的固体或液体颗粒状物质的浓度和排放量进行监测1。主要设备为颗粒物(粉尘监测仪。该系统中的粉尘监测部分采用德国SICKMAIHAK (西克麦哈克公司的FW320型粉尘测试仪. FW320 是光透明度(透明度是发射光和接收光之比粉尘测定仪。采用浊度法。光通过烟气时,光强因烟尘的吸收、散射作用而减弱,通过测定光束的衰减来测量烟尘浓度。测尘仪直接安装在烟道上,就地检测,将监测结果转换为电信号,通过电缆传到数据处理系统。2.2气态污染物分析系统气态污染物

4、是指以气态的形式存在于烟气中的各种污染物,其中以SO2,NO 为主要监测对象,其中SO2是形成“酸雨”的主要原因。气态污染物分析系统是CEMS的关键部分2。它包括采样探头、传输管、分析仪3部分。本系统二氧化硫监测部分采用德国SICKMAIHAK (西克麦哈克公司的SMC-9021气态污染物分析仪。采用高温取样,高温输气和快速制冷脱水的方法,保证测量结果的准确性。系统还配备了温度报警,压力报警和湿度报警,对高温取样的状态,取样过滤器的堵塞和冷凝情况进行监控,与取样泵连锁,保证系统取样的准确和仪器工作的可靠性。2.3烟气参数系统检测项目:烟道内烟气的温度、流量,压力等。气体流速测量有三种方法:压差

5、法(皮托管,热差法和超声波方法。本设计方案中采用的是西克麦哈克(北京提供的皮托管法测量仪3。本系统中的温度和压力的测量选用SMC-202 温度压力测定仪,这是一套组合装置,温度变送器和压力变送器组装在一个探头管中。温度变送器是铂电阻型,Pt100 温度计。这些参数是最终数据处理所需的辅助参数,通过电缆传到数据处理系统。2.4控制及数据处理系统主要是电脑及其外部设备,包括完备的系统维护软件。负责收集、存储监测仪器传来的数据,并进行分析处理;实现操作控制、故障报警、图表统计、报表打印等功能。通过网络可以向管理部门发送排放数据报告,并随时响应管理部门的远程数据查询。监测软件实时地从数据采集卡上读入浓

6、度测量值,根据温度和压力传感器的测量值,把浓度测量值换算成标准状态下的浓度值,记录在数据库中。监测软件根据预先设置的周期,定时把监测数据发送到相关管理部门,数据的发送采用无线网络来实现。数据采集和传送示意图见图2。2.4.1 数据采集部分在测试现场专门设置一个监控室,所有的传感器都通过PCI-1710数据采集卡连接到控制室的工控机上。PCI-1710是一款PCI总线的多功能数据采集卡,它完全可以满足数据采集和数据控制方面的全部需要,将最常用的数字量和模拟量测量和控制功能集中在一块板上,具有编程容易,使用简单,数据采集可靠方便等特点。PCI-1710拥有16路数字量输入,16路数字量输出,16路

7、单端或8路差分模拟量输入。由外接的接线端子板,把电流信号引入到数据采集卡. 为了便于PCI-1710 与外部信号之间接线,在各个传感器与PCI-1710间加一个接线端子板,端子板可安装在机箱外适当处,端子板与板卡间通过DB-37 芯电缆相连。由于各路的输出模拟信号为4-20mA,须在差分输入的同相端与反相端间并入250±0.1%的转换电阻,以将4-20mA 的信号转换为1-5V 的模拟信号.软件用研华自带的Active DAQ,它是32 位Active X 控件的集合,用于数据采集和控制。Active DAQ 可通过简单的属性设置来控制数据采集设备,避免了低层编程的繁琐。在传统的数据

8、采集程序中,I/O 口操作状态是通过轮流控制硬件来完成,这样既浪费了大量的时间又使程序代码效率降低。研华的Active DAQ 控件应用事件驱动机制,当事件在设备中产生时,事件响应程序运行,从而通知主程序。程序员只需要编写事件响应代码即可,不必人为的检查硬件状态。在本系统中,有数字量和模拟量两种,所以只需在软件中添加数字量和模拟量输入两种控件,并设置各路信号对应的通道,即可实现信号的实时采集. 图2. 数据采集传输示意图2.4.2 数据传输部分现场控制室中的工控机采集所得的数据会被定时发送到环境监测人员的工作站,针对现场复杂的环境,我们采用的是GSM网络传输方式,工控机采集的数据通过GSM网络

9、传输到环境监测人员的工作站。采用短信发送方式不受现场条件的限制,只要GSM网络能通达的地方,传输都可以实现,但适时性较差,会出现短信滞后的现象。而现场对适时性的要求不是很严格,所以是理想的解决方案。2.4.3 基于组态王的监控软件本系统软件设计采用北京亚控科技发展有限公司的组态王6.52 组态软件, 采用模块化结构设计。组态王直接从数据库中读到现场传送过来的各项参数,并完成污染物浓度的换算。然后根据实时监测采集到的数据量生成小时浓度均值及年、月、日的累积排放总量, 并根据需要制成各类报表和图形。并且通过组态王的WEB发布功能,将页面发布到网上,监控人员即可通过网络随时随地监控现场数据,打印报表

10、等。监控画面如下图所示: 图 3. 监控主画面3. 结论本监测系统采用研华1710为数据采集模块、工控PC 机为主控单元的连接方式,采用组态王为监控软件,实现了实时、远程、大数据量的数据采集和传输等功能。系统具有适应性强、结构紧凑, 安装方便、性能稳定等特点。参考文献1胡春华,郑玲哲.SO x、NOx 测定技术的最新进展J 。环境科学与技术,1999, (2 : 46 48.。2曹建勇. 浅谈火电厂烟气连续监测系统J 。内蒙古环境保护,2001.3 。3易江. 连续排放监测系统的发展进程 J .。现代科学仪器,2000.3。Design of Continuous Emission Monit

11、oring SystemLi Hongsheng,Wang JingjingWuhan University Of Technology,Wuhan (430070AbstractA continuous emission monitoring system (CEMS plant for monitoring industrial smoke is presented. It is a distributed measurement and control system based on industrial computer as main control unit and 1710 module as data collector and controller. It can measure continuously the SO2 concentration, the soot concentration, the smoke static pressure, the smoke flow velocity and the smoke temperature. All measuring results can be display real time o