燃?xì)廨啓C(jī)CEMS系統(tǒng)概述

望亭發(fā)電廠兩臺燃機(jī)的煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）由2013年底竣工投用以來，經(jīng)過一年多的連續(xù)運(yùn)行，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)正常，現(xiàn)將兩臺燃機(jī)的CEMS系統(tǒng)概述如下：

一、系統(tǒng)簡介

望亭發(fā)電廠兩臺燃機(jī)的CEMS系統(tǒng)是采用南京國電環(huán)保科技有限公司研制生產(chǎn)的SPEP-2000型煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，對燃機(jī)排放煙氣進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時的跟蹤監(jiān)測。

1、系統(tǒng)組成.（1）煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)；（2）氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)；（3）煙氣排放參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)；（4）系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)

2、系統(tǒng)特點(diǎn).（1）功能豐富，具有手/自動取樣、吹掃、校準(zhǔn)、故障自診斷和報(bào)警等功能（2）系統(tǒng)控制柜模塊化設(shè)計(jì)，操作簡便，維護(hù)方便；（3）日常維護(hù)少，可長期無人值守；（4）采用直接抽取采樣法連續(xù)監(jiān)測氣態(tài)污染物濃度；（5）采用M&C采樣探頭技術(shù)，過濾面積大，濾芯更換方便；（6）采用PLC設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性高；（7）氣態(tài)污染物的監(jiān)測采用德國西門子分析儀器；（8）DAS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能齊全，操作直觀簡便；（9）多種數(shù)據(jù)輸出方式，支持網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)建，支持系統(tǒng)擴(kuò)展；（10）可方便的與環(huán)保單位聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)/上傳

3、主要功能.（1）連續(xù)監(jiān)測排放煙氣中的煙塵濃度，SO2、NO、CO、CO2，煙氣溫度，煙氣壓力、煙氣流速、氧量、煙氣濕度（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，對監(jiān)測數(shù)據(jù)儲存、處理和管理

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

SPEP-2000型煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(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)監(jiān)測子系統(tǒng)、控制及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)組成。

三、工作原理

SPEP-2000型煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的氣態(tài)污染物監(jiān)測采用直接抽取法：樣氣經(jīng)過采樣探頭的加熱保溫與2u的過濾除去顆粒物，再經(jīng)加熱管線的加熱保溫，到預(yù)處理單元處理迅速除水后輸送到分析設(shè)備中，連續(xù)檢測出煙氣中的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳濃度，分析儀器再將相應(yīng)的測量參數(shù)的干基信號以4—20mA的形式送到控制柜的PLC；煙塵濃度及煙氣排放參數(shù)監(jiān)測是將一次表安裝在現(xiàn)場，現(xiàn)場信號以4—20mA的信號送到控制柜的PLC，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再以通訊的方式與DAS系統(tǒng)進(jìn)行連接，由DAS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)的上傳方式是通過PLC輸出信號到燃機(jī)DCS控制系統(tǒng)，再通過MIS網(wǎng)上傳到集團(tuán)公司。以下分別介紹煙塵監(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)監(jiān)測子系統(tǒng)和系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)的工作原理。

1、煙塵監(jiān)測子系統(tǒng).煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)采用的是國電環(huán)保SPEP-2000D型煙塵儀，該煙塵儀基于煙塵粒子的背向散射原理，用于對固定污染源顆粒污染物進(jìn)行在線連續(xù)測量。（1）技術(shù)特點(diǎn).1）采用激光背散射原理，不怕煙道的機(jī)械振動及煙氣溫度不均造成的折射率不均造成的光束擺動2）單端安裝，無需光路對中3）儀器設(shè)計(jì)貫徹“無工具”現(xiàn)場安裝思路，最大限度的降低場安裝的復(fù)雜度，儀器及防雨系統(tǒng)的安裝僅電器連接需要一支螺絲刀，不必帶連接螺栓、螺母，10分鐘內(nèi)即可完成安裝，最大限度的減少由于現(xiàn)場安裝調(diào)試帶來的諸多問題4）采用4—20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電流輸出，連接方便，整體功耗很小，約5瓦左右

（2）系統(tǒng)原理及構(gòu)成.光學(xué)部分包括激光光源及功率控制、光電傳感、散射光接收部分。激光器發(fā)出的650nm束以一個微小的角度射入排放源，激光束與煙塵粒子作用產(chǎn)生散射光，背向散射光通過接受系統(tǒng)進(jìn)入傳感器轉(zhuǎn)變成電信號進(jìn)行處理。電路部分實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換、激光束的調(diào)制、信號放大、解調(diào)、光源的功率控制、V/I轉(zhuǎn)換功能。標(biāo)準(zhǔn)器用于產(chǎn)生一穩(wěn)定的光信號，對儀器零點(diǎn)及跨度校準(zhǔn)。系統(tǒng)原理圖如下圖所示：

2、氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng).（1）工作原理.系統(tǒng)采用加熱抽取原理，用國電環(huán)保SPEP-2000H型電加熱采樣探頭抽取煙氣，采樣流速≥2L/min，煙氣在進(jìn)入采樣探頭前經(jīng)過濾器去除顆粒物，經(jīng)過加熱、保溫等環(huán)節(jié)，樣氣被導(dǎo)入到預(yù)處理單元除濕，然后送入U(xiǎn)LTRAMAT23型氣體分析儀中進(jìn)行分析，連續(xù)檢測出煙氣中的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和二氧化碳濃度。因?yàn)闊煔庵械乃忠驯怀ィ韵到y(tǒng)提供的是干煙氣的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和二氧化碳濃度。2）系統(tǒng)組成.氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)包括：煙氣采樣單元、樣氣預(yù)處理單元、分析單元三部分組成。下面介紹各部分的原理及特點(diǎn)：1）煙氣采樣單元.煙氣采樣單元主要由SPEP-2000H電加熱采樣探頭和伴熱采樣管線組成。SPEP-2000H電加熱采樣探頭適用于在高塵、高溫和高濕度的環(huán)境中連續(xù)抽取氣體，特別適合用于煙道氣在線分析中的采樣。電加熱采樣探頭的獨(dú)特設(shè)計(jì)使得安裝操作極為簡便，并且性能可靠、維護(hù)方便，在更換過濾器時不需要使用工具，并且不必拆除采樣管線，避免了雜質(zhì)滲入到樣氣系統(tǒng)中。特制的加熱器可以對整個過濾腔進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，保證溫度不會降至零點(diǎn)以下。伴熱管線由輸氣管、電熱帶、隔熱層、護(hù)套四部分組成，可使采樣氣體在輸送過程中恒定在120℃，避免結(jié)露而影響測量精度。2）樣氣預(yù)處理單元.樣氣預(yù)處理單元主要包括冷凝器、精過濾器和空氣凈化系統(tǒng)，冷凝器主要目的是除去煙氣中的水分，通過精過濾器進(jìn)一步過濾樣氣中微量水粒和微小塵埃后，煙氣被導(dǎo)入U(xiǎn)LTRAMAT 23型氣體分析儀中進(jìn)行分析。冷凝器體積小重量輕，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，露點(diǎn)穩(wěn)定性好，并且冷凝器的制冷功率較大，在熱交換器中，氣體冷卻速度快，減少了二氧化硫等氣體在結(jié)露水中的溶解量，提高了測量精確度，減少了結(jié)露水對器件的腐蝕?？諝鈨艋到y(tǒng)包括儀用空氣和減壓過濾器，儀用空氣壓力要求0.4—0.8MPa，出口配置有水分離器、油分離器和壓力表，凈化后的吹掃空氣用于吹掃探頭和樣氣管路。3）分析單元.分析單元采用西門子公司的ULTRAMAT 23型氣體分析儀，該分析儀采用非分散紅外發(fā)射吸收原理，依據(jù)不同波長其發(fā)射衰減程度的不同進(jìn)行不同濃度氣體的測量。其基本特點(diǎn)是：a）由于可采用環(huán)境空氣進(jìn)行自動標(biāo)定，所以分析儀實(shí)際可做到免維護(hù)，且零點(diǎn)和量程都是在線標(biāo)定b）在規(guī)定范圍內(nèi)每種組分可有兩個量程，所有量程都是線性的，用量程識別功能的自動量程c）自動糾正環(huán)境壓力波動d）氣體流量監(jiān)測，當(dāng)流量<1L/min給出報(bào)警信號e）維護(hù)請求報(bào)警f）每種組分可任意設(shè)置上下限報(bào)警g）大屏幕背光LCD顯示測量值，簡單快速編程和分析儀調(diào)試，通過菜單實(shí)現(xiàn)編程輸入、功能測試和標(biāo)定h）三個二進(jìn)位輸入、取樣泵開關(guān)、觸發(fā)自動標(biāo)定、幾個設(shè)備同步，八個繼電器輸出可任意配置，包括：故障、維護(hù)請求、維護(hù)切換上下限、限制、量程識別和外部電磁閥等。ULTRAMAT 23紅外單元操作模式原理如下圖：

3、煙氣排放參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng).煙氣排放參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)包括煙氣流速、煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣濕度和煙氣含氧量等輔助參數(shù)的實(shí)時連續(xù)監(jiān)測。（1）煙氣流速連續(xù)監(jiān)測.煙氣流速采樣裝置為南京國電環(huán)保公司研制的SP2000-PTG型皮托管流量計(jì)。該流量計(jì)是一種利用壓力傳感器、皮托管等測出煙氣的動壓和靜壓，動壓與被測煙氣流速呈一定的比例關(guān)系，從而可定量煙氣流速。測量系統(tǒng)由皮托管、差壓變送器和PLC組成。（2）煙氣壓力連續(xù)監(jiān)測.系統(tǒng)采用3051 AP/G型壓力變送器連續(xù)監(jiān)測壓力。變送器即將壓力信號轉(zhuǎn)換成4—20mA的二線制輸出的電信號。（3）煙氣濕度連續(xù)監(jiān)測.系統(tǒng)采用SPEP-2000M型氧化鋯測量系統(tǒng)，該氧化鋯探頭安裝在CEMS小室的控制柜內(nèi)，采用氣體流通池加熱保溫到150℃，測氧傳感器加熱到700℃的氧化鋯原理測量煙氣中的濕氧含量。利用測量出的濕氧與干氧（U23分析儀器電化學(xué)法測出的干氧）從而計(jì)算出煙氣的絕對濕度。（4）煙氣含氧量連續(xù)監(jiān)測.煙氣含氧量采用西門子公司的ULTRAMAT 23型氣體O2（干氧）分析儀來測量。ULTRAMAT 23型氣體O2（干氧）分析儀中的氧氣傳感器依據(jù)燃料室原理操作，氧氣在陰極和電解液之間的邊界層被轉(zhuǎn)化，不同的氧氣濃度相應(yīng)產(chǎn)生不同的電流，從而測出煙氣中的含氧量。（5）煙氣溫度連續(xù)監(jiān)測.溫度監(jiān)測采用PT100熱電阻進(jìn)行測量，再通過WZPB1-23U型轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)4—20mA電流信號輸出。

4、系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng).系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)（可編程控制器和工控機(jī)）和軟件系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）組成，可編程控制器PLC是CEMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集控制單元。（1）硬件系統(tǒng).硬件系統(tǒng)由兩臺互為冗余的工控機(jī)為操作站，一個SPEP-2000型煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)柜為控制站，操作站與控制站間采用RS485通訊口連接。硬件系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：1）自動控制煙氣抽取，對采樣點(diǎn)循環(huán)采樣.2）執(zhí)行分析儀的零點(diǎn)和滿量程校準(zhǔn)3）自動執(zhí)行反吹4）顯示煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的狀態(tài)，包括采樣、處理、分析、報(bào)警、等待、校準(zhǔn)、反吹、手動或自動狀態(tài)以及標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度值5）電氣控制單元報(bào)警包括采樣探頭溫度報(bào)警、加熱管線溫度報(bào)警、分析儀故障報(bào)警、樣氣濕度報(bào)警、冷凝器高溫報(bào)警和系統(tǒng)故障等6）與網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)數(shù)據(jù)，可提供實(shí)時數(shù)據(jù)的DAS接口，通過激活其控制指令，將實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（2）軟件系統(tǒng).軟件以WindowsXP為操作系統(tǒng)，具有如下功能和特點(diǎn)：1）全中文顯示界面，多級畫面，操作直觀簡便2）實(shí)時顯示系統(tǒng)狀態(tài)和故障監(jiān)控3）實(shí)時顯示系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)，有實(shí)時棒圖、實(shí)時曲線等多種形式4）具備監(jiān)測參數(shù)實(shí)時曲線顯示和歷史曲線顯示畫面5）具備監(jiān)測參數(shù)報(bào)表查詢、打印功能6）具備系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置功能7）可根據(jù)不同口令，在不同模式下（操作員、系統(tǒng)管理員等）進(jìn)行切換登錄，確保系統(tǒng)參數(shù)安全

四、系統(tǒng)操作說明

1、開停CEMS系統(tǒng)系統(tǒng)供電按照設(shè)備類型分別設(shè)置斷路器.在開機(jī)時將相應(yīng)的空氣開關(guān)（如總電源、電伴熱、配電箱、濁度儀、U23、蠕動泵、冷凝器、PLC、泵閥、風(fēng)扇、照明等）合上，在達(dá)到預(yù)熱的時間，系統(tǒng)則可正常工作。

2、系統(tǒng)運(yùn)行模式.1）系統(tǒng)分為自動和手動兩種運(yùn)行方式，通過儀表柜操作面板“自動/手動”按鈕進(jìn)行切換。系統(tǒng)正常應(yīng)處于自動狀態(tài)，手動狀態(tài)是在系統(tǒng)檢修維護(hù)時采用的方式。2）在自動方式下有三種工作模式：取樣模式、吹掃模式、校驗(yàn)?zāi)Ｊ健?）在手動方式下有4種模式：停止模式（所有按鈕均未按下）、取樣模式、吹掃模式、校驗(yàn)?zāi)Ｊ剑銡?、?biāo)氣1、標(biāo)氣2）。4）操作面板有顯示運(yùn)行狀態(tài)的指示燈：零氣、校驗(yàn)、手動/自動、取樣、吹掃。這幾個指示燈和相應(yīng)的按鈕開關(guān)是帶燈自鎖按鈕。5）有兩個故障指示燈：系統(tǒng)故障、分析儀故障。

3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）操作說明.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）實(shí)現(xiàn)對整個煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)和參數(shù)監(jiān)控，并對系統(tǒng)進(jìn)行管理、記錄、報(bào)表和打印。它的操作通過鼠標(biāo)鍵盤在工控機(jī)上完成。雙擊工控機(jī)桌面上CEMS.EXE圖標(biāo)，自動加載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)主畫面，主要有：系統(tǒng)狀態(tài)、報(bào)警一覽表、實(shí)時棒圖、實(shí)時曲線、歷史曲線、系統(tǒng)校驗(yàn)系數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)數(shù)據(jù)報(bào)表查詢、系統(tǒng)量程設(shè)置等功能模塊供運(yùn)行和維護(hù)人員瀏覽、查閱和設(shè)置。

五、系統(tǒng)維護(hù)及故障處理

1、系統(tǒng)日常維護(hù).SPEP-2000型煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)做好如下日常維護(hù)工作：1）檢查ULTRAMAT 23型氣體分析儀的運(yùn)行狀態(tài)，檢查是否有故障或維護(hù)報(bào)警指示2）檢查ULTRAMAT 23型氣體分析儀上的流量計(jì)指示，應(yīng)在0.8—2L/min；3）檢查保護(hù)過濾器濾芯應(yīng)干凈，玻璃杯內(nèi)無水滴；4）檢查蠕動泵轉(zhuǎn)動排水正常，應(yīng)能看到水柱由冷凝器排水管進(jìn)入蠕動泵內(nèi)排出；5）檢查吹掃氣源供氣壓力在0.4—0.7MPa之間；6）檢查取樣泵應(yīng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)無異聲；7）檢查控制柜上有無系統(tǒng)故障與分析儀故障指示；8）檢查冷凝器正常制冷溫度指示應(yīng)在1—5℃之間；9）檢查加熱管線正常加熱溫度指示應(yīng)在110—150℃之間。

2、故障處理.一般常見的故障主要有：取樣探頭溫度報(bào)警、伴熱管線溫度報(bào)警、冷凝器報(bào)警、濕度報(bào)警、樣氣流量低、精過濾器變色快、PLC與DAS系統(tǒng)通訊故障、溫度不正常、壓力無顯示、U23分析儀維護(hù)請求報(bào)警、U23分析儀報(bào)警，出現(xiàn)“F”等，都可通過查閱SPEP-2000型煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)操作維護(hù)手冊，根據(jù)不同的報(bào)警碼及故障現(xiàn)象找到相對應(yīng)的故障處理方法進(jìn)行故障處理。

六、結(jié)語

通過加裝煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，對兩臺燃機(jī)煙囪排放煙氣中二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等污染物連續(xù)在線監(jiān)測，并通過SIS進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，從而完成兩臺燃機(jī)CEMS系統(tǒng)與集團(tuán)公司的聯(lián)網(wǎng)工作。

（作者單位：江蘇華電望亭發(fā)電廠）

作者簡介

朱?。?982～），男，漢族，江蘇蘇州人，助理工程師，本科，江蘇華電望亭發(fā)電廠燃控班副班長，從事9FA燃機(jī)檢修和維護(hù)方面的技術(shù)工作。