煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)

一、背景介紹
1、項目背景
煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（Continuous Emission Monitoring System）簡稱CEMS。隨著環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，CEMS的技術(shù)日趨成熟和規(guī)范。目前國內(nèi)煙氣CEMS大多采用“大件系統(tǒng)集成”，即主要分析部件采用進口設(shè)備，這樣對測量的準確性提供了保證，但國內(nèi)的大氣污染物排放標準與設(shè)備廠商所在國或地區(qū)相差較大，多數(shù)排放企業(yè)沒有對被測得污染物成分充分地凈化處理，在高塵、高濕、流場不穩(wěn)等客觀惡劣監(jiān)測環(huán)境下，使得沒有改進的采樣探頭和分析儀器不太適合這樣的監(jiān)測場所。
煙氣CEMS的實施需要對每個監(jiān)測場所實行嚴格的現(xiàn)場勘查，熟悉被測試對象，單獨的進行合理設(shè)計與配置、選材和施工，而不是用統(tǒng)一規(guī)格的產(chǎn)品讓每一個現(xiàn)場去適應(yīng)它。另外煙氣CEMS的運行是連續(xù)的，國內(nèi)的市場環(huán)境造成銷售價格偏低和維護的備品備件跟不上，售后服務(wù)自然紙上談兵。
隨著國家“十二五”規(guī)劃中節(jié)能減排的政策出臺，以及行業(yè)內(nèi)大氣污染物排放標準的改版升級，特別是2007年后，濕法脫硫技術(shù)的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致許多顆粒物濃度低于150mg／m3，因而顆粒物CEMS將主要以適合測量低濃度的散射法為主。同時氣態(tài)污染物CEMS將向全譜分析和線狀光譜技術(shù)方向發(fā)展，測量范圍則逐漸向低濃度發(fā)展，追求更高的準確度和精密度。
對于固定污染源廢氣自動連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)而言，另外一個重要的組成部分是數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)將重點發(fā)展數(shù)據(jù)加標技術(shù)，過程監(jiān)控技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。
天津智易時代科技發(fā)展有限公司根據(jù)國家環(huán)保部對煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)要求及有關(guān)標準，我們運用了先進的煙氣成分分析技術(shù)、自動控制技術(shù)以及計算機數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，集成了一套煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。
智易時代CEMS采用國際先進的紅外分析儀與煙塵、溫度、壓力、流量、濕度及相關(guān)的輔助設(shè)備，結(jié)合多年的行業(yè)經(jīng)驗，設(shè)計了一套功能齊全完善的CEMS。這套系統(tǒng)很集中的體現(xiàn)了我公司CEMS系統(tǒng)集成的優(yōu)勢，更加符合實際用戶所需。
2、建設(shè)依據(jù)
HJ/T76-2007《固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及監(jiān)測方法》 HJ/T75-2007《火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》 GB/T16157-1996《固體污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》 國家環(huán)境保護總局《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》（第四版） GB16297-1996大氣污染物綜合排放標準 GB13223-2007 火電廠大氣污染物排放標準 HJ/T 212-2005 污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準 ZBY120-83 工業(yè)自動化儀表工作條件 GB50093—2002 自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范 SDJ9-87 電測量儀表裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程 NEMA-ICS6 工業(yè)控制設(shè)備及系統(tǒng)的外殼 GB 50054-1995 低壓配電設(shè)計規(guī)范 GB50057-1994 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范
二、建設(shè)方案
1、系統(tǒng)概況
CEMS主要由煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)、顆粒物CEMS、氣態(tài)污染物CEMS、數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)葐卧啥?，形成一個集數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、通訊、遠程監(jiān)控的一體化系統(tǒng)。如下圖：
2、功能特點
該CEMS系統(tǒng)具有以下特點：
⑴ 直接分析原樣，盡可能地保持煙氣物理和化學(xué)特性，樣氣具有代表性；
⑵ 反吹功能：CEMS的SO2/NOx/O2采樣探頭、煙塵儀發(fā)射端和接受端具有吹掃功能；能對探頭外表面和內(nèi)部進行反吹，減少顆粒物附著。專利設(shè)計：螺旋氣流吹掃探頭內(nèi)腔，消除探頭維護和已經(jīng)被吸入探頭內(nèi)腔的顆粒物：
⑶ 指示功能：數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)除了可以指示上述提到的自診斷和報警內(nèi)容，還可以顯示分析儀在校正循環(huán)中、校正氣瓶低壓、過量的校正誤差等內(nèi)容。
⑷ CEMS可長期無人值守；
⑸ 其它功能：主要分析儀器自診斷、自動控制、自動校準、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、錯誤代碼指示等功能。
⑹ 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：我公司自主研發(fā)的CEMS系統(tǒng)符合國家環(huán)保要求以及《火電廠煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的數(shù)據(jù)采集、控制和處理系統(tǒng)。詳細情況參見數(shù)據(jù)采集、傳輸系統(tǒng)介紹。
⑺ CEMS具有高可靠性、安全性、可維修性和可擴展性。監(jiān)測設(shè)備滿足兩套煙氣成分采樣探頭系統(tǒng)的運行要求，同時設(shè)計方案預(yù)留了一定的接口和容量。CEMS可與電廠、電力局、環(huán)保局的局域網(wǎng)，可以遠程通訊。
⑻ 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。
⑼ CEMS設(shè)計的分析儀器和監(jiān)測儀表包含了為日常維護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。
⑽ 取樣探頭及過濾器可以自動反吹掃和遠程控制反吹掃，防止堵塞；分析系統(tǒng)具有自動和遠程標氣校核功能；分析儀器、采樣器、加熱器、伴熱管加熱器具有故障自動報警功能 。
⑾ 智能化：自動調(diào)零，量程超限報警，濕度報警，采樣頭溫度異常報警、冷凝器溫度異常報警、加熱溫度異常報警，低流速報警，主維護報警。
⑿ 儀器和系統(tǒng)日志功能，記錄系統(tǒng)的各運行狀態(tài)參數(shù)，為系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準確性和可靠性作為溯源的基礎(chǔ)。
⒀ 大屏幕觸摸屏工業(yè)控制計算機，頁面形象，操作簡單。
⒁ 采用電加熱控溫干法直接取樣方式，輔助環(huán)節(jié)少，可靠性高，能真實反映煙氣成分含量。
⒂ 系統(tǒng)具有自動標氣測試功能，可以自動完成系統(tǒng)校核功能（遠程校準或者半自動校準），減少維護工作量。
⒃ 采用工控機和PLC控制，自動化程度高，可采集系統(tǒng)的詳細狀態(tài)信息，可作為數(shù)據(jù)有效性審核的最有利資源。
⒄ 具有完善的維護提醒功能
⒅ 具備兩套數(shù)據(jù)庫，一套原始存儲原始的氣站數(shù)據(jù)，另一套存儲按照國家相關(guān)數(shù)據(jù)修正規(guī)范修正的數(shù)據(jù)。
3、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的配置主要包括工控機，顯示器，CEMS監(jiān)控軟件，數(shù)模輸出模塊。
1）系統(tǒng)功能：
數(shù)據(jù)采集采用PLC，包括模擬信號采集和狀態(tài)信號收集。在工控機內(nèi)，根據(jù)溫度、壓力和流速等參數(shù)，將煙氣濃度換算成標態(tài)，并計算出各煙氣污染物的總排放量，生成符合客戶要求的報表；
所提供的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件能存儲不低于10年（取決于硬盤容量）的監(jiān)測小時平均值、監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)，并能檢索、打印和在屏幕上顯示出來；
2）數(shù)據(jù)的存儲和檢索功能：
所提供的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件能存儲不低于10年的監(jiān)測小時平均值、監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)；
能檢索任意時間點的監(jiān)測數(shù)據(jù)和任意時間段的報表，并打印和在屏幕上顯示出來；
3）數(shù)據(jù)輸出設(shè)備功能：
圖形、表格、曲線等方式顯示各參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)；
能定時或人工請求制表并打印；
具有多級安全認證功能（設(shè)置密碼進入）；
具有排污超標報警和事故報警信號功能；
4）數(shù)據(jù)遠程聯(lián)網(wǎng)功能：
多種通訊方法的選用使系統(tǒng)運行更為方便、靈活；
系統(tǒng)中可和環(huán)保局實現(xiàn)遠程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測；
現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時傳送，兼容各種傳輸方式，可實現(xiàn)多級聯(lián)網(wǎng)，支持環(huán)保部門對系統(tǒng)進行遠程反控操作；
系統(tǒng)提供95%以上的數(shù)據(jù)可利用率。系統(tǒng)數(shù)據(jù)可用率的計算基于系統(tǒng)運行并收集數(shù)據(jù)的時間，扣除CEMS任何部件不能投運的時間；
系統(tǒng)具有自我診斷功能及廠家遠程故障診斷功能；
能夠控制系統(tǒng)的日常運行，包括：自動校正，自動反吹采樣系統(tǒng)過濾器；
系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)能全部打印出測量的污染物成分，其數(shù)據(jù)處理方法（數(shù)據(jù)單位及計算條件）和生成的各種日、月、年報表符合相關(guān)標準的要求。
智易時代還能為當?shù)丨h(huán)保局安裝設(shè)備的遠程監(jiān)控軟件，并能根據(jù)當?shù)丨h(huán)保局發(fā)布的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議修改我公司的遠程數(shù)據(jù)傳輸格式。

3.1數(shù)據(jù)存儲
系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集控制器能保證存儲原始數(shù)據(jù)，可提供實時監(jiān)測數(shù)據(jù)（7天以上），日均值數(shù)據(jù)、月均值數(shù)據(jù)和年均值數(shù)據(jù)，且所有均值數(shù)據(jù)存儲年限均在10年以上。
系統(tǒng)可瞬時采集各子系統(tǒng)的輸入，所有數(shù)據(jù)實現(xiàn)每秒刷新一次，考慮系統(tǒng)標校、反吹等維護時間，系統(tǒng)有效數(shù)據(jù)捕集率每季度及每年仍可保證達到95%以上。
3.2數(shù)據(jù)查詢和檢索
系統(tǒng)可設(shè)置條件查詢和顯示歷史數(shù)據(jù)，內(nèi)容包括數(shù)據(jù)庫內(nèi)記錄的所有污染物排放相關(guān)數(shù)據(jù)、相關(guān)煙氣參數(shù)以及所有狀態(tài)及告警信息。系統(tǒng)能生成和打印小時（至少45min的有效數(shù)據(jù)）、日（至少18h的有效數(shù)據(jù)）、月（至少22d的有效數(shù)據(jù)）、年報表，報表中包含最大值、最小值、平均值、參加統(tǒng)計的樣本數(shù)等。
系統(tǒng)各報表格式能在各企業(yè)在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)報告中列出。(企業(yè)內(nèi)部監(jiān)控中心可通過內(nèi)部局域網(wǎng)或內(nèi)部電話交換網(wǎng)對各監(jiān)測點進行監(jiān)視、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)下載等)
3.3數(shù)據(jù)顯示
工控處理模塊主界面上顯示各測量值的干基值、濕基值和折算值，各過程變量的實時數(shù)據(jù)和設(shè)備運行狀態(tài)，也根據(jù)用戶選擇以圖形、表格或曲線方式顯示數(shù)據(jù)。
3.4文檔管理
系統(tǒng)能對數(shù)據(jù)文檔進行文檔保存和備份，能自動生成運行參數(shù)報告，數(shù)據(jù)報告，掉電記錄報告和操作記錄報告。數(shù)據(jù)報表中有各監(jiān)測項目的標干濃度、折算濃度、排放率，煙氣靜壓、溫度、流速、標干流量等。所有顯示量和打印表格和報表均符合HJ/T76-2001《固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)條件及檢測方法》的要求。
3.5自診斷及報警
系統(tǒng)提供報警干接點輸出功能，這些報警中包括：
SO2分析儀器異常報警
NOX分析儀器異常報警
O2分析儀器異常報警
分析儀器工作高、低溫度報警
供氣系統(tǒng)異常報警
探頭失效報警
加熱管溫度過高和過低報警
采樣流量不足報警
溫度測試儀失效報警
壓力傳感器失效報警
過濾器濕度報警
煙氣預(yù)處理系統(tǒng)異常報警
電壓異常報警
當1h監(jiān)測數(shù)據(jù)滑動平均值（每15min滑動一次）超過排放標準時報警
3.6異常情況自動恢復(fù)
系統(tǒng)當受外界強干擾、偶然意外或掉電后又上電等情況發(fā)生時，造成程序中斷，系統(tǒng)能實現(xiàn)自動啟動，自動恢復(fù)運行狀態(tài)并記錄出現(xiàn)故障的時間和恢復(fù)運行的時間，啟動后系統(tǒng)能通過自動標校操作確定校準偏移量。
3.7數(shù)據(jù)通訊
系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)通訊功能，周期地采集各個現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器發(fā)來的各種信息，進行處理、存儲、顯示及上傳。系統(tǒng)能提供模擬信號和RS232、RS422、RS485等數(shù)字信號的接入及輸出功能，可按照環(huán)保部門要求通過GPRS、電話撥號、電纜線、有線局域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、GSM、微波等多種傳輸方式，向有關(guān)部門定時傳輸數(shù)據(jù)和圖表，并隨時接受數(shù)據(jù)查詢。
系統(tǒng)中預(yù)置了多種通信協(xié)議(國家、省、地、市的通訊協(xié)議)，用戶只需選擇通信端口和通信協(xié)議，借助GPRS就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程上傳。
支持群發(fā)手機短信的方式發(fā)送排放數(shù)據(jù)和報警信息。客戶通過手機就可隨時隨地掌控系統(tǒng)運行情況。
3.8模塊化設(shè)計和擴展升級接口
系統(tǒng)為模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有擴展功能，可根據(jù)使用要求，實現(xiàn)單路、雙路或多路配置，并可根據(jù)要求加裝其他測量參數(shù)。
3.9安全管理（密碼權(quán)限）
系統(tǒng)具有安全管理功能，設(shè)有三級操作管理權(quán)限，操作人員需登錄工號和密碼后，才能進入控制界面，且系統(tǒng)對所有的控制操作均自動記錄并入庫保存。系統(tǒng)管理員可以進行所有的系統(tǒng)設(shè)置工作，一般操作人員只能進行日常例行維護和操作，不能更改系統(tǒng)設(shè)置。
3.10缺失數(shù)據(jù)的處理
系統(tǒng)具有對缺失數(shù)據(jù)進行處理的功能。首次正常運行達到或未達到720h，缺失數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)能自動處理缺失數(shù)據(jù)，對缺失數(shù)據(jù)的處理符合國家標準HJ/T76－2007的技術(shù)規(guī)定。
3.11煙氣參數(shù)測定及污染物濃度換算和排放率計算要求
系統(tǒng)有計算污染物濃度和排放率功能。煙氣各參數(shù)測定計算方法及技術(shù)指標滿足國標HJ/T 76-2001的標準要求。在數(shù)據(jù)報表中，污染物濃度都換算到標干濃度和折算濃度，計算方法按相關(guān)的國家標準要求計算。
3.12顆粒物監(jiān)測
數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)將顆粒物監(jiān)測儀做為系統(tǒng)的一部分進行整體設(shè)計，顆粒物監(jiān)測采用濁度法，系通內(nèi)可通過上位計算機對顆粒物監(jiān)測儀進行遠程控制和實時數(shù)據(jù)、狀態(tài)顯示，并可通過上位機軟件對顆粒物進行多點曲線校準操作以及消光度與顆粒物濃度關(guān)系曲線的標校操作。
3.13軟硬件配置
系統(tǒng)提供配套正版的操作系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)采集管理軟件，采集系統(tǒng)為多任務(wù)系統(tǒng)，可同時運行監(jiān)控程序和維護程序，在完成其他工作的同時可靈活可靠的進行不間斷數(shù)據(jù)采集。所有特定程序均為綜合程序，中文界面，操作簡捷，易于使用人員快速掌握。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備軟件編制和下載功能。
3.14遠程控制
可通過中心平臺進行標氣測試、遠程校準、零氣校準等命令，
所測數(shù)據(jù)與正常測試數(shù)據(jù)分不同查詢索引。
3.15數(shù)據(jù)標識
系統(tǒng)采集SO2、NOx、O2、采樣頭溫度、冷凝器溫度、加熱線溫度、過濾器濕度、煙氣采樣時流量，以判斷數(shù)據(jù)是否有效，每條數(shù)據(jù)均帶有有效或無效標識。
3.16校準子系統(tǒng)
我公司提供的CEMS系統(tǒng)（煙塵檢測系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測系統(tǒng)、煙氣參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)）具有自動和手動在線校正/標定（零點校正、滿量程校正）的功能。
我公司提供的校正氣滿足下列要求：
校正氣符合國家標準；
校正氣的量能滿足系統(tǒng)啟動后一年內(nèi)正常校準的需要；
所有校正氣按環(huán)保局相關(guān)要求存儲，一般存儲在鋼瓶中。
4、系統(tǒng)優(yōu)勢
優(yōu)勢一：紅外吸收氣體分析儀適應(yīng)濕法脫硫高濕度低濃度的測量。
優(yōu)勢二：螺旋氣流吹掃采樣探頭內(nèi)腔，消除探頭維護和已經(jīng)被吸入探頭內(nèi)腔的大顆粒物。
優(yōu)勢三：實現(xiàn)采樣管線溫度實時監(jiān)測并傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺，可實現(xiàn)取樣管線低溫報警，有利遠程判斷故障。
優(yōu)勢四：自動標氣功能及遠程標氣測試。
優(yōu)勢五：數(shù)據(jù)標識：校準、維護、故障等狀態(tài)下數(shù)據(jù)加標，含每條數(shù)據(jù)記錄關(guān)鍵點的溫度，具有故障日志記錄，出現(xiàn)故障后便于很快找到問題所在。
優(yōu)勢六：樣氣管路增加流量調(diào)節(jié)閥，流量可自動調(diào)節(jié)。通過485通訊遠程設(shè)定和調(diào)節(jié)通過該閥的氣量，并輸出4-20mA的電流信號，并可通過平臺遠程查看和調(diào)節(jié)，保證采樣流量保持在1L/min。
優(yōu)勢七：樣氣從冷凝器出來后，增加帶濕度傳感器的過濾器，用于濕度到達設(shè)定值時報警，并起到二級過濾樣氣的作用。帶濕度傳感器可以通過檢測后段的濕度從而起到保護儀表的作用。