ABB在線分析儀在煙氣監(jiān)測系統(tǒng)的應用

摘 要：環(huán)境保護越來越被公眾所認同，現(xiàn)在大氣污染成為需要解決的突出問題。生產(chǎn)企業(yè)排出的煙氣中含有各種污染物，具體排放的指標需要遵守國家關于固定污染源煙氣排放標準。對此，企業(yè)需要配有固定污染源煙氣排放連續(xù)檢測系統(tǒng)（CEMS）。

關鍵詞：CEMS AO2040紅外分析儀 氧化鋯分析儀 煙塵檢測儀 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0140-04

為保護我們共有的地球，環(huán)保部門對煙氣排放企業(yè)需要進行固定污染物排放的監(jiān)督，煙氣監(jiān)測系統(tǒng)就是按照環(huán)保部門要求，企業(yè)設立的排放物進行連續(xù)監(jiān)測的系統(tǒng)。

固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱CEMS），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)、DAS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、氣源電源通訊等輔助設施子系統(tǒng)等組成。通過選定的采樣方式，測定煙氣中污染物量，數(shù)據(jù)按要求進行顯示、記錄、傳輸和調(diào)用。

標準的監(jiān)測項目為8個參數(shù)：二氧化硫量（SO2）、氮氧化物量（NO NO2）、顆粒物量（煙塵）3個污染物參數(shù)和對應的濕基流量（包含流速、溫度、壓力）3個排放參數(shù)、以及換算干基用的氧量（O2）、濕度（RH）2個參數(shù)。

1 CEMS系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)簡述

系統(tǒng)由SO2，NO NO2多組分氣體分析儀、塵含量檢測儀、流速儀、氧化鋯氧分析儀和DAS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）組成。

SO2，NOX多組分氣體分析儀：ABB AO2040 Series。

塵含量檢測儀：SICK FW56。

流速儀：MODEL 3060。

氧化鋯氧分析儀：ABB ZDT。

DAS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）：SIEMENS S7 200 PLC，DELL計算機，HP打印機。

系統(tǒng)集成為一個分析小屋內(nèi)安裝的分析柜（2200h×800w×800d）和兩個現(xiàn)場安裝的分析柜（1300h×1300w×500d）。

分析小屋內(nèi)安裝的分析柜安裝有ABB AO2040多組分氣體分析儀和其預處理系統(tǒng)，SIEMENS S7 200 PLC，220VAC/24VDC電源箱，校驗用標準氣，電磁閥組。

現(xiàn)場安裝的分析柜安裝有ZDT氧化鋯氧分析儀，SICK FW56塵含量檢測儀，MODEL 3060流速儀和其反吹泵。

塵含量檢測儀、流速儀、氧化鋯氧分析儀將檢測的工藝值轉(zhuǎn)變?yōu)闃藴?～20 mA模擬量，傳送給PLC，PLC處理后將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控計算機。

PLC與監(jiān)控計算機之間采用PC/PPI連接方式進行通訊。

ABB AO2040多組分氣體分析儀與監(jiān)控計算機之間采用USB—RS485連接方式進行通訊，而不與PLC直接通訊。

1.2 結構圖（如圖1）

2 CEMS的基本配置（如表1）

下面就各系統(tǒng)詳細介紹如下。

2.1 氣態(tài)污染物監(jiān)測系統(tǒng)采用ABB AO2040系列產(chǎn)品

ABB AO2040系列包括以下方面。

加熱過濾采樣探頭及電伴熱采樣管線：

TYPE 40（取樣探管ABB）；

PFE2（加熱過濾器ABB）；

SE-2C1-57-1-ATPVC-047-XINS（電伴熱采樣管線Cellex）；

預處理：

SCC-C（樣氣冷凝器ABB）；

SCC-F（樣氣泵ABB）；

分析儀：

Uras 14（多組分氣體分析儀ABB）；

Oxygen Sensor（氧氣傳感器ABB）。

ABB AO2040 Series采用直接抽取式采樣法，測量排放煙氣中的SO2、NOx及燃燒剩余氧含量（干氧）。加熱過濾采樣探頭全不銹鋼材料，內(nèi)置加熱陶瓷過濾器，加熱溫度180 ℃，能有效地除去煙氣中的顆粒物，過濾效率2μm>99.9%。具有極低的維護量和長使用周期。電伴熱采樣管線傳輸樣氣從探頭到預處理系統(tǒng)，材料為特氟隆，電伴熱保證樣氣溫度在130 ℃～150 ℃，以防止結露。（如圖2）

通訊方式：

RS232/485串口，與DAS監(jiān)控計算機連接。

系統(tǒng)原理：濕基直接抽取采樣系統(tǒng)是在探頭端部去除煙塵，樣氣保留濕氣保持熱態(tài)。因此樣氣要在傳輸?shù)椒治鰞x之間始終保持在酸露點138 ℃～160 ℃以上。由于與此銜接的紅外分析儀在測定NOx的波長范圍內(nèi)水分對其有一定的影響，為避免在煙氣濕度較大的場所下，紅外分析儀會產(chǎn)生誤差，采樣系統(tǒng)用冷凝器除濕來減少影響。利用采樣泵抽取經(jīng)過防塵探頭除塵和采樣管線加熱的濕樣氣，進入冷凝器除去水分，干燥后的冷煙氣通過轉(zhuǎn)子流量計和支管分送給分析儀。

（1）冷凝器SCC-C及采樣泵SCC-F。

ABB預處理系統(tǒng)SCC為一體化集成的標準部件。它集成有冷凝器、蠕動泵、采樣泵、過濾器、流量調(diào)節(jié)器等。同時SCC具有溫度、濕度、流量信號輸出，及時反應系統(tǒng)工作狀況。

（2）多組分分析儀。

ABB AO2040 Series Uras14分析儀采用非分散紅外吸收法（NDIR）進行測量，氣體污染物對紅外線進行選擇性吸收，其吸收強度取決于被測氣體的濃度，通過對被測氣體前后紅外線能量的比較，從而達到測量組份含量的目的。這些氣態(tài)污染物主要為雙原子分子，如CO、CO2、NO、SO2、CH4氣體等。單原子分子O2組份則由電化學傳感器模塊檢測。

Uras14 NDIR模塊化分析儀可選擇性的測量1～4個組分，它獨特的充氣式光學氣動檢測器具有很高的靈敏度，減少了其他氣體對測量值的影響，也具有很高的選擇性。分析儀標定可選內(nèi)置標氣池，完成周期性自動標定，減少維護量和維護成本。分析儀和標氣池均取得TUV機構。每一個組分都有兩個量程，可以根據(jù)應用要求進行設定，量程切換比為10∶1。同時可以根據(jù)需要選擇其他分析模塊或其他第三方儀表，如磁氧分析模塊、紫外分析模塊、濕度計、流量計、塵濃度儀以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。（如圖3）

ABB AO2040的人機信息交換全部通過前面板上的液晶顯示屏和觸摸按鍵實現(xiàn)。同時ABB AO2040配備有RS232/RS485數(shù)據(jù)通信卡，可將需要的數(shù)據(jù)信息傳送到監(jiān)控站PC機。

2.2 ABB氧化鋯分析儀

煙氣濕度檢測方法主要有干基和濕基氧測量計算法、紅外吸收法、電容法等等連續(xù)或非連續(xù)監(jiān)測方法。本系統(tǒng)采用氧化鋯法測量濕基氧含量及分析儀內(nèi)電化學法測量干基氧含量，經(jīng)過公式計算得出煙氣濕度值。

氧化鋯分析儀的原理是：當氧化鋯被加熱時，由于氧離子在氧化鋯晶體結構中的遷移作用，使氧化鋯晶體變成導電體，煙氣中氧濃度的不同使這種遷移作用產(chǎn)生的電流不同。稱為氧濃差電池。

ABB氧化鋯分析儀包括以下方面。

（1）ZDT 氧化鋯分析；

（2）ZFG 氧化鋯探頭結構示意圖（如圖4）。

通訊方式：

4～20 mA模擬量，繼電器輸出。（如圖5）

2.3 SICK FW56煙塵檢測儀

本系統(tǒng)選用的煙塵檢測儀為德國SICK公司的FW56-I型單光程煙塵測試儀，采用濁度法測量煙塵顆粒含量，其測量原理是：光通過含有煙塵的煙氣時，入射光強因煙塵顆粒物的吸收和散射作用而減弱，通過測定光束通過煙氣前后的光強衰減值來定量給出煙塵濃度值。

SICK FW56煙塵檢測儀包括以下方面。

FWA56 計算單元；

FWS56 發(fā)射單元；

FWR56 接收單元；

FWSE 保護空氣裝置（如圖6）。

通訊方式：

4～20 mA模擬量，繼電器輸出。

空氣保護裝置的作用如下。

空氣保護裝置提供壓縮空氣，在發(fā)射單元與接收單元鏡面前形成一個空氣柱，將鏡面與煙氣隔離，防止煙氣污染鏡面。

2.4 煙氣流速計

煙氣流速計的測量方法主要有皮托管差壓法、熱導法、超聲波法等連續(xù)或非連續(xù)監(jiān)測方法。本系統(tǒng)采用的是皮托管壓差法，由溫度、壓力測量系統(tǒng)、微控制器系統(tǒng)、反吹控制系統(tǒng)、模擬信號輸出系統(tǒng)等部分組成。采用皮托管法測煙氣流速；微控制器系統(tǒng)采集各種傳感器檢測的信號，計算出動壓、靜壓、大氣壓、煙溫等參數(shù)，根據(jù)公式計算出煙氣流速，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后成為標準模擬電流信號輸出（4～20 mA）。

2.4.1 煙氣流速計包括

皮托管；

主機模塊；

反吹泵。

2.4.2 工作條件

工作電源：交流220 V±10%，50 Hz；

環(huán)境溫度：-10 ℃～45 ℃；

環(huán)境濕度：0 %～85 %；

大氣壓：86～106 kPa。

適用環(huán)境：非防爆場合。

接地良好。

2.4.3 輸出方式

4～20 mA

2.4.4 計算公式

（1）靜壓（kPa）。

（2）煙氣流速（m/s）。

（3）濕煙氣密度（kg/m3）。

參數(shù)符號及單位（如表2）。

2.4.5 主要技術指標（如表3）

2.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用SIEMENS S7-200 PLC加工控軟件組態(tài)王，通過上下位機的通訊，將CEMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實時顯示到上位機屏幕上。同時，上位機可以按照環(huán)保要求記錄污染物排放的瞬時兩積累量。上位機配有串行通訊接口，可以與環(huán)保部門通過電話線進行數(shù)據(jù)傳輸。便于環(huán)保部門的實時監(jiān)督。

3 結語

該系統(tǒng)在全國有多套應用實例，運行穩(wěn)定可靠。值得注意的是，在線式分析儀表需要經(jīng)常維護，系統(tǒng)才能穩(wěn)定連續(xù)運行。

執(zhí)行標準如下。

《固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及監(jiān)測方法》HJ/T 76-2001。

《火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術規(guī)范》HJ/T 75-2001。

參考文獻

[1]《Continuous Gas Analyzers A02000 Series：Operator’s Manual》 ABB.

[2]《Modular Sample Gas Extraction System |Probe Tubes and Filter Units：Operator’s Manual》 ABB

[3]《Advance SCC-C| Sample Gas Cooler：Operator’s Manual》 ABB

[4]《Advance SCC-F| Sample Gas Feed Unit：Operator’s Manual》 ABB

[5]《ZDT Oxygen Analyzer System： Installation and Operation Guide》ABB

[6]《ZFG2 Series Oxygen Probes Operating Instructions》ABB.

[7]《FW 56-I含塵量監(jiān)測儀》 SICK|MA IHAK.