基于PLC控制火電廠煙氣排放連續控制系統的研究

摘 要：火力發電廠作為我國最主要的燃煤企業之一，每年排放的二氧化硫和氮氧化合物是酸雨及其他大氣危害的主要來源，煙氣排放監測系統是監測煙氣排放的現代化手段，不僅可以為環境監管部門提供企業排放的實時數據，而且可以為電廠調節空氣燃煤比，減少二氧化硫等氣態污染排放物提供依據。本文詳細介紹了煙氣排放系統一般結構與基本原理，紅外吸收法分析二氧化硫和氮氧化合物的含量，論文設計內容主要包括樣氣的采集與預處理模塊、PLC數據通訊模塊的軟硬件設計及上位機組態與遠程通訊系統的軟件的介紹。

關鍵詞：煙氣排放；PLC；監控系統

中圖分類號：TM621.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2015） 02-0000-01

我國的主要能源是煤炭。火電廠排放的大氣污染物以煤煙型污染為主，主要包括粉塵、SO2、NO、NO2等。這些污染物不僅危害國民身體健康，而且SO2、NO、NO2等排入空氣后還會形成酸雨，對我國經濟和社會發展有極大危害。為此，國家環境保護局于1996年頒發了，《火電廠大氣污染物排放標準》GB13223-1996，該標準規定了火電廠SO2和NOx的排放量及排放濃度。同時該標準要求火電廠安裝煙氣排放連續監控系統（Continuous Emission Monitoring System，簡稱CEMS）。

一、煙氣排放連續監測系統的組成及工作原理

CEMS系統可連續檢測大氣污染物（粉塵、SO2、NO、NO2等）的排放濃度和排放總量，為上級環保部門提供長期、準確的污染物排放數據，為排污收費提供科學數據；另一方面，CEMS系統通過檢測污染物的排放可以調整火電廠各生產環節的運行情況，使火電廠運行于最佳狀態，實現最高經濟效益且減少環境破壞。

CEMS系統由煙塵監測子系統、氣態污染物監測子系統、煙氣參數監測子系統、數據采集與控制系統、數據處理與遠程通訊系統等組成，如圖1所示。通過采樣方式（抽取式連續監測）或直接測量方式（現場連續監測），測定煙氣的污染物濃度，并同時測量煙氣濕度、煙氣靜壓、煙氣流量、煙氣溫度、含氧量等參數，按國家有關標準顯示與記錄。

CEMS系統所測量項目中，粉塵、SO2、NOx濃度為主要測量參數，為計算得到累積的粉塵、SO2、NOx排放量，還需要測量煙氣濕度、溫度、靜壓、流量、含氧量這些系統輔助參數。

目前煙氣取樣方式一般有直接抽氣法、稀釋抽氣法和在線直接測定法三類，本設計采用干法全自動直接抽取采樣+非分散紅外吸收法對火電廠煙道煙氣進行取樣。測定顆粒物的方法主要有濁度法、光散射法、射線吸收法、光閃爍法和電荷法，本設計采用光散射法中的激光對穿法測量粉塵濃度。測定二氧化碳和氮氧化物的主要成分包括非分散紅外吸收法、紫外熒光法、紫外吸收法、和定電位電解法等，本設計采用非分散紅外吸收法測量SO2、NOx濃度。煙氣溫度的監測方法可用鉑電極法或紅外線測溫儀，可采用壓差傳感法來監測煙氣的流量和壓力，采用氧化鋯法進行煙氣含氧量和濕度的監測。

工作原理：被分析的煙氣經過探頭后，被該探頭內裝的一次過濾器所過濾；樣氣過濾后成為較純凈的氣體，經過電伴熱管線進入反吹掃裝置，然后經過冷凝器除水、二次過濾和精細過濾后最終到達分析儀表。取樣探頭帶有電加熱器，從取樣探頭出口到分析儀表柜入口的取樣管采用電加熱取樣管，可將被分析氣體加熱到90～120℃，從而避免煙氣中所含水份在輸運過程中冷凝或結凍，確保易溶于水的氣體組份（如SO2）的分析精度。儀表柜由三部份組成：氣樣預處理系統，分析儀器和校準系統。到達分析儀表柜的氣樣經過冷凝器對氣樣脫水，將樣氣冷卻到3℃左右，水份冷凝成液體后流入貯水槽中。如此，樣氣成為露點為3℃的干氣，再經過二次過濾器過濾和手動截止閥之后進入流量計，用流量計自帶的針型閥調節氣樣的流量，使它保持在40～60升/小時之間，樣氣經過精細膜式過濾器進行第三次過濾，此時，氣樣成為無塵、無水的氣體，最終經流量計進入紅外線分析儀，測定樣氣中SO2、NO、CO、O2的濃度，并將測得的濃度以4～20mA的直流信號輸出。校準系統由標氣瓶、壓力表、針型閥、穩流閥和四通閥組成。校準氣體經穩流穩定再經針型閥轉換成壓力為0.1MPa的低壓校準氣。零點氣、各分析組分跨度校準氣由四通閥切換。

二、PLC程序控制流程圖

三、結束語

CEMS系統可連續檢測大氣污染物（粉塵、SO2、NO、NO2等）的排放濃度和排放總量，為上級環保部門提供長期、準確的污染物排放數據，為排污收費提供科學數據；另一方面，CEMS系統通過檢測污染物的排放可以調整火電廠各生產環節的運行情況，使火電廠運行于最佳狀態，實現最高經濟效益且減少環境破壞。

參考文獻：

[1]王峰.基于PLC技術的火電廠煙氣排放監控系統[J].東南大學，2001.

[2]田民，楊秉琳.煙氣排放連續監測控制系統設計[J].自動化技術與應用，2009（06）.

[3]張建偉，鄭海明.燃煤火電廠煙氣排放連續監測系統校驗與分析[J].儀器儀表用戶，2010（01）.