电厂脱(tuo)硫(liu)烟(yan)气(qi)在线(xian)监(jian)测系(xi)统(tong)运(yun)行与(yu)维(wei)护(hu)

摘   要(yao)：针(zhen)对(dui)电厂烟(yan)气脱(tuo)硫在(zai)线(xian)监测系(xi)统存在(zai)的(de)采(cai)集(ji)数(shu)据精(jing)确(que)度(du)低、实时(shi)性差的(de)问题(ti)，基于ARM控制(zhi)对(dui)原(yuan)系(xi)统(tong)进(jin)行(xing)优(you)化。根据电厂烟(yan)气(qi)脱(tuo)硫系(xi)统要(yao)求，设计(ji)在线(xian)监(jian)测系统整(zheng)体方案，并基于该(gai)方案从硬件(jian)、软(ruan)件2个(ge)方面展(zhan)开论述(shu)，给出(chu)关(guan)键硬件选(xuan)型(xing)、关键(jian)电(dian)路设计(ji)、C软(ruan)件设(she)计及平(ping)台设(she)计(ji)等(deng)。将优化(hua)后(hou)的(de)烟(yan)气脱硫(liu)在线监(jian)测(ce)系(xi)统(tong)应(ying)用(yong)于(yu)某电(dian)厂(chang)，并(bing)对传感器(qi)数(shu)据(ju)、开(kai)关(guan)量(liang)进行(xing)统计和(he)分(fen)析(xi)。实(shi)际(ji)应(ying)用结果(guo)表明，优化方(fang)案(an)在数(shu)据(ju)精(jing)确(que)度(du)、实(shi)时性等方(fang)面表(biao)现(xian)较(jiao)好，能(neng)够保证烟气脱硫(liu)在线(xian)监(jian)测(ce)系(xi)统(tong)安(an)全(quan)、稳定(ding)、连续(xu)地运行。

电(dian)厂(chang)燃(ran)煤(mei)装置排放的烟(yan)气成为(wei)大(da)气(qi)二(er)氧化(hua)硫(liu)排(pai)放的主(zhu)要途径，为(wei)保(bao)护(hu)生态(tai)环(huan)境，各(ge)电(dian)厂安装(zhuang)了烟气脱(tuo)硫(liu)设(she)施。为(wei)充分(fen)发挥已经(jing)安装(zhuang)的(de)烟(yan)气脱硫装置作(zuo)用，满足排放(fang)标(biao)准(zhun)，建(jian)立电(dian)厂(chang)烟气脱(tuo)硫在线监(jian)测系(xi)统(tong)成(cheng)为(wei)亟需解决(jue)的(de)问(wen)题。烟气(qi)在线监(jian)测系统（简称CEMS）可(ke)实时查(cha)看电厂(chang)脱(tuo)硫(liu)机组运(yun)行(xing)状(zhuang)态(tai)、脱(tuo)硫效率、二(er)氧(yang)化(hua)硫浓(nong)度(du)等信(xin)息(xi)，国内外专家、学(xue)者针(zhen)对CEMS展(zhan)开一(yi)系(xi)列(lie)研究。庞(pang)海(hai)宇等针对(dui)电厂(chang)4×600 MW机(ji)组烟气(qi)脱硫系统(tong)配(pei)备(bei)的连(lian)续(xu)排放监测(ce)系(xi)统存(cun)在(zai)的可靠(kao)性(xing)和(he)有(you)效性(xing)较(jiao)差(cha)的(de)问(wen)题(ti)，提出了(le)基于(yu)S7-200 PLC控(kong)制(zhi)的优化(hua)方(fang)案(an)，重(zhong)点增加污(wu)染(ran)物(wu)浓(nong)度(du)计(ji)算方(fang)法(fa)，增加(jia)分析(xi)仪(yi)大小(xiao)量(liang)程自(zi)动切(qie)换功(gong)能，增加(jia)系(xi)统(tong)反(fan)吹(chui)和(he)标定时(shi)数据保持(chi)功(gong)能，增加(jia)烟尘(chen)、流(liu)量(liang)、烟雾(wu)湿度(du)自(zi)动(dong)切换(huan)功(gong)能以(yi)及(ji)电源(yuan)监(jian)视信(xin)号；陈(chen)勇等针对某火(huo)电厂CEMS实际(ji)运(yun)行时存在(zai)的(de)只(zhi)能采集(ji)烟(yan)气数(shu)据(ju)，无法记(ji)录脱硫(liu)装置数据(ju)且(qie)无(wu)法(fa)连续(xu)、稳(wen)定运(yun)行的(de)问(wen)题(ti)，构建功能完(wan)善(shan)、稳(wen)定(ding)连(lian)续的CEMS，在(zai)分(fen)析(xi)监控(kong)系(xi)统框(kuang)架(jia)的基(ji)础(chu)上，分别(bie)从结(jie)构(gou)设计(ji)、设备工作状(zhuang)态(tai)监(jian)控、设(she)备(bei)控制实(shi)施、系统接(jie)口和(he)远程(cheng)控制(zhi)实现以及后台监(jian)控实现(xian)5个(ge)方(fang)面(mian)展开论(lun)述(shu)；殷晓(xiao)红(hong)等(deng)重点(dian)分(fen)析(xi)了脱(tuo)硫(liu)烟(yan)气在线监(jian)测(ce)系统中烟(yan)道内速(su)度(du)相(xiang)对(dui)稳定点(dian)的选(xuan)择(ze)问题，基于(yu)烟(yan)道内烟(yan)气平(ping)均(jun)流(liu)速采用截(jie)面网格(ge)法(fa)对选(xuan)择点进行测(ce)量并(bing)甄(zhen)别、获取(qu)烟气(qi)流(liu)速相(xiang)对稳定(ding)点(dian)，以真(zhen)实(shi)反应(ying)SO₂的排放量；张承(cheng)钢(gang)等(deng)以(yi)火电(dian)厂脱硫技术烟气(qi)排放达(da)标、节能(neng)减(jian)排为目标(biao)，对运行(xing)中(zhong)的CEMS进行(xing)监督，对发(fa)现(xian)的实际问(wen)题，如(ru)低品质(zhi)石(shi)灰石脱(tuo)硫(liu)运(yun)行参数(shu)控(kong)制、SO₂质(zhi)量(liang)浓(nong)度数据修(xiu)正(zheng)、烟(yan)气速(su)度场系(xi)数(shu)修正以及GGH泄露(lu)导(dao)致(zhi)脱硫效率降(jiang)低(di)等问(wen)题进行梳理(li)和分(fen)析，并(bing)提(ti)出针对(dui)性的解(jie)决(jue)方案(an)，持续(xu)改(gai)进(jin)并(bing)优化(hua)该火(huo)电厂的脱(tuo)硫(liu)装(zhuang)置(zhi)。本(ben)文(wen)针(zhen)对某电(dian)厂(chang)原(yuan)CEMS进行优(you)化(hua)，解决采(cai)集(ji)数(shu)据(ju)精(jing)度(du)不(bu)够、实(shi)时(shi)性(xing)差(cha)的问题(ti)。

某电厂(chang)脱(tuo)硫烟(yan)气在线(xian)监(jian)测系统(tong)以ARM9S3C2240工业用处(chu)理(li)器(qi)为(wei)核心(xin)，整(zheng)体结构(gou)如(ru)图(tu)1所(suo)示(shi)。

图1 某电厂(chang)脱硫烟(yan)气在(zai)线监测系统整(zheng)体结构(gou)

为(wei)实时(shi)、连(lian)续监(jian)测(ce)烟气脱硫(liu)数(shu)据，该系统设(she)计(ji)并安(an)装了(le)SO₂浓(nong)度、O₂浓度(du)、烟尘(chen)浓(nong)度、流(liu)量(liang)、湿(shi)度(du)、静压以及(ji)温(wen)度传(chuan)感(gan)器(qi)，传(chuan)感器(qi)采集到(dao)的数(shu)据(ju)以(yi)电压或电流信号进行传(chuan)输(shu)。为(wei)保(bao)证信号传(chuan)输(shu)质(zhi)量(liang)和(he)实时(shi)性(xing)，经(jing)隔(ge)离电路(lu)、电子(zi)开关(guan)以(yi)及模数转(zhuan)换后进(jin)入ARM9 S3C2240处理器进行(xing)处(chu)理。ARM9处理器(qi)将(jiang)接收并(bing)进(jin)行逻(luo)辑处(chu)理(li)后(hou)的传(chuan)感器(qi)数据(ju)以(yi)TCP/IP通信(xin)模(mo)式传(chuan)送(song)至(zhi)在(zai)线监(jian)测系统(tong)平台(tai)进行显示(shi)。在该整体(ti)设(she)计中，还包括DCS通(tong)道(dao)的(de)风(feng)道(dao)挡板(ban)开度(du)、风机运(yun)行(xing)电(dian)流、机组负荷(he)、脱(tuo)硫装(zhuang)置运(yun)行(xing)状(zhuang)态(tai)等(deng)信号经调(diao)理电(dian)路后传(chuan)送至(zhi)ARM9处(chu)理器。为方(fang)便在线(xian)监(jian)测系(xi)统开发(fa)、调试(shi)，还(hai)设(she)计了LCD触(chu)摸(mo)屏(ping)、JTAG电路、串口通信(xin)等。

2.1 硬(ying)件选型

中央处(chu)理器(qi)选用(yong)嵌(qian)入(ru)Linux操(cao)作(zuo)系统(tong)的(de)S3C2240工(gong)业用处(chu)理器，由ARM9TDMI、MMU以(yi)及高(gao)速缓存(cun)3部(bu)分(fen)组成(cheng)。该处理器的供电(dian)电源等(deng)级(ji)标准(zhun)由1.2 V内(nei)核(he)供(gong)电(dian)、3.3 V存(cun)储器(qi)供(gong)电(dian)、3.3 V外(wai)部(bu)I/O供电(dian)；配置有(you)3个RART、2个(ge)SPI、1个(ge)多(duo)主(zhu)I2C、1个I2S通(tong)信总线(xian)；多(duo)达(da)130个(ge)通用I/O口且(qie)可(ke)复(fu)用(yong)；60个中(zhong)断源(yuan)；8通(tong)道多路复(fu)用ADC；兼具标准(zhun)、休眠、慢(man)速以(yi)及掉(diao)电(dian)运(yun)行(xing)模(mo)式(shi)。S3C2240处(chu)理(li)器满足(zu)电厂(chang)脱硫(liu)烟(yan)气在线(xian)监测系统设计要求。其中，SO₂传感器(qi)选用CITYTECH公(gong)司的EZT3SF Ci Tice L型定(ding)电(dian)位(wei)电解化学气体(ti)传(chuan)感(gan)器(qi)，监测范(fan)围在（0～2 000）×10^-6，输出(chu)信(xin)号(hao)为(wei)2线制(zhi)4～20 m A电(dian)流(liu)信号，检测(ce)精度为(wei)1×10^-6，最(zui)大零(ling)漂<5×10^-6，响(xiang)应时(shi)间<30 s;O₂传感器(qi)选(xuan)用英世(shi)博测控(kong)的(de)TY-MZ型(xing)氧(yang)气(qi)变(bian)送器(qi)，输(shu)出(chu)电(dian)流精度可(ke)达0.001 m A，具有(you)可(ke)靠性(xing)、稳定(ding)性、高精度(du)和(he)智(zhi)能化的(de)特点，可(ke)将(jiang)检(jian)测误(wu)差控制(zhi)在1%以内(nei)；烟(yan)尘传感器选(xuan)用(yong)的(de)型(xing)号(hao)为HS-200在(zai)线(xian)烟气含尘(chen)量检(jian)测仪，利(li)用激(ji)光背散(san)射原(yuan)理(li)对烟道(dao)内的颗(ke)粒(li)污染(ran)物(wu)进行(xing)实时连(lian)续(xu)测量，灵敏(min)度(du)为2 mg/m³，测量误差可(ke)控制在2%以内(nei)，耐温高达(da)300℃，以4～20 mA电(dian)流(liu)信号将检(jian)测(ce)烟(yan)气数(shu)据传(chuan)送至中央处(chu)理器；流(liu)量(liang)传(chuan)感(gan)器(qi)用于测(ce)量(liang)烟(yan)道(dao)内(nei)烟(yan)气的质量(liang)流量，选(xuan)用(yong)EPI9000型流(liu)量传感器，量(liang)程比在100∶1，输(shu)出信(xin)号(hao)在(zai)0～5 V DC或4～20 mA 2种模(mo)式(shi)。

2.2 关(guan)键电(dian)路(lu)

电(dian)厂(chang)脱(tuo)硫烟(yan)气在(zai)线(xian)监(jian)测(ce)系(xi)统布置(zhi)的传(chuan)感器较多，输出(chu)多(duo)为(wei)模拟(ni)量电(dian)压或者电流信号，在进入(ru)ARM9处(chu)理器(qi)前，需经A/D转(zhuan)换，并以(yi)5 V电压(ya)为(wei)基(ji)准电源，采(cai)用AD586芯(xin)片实(shi)现。该(gai)芯片(pian)具有精度(du)高(gao)、噪(zao)声(sheng)低(di)、输出信(xin)号(hao)调(diao)节方(fang)便(bian)等(deng)优(you)点(dian)，其可(ke)变电阻(zu)R6最(zui)大阻值(zhi)为10 kΩ。A/D转(zhuan)换电路如图(tu)2所(suo)示。

图(tu)2 A/D转换电(dian)路（5 V基准(zhun)源）

电(dian)厂(chang)在脱(tuo)硫(liu)过(guo)程(cheng)中(zhong)，需要对风(feng)机运(yun)行(xing)状态、脱硫(liu)装置运(yun)行(xing)负(fu)荷状态、机组负(fu)荷(he)以(yi)及风(feng)道(dao)挡板开度等(deng)进行实(shi)时(shi)监测。上(shang)述信号(hao)均来自DCS通道，其触(chu)点(dian)电压在12～24 V，在进(jin)入ARM9 S3C2240处(chu)理(li)器(qi)前(qian)，需(xu)进(jin)行(xing)电(dian)平匹配，由(you)74LV245三(san)态总线转(zhuan)换器(qi)将其输出(chu)电平拉(la)至(zhi)3.3 V，可(ke)隔(ge)离破碎性电(dian)压和噪(zao)声，并(bing)完成逻(luo)辑(ji)电(dian)平转(zhuan)换。74LV245三态总线(xian)转(zhuan)换器四(si)通道(dao)开(kai)关(guan)量采集(ji)调(diao)理电(dian)路如图(tu)3所示(shi)。

图3 四(si)通(tong)道(dao)开关(guan)量(liang)采(cai)集(ji)调(diao)理电(dian)路(lu)

3.1 逻(luo)辑(ji)处理(li)程(cheng)序(xu)设(she)计(ji)

电(dian)厂(chang)脱(tuo)硫(liu)烟气(qi)在线监测系(xi)统(tong)逻辑(ji)处(chu)理程(cheng)序(xu)基于Keil软(ruan)件平台，采(cai)用C语言编(bian)程实(shi)现，其软(ruan)件框架(jia)如(ru)图(tu)4所(suo)示(shi)。

图4 逻(luo)辑(ji)处(chu)理(li)程序(xu)框架(jia)

为(wei)保证(zheng)监(jian)测(ce)数(shu)据传(chuan)输(shu)的(de)实时性，采用多进程多(duo)线(xian)程编(bian)程实(shi)现。启(qi)动(dong)进(jin)程1完(wan)成传(chuan)感(gan)器(qi)数(shu)据的(de)采集和(he)通信(xin)功(gong)能(neng)，在(zai)该(gai)进(jin)程(cheng)下(xia)开(kai)启线(xian)程1用(yong)于(yu)对(dui)模拟(ni)量进(jin)行采(cai)集(ji)，开启线(xian)程(cheng)2对开关量(liang)进(jin)行采集(ji)，开启(qi)线(xian)程(cheng)3完(wan)成TCP/IP通(tong)信；启动进程2完成(cheng)用户界面的(de)设计，在该进(jin)程(cheng)2下开启(qi)线程1对(dui)标(biao)准的输(shu)入数(shu)据(ju)进(jin)行处(chu)理(li)和(he)映(ying)射(she)；启动进(jin)程3完成(cheng)在线(xian)监测(ce)系(xi)统主机服(fu)务(wu)器端功能(neng)，如(ru)用(yong)户界(jie)面数据(ju)的(de)实时显示(shi)、存(cun)储和(he)记录(lu)等。

3.2 监(jian)测系(xi)统(tong)平台设(she)计

电厂(chang)脱硫(liu)烟气(qi)在(zai)线监(jian)测(ce)系(xi)统平台基于320×240像(xiang)素(su)的(de)8.89 cm TFT性(xing)LCD触摸液晶显(xian)示(shi)器实(shi)现，以(yi)TCP/IP通信模(mo)式(shi)实(shi)现(xian)数(shu)据传(chuan)送。监(jian)测(ce)系(xi)统(tong)平台设计(ji)有(you)主(zhu)界面、参数设置(zhi)界面(mian)、故(gu)障(zhang)信息(xi)界面、历史曲线(xian)界(jie)面(mian)以(yi)及趋(qu)势曲(qu)线界面(mian)等(deng)，在该界面中(zhong)可以(yi)显(xian)示、设置(zhi)SO₂浓度、烟尘(chen)浓(nong)度、温(wen)度(du)、流量、静(jing)压(ya)、湿(shi)度(du)等传(chuan)感器(qi)信息，同(tong)时(shi)还可(ke)展示风(feng)道(dao)挡板(ban)开度、机(ji)组(zu)负荷(he)、脱(tuo)硫装(zhuang)置运行状态等(deng)。在(zai)每一个(ge)界(jie)面中，有(you)“返回(hui)”与(yu)“确(que)认”2个按(an)钮，实(shi)现(xian)界(jie)面之(zhi)间的无(wu)缝(feng)切(qie)换(huan)。在(zai)线监测系(xi)统参(can)数设(she)备界面(mian)如(ru)图(tu)5所(suo)示。

图5 电(dian)厂脱(tuo)硫烟(yan)气(qi)在(zai)线监(jian)测(ce)系(xi)统参数设(she)置界(jie)面(mian)

4.1 数据(ju)分(fen)析(xi)

为(wei)验(yan)证(zheng)某(mou)电厂(chang)脱硫烟(yan)气(qi)在线(xian)监(jian)测系统性(xing)能(neng)，在(zai)试验运(yun)行中，统(tong)计(ji)进(jin)、出口(kou)处的SO₂浓度、O₂浓(nong)度(du)、烟(yan)尘浓(nong)度(du)、烟(yan)道(dao)流(liu)量、湿度(du)、静压以及(ji)温度(du)等(deng)数据，其实测数据对(dui)比情况(kuang)如表(biao)1所示。

表(biao)1 电厂烟气脱(tuo)硫实测数(shu)据(ju)对比(bi)

由(you)表1分(fen)析(xi)可(ke)知，采用现设(she)计(ji)方(fang)案后(hou)，系统(tong)各监测(ce)量的(de)精(jing)确度(du)更高，可达小数点后(hou)3位(wei)，同时(shi)满足系(xi)统(tong)实时(shi)性(xing)要(yao)求(qiu)。

4.2 运行与维护

在(zai)设计(ji)并(bing)实现的电厂烟(yan)气(qi)脱硫在(zai)线(xian)监测系统(tong)运行(xing)时(shi)，不间断地监测烟气处(chu)理量、原(yuan)烟(yan)气(qi)中SO₂浓度、脱(tuo)硫效(xiao)率(lv)等(deng)，发(fa)现(xian)烟(yan)气脱(tuo)硫(liu)系(xi)统(tong)运行存在(zai)如(ru)下(xia)问题：(1)脱硫(liu)剂(ji)品(pin)质差且细(xi)度(du)不(bu)满(man)足标准(zhun)；(2)吸(xi)收塔浆液pH控制(zhi)精(jing)度差；(3)吸(xi)收(shou)塔(ta)浆液(ye)密度(du)控制精(jing)度差(cha)；(4)脱硫剂旋流(liu)器(qi)的(de)压(ya)力(li)控(kong)制(zhi)不合理(li)。针对系统(tong)运行过(guo)程(cheng)中发现(xian)的(de)上(shang)述(shu)问(wen)题(ti)，进行系统维(wei)护(hu)，采(cai)取(qu)的主(zhu)要方(fang)法(fa)是：根(gen)据该(gai)电厂(chang)烟气脱(tuo)硫(liu)系统(tong)实(shi)时(shi)运(yun)行(xing)情况，将脱(tuo)硫(liu)剂颗(ke)粒(li)度控制在(zai)62 um左(zuo)右，通(tong)过(guo)率达92%，脱硫剂纯度由原(yuan)来的75.82%提(ti)高至86.53%；吸收(shou)塔浆(jiang)液pH浓(nong)度(du)由原(yuan)来(lai)的(de)5.2～5.8调整为(wei)4.8～5.0；调(diao)整吸收(shou)塔(ta)浆液(ye)密度(du)计算公(gong)式，增加(jia)软(ruan)件滤波处理环(huan)节(jie)，同(tong)时修正烟(yan)气(qi)速(su)度场习俗以及GGH烟(yan)气(qi)换(huan)热(re)器漏风率，保(bao)证(zheng)烟气(qi)脱(tuo)硫效率。

基(ji)于(yu)ARM控(kong)制(zhi)器完(wan)成了电(dian)厂原烟气脱(tuo)硫(liu)在(zai)线监测系统(tong)的优(you)化并(bing)成(cheng)功(gong)试(shi)运(yun)行，并(bing)将采集(ji)传感(gan)器(qi)数据(ju)的(de)精度提(ti)高至小数(shu)点后3位；采(cai)用TCP/IP通(tong)信保证了数据(ju)传送的(de)实(shi)时性(xing)；基(ji)于(yu)LCD触(chu)摸(mo)屏(ping)设计了在(zai)线(xian)监(jian)测(ce)系(xi)统(tong)多界(jie)面显(xian)示，完善(shan)了数(shu)据、参(can)数(shu)、故(gu)障信息的显示(shi)，使得通过该CEMS可(ke)准确、及时地(di)掌(zhang)握(wo)电厂烟(yan)气(qi)脱(tuo)硫(liu)系统的运行状(zhuang)态，保证(zheng)了该(gai)系(xi)统安(an)全、高效、有序(xu)运(yun)行(xing)。