电厂脱(tuo)硫烟气在线监测(ce)系统(tong)运(yun)行与(yu)维护(hu)

摘(zhai)   要(yao)：针(zhen)对(dui)电(dian)厂(chang)烟(yan)气(qi)脱硫(liu)在线监测系(xi)统存在的采集(ji)数(shu)据(ju)精(jing)确度低(di)、实时(shi)性差的(de)问(wen)题，基(ji)于(yu)ARM控(kong)制(zhi)对(dui)原(yuan)系统进行优化。根(gen)据电厂烟气(qi)脱(tuo)硫(liu)系(xi)统要(yao)求，设计(ji)在(zai)线监测系(xi)统(tong)整体方(fang)案(an)，并基于(yu)该(gai)方案(an)从(cong)硬件(jian)、软(ruan)件2个(ge)方(fang)面(mian)展(zhan)开(kai)论述(shu)，给(gei)出关(guan)键硬件选(xuan)型、关键(jian)电(dian)路设(she)计、C软(ruan)件设(she)计及(ji)平(ping)台设(she)计等(deng)。将优(you)化(hua)后的(de)烟气脱(tuo)硫在(zai)线(xian)监(jian)测系(xi)统(tong)应(ying)用于(yu)某(mou)电厂(chang)，并对(dui)传(chuan)感器(qi)数(shu)据、开关(guan)量进(jin)行(xing)统计(ji)和分(fen)析。实(shi)际(ji)应(ying)用(yong)结果(guo)表明，优(you)化方案在数据(ju)精(jing)确(que)度(du)、实(shi)时(shi)性(xing)等(deng)方(fang)面(mian)表现较(jiao)好(hao)，能够保证烟气脱(tuo)硫(liu)在线(xian)监测系统安全(quan)、稳(wen)定(ding)、连(lian)续地(di)运(yun)行。

电厂(chang)燃(ran)煤(mei)装置(zhi)排(pai)放的烟(yan)气(qi)成(cheng)为(wei)大(da)气(qi)二(er)氧(yang)化(hua)硫排(pai)放(fang)的(de)主要(yao)途(tu)径，为保护生(sheng)态(tai)环境(jing)，各(ge)电厂安(an)装(zhuang)了(le)烟(yan)气脱(tuo)硫(liu)设(she)施。为充分(fen)发挥已(yi)经(jing)安装(zhuang)的(de)烟气脱(tuo)硫(liu)装置作(zuo)用(yong)，满(man)足(zu)排(pai)放(fang)标(biao)准，建立电(dian)厂(chang)烟气脱硫(liu)在线(xian)监测(ce)系统(tong)成(cheng)为亟(ji)需解决(jue)的(de)问(wen)题。烟气(qi)在(zai)线监测系统(tong)（简(jian)称(cheng)CEMS）可(ke)实(shi)时查看电(dian)厂脱(tuo)硫(liu)机(ji)组运行状态(tai)、脱(tuo)硫(liu)效率、二氧化硫(liu)浓度等(deng)信息(xi)，国内(nei)外(wai)专家、学者(zhe)针对(dui)CEMS展开一系(xi)列(lie)研究(jiu)。庞海(hai)宇等(deng)针(zhen)对(dui)电(dian)厂4×600 MW机(ji)组烟(yan)气脱硫系统(tong)配(pei)备的连续(xu)排放(fang)监测系(xi)统(tong)存(cun)在的(de)可靠性和(he)有(you)效(xiao)性(xing)较差(cha)的问题(ti)，提(ti)出(chu)了(le)基(ji)于(yu)S7-200 PLC控(kong)制(zhi)的优化(hua)方(fang)案(an)，重(zhong)点(dian)增加(jia)污染(ran)物(wu)浓度(du)计算方(fang)法(fa)，增加(jia)分析(xi)仪大(da)小量(liang)程(cheng)自(zi)动(dong)切换(huan)功能(neng)，增加(jia)系统反(fan)吹和标(biao)定(ding)时数(shu)据(ju)保(bao)持功能(neng)，增加(jia)烟尘(chen)、流(liu)量(liang)、烟(yan)雾(wu)湿(shi)度自(zi)动(dong)切换功(gong)能以及(ji)电(dian)源监视信(xin)号(hao)；陈(chen)勇等针(zhen)对(dui)某(mou)火(huo)电厂CEMS实(shi)际运行时存(cun)在的只能采(cai)集(ji)烟气数(shu)据，无法(fa)记录脱硫(liu)装置(zhi)数据(ju)且(qie)无法连(lian)续、稳定运(yun)行(xing)的问(wen)题(ti)，构建功能(neng)完善(shan)、稳(wen)定(ding)连续(xu)的(de)CEMS，在(zai)分析监(jian)控(kong)系(xi)统(tong)框架的(de)基(ji)础(chu)上(shang)，分(fen)别从结构(gou)设(she)计(ji)、设(she)备工作状态监控、设备控(kong)制实施(shi)、系(xi)统接(jie)口和(he)远(yuan)程控制实(shi)现(xian)以及(ji)后(hou)台监(jian)控实(shi)现5个方面展开论述(shu)；殷(yin)晓(xiao)红等重点(dian)分析了(le)脱(tuo)硫(liu)烟(yan)气(qi)在(zai)线监(jian)测系统(tong)中烟(yan)道内(nei)速度相对(dui)稳(wen)定(ding)点的选择问(wen)题(ti)，基(ji)于烟道内(nei)烟(yan)气(qi)平(ping)均流(liu)速采用截(jie)面(mian)网格(ge)法(fa)对(dui)选(xuan)择点(dian)进行(xing)测(ce)量并甄(zhen)别(bie)、获取(qu)烟(yan)气流(liu)速(su)相对稳定点(dian)，以(yi)真(zhen)实(shi)反(fan)应SO₂的排(pai)放量；张(zhang)承钢等(deng)以火(huo)电(dian)厂脱硫(liu)技(ji)术烟气排(pai)放达标、节(jie)能(neng)减排为(wei)目(mu)标，对(dui)运(yun)行(xing)中的CEMS进(jin)行监(jian)督(du)，对发现(xian)的实际问题(ti)，如(ru)低品(pin)质(zhi)石灰(hui)石(shi)脱硫(liu)运(yun)行(xing)参数控(kong)制、SO₂质(zhi)量浓(nong)度数据(ju)修(xiu)正(zheng)、烟气(qi)速(su)度场(chang)系数(shu)修正以及(ji)GGH泄(xie)露(lu)导(dao)致脱(tuo)硫(liu)效率降(jiang)低(di)等(deng)问(wen)题进行(xing)梳理(li)和分(fen)析(xi)，并提出(chu)针(zhen)对(dui)性的(de)解决(jue)方案(an)，持(chi)续改(gai)进(jin)并优化(hua)该(gai)火电厂(chang)的(de)脱硫装置(zhi)。本(ben)文(wen)针(zhen)对某电厂原CEMS进行优(you)化(hua)，解决(jue)采(cai)集数(shu)据(ju)精(jing)度(du)不够(gou)、实时(shi)性(xing)差(cha)的问(wen)题。

某电(dian)厂(chang)脱硫(liu)烟(yan)气(qi)在(zai)线(xian)监测(ce)系统(tong)以ARM9S3C2240工业用处理器为(wei)核心，整(zheng)体结构(gou)如(ru)图(tu)1所示。

图(tu)1 某电(dian)厂(chang)脱硫烟气在线(xian)监(jian)测系统(tong)整体结(jie)构(gou)

为实(shi)时(shi)、连(lian)续监(jian)测(ce)烟气脱硫(liu)数据(ju)，该(gai)系(xi)统(tong)设计并(bing)安装(zhuang)了SO₂浓度、O₂浓度(du)、烟尘浓度、流量、湿度、静压(ya)以及(ji)温度(du)传感器，传(chuan)感(gan)器采(cai)集到的数(shu)据以电(dian)压或(huo)电流(liu)信(xin)号进行(xing)传输(shu)。为保(bao)证(zheng)信号传(chuan)输(shu)质(zhi)量和实(shi)时性，经(jing)隔(ge)离电路(lu)、电子(zi)开(kai)关(guan)以及模(mo)数(shu)转(zhuan)换后进(jin)入ARM9 S3C2240处(chu)理器进(jin)行处理。ARM9处(chu)理(li)器将(jiang)接收并进(jin)行逻辑(ji)处(chu)理(li)后(hou)的传(chuan)感器数据(ju)以(yi)TCP/IP通信(xin)模(mo)式(shi)传(chuan)送(song)至在线监(jian)测系(xi)统平台(tai)进(jin)行(xing)显(xian)示(shi)。在(zai)该(gai)整体设(she)计中(zhong)，还(hai)包括(kuo)DCS通(tong)道的(de)风(feng)道挡(dang)板(ban)开(kai)度(du)、风机运(yun)行(xing)电(dian)流、机组(zu)负(fu)荷(he)、脱(tuo)硫装(zhuang)置(zhi)运(yun)行状态等(deng)信号(hao)经(jing)调理电路后传送至(zhi)ARM9处(chu)理(li)器。为方(fang)便在线监(jian)测系(xi)统开发(fa)、调试(shi)，还设计(ji)了(le)LCD触(chu)摸屏(ping)、JTAG电(dian)路、串(chuan)口通(tong)信等(deng)。

2.1 硬(ying)件(jian)选(xuan)型(xing)

中(zhong)央处(chu)理器选用嵌入(ru)Linux操作(zuo)系(xi)统(tong)的(de)S3C2240工(gong)业用(yong)处(chu)理器，由ARM9TDMI、MMU以及(ji)高(gao)速缓(huan)存3部分组成(cheng)。该(gai)处理(li)器的供(gong)电(dian)电(dian)源(yuan)等(deng)级(ji)标(biao)准由1.2 V内核(he)供(gong)电(dian)、3.3 V存储器(qi)供电(dian)、3.3 V外部I/O供电；配(pei)置有(you)3个(ge)RART、2个SPI、1个(ge)多主(zhu)I2C、1个(ge)I2S通信(xin)总线(xian)；多(duo)达(da)130个(ge)通(tong)用(yong)I/O口且可(ke)复用(yong)；60个中断(duan)源(yuan)；8通道(dao)多路(lu)复(fu)用(yong)ADC；兼(jian)具(ju)标准(zhun)、休眠(mian)、慢(man)速以及(ji)掉电运(yun)行(xing)模(mo)式。S3C2240处(chu)理器满足(zu)电(dian)厂(chang)脱硫(liu)烟(yan)气在(zai)线(xian)监(jian)测(ce)系(xi)统(tong)设(she)计(ji)要求(qiu)。其(qi)中，SO₂传(chuan)感(gan)器(qi)选用(yong)CITYTECH公司的(de)EZT3SF Ci Tice L型(xing)定(ding)电位(wei)电解(jie)化(hua)学(xue)气体(ti)传感(gan)器，监(jian)测(ce)范围在（0～2 000）×10^-6，输(shu)出(chu)信(xin)号为(wei)2线制4～20 m A电流信号，检测精度为(wei)1×10^-6，最大(da)零(ling)漂(piao)<5×10^-6，响应(ying)时(shi)间(jian)<30 s;O₂传感(gan)器(qi)选用(yong)英世博(bo)测控的TY-MZ型(xing)氧(yang)气变(bian)送器(qi)，输出(chu)电流(liu)精(jing)度(du)可(ke)达0.001 m A，具(ju)有可(ke)靠(kao)性(xing)、稳定(ding)性(xing)、高精度和智能(neng)化(hua)的特点(dian)，可(ke)将检测误(wu)差(cha)控(kong)制在(zai)1%以内；烟尘传(chuan)感(gan)器(qi)选(xuan)用(yong)的型号为(wei)HS-200在(zai)线(xian)烟气含尘(chen)量检测(ce)仪，利用(yong)激光(guang)背(bei)散(san)射(she)原(yuan)理(li)对(dui)烟道(dao)内的颗粒(li)污(wu)染(ran)物(wu)进行(xing)实时连(lian)续测量，灵敏(min)度为(wei)2 mg/m³，测(ce)量(liang)误差(cha)可控制在(zai)2%以(yi)内(nei)，耐温高(gao)达(da)300℃，以4～20 mA电流信(xin)号(hao)将(jiang)检测烟气(qi)数(shu)据(ju)传(chuan)送(song)至(zhi)中央(yang)处理(li)器；流(liu)量(liang)传(chuan)感器用(yong)于(yu)测(ce)量(liang)烟道(dao)内(nei)烟气的(de)质量(liang)流量，选(xuan)用EPI9000型(xing)流(liu)量传(chuan)感器，量程(cheng)比(bi)在(zai)100∶1，输(shu)出信(xin)号在0～5 V DC或(huo)4～20 mA 2种模(mo)式。

2.2 关键电路

电(dian)厂(chang)脱硫(liu)烟(yan)气在(zai)线(xian)监测系(xi)统(tong)布置(zhi)的传(chuan)感(gan)器较多，输(shu)出(chu)多(duo)为模(mo)拟(ni)量(liang)电压(ya)或(huo)者电流信号(hao)，在进入ARM9处理器(qi)前，需经A/D转(zhuan)换，并(bing)以5 V电(dian)压(ya)为(wei)基(ji)准(zhun)电(dian)源，采用AD586芯片实(shi)现。该芯片具有(you)精度高(gao)、噪(zao)声(sheng)低(di)、输出信(xin)号调(diao)节方便(bian)等(deng)优(you)点(dian)，其可(ke)变电(dian)阻R6最大(da)阻值(zhi)为10 kΩ。A/D转(zhuan)换(huan)电(dian)路如图(tu)2所(suo)示(shi)。

图(tu)2 A/D转换(huan)电路（5 V基(ji)准源）

电厂在脱硫(liu)过(guo)程中(zhong)，需(xu)要(yao)对风机运(yun)行(xing)状态、脱(tuo)硫装置运(yun)行负荷状(zhuang)态(tai)、机(ji)组(zu)负荷(he)以(yi)及风(feng)道(dao)挡板(ban)开(kai)度(du)等(deng)进行(xing)实时(shi)监测。上述信(xin)号(hao)均来(lai)自(zi)DCS通(tong)道，其(qi)触(chu)点(dian)电压(ya)在12～24 V，在(zai)进(jin)入(ru)ARM9 S3C2240处理器(qi)前(qian)，需进(jin)行(xing)电(dian)平(ping)匹(pi)配(pei)，由74LV245三(san)态总线转换(huan)器将(jiang)其(qi)输出电(dian)平拉(la)至3.3 V，可(ke)隔离(li)破(po)碎性(xing)电(dian)压(ya)和(he)噪(zao)声(sheng)，并完成(cheng)逻(luo)辑电(dian)平转换(huan)。74LV245三态总(zong)线(xian)转换(huan)器(qi)四(si)通(tong)道(dao)开(kai)关(guan)量采(cai)集(ji)调理电(dian)路(lu)如(ru)图(tu)3所示。

图3 四通道开关量(liang)采集调理电(dian)路(lu)

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

电(dian)厂(chang)脱(tuo)硫烟气在线(xian)监(jian)测(ce)系统逻辑处理程序基(ji)于Keil软(ruan)件(jian)平(ping)台(tai)，采(cai)用(yong)C语言编(bian)程实现，其软件框(kuang)架如图4所(suo)示(shi)。

图4 逻(luo)辑处理(li)程(cheng)序框架

为(wei)保证监测(ce)数据传(chuan)输的(de)实(shi)时性(xing)，采用(yong)多(duo)进程(cheng)多(duo)线程(cheng)编(bian)程(cheng)实现(xian)。启(qi)动(dong)进程1完成传(chuan)感器(qi)数据的采(cai)集和(he)通信功能，在(zai)该(gai)进程下(xia)开启(qi)线程(cheng)1用于(yu)对模(mo)拟量进行采集，开启(qi)线(xian)程(cheng)2对(dui)开(kai)关(guan)量进(jin)行(xing)采集(ji)，开启(qi)线程3完成TCP/IP通(tong)信；启(qi)动(dong)进(jin)程2完(wan)成用户(hu)界面的(de)设计(ji)，在该进程(cheng)2下开(kai)启(qi)线程1对(dui)标准的输(shu)入数(shu)据进(jin)行(xing)处理(li)和映(ying)射(she)；启(qi)动(dong)进程(cheng)3完成在(zai)线(xian)监测系(xi)统(tong)主机服务器端(duan)功(gong)能(neng)，如(ru)用(yong)户界(jie)面数(shu)据的(de)实时显示、存储和(he)记录等(deng)。

3.2 监(jian)测(ce)系(xi)统平(ping)台设(she)计(ji)

电(dian)厂(chang)脱硫(liu)烟气在(zai)线监测(ce)系统平(ping)台基于(yu)320×240像素的(de)8.89 cm TFT性(xing)LCD触(chu)摸(mo)液晶(jing)显(xian)示器实现(xian)，以TCP/IP通(tong)信(xin)模(mo)式(shi)实(shi)现数据(ju)传(chuan)送。监(jian)测(ce)系(xi)统(tong)平台设(she)计有(you)主(zhu)界(jie)面(mian)、参数(shu)设(she)置(zhi)界(jie)面(mian)、故障(zhang)信(xin)息(xi)界面(mian)、历史曲线界(jie)面(mian)以及趋(qu)势曲线界(jie)面等，在该界(jie)面(mian)中可以(yi)显(xian)示、设(she)置SO₂浓度、烟(yan)尘浓度、温(wen)度、流(liu)量、静压(ya)、湿(shi)度(du)等(deng)传(chuan)感(gan)器信息，同(tong)时(shi)还可展(zhan)示(shi)风(feng)道挡板(ban)开度、机(ji)组负荷(he)、脱(tuo)硫(liu)装(zhuang)置运行(xing)状(zhuang)态(tai)等(deng)。在每(mei)一(yi)个(ge)界(jie)面中(zhong)，有“返(fan)回”与(yu)“确(que)认(ren)”2个(ge)按钮(niu)，实(shi)现界面之间的无(wu)缝切(qie)换(huan)。在线(xian)监测系(xi)统参(can)数(shu)设备(bei)界(jie)面(mian)如图(tu)5所(suo)示。

图5 电(dian)厂脱(tuo)硫(liu)烟(yan)气在(zai)线(xian)监(jian)测(ce)系(xi)统(tong)参(can)数设置(zhi)界(jie)面(mian)

4.1 数据分(fen)析

为验(yan)证某电(dian)厂(chang)脱(tuo)硫(liu)烟气在(zai)线监测(ce)系(xi)统性(xing)能，在试(shi)验(yan)运行中(zhong)，统计(ji)进、出口处(chu)的SO₂浓(nong)度(du)、O₂浓度(du)、烟尘浓度(du)、烟(yan)道流量(liang)、湿(shi)度(du)、静(jing)压以及温(wen)度等(deng)数据(ju)，其(qi)实测(ce)数据对比(bi)情(qing)况(kuang)如(ru)表(biao)1所(suo)示。

表1 电(dian)厂烟(yan)气(qi)脱硫实测(ce)数(shu)据对(dui)比

由表(biao)1分(fen)析可(ke)知，采(cai)用现设计方(fang)案后，系(xi)统各监(jian)测量的(de)精确度更(geng)高，可达(da)小(xiao)数点(dian)后(hou)3位(wei)，同(tong)时满(man)足(zu)系(xi)统实(shi)时(shi)性要求(qiu)。

4.2 运行与(yu)维(wei)护(hu)

在(zai)设计(ji)并(bing)实(shi)现的电厂(chang)烟(yan)气脱硫在(zai)线(xian)监(jian)测系(xi)统(tong)运行(xing)时(shi)，不(bu)间(jian)断地(di)监测(ce)烟(yan)气处理(li)量、原(yuan)烟气中(zhong)SO₂浓(nong)度、脱(tuo)硫(liu)效率等(deng)，发(fa)现烟气(qi)脱硫(liu)系统运行存在如(ru)下(xia)问题(ti)：(1)脱硫剂(ji)品(pin)质(zhi)差且(qie)细度(du)不(bu)满(man)足标准；(2)吸(xi)收塔(ta)浆(jiang)液pH控制精度(du)差(cha)；(3)吸收(shou)塔(ta)浆液密度(du)控制精度差；(4)脱(tuo)硫(liu)剂旋(xuan)流(liu)器的(de)压力控(kong)制不合(he)理。针(zhen)对(dui)系(xi)统(tong)运(yun)行过(guo)程中(zhong)发现(xian)的(de)上述(shu)问题(ti)，进行系(xi)统维护，采(cai)取(qu)的主要方(fang)法(fa)是：根(gen)据(ju)该(gai)电厂烟气(qi)脱(tuo)硫(liu)系(xi)统(tong)实(shi)时(shi)运(yun)行情(qing)况，将(jiang)脱硫剂(ji)颗粒(li)度(du)控制(zhi)在(zai)62 um左(zuo)右(you)，通过率达92%，脱硫(liu)剂(ji)纯度由原(yuan)来(lai)的75.82%提(ti)高(gao)至86.53%；吸收(shou)塔浆(jiang)液pH浓(nong)度(du)由原来的(de)5.2～5.8调整(zheng)为(wei)4.8～5.0；调(diao)整吸收塔浆液密度计(ji)算公(gong)式，增加(jia)软件(jian)滤波(bo)处理环(huan)节(jie)，同(tong)时(shi)修正烟(yan)气速度场(chang)习(xi)俗(su)以(yi)及(ji)GGH烟(yan)气(qi)换(huan)热(re)器漏风率(lv)，保(bao)证(zheng)烟气脱硫效(xiao)率。

基(ji)于ARM控制(zhi)器完成(cheng)了电厂(chang)原(yuan)烟(yan)气(qi)脱硫在(zai)线(xian)监(jian)测(ce)系统(tong)的优(you)化(hua)并(bing)成(cheng)功(gong)试运行，并将(jiang)采集(ji)传(chuan)感(gan)器(qi)数(shu)据的(de)精度(du)提高至小(xiao)数点后3位(wei)；采(cai)用(yong)TCP/IP通信保证(zheng)了数(shu)据传送的(de)实(shi)时性(xing)；基于(yu)LCD触(chu)摸屏设计(ji)了(le)在(zai)线监(jian)测系统(tong)多(duo)界(jie)面显(xian)示，完善(shan)了(le)数据(ju)、参数(shu)、故(gu)障(zhang)信息(xi)的显示，使(shi)得(de)通(tong)过(guo)该(gai)CEMS可(ke)准确、及(ji)时(shi)地(di)掌(zhang)握(wo)电(dian)厂(chang)烟(yan)气脱(tuo)硫系统(tong)的运行(xing)状态(tai)，保(bao)证了(le)该(gai)系统安(an)全、高效(xiao)、有序(xu)运行。