电厂(chang)脱(tuo)硫烟气(qi)在(zai)线监测系统运行与维(wei)护

摘(zhai)   要(yao)：针对(dui)电(dian)厂(chang)烟气(qi)脱(tuo)硫在(zai)线监测系统存在的(de)采集数(shu)据(ju)精确度低(di)、实时(shi)性(xing)差(cha)的(de)问(wen)题，基于ARM控(kong)制对原系统(tong)进行(xing)优(you)化(hua)。根(gen)据电(dian)厂(chang)烟气(qi)脱(tuo)硫系(xi)统要(yao)求(qiu)，设计在(zai)线(xian)监测系统(tong)整体方案，并(bing)基(ji)于该(gai)方案从(cong)硬件、软件(jian)2个方面展(zhan)开论述(shu)，给出关键硬件(jian)选(xuan)型、关(guan)键(jian)电(dian)路设(she)计、C软(ruan)件(jian)设计及平(ping)台(tai)设计等(deng)。将优化(hua)后的烟气脱硫(liu)在线(xian)监测(ce)系(xi)统应用于(yu)某(mou)电厂，并对(dui)传(chuan)感(gan)器(qi)数据(ju)、开(kai)关(guan)量进行统(tong)计(ji)和分析。实(shi)际(ji)应(ying)用(yong)结果表(biao)明，优化方(fang)案在数据(ju)精确(que)度、实时(shi)性(xing)等(deng)方面(mian)表现较好(hao)，能够(gou)保(bao)证烟气(qi)脱(tuo)硫在线监(jian)测(ce)系(xi)统(tong)安(an)全、稳(wen)定、连续(xu)地(di)运(yun)行。

电厂(chang)燃煤(mei)装置(zhi)排(pai)放的烟(yan)气(qi)成为大气(qi)二氧化硫排(pai)放(fang)的主(zhu)要(yao)途径，为(wei)保护生(sheng)态(tai)环境，各电(dian)厂安装(zhuang)了烟气(qi)脱(tuo)硫设(she)施。为(wei)充(chong)分(fen)发(fa)挥(hui)已经安装(zhuang)的(de)烟(yan)气(qi)脱硫(liu)装置作(zuo)用(yong)，满足(zu)排(pai)放(fang)标(biao)准(zhun)，建(jian)立(li)电(dian)厂烟气(qi)脱硫在线(xian)监测(ce)系(xi)统成为(wei)亟(ji)需(xu)解决(jue)的(de)问题。烟气在线监(jian)测(ce)系(xi)统(tong)（简称(cheng)CEMS）可实时(shi)查看电(dian)厂(chang)脱(tuo)硫机(ji)组运行(xing)状(zhuang)态、脱(tuo)硫效率、二氧化硫(liu)浓(nong)度等(deng)信息(xi)，国内(nei)外(wai)专(zhuan)家(jia)、学(xue)者(zhe)针对CEMS展(zhan)开一(yi)系列(lie)研(yan)究(jiu)。庞海宇等(deng)针(zhen)对电(dian)厂(chang)4×600 MW机(ji)组烟气脱(tuo)硫(liu)系统配备(bei)的(de)连续(xu)排(pai)放(fang)监测(ce)系统(tong)存在的(de)可(ke)靠(kao)性和(he)有(you)效(xiao)性较(jiao)差(cha)的问(wen)题(ti)，提出(chu)了基(ji)于(yu)S7-200 PLC控(kong)制(zhi)的(de)优(you)化方(fang)案，重点(dian)增(zeng)加(jia)污(wu)染(ran)物浓度(du)计算方(fang)法(fa)，增加(jia)分析(xi)仪大小量程自(zi)动切换(huan)功(gong)能(neng)，增(zeng)加(jia)系统(tong)反(fan)吹和标定时数(shu)据保(bao)持功(gong)能，增加(jia)烟(yan)尘(chen)、流(liu)量、烟(yan)雾湿(shi)度(du)自动(dong)切换功(gong)能以及电源监(jian)视信号；陈(chen)勇等针(zhen)对某(mou)火(huo)电(dian)厂(chang)CEMS实际(ji)运行时(shi)存(cun)在的(de)只能采(cai)集(ji)烟(yan)气数据，无法(fa)记(ji)录脱硫装置(zhi)数据(ju)且(qie)无法(fa)连(lian)续、稳(wen)定(ding)运(yun)行(xing)的(de)问(wen)题，构建功能(neng)完(wan)善(shan)、稳定(ding)连(lian)续的(de)CEMS，在(zai)分(fen)析监控(kong)系(xi)统框架的基(ji)础(chu)上(shang)，分(fen)别从结(jie)构设计、设备工(gong)作(zuo)状(zhuang)态(tai)监(jian)控、设备(bei)控制实(shi)施(shi)、系(xi)统接(jie)口(kou)和远(yuan)程控制(zhi)实现以(yi)及后台(tai)监(jian)控实(shi)现5个(ge)方面(mian)展(zhan)开(kai)论(lun)述；殷晓红(hong)等重(zhong)点分析了(le)脱硫烟气在(zai)线监测系统(tong)中(zhong)烟(yan)道(dao)内(nei)速(su)度相对稳定(ding)点(dian)的(de)选(xuan)择问题(ti)，基于(yu)烟(yan)道内烟(yan)气(qi)平(ping)均流速采用(yong)截(jie)面网格法对(dui)选择(ze)点进(jin)行(xing)测量(liang)并(bing)甄别(bie)、获取烟气流(liu)速(su)相(xiang)对稳(wen)定(ding)点(dian)，以(yi)真(zhen)实(shi)反应(ying)SO₂的(de)排(pai)放(fang)量(liang)；张承钢等以火电厂脱(tuo)硫(liu)技(ji)术(shu)烟(yan)气排放(fang)达(da)标、节(jie)能(neng)减排(pai)为(wei)目(mu)标(biao)，对运行(xing)中的CEMS进(jin)行监(jian)督(du)，对发现(xian)的(de)实际问(wen)题，如(ru)低品(pin)质(zhi)石(shi)灰石脱(tuo)硫(liu)运(yun)行(xing)参数(shu)控制(zhi)、SO₂质(zhi)量浓度(du)数据修正、烟气速(su)度场(chang)系(xi)数(shu)修正(zheng)以(yi)及GGH泄(xie)露导(dao)致脱(tuo)硫(liu)效率降(jiang)低等(deng)问题进(jin)行(xing)梳理(li)和分析(xi)，并提(ti)出针对性的(de)解(jie)决(jue)方案，持续(xu)改进(jin)并优化(hua)该(gai)火电厂的脱(tuo)硫(liu)装置(zhi)。本(ben)文(wen)针(zhen)对(dui)某电(dian)厂原(yuan)CEMS进行优(you)化，解决采(cai)集数据精(jing)度不(bu)够(gou)、实时(shi)性差(cha)的问题。

某电(dian)厂脱(tuo)硫(liu)烟(yan)气(qi)在线(xian)监(jian)测系统以ARM9S3C2240工业用处理器(qi)为(wei)核心，整体结(jie)构(gou)如图1所(suo)示。

图1 某(mou)电(dian)厂(chang)脱(tuo)硫(liu)烟气在(zai)线(xian)监测系统(tong)整体(ti)结(jie)构

为实(shi)时(shi)、连续(xu)监(jian)测(ce)烟(yan)气脱硫(liu)数(shu)据(ju)，该系统设计(ji)并安(an)装了(le)SO₂浓度(du)、O₂浓(nong)度、烟尘(chen)浓(nong)度(du)、流(liu)量、湿度(du)、静(jing)压以(yi)及温(wen)度传(chuan)感器(qi)，传感(gan)器采(cai)集(ji)到(dao)的数(shu)据(ju)以电(dian)压(ya)或电(dian)流信号进(jin)行(xing)传输(shu)。为(wei)保证(zheng)信(xin)号(hao)传(chuan)输质(zhi)量和实时(shi)性(xing)，经隔(ge)离电(dian)路、电(dian)子开关(guan)以及(ji)模数(shu)转换(huan)后进入ARM9 S3C2240处理(li)器(qi)进行(xing)处(chu)理。ARM9处(chu)理器(qi)将接收(shou)并进行逻(luo)辑(ji)处理(li)后的(de)传(chuan)感器数(shu)据(ju)以(yi)TCP/IP通(tong)信模式传(chuan)送至(zhi)在(zai)线(xian)监测(ce)系统(tong)平(ping)台(tai)进(jin)行显(xian)示(shi)。在该(gai)整(zheng)体(ti)设(she)计(ji)中，还包括(kuo)DCS通道(dao)的(de)风(feng)道(dao)挡(dang)板(ban)开度(du)、风(feng)机(ji)运(yun)行(xing)电流(liu)、机(ji)组(zu)负(fu)荷、脱(tuo)硫(liu)装(zhuang)置(zhi)运行状(zhuang)态(tai)等信号经调理(li)电(dian)路(lu)后传送(song)至ARM9处(chu)理(li)器。为(wei)方便在(zai)线(xian)监测(ce)系统(tong)开发、调试(shi)，还(hai)设(she)计了(le)LCD触(chu)摸屏(ping)、JTAG电路、串(chuan)口(kou)通(tong)信(xin)等。

2.1 硬件选型

中央(yang)处(chu)理(li)器选(xuan)用嵌入(ru)Linux操作(zuo)系(xi)统(tong)的S3C2240工业(ye)用处(chu)理(li)器(qi)，由ARM9TDMI、MMU以(yi)及(ji)高速缓(huan)存(cun)3部分组(zu)成。该处理(li)器(qi)的供电电源等级标准(zhun)由(you)1.2 V内核供电、3.3 V存储器供(gong)电(dian)、3.3 V外(wai)部I/O供(gong)电；配(pei)置有3个RART、2个SPI、1个多主(zhu)I2C、1个(ge)I2S通(tong)信(xin)总线(xian)；多(duo)达(da)130个(ge)通用I/O口(kou)且可复用(yong)；60个(ge)中断源(yuan)；8通(tong)道(dao)多(duo)路复用ADC；兼具标(biao)准、休(xiu)眠(mian)、慢(man)速以及掉(diao)电(dian)运(yun)行(xing)模(mo)式(shi)。S3C2240处(chu)理器(qi)满(man)足电(dian)厂(chang)脱硫烟气(qi)在线监测系(xi)统设(she)计(ji)要求(qiu)。其中，SO₂传感(gan)器(qi)选用(yong)CITYTECH公(gong)司(si)的EZT3SF Ci Tice L型(xing)定(ding)电(dian)位(wei)电(dian)解(jie)化(hua)学气体(ti)传感器(qi)，监(jian)测(ce)范(fan)围(wei)在(zai)（0～2 000）×10^-6，输(shu)出信(xin)号(hao)为2线(xian)制4～20 m A电流(liu)信(xin)号，检(jian)测精(jing)度为(wei)1×10^-6，最大零(ling)漂(piao)<5×10^-6，响应(ying)时间(jian)<30 s;O₂传感器(qi)选用(yong)英世博测(ce)控的TY-MZ型氧气变送(song)器，输出电流(liu)精(jing)度(du)可达0.001 m A，具有可靠性(xing)、稳(wen)定性(xing)、高(gao)精度(du)和(he)智(zhi)能化(hua)的特(te)点(dian)，可将(jiang)检(jian)测(ce)误差(cha)控(kong)制(zhi)在1%以内；烟(yan)尘传感器(qi)选用的(de)型(xing)号(hao)为HS-200在(zai)线烟(yan)气含尘(chen)量检测仪(yi)，利(li)用(yong)激光(guang)背散(san)射原理(li)对烟(yan)道(dao)内(nei)的颗粒污染物(wu)进行(xing)实(shi)时连续测量，灵敏(min)度为(wei)2 mg/m³，测(ce)量误(wu)差(cha)可(ke)控(kong)制在2%以(yi)内(nei)，耐(nai)温高(gao)达300℃，以4～20 mA电流(liu)信号(hao)将(jiang)检(jian)测烟气数(shu)据(ju)传(chuan)送至(zhi)中(zhong)央(yang)处理(li)器(qi)；流(liu)量(liang)传感器用于测量烟道(dao)内烟(yan)气的(de)质(zhi)量(liang)流(liu)量(liang)，选用(yong)EPI9000型流量传感(gan)器(qi)，量程比在100∶1，输(shu)出信(xin)号(hao)在0～5 V DC或(huo)4～20 mA 2种模(mo)式(shi)。

2.2 关(guan)键电路

电厂(chang)脱(tuo)硫(liu)烟气(qi)在(zai)线(xian)监测(ce)系(xi)统布(bu)置的(de)传(chuan)感器(qi)较(jiao)多(duo)，输(shu)出多(duo)为模拟量(liang)电(dian)压(ya)或(huo)者(zhe)电(dian)流信(xin)号(hao)，在进入(ru)ARM9处理器(qi)前，需(xu)经A/D转换，并(bing)以(yi)5 V电压为基准(zhun)电(dian)源，采用(yong)AD586芯片(pian)实(shi)现。该芯片(pian)具(ju)有(you)精(jing)度(du)高、噪(zao)声低(di)、输(shu)出(chu)信(xin)号调节方(fang)便(bian)等优点(dian)，其(qi)可(ke)变(bian)电阻R6最大阻(zu)值(zhi)为10 kΩ。A/D转(zhuan)换(huan)电(dian)路如(ru)图2所(suo)示(shi)。

图2 A/D转换(huan)电(dian)路（5 V基准源）

电厂在脱硫过(guo)程中，需(xu)要(yao)对风机运(yun)行状态(tai)、脱(tuo)硫装置(zhi)运行(xing)负荷状(zhuang)态、机(ji)组负(fu)荷(he)以及(ji)风(feng)道(dao)挡(dang)板开度(du)等(deng)进行(xing)实(shi)时(shi)监(jian)测。上述信号均(jun)来(lai)自(zi)DCS通(tong)道(dao)，其触点(dian)电(dian)压(ya)在12～24 V，在进(jin)入(ru)ARM9 S3C2240处(chu)理器前，需进(jin)行(xing)电(dian)平(ping)匹配(pei)，由74LV245三(san)态(tai)总线转(zhuan)换器(qi)将其(qi)输出电平(ping)拉至(zhi)3.3 V，可(ke)隔离破(po)碎性电(dian)压(ya)和(he)噪(zao)声(sheng)，并完(wan)成(cheng)逻(luo)辑(ji)电(dian)平(ping)转换。74LV245三态(tai)总(zong)线(xian)转(zhuan)换(huan)器四(si)通(tong)道(dao)开关(guan)量采(cai)集调理电路如(ru)图(tu)3所(suo)示(shi)。

图(tu)3 四(si)通道(dao)开关量采(cai)集调理电路(lu)

3.1 逻辑处理程序(xu)设计

电厂脱(tuo)硫(liu)烟(yan)气(qi)在线监(jian)测(ce)系统(tong)逻辑(ji)处(chu)理程(cheng)序(xu)基于(yu)Keil软(ruan)件(jian)平台(tai)，采(cai)用(yong)C语言(yan)编程实(shi)现(xian)，其软(ruan)件框(kuang)架(jia)如(ru)图(tu)4所(suo)示(shi)。

图(tu)4 逻辑(ji)处(chu)理(li)程(cheng)序(xu)框(kuang)架

为(wei)保证监(jian)测(ce)数(shu)据(ju)传输的(de)实(shi)时性，采(cai)用多(duo)进程多线(xian)程(cheng)编(bian)程(cheng)实现。启动(dong)进程(cheng)1完成传感器数(shu)据的采集(ji)和(he)通信功(gong)能，在该进程下开(kai)启线(xian)程1用于(yu)对(dui)模拟(ni)量进(jin)行采集(ji)，开启线程2对(dui)开关(guan)量(liang)进行采(cai)集，开启(qi)线程3完成(cheng)TCP/IP通(tong)信；启动进程2完成用(yong)户(hu)界面的(de)设计(ji)，在该(gai)进(jin)程(cheng)2下开启(qi)线(xian)程1对(dui)标(biao)准(zhun)的(de)输入数据进行(xing)处(chu)理(li)和映射(she)；启动(dong)进程3完(wan)成在(zai)线监(jian)测系统主机(ji)服(fu)务(wu)器(qi)端(duan)功能(neng)，如用(yong)户(hu)界(jie)面(mian)数(shu)据(ju)的(de)实时(shi)显示(shi)、存(cun)储(chu)和记录等。

3.2 监测系统(tong)平台设(she)计

电厂脱(tuo)硫(liu)烟(yan)气(qi)在(zai)线监测(ce)系(xi)统(tong)平台(tai)基(ji)于320×240像(xiang)素的8.89 cm TFT性LCD触摸液(ye)晶显(xian)示器(qi)实现，以(yi)TCP/IP通(tong)信(xin)模(mo)式(shi)实(shi)现数据(ju)传(chuan)送(song)。监(jian)测系(xi)统平(ping)台(tai)设计(ji)有主界(jie)面、参(can)数(shu)设置界(jie)面、故(gu)障(zhang)信(xin)息界面、历(li)史曲线界(jie)面(mian)以及(ji)趋(qu)势曲(qu)线界(jie)面等(deng)，在该(gai)界面中可(ke)以(yi)显(xian)示(shi)、设(she)置(zhi)SO₂浓(nong)度(du)、烟(yan)尘浓(nong)度(du)、温(wen)度(du)、流量(liang)、静压、湿度(du)等(deng)传感(gan)器(qi)信息，同时还(hai)可展(zhan)示(shi)风(feng)道(dao)挡板开度、机组负荷、脱硫装置运行(xing)状(zhuang)态等(deng)。在每(mei)一个界(jie)面(mian)中，有“返回”与(yu)“确(que)认(ren)”2个(ge)按(an)钮，实现(xian)界(jie)面之(zhi)间的(de)无(wu)缝(feng)切(qie)换(huan)。在(zai)线监测系统参数设备(bei)界(jie)面如图(tu)5所(suo)示(shi)。

图(tu)5 电(dian)厂(chang)脱(tuo)硫烟(yan)气在(zai)线(xian)监测(ce)系(xi)统参(can)数(shu)设置界(jie)面

4.1 数(shu)据(ju)分(fen)析

为验(yan)证某(mou)电厂(chang)脱硫(liu)烟气(qi)在(zai)线(xian)监(jian)测(ce)系统(tong)性(xing)能，在(zai)试验(yan)运行中，统计进、出(chu)口处的SO₂浓(nong)度、O₂浓(nong)度、烟(yan)尘(chen)浓度、烟道(dao)流(liu)量、湿度(du)、静压以及温(wen)度等(deng)数据(ju)，其实测数据对(dui)比情(qing)况(kuang)如表(biao)1所示(shi)。

表(biao)1 电厂(chang)烟气脱(tuo)硫(liu)实(shi)测数(shu)据对比

由(you)表(biao)1分(fen)析(xi)可(ke)知，采(cai)用(yong)现设计(ji)方案后，系统(tong)各(ge)监测(ce)量(liang)的(de)精(jing)确(que)度(du)更(geng)高(gao)，可(ke)达小(xiao)数点后(hou)3位，同时(shi)满足(zu)系统实时性(xing)要(yao)求。

4.2 运行与(yu)维护

在设(she)计(ji)并(bing)实现的(de)电(dian)厂烟气(qi)脱(tuo)硫(liu)在线监(jian)测系(xi)统运(yun)行(xing)时(shi)，不(bu)间断地监测(ce)烟(yan)气(qi)处(chu)理(li)量(liang)、原(yuan)烟气(qi)中(zhong)SO₂浓度(du)、脱(tuo)硫(liu)效(xiao)率等(deng)，发现烟气(qi)脱(tuo)硫系统运(yun)行(xing)存在(zai)如下问(wen)题(ti)：(1)脱硫(liu)剂品质(zhi)差(cha)且(qie)细度(du)不(bu)满足(zu)标(biao)准；(2)吸(xi)收(shou)塔(ta)浆液pH控(kong)制精度差(cha)；(3)吸(xi)收塔浆(jiang)液密度(du)控制精(jing)度差(cha)；(4)脱硫(liu)剂旋流(liu)器(qi)的(de)压力(li)控(kong)制不(bu)合理。针(zhen)对系(xi)统运行过程(cheng)中(zhong)发现(xian)的(de)上述(shu)问题(ti)，进行(xing)系统维护，采取的(de)主(zhu)要方(fang)法是：根(gen)据该(gai)电(dian)厂(chang)烟气脱(tuo)硫系(xi)统实时运(yun)行情况(kuang)，将(jiang)脱(tuo)硫剂颗(ke)粒度控制(zhi)在(zai)62 um左右，通过率达92%，脱(tuo)硫剂纯度由(you)原(yuan)来(lai)的75.82%提(ti)高(gao)至86.53%；吸收塔(ta)浆液(ye)pH浓(nong)度(du)由(you)原来(lai)的(de)5.2～5.8调(diao)整(zheng)为4.8～5.0；调(diao)整(zheng)吸收(shou)塔浆液密度(du)计(ji)算(suan)公式(shi)，增(zeng)加软件滤波处理环(huan)节(jie)，同(tong)时修正(zheng)烟气(qi)速度场习俗以及GGH烟(yan)气(qi)换热(re)器(qi)漏(lou)风率(lv)，保(bao)证(zheng)烟(yan)气(qi)脱(tuo)硫(liu)效率(lv)。

基于ARM控(kong)制(zhi)器(qi)完(wan)成(cheng)了电厂原烟气脱(tuo)硫在(zai)线(xian)监测系统的(de)优(you)化(hua)并(bing)成(cheng)功试运行(xing)，并将(jiang)采(cai)集(ji)传感(gan)器数据(ju)的(de)精度(du)提(ti)高至(zhi)小(xiao)数(shu)点(dian)后(hou)3位；采(cai)用(yong)TCP/IP通(tong)信保(bao)证了(le)数据(ju)传送(song)的实时(shi)性；基于LCD触(chu)摸屏设(she)计了在线(xian)监(jian)测系(xi)统(tong)多界面(mian)显(xian)示，完(wan)善(shan)了数据(ju)、参(can)数(shu)、故(gu)障信息(xi)的(de)显(xian)示(shi)，使(shi)得通(tong)过该CEMS可(ke)准确、及(ji)时(shi)地掌(zhang)握电厂(chang)烟气脱硫(liu)系(xi)统(tong)的运行(xing)状(zhuang)态(tai)，保(bao)证了(le)该(gai)系统安全、高效、有序运行(xing)。