电(dian)厂脱硫(liu)烟(yan)气(qi)在(zai)线(xian)监测(ce)系(xi)统运行与维护(hu)

摘   要(yao)：针(zhen)对(dui)电(dian)厂烟气脱硫(liu)在(zai)线监测系(xi)统(tong)存(cun)在(zai)的采集数据(ju)精(jing)确度(du)低、实(shi)时(shi)性(xing)差(cha)的(de)问(wen)题(ti)，基(ji)于(yu)ARM控制对(dui)原系(xi)统进行(xing)优化。根(gen)据(ju)电厂(chang)烟气脱(tuo)硫系统(tong)要(yao)求，设计(ji)在(zai)线监测(ce)系统(tong)整体方(fang)案，并(bing)基于(yu)该(gai)方(fang)案(an)从(cong)硬(ying)件、软件2个(ge)方面展(zhan)开论(lun)述，给出(chu)关(guan)键(jian)硬(ying)件(jian)选型(xing)、关(guan)键(jian)电路设计(ji)、C软(ruan)件(jian)设(she)计及(ji)平(ping)台(tai)设(she)计(ji)等(deng)。将(jiang)优(you)化后的烟(yan)气(qi)脱(tuo)硫在线监测系(xi)统应(ying)用(yong)于某(mou)电厂，并(bing)对(dui)传感器(qi)数据、开关(guan)量进行统(tong)计(ji)和(he)分(fen)析。实际应(ying)用(yong)结(jie)果(guo)表(biao)明，优(you)化(hua)方案在(zai)数(shu)据(ju)精确度、实(shi)时(shi)性等方(fang)面(mian)表现(xian)较(jiao)好，能(neng)够(gou)保(bao)证(zheng)烟(yan)气(qi)脱(tuo)硫在(zai)线(xian)监(jian)测系统(tong)安全(quan)、稳定(ding)、连续(xu)地运(yun)行。

电(dian)厂燃(ran)煤(mei)装(zhuang)置排(pai)放(fang)的烟气(qi)成(cheng)为(wei)大(da)气二氧化硫排(pai)放的主要途(tu)径(jing)，为(wei)保护(hu)生态环(huan)境(jing)，各(ge)电(dian)厂安装了烟气脱(tuo)硫设施。为充(chong)分(fen)发挥(hui)已经安装(zhuang)的烟(yan)气(qi)脱硫装(zhuang)置(zhi)作用(yong)，满足排放(fang)标准(zhun)，建立(li)电厂烟气脱硫(liu)在线监(jian)测系(xi)统(tong)成(cheng)为(wei)亟需解决的问题(ti)。烟气在线监测(ce)系统(tong)（简(jian)称(cheng)CEMS）可实(shi)时(shi)查(cha)看(kan)电厂(chang)脱(tuo)硫(liu)机组运(yun)行状(zhuang)态(tai)、脱(tuo)硫(liu)效率(lv)、二氧(yang)化硫(liu)浓(nong)度(du)等(deng)信(xin)息(xi)，国(guo)内外专家(jia)、学者针对(dui)CEMS展(zhan)开一(yi)系列研究。庞海(hai)宇等针对(dui)电厂4×600 MW机组(zu)烟(yan)气脱(tuo)硫系(xi)统配备的(de)连(lian)续排(pai)放监(jian)测系(xi)统存(cun)在(zai)的(de)可靠性和有效(xiao)性较差(cha)的(de)问(wen)题(ti)，提出了基于S7-200 PLC控(kong)制的优化(hua)方案，重点增(zeng)加(jia)污(wu)染(ran)物(wu)浓(nong)度(du)计(ji)算(suan)方法(fa)，增加分析(xi)仪大(da)小量(liang)程自(zi)动切(qie)换功(gong)能，增(zeng)加(jia)系(xi)统(tong)反(fan)吹(chui)和(he)标定(ding)时(shi)数(shu)据保(bao)持(chi)功(gong)能，增加烟(yan)尘(chen)、流量(liang)、烟雾湿度(du)自动(dong)切换(huan)功(gong)能(neng)以及(ji)电源(yuan)监(jian)视信号(hao)；陈勇(yong)等(deng)针对某(mou)火电(dian)厂CEMS实际(ji)运行时存在(zai)的(de)只能采集(ji)烟(yan)气数据，无法(fa)记录脱硫(liu)装(zhuang)置数(shu)据(ju)且无法连(lian)续、稳(wen)定运行的(de)问(wen)题(ti)，构(gou)建功能(neng)完(wan)善、稳定(ding)连续(xu)的(de)CEMS，在分(fen)析(xi)监控系统(tong)框架的基(ji)础上(shang)，分别(bie)从(cong)结(jie)构(gou)设(she)计(ji)、设备(bei)工(gong)作(zuo)状(zhuang)态(tai)监(jian)控(kong)、设备(bei)控制(zhi)实施(shi)、系(xi)统(tong)接口和(he)远(yuan)程控制实现(xian)以(yi)及(ji)后台监(jian)控(kong)实(shi)现(xian)5个方(fang)面展开(kai)论(lun)述；殷晓(xiao)红(hong)等(deng)重(zhong)点分析(xi)了脱(tuo)硫(liu)烟气在线(xian)监测(ce)系(xi)统(tong)中烟(yan)道内速度(du)相对(dui)稳定(ding)点(dian)的选(xuan)择(ze)问题，基(ji)于(yu)烟道内烟气平均流速采(cai)用截(jie)面(mian)网(wang)格法(fa)对选(xuan)择(ze)点(dian)进行测量并(bing)甄别(bie)、获(huo)取烟气流(liu)速相对稳(wen)定(ding)点(dian)，以(yi)真(zhen)实(shi)反应(ying)SO₂的(de)排(pai)放量(liang)；张承(cheng)钢等以火电厂脱硫(liu)技术(shu)烟气排(pai)放(fang)达标、节(jie)能(neng)减(jian)排(pai)为目标，对运行(xing)中的(de)CEMS进(jin)行监督，对(dui)发(fa)现(xian)的(de)实(shi)际问(wen)题，如低(di)品质(zhi)石(shi)灰(hui)石(shi)脱硫运行(xing)参数控(kong)制、SO₂质(zhi)量(liang)浓(nong)度(du)数据修正、烟气速(su)度场系(xi)数修(xiu)正以(yi)及GGH泄(xie)露(lu)导致脱(tuo)硫(liu)效(xiao)率(lv)降(jiang)低(di)等(deng)问(wen)题(ti)进行(xing)梳理(li)和分(fen)析，并(bing)提出(chu)针(zhen)对(dui)性(xing)的(de)解决(jue)方案(an)，持续改(gai)进(jin)并优化该火电(dian)厂(chang)的(de)脱硫(liu)装(zhuang)置。本(ben)文针(zhen)对某电(dian)厂(chang)原CEMS进(jin)行优(you)化，解(jie)决采(cai)集数(shu)据精(jing)度不(bu)够(gou)、实(shi)时(shi)性(xing)差(cha)的(de)问题(ti)。

某电厂(chang)脱(tuo)硫烟(yan)气(qi)在线(xian)监(jian)测系统(tong)以ARM9S3C2240工(gong)业用(yong)处理器为(wei)核(he)心，整(zheng)体(ti)结(jie)构如(ru)图1所(suo)示(shi)。

图(tu)1 某电(dian)厂脱硫(liu)烟(yan)气(qi)在(zai)线(xian)监测系统(tong)整(zheng)体(ti)结(jie)构

为(wei)实(shi)时、连续(xu)监测烟(yan)气脱硫数(shu)据，该系(xi)统设计并(bing)安(an)装了(le)SO₂浓度(du)、O₂浓(nong)度、烟(yan)尘(chen)浓(nong)度(du)、流(liu)量、湿度、静(jing)压(ya)以及(ji)温(wen)度(du)传感器(qi)，传感器(qi)采(cai)集到的数(shu)据以(yi)电(dian)压或(huo)电(dian)流(liu)信号(hao)进(jin)行(xing)传输(shu)。为保证(zheng)信号传(chuan)输(shu)质(zhi)量(liang)和(he)实时性，经(jing)隔离(li)电路、电(dian)子(zi)开(kai)关(guan)以及模数转换后(hou)进入(ru)ARM9 S3C2240处(chu)理(li)器进行(xing)处理。ARM9处(chu)理(li)器(qi)将(jiang)接(jie)收(shou)并(bing)进(jin)行(xing)逻辑(ji)处(chu)理后的传(chuan)感(gan)器数据(ju)以(yi)TCP/IP通信模(mo)式(shi)传送至在(zai)线(xian)监(jian)测系(xi)统平(ping)台(tai)进行显(xian)示。在该整(zheng)体(ti)设(she)计(ji)中(zhong)，还(hai)包(bao)括DCS通(tong)道的风道(dao)挡板开(kai)度(du)、风机运行电(dian)流(liu)、机组(zu)负荷、脱(tuo)硫(liu)装置(zhi)运行(xing)状态等信号(hao)经调(diao)理(li)电(dian)路(lu)后(hou)传送(song)至ARM9处(chu)理器。为方(fang)便(bian)在线(xian)监测(ce)系统(tong)开发(fa)、调(diao)试，还设计了LCD触(chu)摸屏、JTAG电(dian)路(lu)、串(chuan)口通(tong)信等。

2.1 硬件选(xuan)型

中(zhong)央(yang)处理器(qi)选用(yong)嵌入Linux操(cao)作(zuo)系(xi)统(tong)的(de)S3C2240工(gong)业用处(chu)理(li)器，由ARM9TDMI、MMU以及(ji)高速缓存3部(bu)分组(zu)成。该处理器(qi)的(de)供电电源(yuan)等级(ji)标(biao)准(zhun)由1.2 V内(nei)核供(gong)电、3.3 V存(cun)储(chu)器供(gong)电、3.3 V外(wai)部I/O供(gong)电(dian)；配置有3个(ge)RART、2个(ge)SPI、1个(ge)多(duo)主(zhu)I2C、1个(ge)I2S通信总线(xian)；多(duo)达(da)130个通(tong)用I/O口(kou)且(qie)可复(fu)用；60个(ge)中(zhong)断(duan)源；8通道(dao)多(duo)路(lu)复用ADC；兼(jian)具标准、休眠(mian)、慢(man)速以(yi)及(ji)掉电(dian)运行模式。S3C2240处(chu)理器满(man)足(zu)电(dian)厂脱硫(liu)烟(yan)气在线监(jian)测系(xi)统设(she)计(ji)要(yao)求(qiu)。其中，SO₂传感器(qi)选用CITYTECH公司(si)的EZT3SF Ci Tice L型(xing)定电(dian)位(wei)电解(jie)化(hua)学(xue)气体传(chuan)感器(qi)，监(jian)测范围(wei)在(zai)（0～2 000）×10^-6，输(shu)出(chu)信(xin)号为(wei)2线制4～20 m A电流(liu)信号(hao)，检(jian)测精(jing)度为1×10^-6，最(zui)大零(ling)漂<5×10^-6，响(xiang)应(ying)时间<30 s;O₂传(chuan)感器(qi)选(xuan)用英世博测(ce)控的(de)TY-MZ型氧(yang)气(qi)变(bian)送(song)器(qi)，输(shu)出电(dian)流(liu)精(jing)度(du)可达(da)0.001 m A，具(ju)有(you)可靠性(xing)、稳定性(xing)、高精度(du)和(he)智能化(hua)的特(te)点(dian)，可(ke)将(jiang)检(jian)测(ce)误差控(kong)制在1%以内；烟尘传(chuan)感器选(xuan)用的(de)型号(hao)为HS-200在线烟(yan)气(qi)含尘(chen)量检(jian)测仪(yi)，利用激(ji)光背散(san)射原理(li)对(dui)烟(yan)道内(nei)的(de)颗(ke)粒(li)污(wu)染(ran)物进(jin)行实时(shi)连续(xu)测(ce)量，灵敏(min)度为(wei)2 mg/m³，测量(liang)误(wu)差可控制(zhi)在(zai)2%以(yi)内，耐(nai)温高(gao)达300℃，以4～20 mA电流(liu)信号(hao)将检测(ce)烟(yan)气数据传(chuan)送(song)至中(zhong)央(yang)处(chu)理器(qi)；流量(liang)传(chuan)感器(qi)用(yong)于(yu)测(ce)量烟道内烟气(qi)的(de)质量流量，选(xuan)用(yong)EPI9000型(xing)流(liu)量传感器(qi)，量(liang)程(cheng)比在100∶1，输出信(xin)号在0～5 V DC或(huo)4～20 mA 2种模(mo)式(shi)。

2.2 关键电路(lu)

电厂(chang)脱(tuo)硫(liu)烟(yan)气在线(xian)监(jian)测(ce)系统(tong)布置(zhi)的(de)传(chuan)感(gan)器较(jiao)多，输出(chu)多为(wei)模(mo)拟量(liang)电(dian)压或者(zhe)电(dian)流信号，在进(jin)入ARM9处理器(qi)前，需(xu)经A/D转换，并以(yi)5 V电压为基准(zhun)电源(yuan)，采(cai)用(yong)AD586芯(xin)片(pian)实现(xian)。该(gai)芯(xin)片具(ju)有精度(du)高(gao)、噪声低、输(shu)出信号调节(jie)方(fang)便等优(you)点，其可变电(dian)阻R6最(zui)大(da)阻值为(wei)10 kΩ。A/D转(zhuan)换(huan)电路如(ru)图2所示。

图2 A/D转(zhuan)换(huan)电路（5 V基(ji)准(zhun)源(yuan)）

电厂(chang)在(zai)脱(tuo)硫过程中(zhong)，需(xu)要(yao)对(dui)风(feng)机(ji)运行状态(tai)、脱(tuo)硫(liu)装(zhuang)置运(yun)行(xing)负荷(he)状(zhuang)态(tai)、机(ji)组负(fu)荷以(yi)及(ji)风道(dao)挡板开(kai)度等(deng)进行实时监(jian)测。上(shang)述(shu)信号(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ARM9 S3C2240处(chu)理器(qi)前(qian)，需(xu)进行(xing)电平匹(pi)配(pei)，由74LV245三态总(zong)线(xian)转换器(qi)将(jiang)其输出电平拉至(zhi)3.3 V，可(ke)隔离(li)破(po)碎性电压(ya)和(he)噪(zao)声，并完(wan)成(cheng)逻(luo)辑电(dian)平(ping)转(zhuan)换。74LV245三(san)态(tai)总线转(zhuan)换(huan)器四通(tong)道(dao)开关(guan)量(liang)采集(ji)调理(li)电路(lu)如(ru)图3所示。

图3 四(si)通(tong)道(dao)开(kai)关(guan)量(liang)采集(ji)调(diao)理(li)电(dian)路(lu)

3.1 逻(luo)辑(ji)处理程(cheng)序(xu)设计

电厂(chang)脱硫(liu)烟气(qi)在线监(jian)测(ce)系统(tong)逻(luo)辑(ji)处理(li)程序基于Keil软件平台(tai)，采用C语言编程(cheng)实(shi)现(xian)，其软(ruan)件框架(jia)如图4所示(shi)。

图4 逻(luo)辑(ji)处理程(cheng)序(xu)框架

为(wei)保(bao)证(zheng)监(jian)测数(shu)据(ju)传(chuan)输(shu)的实时性(xing)，采(cai)用(yong)多进(jin)程多线程(cheng)编(bian)程实(shi)现。启(qi)动(dong)进程(cheng)1完成(cheng)传感器(qi)数据的(de)采(cai)集(ji)和通信功(gong)能，在(zai)该进(jin)程下(xia)开启线(xian)程(cheng)1用(yong)于(yu)对(dui)模拟量(liang)进行(xing)采(cai)集，开(kai)启线程2对开(kai)关(guan)量进行(xing)采(cai)集(ji)，开启(qi)线(xian)程(cheng)3完(wan)成TCP/IP通信；启动(dong)进(jin)程(cheng)2完成(cheng)用(yong)户(hu)界(jie)面(mian)的(de)设(she)计(ji)，在该进程(cheng)2下(xia)开(kai)启(qi)线(xian)程1对标准(zhun)的输入(ru)数(shu)据进(jin)行处(chu)理和(he)映(ying)射；启(qi)动(dong)进(jin)程3完成在(zai)线(xian)监(jian)测系(xi)统主(zhu)机(ji)服(fu)务(wu)器(qi)端(duan)功能(neng)，如用(yong)户(hu)界(jie)面数(shu)据的(de)实(shi)时显(xian)示(shi)、存(cun)储(chu)和记(ji)录等(deng)。

3.2 监测系统(tong)平台(tai)设(she)计(ji)

电(dian)厂(chang)脱硫烟气在线监测(ce)系统平台基(ji)于320×240像素的8.89 cm TFT性LCD触(chu)摸(mo)液(ye)晶(jing)显(xian)示(shi)器实(shi)现(xian)，以TCP/IP通(tong)信模(mo)式(shi)实现数(shu)据(ju)传送(song)。监(jian)测(ce)系统(tong)平(ping)台设(she)计有(you)主界(jie)面(mian)、参数(shu)设(she)置(zhi)界(jie)面(mian)、故障信息界面(mian)、历史曲线(xian)界(jie)面以及趋势(shi)曲线(xian)界(jie)面等，在该(gai)界(jie)面(mian)中(zhong)可以显示、设(she)置SO₂浓度、烟(yan)尘浓(nong)度(du)、温(wen)度、流(liu)量、静压(ya)、湿度等(deng)传感器信(xin)息，同(tong)时(shi)还(hai)可展示风道(dao)挡(dang)板开度、机(ji)组负荷、脱硫(liu)装置(zhi)运行(xing)状(zhuang)态等。在(zai)每(mei)一个界(jie)面(mian)中(zhong)，有(you)“返回”与(yu)“确认”2个(ge)按钮(niu)，实(shi)现界面(mian)之间(jian)的无缝切(qie)换。在(zai)线监(jian)测系统参(can)数(shu)设备(bei)界面(mian)如(ru)图5所示(shi)。

图(tu)5 电(dian)厂(chang)脱(tuo)硫烟(yan)气在(zai)线(xian)监(jian)测系(xi)统参(can)数设置界面(mian)

4.1 数(shu)据(ju)分(fen)析

为(wei)验证(zheng)某电(dian)厂(chang)脱硫烟气(qi)在线(xian)监(jian)测(ce)系统(tong)性(xing)能，在(zai)试(shi)验(yan)运行(xing)中(zhong)，统(tong)计进(jin)、出(chu)口处的SO₂浓度(du)、O₂浓(nong)度、烟尘(chen)浓(nong)度(du)、烟(yan)道流量(liang)、湿(shi)度(du)、静(jing)压以及温(wen)度等数据(ju)，其(qi)实(shi)测数(shu)据对(dui)比(bi)情(qing)况(kuang)如(ru)表1所(suo)示(shi)。

表1 电(dian)厂(chang)烟(yan)气脱(tuo)硫实测(ce)数据对比(bi)

由表1分(fen)析可知，采用(yong)现设计方(fang)案后(hou)，系(xi)统(tong)各(ge)监测量的精确(que)度更高，可(ke)达(da)小数点(dian)后3位，同(tong)时满(man)足(zu)系统实(shi)时性(xing)要求。

4.2 运(yun)行(xing)与(yu)维护

在(zai)设(she)计并(bing)实现(xian)的(de)电(dian)厂烟(yan)气(qi)脱(tuo)硫在(zai)线(xian)监(jian)测(ce)系(xi)统(tong)运(yun)行(xing)时，不(bu)间(jian)断地监(jian)测烟(yan)气处(chu)理量、原(yuan)烟气(qi)中(zhong)SO₂浓度、脱硫(liu)效率等，发(fa)现(xian)烟(yan)气脱硫系(xi)统(tong)运行(xing)存(cun)在(zai)如下问题(ti)：(1)脱硫(liu)剂(ji)品(pin)质(zhi)差且(qie)细(xi)度不满(man)足标(biao)准(zhun)；(2)吸(xi)收(shou)塔(ta)浆(jiang)液pH控(kong)制(zhi)精度差(cha)；(3)吸(xi)收塔浆液密度(du)控制(zhi)精(jing)度差(cha)；(4)脱硫(liu)剂(ji)旋(xuan)流(liu)器(qi)的压(ya)力控(kong)制(zhi)不合(he)理(li)。针对系统(tong)运行过(guo)程(cheng)中发(fa)现的(de)上(shang)述(shu)问(wen)题，进行(xing)系统维(wei)护(hu)，采取(qu)的主要方法是(shi)：根据该电(dian)厂(chang)烟气(qi)脱硫(liu)系(xi)统(tong)实时(shi)运行(xing)情(qing)况(kuang)，将脱硫(liu)剂颗(ke)粒度(du)控制(zhi)在62 um左(zuo)右，通过率(lv)达(da)92%，脱硫(liu)剂纯(chun)度由(you)原来(lai)的(de)75.82%提高(gao)至(zhi)86.53%；吸(xi)收(shou)塔(ta)浆(jiang)液pH浓(nong)度(du)由(you)原(yuan)来的(de)5.2～5.8调整为(wei)4.8～5.0；调(diao)整(zheng)吸(xi)收(shou)塔浆液(ye)密(mi)度(du)计算(suan)公式(shi)，增加(jia)软(ruan)件滤(lv)波(bo)处(chu)理(li)环节(jie)，同时修(xiu)正烟(yan)气速度场(chang)习俗(su)以(yi)及GGH烟(yan)气(qi)换(huan)热(re)器漏风(feng)率，保(bao)证烟气(qi)脱硫(liu)效率(lv)。

基(ji)于ARM控制器(qi)完成了电(dian)厂(chang)原烟气(qi)脱(tuo)硫(liu)在线(xian)监测系统(tong)的优(you)化(hua)并成功试(shi)运行(xing)，并(bing)将(jiang)采集传感器(qi)数据(ju)的(de)精(jing)度(du)提(ti)高(gao)至(zhi)小(xiao)数点(dian)后(hou)3位(wei)；采(cai)用(yong)TCP/IP通信(xin)保证(zheng)了(le)数(shu)据(ju)传送(song)的实时(shi)性；基(ji)于LCD触(chu)摸(mo)屏(ping)设(she)计(ji)了(le)在线监测系统(tong)多(duo)界面(mian)显示，完(wan)善了数据(ju)、参数、故障信息(xi)的显示，使(shi)得(de)通过(guo)该(gai)CEMS可准(zhun)确、及时地掌握电(dian)厂烟(yan)气(qi)脱(tuo)硫(liu)系(xi)统的(de)运(yun)行(xing)状(zhuang)态，保证了该系统安全、高(gao)效(xiao)、有(you)序(xu)运(yun)行(xing)。