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摘要：煙氣排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）作為一種監(jiān)控裝置，可以實(shí)時(shí)在線連續(xù)監(jiān)測(cè)煙氣排放中的煙塵濃度、氣態(tài)污染物的濃度和煙氣排放總量，為企業(yè)監(jiān)測(cè)尾氣排放提供了很好的解決方案，并且用來(lái)作為環(huán)保部門(mén)的眼睛實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)污染排放的監(jiān)控。本文介紹了藍(lán)普鋒PLC應(yīng)用于煙氣CEMS系統(tǒng)在垃圾發(fā)電廠中的選型和應(yīng)用，對(duì)PLC在監(jiān)控?zé)煔釩EMS系統(tǒng)的組成原理、功能作用等進(jìn)行說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：煙氣監(jiān)測(cè)；垃圾焚燒；CEMS；環(huán)保；藍(lán)普鋒PLC

1　行業(yè)背景

垃圾作為城市生活、工業(yè)生產(chǎn)的代謝產(chǎn)物，是城市發(fā)展的負(fù)擔(dān)。隨著人們對(duì)垃圾的再利用意識(shí)提高和垃圾回收技術(shù)日趨成熟，對(duì)垃圾進(jìn)行處理和回收利用，成為處理垃圾的重要手段。

垃圾焚燒是一種傳統(tǒng)的處理垃圾的方法。垃圾通過(guò)焚燒法處理后，減量化效果顯著，同時(shí)可以回收垃圾焚燒產(chǎn)生的熱能。但是，垃圾焚燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生有機(jī)類(lèi)污染物，這些污染物會(huì)再次排入環(huán)境中。因此，對(duì)于垃圾焚過(guò)程，需增加煙氣處理設(shè)施和煙氣排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（又稱(chēng)CEMS）。

煙氣排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)大氣污染源排放的氣態(tài)污染物和顆粒物進(jìn)行濃度和排放總量連續(xù)監(jiān)測(cè)，并將信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)江h(huán)保主管部門(mén)的裝置，可以隨時(shí)調(diào)用日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、年報(bào)，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。煙氣數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、精度高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，并可聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本要求。

2　系統(tǒng)簡(jiǎn)介

溫州某垃圾焚燒電廠垃圾處理量為生活垃圾500噸/日、餐廚垃圾和污泥50噸/日，采用鍋爐燃燒方式對(duì)垃圾進(jìn)行處理，并通過(guò)汽輪機(jī)回收垃圾產(chǎn)生的熱能進(jìn)行發(fā)電。鍋爐煙氣排放出的顆粒物及SO2、NO x等造成空氣污染危害十分嚴(yán)重，中國(guó)環(huán)保局發(fā)布的GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和HJ/T75—2007《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》，詳細(xì)規(guī)定了煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)及質(zhì)量驗(yàn)收要求^[1]。

因此，垃圾燃燒后需要單獨(dú)設(shè)置煙氣凈化系統(tǒng)，并安裝煙氣排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。煙氣在線監(jiān)測(cè)指標(biāo)應(yīng)至少包括煙氣中一氧化碳、顆粒物、二氧化硫、氮氧化物和氯化氫，并將信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)江h(huán)保局監(jiān)控系統(tǒng)，由環(huán)保局直接監(jiān)測(cè)企業(yè)大氣污染排放物是否存在超標(biāo)違紀(jì)行為。

該項(xiàng)目采用基于藍(lán)普鋒PLC的多組份煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是一套集高溫采樣、高溫分析于一體的抽57取式連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用高溫紅外技術(shù)，擁有成熟的樣氣采集系統(tǒng)、氣體預(yù)處理裝置，可同時(shí)測(cè)量達(dá)10個(gè)氣體參數(shù)：最多8個(gè)紅外敏感氣體（比如CO、NO、NO 2、SO2、HCL、NH 3、H2O、CO 2）和O2，以及TOC（可選）。本系統(tǒng)具有可靠性高、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、維修頻率低等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于低濃度、高濕度、樣品氣溶于水的場(chǎng)合，如：垃圾焚燒廠廢氣 SO2、HCL的濃度監(jiān)測(cè)，工業(yè)鍋爐脫硝系統(tǒng)NH 3的氣體濃度監(jiān)測(cè)等場(chǎng)合^[2]。

3　系統(tǒng)應(yīng)用

基于藍(lán)普鋒PLC的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)焚燒后排放的氣體進(jìn)行取樣，并由PLC和加熱管線對(duì)取樣氣體進(jìn)行恒溫加熱（180℃左右），經(jīng)采樣探頭和德國(guó)Fodisch公司的多組份氣體分析儀計(jì)算分析氣體組分參數(shù)。通過(guò)PLC對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)切換控制等，并上傳數(shù)據(jù)至環(huán)保部門(mén)和廠區(qū)主控系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)工藝圖

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具體工作過(guò)程：

（1）PLC與分析儀進(jìn)行RS232通訊，通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)Modbus RTU，通過(guò)對(duì)分析儀進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和按工作流程進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)讀取氣體組分參數(shù)，并對(duì)分析儀工作狀態(tài)、參數(shù)等進(jìn)行讀取和設(shè)定。

（2）PLC通過(guò)模擬量和開(kāi)關(guān)量通道，采集煙氣的溫度、壓力、流速、顆粒物含量，并采集管線探頭故障狀態(tài)、吹掃閥狀態(tài)等，進(jìn)行智能判斷，控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

在線分析儀對(duì)樣品的溫度、壓力、含水量以及顆粒物（粉塵）等條件要求非常嚴(yán)格，PLC必須準(zhǔn)確采集煙道中煙氣參數(shù)，控制系統(tǒng)測(cè)量、標(biāo)定等狀態(tài)切換。為了防止取樣管線堵塞，PLC控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)進(jìn)行反吹；同時(shí)為了便于維護(hù)和標(biāo)定分析儀，PLC控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)進(jìn)行分析儀標(biāo)定。

（3）PLC通過(guò)模擬量輸出4~20mA信號(hào)與廠區(qū)主控DCS系統(tǒng)進(jìn)行組分?jǐn)?shù)據(jù)上傳；部分廠區(qū)通過(guò)PROFIBUS-DP通訊、RS485（Modbus RTU協(xié)議）通訊與主控進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳 [3] 。

（4）PLC通過(guò)串口或以太網(wǎng)口連接上位機(jī)系統(tǒng)，可以通過(guò)工控機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作狀態(tài)和煙氣參數(shù)，并可以對(duì)在線分析儀進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)采樣管道進(jìn)行吹掃等。

（5）PLC通過(guò)串口RS485（Modbus RTU協(xié)議），連接第三方廠家數(shù)采儀；數(shù)采儀通過(guò)無(wú)線方式，與環(huán)保部門(mén)數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行通訊，上傳系統(tǒng)工作狀態(tài)和排放氣體參數(shù)。

4　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5　系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）PLC性能穩(wěn)定

使用自發(fā)自用電（例如電廠），存在供電不穩(wěn)定情況。藍(lán)普鋒RPC2000系列PLC可以在供電不穩(wěn)定情況下長(zhǎng)時(shí)間正常穩(wěn)定運(yùn)行，保證了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（2）強(qiáng)抗干擾能力

煙氣管道（煙囪）屬于高層設(shè)備，高頻信號(hào)輻射較大，對(duì)探頭信號(hào)采集會(huì)存在干擾，控制系統(tǒng)除增加防雷和隔離措施外，PLC要具備較強(qiáng)抗干擾能力。藍(lán)普鋒PLC抗干擾能力強(qiáng)，可以在多種現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

（3）通訊接口豐富

各種現(xiàn)場(chǎng)通訊需求不同，通訊需求多，需要PLC可以擴(kuò)展多種不同類(lèi)型通訊接口。RPC2107A（CPU模塊）本體自帶1路RS232和1路RS485，完成與分析儀數(shù)據(jù)采集、參數(shù)設(shè)置、工作狀態(tài)設(shè)置等通訊交互；通過(guò)擴(kuò)展模塊RPC2401實(shí)現(xiàn)DP從站通訊，通過(guò)RPC2400可編程網(wǎng)關(guān)擴(kuò)展3路串口和1路以太網(wǎng)口，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)、DCS、數(shù)采儀等通訊。

（4）模擬量信號(hào)采集能力強(qiáng)

系統(tǒng)模擬量需求多，且要求穩(wěn)定可靠，PLC可以帶載多路模擬量。

6　結(jié)語(yǔ)

基于藍(lán)普鋒PLC的垃圾焚燒煙氣排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于垃圾發(fā)電廠、熱電廠、化工制藥等垃圾處理廠，在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定可靠運(yùn)行，分析數(shù)據(jù)可靠，系統(tǒng)維護(hù)工作量小。為用戶使用和廠區(qū)運(yùn)行提供了指導(dǎo)和幫助，同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排。

參考文獻(xiàn)：

[1] 毛彩芳. CEMS系統(tǒng)在鍋爐煙氣系統(tǒng)中應(yīng)用[J]. 石油化工自動(dòng)化，2012.

[2] 王強(qiáng). 煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) (CEMS) 監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2015.

[3] 北京藍(lán)普鋒科技有限公司. RPC2000系列PLC可編程控制器使用手冊(cè)[Z]. 2018.

作者簡(jiǎn)介：

竇輝（1970-），男，河北人，電氣工程師，現(xiàn)任北京藍(lán)普鋒科技有限公司PLC應(yīng)用研究員，研究方向?yàn)镻LC行業(yè)應(yīng)用。

何軍濤（1990-），男，河南人，現(xiàn)任北京藍(lán)普鋒科技有限公司嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究員，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

精彩觀點(diǎn)

北京藍(lán)普鋒科技有限公司市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)負(fù)責(zé)人王貴超

自動(dòng)化博覽：您認(rèn)為自動(dòng)化在環(huán)保領(lǐng)域具有怎樣的作用？

王貴超：在工業(yè)化和信息化深度融合，以及大力發(fā)展智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的背景下，自動(dòng)化技術(shù)不僅可以在傳統(tǒng)環(huán)保領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化、系統(tǒng)智能化等，還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在線傳輸、大數(shù)據(jù)分析和人工智能等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化應(yīng)用和環(huán)保行業(yè)工藝融合發(fā)展是必然趨勢(shì)。

環(huán)保產(chǎn)業(yè)涉及范圍廣，各細(xì)分領(lǐng)域工藝和設(shè)備類(lèi)型眾多，均需要通過(guò)自然科學(xué)來(lái)處理遇到的難題難點(diǎn)。自動(dòng)化技術(shù)是多學(xué)科知識(shí)的綜合體現(xiàn)，幫助環(huán)保行業(yè)解決遇到的檢測(cè)、采集和控制等環(huán)節(jié)技術(shù)難題，是環(huán)保行業(yè)發(fā)展的助推動(dòng)力。

同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用將有效提升環(huán)保領(lǐng)域治理的效率、質(zhì)量和成本控制，最終實(shí)現(xiàn)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

自動(dòng)化博覽：目前藍(lán)普鋒的產(chǎn)品正在如何助力環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展？

王貴超：北京藍(lán)普鋒科技有限公司專(zhuān)注PLC研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，經(jīng)過(guò)多年深入研究和市場(chǎng)培養(yǎng)，環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的部分細(xì)分市場(chǎng)已經(jīng)成為藍(lán)普鋒PLC產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用領(lǐng)域。

伴隨環(huán)保產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)得到廣泛應(yīng)用，藍(lán)普鋒對(duì)水處理、垃圾焚燒等工藝有深厚的理解和認(rèn)識(shí)，提供的廠級(jí)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已在多個(gè)省份運(yùn)營(yíng)。

“廢水、廢氣、廢固”的環(huán)境治理是當(dāng)前環(huán)保狠抓落實(shí)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，藍(lán)普鋒公司提供以PLC為控制核心的自動(dòng)化設(shè)備和方案。單個(gè)控制器CPU支持?jǐn)U展160路模擬量，滿足大、小信號(hào)源各類(lèi)模擬量信號(hào)接入，產(chǎn)品運(yùn)行穩(wěn)定，應(yīng)用領(lǐng)域包括：污水處理、廢氣處理、垃圾焚埋、除塵等設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)。

通過(guò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，是環(huán)保部門(mén)對(duì)煙氣監(jiān)測(cè)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)排放是否合格的重要參考，以藍(lán)普鋒RPC2000系列PLC為控制方案的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采集準(zhǔn)確、精度高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，并可聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

就PLC產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，中國(guó)地域廣闊，環(huán)境治理對(duì)產(chǎn)品的適用性、可靠性提出了要求。需要治理的環(huán)境往往是環(huán)境差、人工工作艱苦的區(qū)域。一方面溫度、濕度、金屬污染、粉塵都是PLC等設(shè)備需要治理的對(duì)象，控制器產(chǎn)品必須穩(wěn)定可靠運(yùn)行；另一方面，這些污染源又對(duì)擺放在現(xiàn)場(chǎng)的PLC產(chǎn)品進(jìn)行腐蝕和損壞，對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)、穩(wěn)定性和環(huán)境適用能力提出了挑戰(zhàn)，尤其對(duì)環(huán)境適用能力是嚴(yán)重的考驗(yàn)，一旦出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行二次更換、維護(hù)，工作艱苦且成本開(kāi)支巨大。藍(lán)普鋒作為國(guó)內(nèi)本土PLC廠商，根植中國(guó)大地，對(duì)用戶現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品適用性、抗干擾能力進(jìn)行了深度分析，以客戶需求為核心，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品防護(hù)等源頭解決問(wèn)題，為用戶打造高可靠性的解決方案。

自動(dòng)化博覽：環(huán)保對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)尚處于藍(lán)海市場(chǎng)，藍(lán)普鋒將如何把握機(jī)會(huì)？您認(rèn)為未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)是什么？

王貴超：環(huán)保行業(yè)涉及應(yīng)用領(lǐng)域眾多，非常適用PLC產(chǎn)品，這為藍(lán)普鋒提供了廣闊的市場(chǎng)空間。隨著人民環(huán)保意識(shí)的提高及國(guó)家支持力度的增強(qiáng)，廣義的環(huán)保行業(yè)范圍在加大，狹義的環(huán)保治理產(chǎn)業(yè)也將會(huì)升級(jí)，進(jìn)一步細(xì)分創(chuàng)造出新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。藍(lán)普鋒會(huì)延續(xù)自身的優(yōu)勢(shì)，面對(duì)環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級(jí)，了解需求、工藝和環(huán)境要求，幫助客戶解決新的技術(shù)難點(diǎn)，與合作伙伴進(jìn)一步挖掘新的應(yīng)用機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)新機(jī)會(huì)的介入和掌控。

未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)肯定是建立在企業(yè)核心能力之上，藍(lán)普鋒會(huì)堅(jiān)定不移做好PLC產(chǎn)品業(yè)務(wù)，深入研究各行業(yè)的需求差異，研發(fā)適合各行業(yè)的PLC產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。藍(lán)普鋒會(huì)延續(xù)和強(qiáng)化現(xiàn)有應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，對(duì)產(chǎn)品存在優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步加大推廣力度，讓更多用戶感受藍(lán)普鋒PLC產(chǎn)品的性能，這同時(shí)也能讓用戶從多維度去了解國(guó)產(chǎn)PLC發(fā)展的程度。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年8月刊