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摘要：煙氣排放在線監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）作為一種監(jiān)控裝置，可以實時在線連續(xù)監(jiān)測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)測尾氣排放提供了很好的解決方案，并且用來作為環(huán)保部門的眼睛實現(xiàn)對企業(yè)污染排放的監(jiān)控。本文介紹了藍普鋒PLC應用于煙氣CEMS系統(tǒng)在垃圾發(fā)電廠中的選型和應用，對PLC在監(jiān)控煙氣CEMS系統(tǒng)的組成原理、功能作用等進行說明。

關鍵詞：煙氣監(jiān)測；垃圾焚燒；CEMS；環(huán)保；藍普鋒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)展的負擔。隨著人們對垃圾的再利用意識提高和垃圾回收技術日趨成熟，對垃圾進行處理和回收利用，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。垃圾通過焚燒法處理后，減量化效果顯著，同時可以回收垃圾焚燒產(chǎn)生的熱能。但是，垃圾焚燒時會產(chǎn)生有機類污染物，這些污染物會再次排入環(huán)境中。因此，對于垃圾焚過程，需增加煙氣處理設施和煙氣排放在線監(jiān)測系統(tǒng)（又稱CEMS）。

煙氣排放在線監(jiān)測系統(tǒng)對大氣污染源排放的氣態(tài)污染物和顆粒物進行濃度和排放總量連續(xù)監(jiān)測，并將信息實時傳輸?shù)江h(huán)保主管部門的裝置，可以隨時調用日報、周報、月報、年報，達到實時監(jiān)測的目的。煙氣數(shù)據(jù)采集準確、精度高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，并可聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，是監(jiān)測系統(tǒng)的基本要求。

2　系統(tǒng)簡介

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垃圾進行處理，并通過汽輪機回收垃圾產(chǎn)生的熱能進行發(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重，中國環(huán)保局發(fā)布的GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》和HJ/T75—2007《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術規(guī)范》，詳細規(guī)定了煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的主要技術指標及質量驗收要求^[1]。

因此，垃圾燃燒后需要單獨設置煙氣凈化系統(tǒng)，并安裝煙氣排放在線監(jiān)測系統(tǒng)。煙氣在線監(jiān)測指標應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，并將信息實時傳輸?shù)江h(huán)保局監(jiān)控系統(tǒng)，由環(huán)保局直接監(jiān)測企業(yè)大氣污染排放物是否存在超標違紀行為。

該項目采用基于藍普鋒PLC的多組份煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(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)測系統(tǒng)。采用高溫紅外技術，擁有成熟的樣氣采集系統(tǒng)、氣體預處理裝置，可同時測量達10個氣體參數(shù)：最多8個紅外敏感氣體（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、運行時間長、維修頻率低等優(yōu)點，尤其適用于低濃度、高濕度、樣品氣溶于水的場合，如：垃圾焚燒廠廢氣 SO2、HCL的濃度監(jiān)測，工業(yè)鍋爐脫硝系統(tǒng)NH 3的氣體濃度監(jiān)測等場合^[2]。

3　系統(tǒng)應用

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

圖1 系統(tǒng)工藝圖

在線監(jiān)測系統(tǒng)具體工作過程：

（1）PLC與分析儀進行RS232通訊，通訊協(xié)議為標準Modbus RTU，通過對分析儀進行參數(shù)設定和按工作流程進行通訊，實時讀取氣體組分參數(shù)，并對分析儀工作狀態(tài)、參數(shù)等進行讀取和設定。

（2）PLC通過模擬量和開關量通道，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，進行智能判斷，控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

在線分析儀對樣品的溫度、壓力、含水量以及顆粒物（粉塵）等條件要求非常嚴格，PLC必須準確采集煙道中煙氣參數(shù)，控制系統(tǒng)測量、標定等狀態(tài)切換。為了防止取樣管線堵塞，PLC控制系統(tǒng)能夠自動進行反吹；同時為了便于維護和標定分析儀，PLC控制系統(tǒng)能夠自動進行分析儀標定。

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

（4）PLC通過串口或以太網(wǎng)口連接上位機系統(tǒng)，可以通過工控機實時監(jiān)測系統(tǒng)工作狀態(tài)和煙氣參數(shù)，并可以對在線分析儀進行標定，對采樣管道進行吹掃等。

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

4　系統(tǒng)結構圖

圖2 系統(tǒng)結構圖

5　系統(tǒng)特點

（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。藍普鋒RPC2000系列PLC可以在供電不穩(wěn)定情況下長時間正常穩(wěn)定運行，保證了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)實時監(jiān)測。

（2）強抗干擾能力

煙氣管道（煙囪）屬于高層設備，高頻信號輻射較大，對探頭信號采集會存在干擾，控制系統(tǒng)除增加防雷和隔離措施外，PLC要具備較強抗干擾能力。藍普鋒PLC抗干擾能力強，可以在多種現(xiàn)場長時間穩(wěn)定可靠運行。

（3）通訊接口豐富

各種現(xiàn)場通訊需求不同，通訊需求多，需要PLC可以擴展多種不同類型通訊接口。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)設置、工作狀態(tài)設置等通訊交互；通過擴展模塊RPC2401實現(xiàn)DP從站通訊，通過RPC2400可編程網(wǎng)關擴展3路串口和1路以太網(wǎng)口，實現(xiàn)上位機、DCS、數(shù)采儀等通訊。

（4）模擬量信號采集能力強

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　結語

基于藍普鋒PLC的垃圾焚燒煙氣排放在線監(jiān)測系統(tǒng)，廣泛應用于垃圾發(fā)電廠、熱電廠、化工制藥等垃圾處理廠，在現(xiàn)場長時間穩(wěn)定可靠運行，分析數(shù)據(jù)可靠，系統(tǒng)維護工作量小。為用戶使用和廠區(qū)運行提供了指導和幫助，同時實現(xiàn)環(huán)境保護和節(jié)能減排。

參考文獻：

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

[2] 王強. 煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng) (CEMS) 監(jiān)測技術及應用[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2015.

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

作者簡介：

竇輝（1970-），男，河北人，電氣工程師，現(xiàn)任北京藍普鋒科技有限公司PLC應用研究員，研究方向為PLC行業(yè)應用。

何軍濤（1990-），男，河南人，現(xiàn)任北京藍普鋒科技有限公司嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)技術研究員，研究方向為自動化及物聯(lián)網(wǎng)技術。

精彩觀點

北京藍普鋒科技有限公司市場營銷負責人王貴超

自動化博覽：您認為自動化在環(huán)保領域具有怎樣的作用？

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，自動化技術不僅可以在傳統(tǒng)環(huán)保領域實現(xiàn)設備自動化、系統(tǒng)智能化等，還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡在線傳輸、大數(shù)據(jù)分析和人工智能等應用，實現(xiàn)自動化應用和環(huán)保行業(yè)工藝融合發(fā)展是必然趨勢。

環(huán)保產(chǎn)業(yè)涉及范圍廣，各細分領域工藝和設備類型眾多，均需要通過自然科學來處理遇到的難題難點。自動化技術是多學科知識的綜合體現(xiàn)，幫助環(huán)保行業(yè)解決遇到的檢測、采集和控制等環(huán)節(jié)技術難題，是環(huán)保行業(yè)發(fā)展的助推動力。

同時，自動化技術的應用將有效提升環(huán)保領域治理的效率、質量和成本控制，最終實現(xiàn)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的社會價值和經(jīng)濟價值。

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

王貴超：北京藍普鋒科技有限公司專注PLC研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，經(jīng)過多年深入研究和市場培養(yǎng)，環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的部分細分市場已經(jīng)成為藍普鋒PLC產(chǎn)品的優(yōu)勢應用領域。

伴隨環(huán)保產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，自動化系統(tǒng)平臺建設得到廣泛應用，藍普鋒對水處理、垃圾焚燒等工藝有深厚的理解和認識，提供的廠級綜合自動化系統(tǒng)已在多個省份運營。

“廢水、廢氣、廢固”的環(huán)境治理是當前環(huán)保狠抓落實的重點環(huán)節(jié)，藍普鋒公司提供以PLC為控制核心的自動化設備和方案。單個控制器CPU支持擴展160路模擬量，滿足大、小信號源各類模擬量信號接入，產(chǎn)品運行穩(wěn)定，應用領域包括：污水處理、廢氣處理、垃圾焚埋、除塵等設備和自動化系統(tǒng)。

通過在線監(jiān)測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)測量，是環(huán)保部門對煙氣監(jiān)測和水質監(jiān)測排放是否合格的重要參考，以藍普鋒RPC2000系列PLC為控制方案的在線監(jiān)測系統(tǒng)，采集準確、精度高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，并可聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，使得監(jiān)測系統(tǒng)在現(xiàn)場長期穩(wěn)定運行。

就PLC產(chǎn)品來說，中國地域廣闊，環(huán)境治理對產(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等設備需要治理的對象，控制器產(chǎn)品必須穩(wěn)定可靠運行；另一方面，這些污染源又對擺放在現(xiàn)場的PLC產(chǎn)品進行腐蝕和損壞，對產(chǎn)品的品質、穩(wěn)定性和環(huán)境適用能力提出了挑戰(zhàn)，尤其對環(huán)境適用能力是嚴重的考驗，一旦出現(xiàn)產(chǎn)品質量問題進行二次更換、維護，工作艱苦且成本開支巨大。藍普鋒作為國內(nèi)本土PLC廠商，根植中國大地，對用戶現(xiàn)場產(chǎn)品適用性、抗干擾能力進行了深度分析，以客戶需求為核心，從產(chǎn)品設計、產(chǎn)品防護等源頭解決問題，為用戶打造高可靠性的解決方案。

自動化博覽：環(huán)保對于自動化技術尚處于藍海市場，藍普鋒將如何把握機會？您認為未來的競爭點是什么？

王貴超：環(huán)保行業(yè)涉及應用領域眾多，非常適用PLC產(chǎn)品，這為藍普鋒提供了廣闊的市場空間。隨著人民環(huán)保意識的提高及國家支持力度的增強，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)也將會升級，進一步細分創(chuàng)造出新的市場機會。藍普鋒會延續(xù)自身的優(yōu)勢，面對環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級，了解需求、工藝和環(huán)境要求，幫助客戶解決新的技術難點，與合作伙伴進一步挖掘新的應用機會，實現(xiàn)新機會的介入和掌控。

未來的競爭點肯定是建立在企業(yè)核心能力之上，藍普鋒會堅定不移做好PLC產(chǎn)品業(yè)務，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)品并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。藍普鋒會延續(xù)和強化現(xiàn)有應用領域的優(yōu)勢，對產(chǎn)品存在優(yōu)勢的應用領域進一步加大推廣力度，讓更多用戶感受藍普鋒PLC產(chǎn)品的性能，這同時也能讓用戶從多維度去了解國產(chǎn)PLC發(fā)展的程度。

摘自《自動化博覽》2019年8月刊