摘要：煙氣排放在線(xiàn)監測系統（CEMS）作為一種監控裝置，可以實(shí)時(shí)在線(xiàn)連續監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)監測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)現對企業(yè)污染排放的監控。本文介紹了藍普鋒PLC應用于煙氣CEMS系統在垃圾發(fā)電廠(chǎng)中的選型和應用，對PLC在監控煙氣CEMS系統的組成原理、功能作用等進(jìn)行說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：煙氣監測；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(zhù)人們對垃圾的再利用意識提高和垃圾回收技術(shù)日趨成熟，對垃圾進(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(zhù)，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)生有機類(lèi)污染物，這些污染物會(huì )再次排入環(huán)境中。因此，對于垃圾焚過(guò)程，需增加煙氣處理設施和煙氣排放在線(xiàn)監測系統（又稱(chēng)CEMS）。

煙氣排放在線(xiàn)監測系統對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監測，并將信息實(shí)時(shí)傳輸到環(huán)保主管部門(mén)的裝置，可以隨時(shí)調用日報、周報、月報、年報，達到實(shí)時(shí)監測的目的。煙氣數據采集準確、精度高，系統運行穩定、可靠，并可聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數據傳輸，是監測系統的基本要求。

2　系統簡(jiǎn)介

溫州某垃圾焚燒電廠(chǎng)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(jìn)行處理，并通過(guò)汽輪機回收垃圾產(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重，中國環(huán)保局發(fā)布的GB13223—2011《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標準》和HJ/T75—2007《固定污染源煙氣排放連續監測技術(shù)規范》，詳細規定了煙氣排放連續監測系統的主要技術(shù)指標及質(zhì)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，并安裝煙氣排放在線(xiàn)監測系統。煙氣在線(xiàn)監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(shí)時(shí)傳輸到環(huán)保局監控系統，由環(huán)保局直接監測企業(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的多組份煙氣連續監測系統，是一套集高溫采樣、高溫分析于一體的抽57取式連續監測系統。采用高溫紅外技術(shù)，擁有成熟的樣氣采集系統、氣體預處理裝置，可同時(shí)測量達10個(gè)氣體參數：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）。本系統具有可靠性高、運行時(shí)間長(cháng)、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(chǎng)廢氣 SO2、HCL的濃度監測，工業(yè)鍋爐脫硝系統NH 3的氣體濃度監測等場(chǎng)合^[2]。

3　系統應用

基于藍普鋒PLC的監測系統對焚燒后排放的氣體進(jìn)行取樣，并由PLC和加熱管線(xiàn)對取樣氣體進(jìn)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。通過(guò)PLC對系統進(jìn)行數據采集和狀態(tài)切換控制等，并上傳數據至環(huán)保部門(mén)和廠(chǎng)區主控系統。

圖1 系統工藝圖

在線(xiàn)監測系統具體工作過(guò)程：

（1）PLC與分析儀進(jìn)行RS232通訊，通訊協(xié)議為標準Modbus RTU，通過(guò)對分析儀進(jìn)行參數設定和按工作流程進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)讀取氣體組分參數，并對分析儀工作狀態(tài)、參數等進(jìn)行讀取和設定。

（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(xiàn)探頭故障狀態(tài)、吹掃閥狀態(tài)等，進(jìn)行智能判斷，控制系統的工作狀態(tài)。

在線(xiàn)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，控制系統測量、標定等狀態(tài)切換。為了防止取樣管線(xiàn)堵塞，PLC控制系統能夠自動(dòng)進(jìn)行反吹；同時(shí)為了便于維護和標定分析儀，PLC控制系統能夠自動(dòng)進(jìn)行分析儀標定。

（3）PLC通過(guò)模擬量輸出4~20mA信號與廠(chǎng)區主控DCS系統進(jìn)行組分數據上傳；部分廠(chǎng)區通過(guò)PROFIBUS-DP通訊、RS485（Modbus RTU協(xié)議）通訊與主控進(jìn)行數據上傳 [3] 。

（4）PLC通過(guò)串口或以太網(wǎng)口連接上位機系統，可以通過(guò)工控機實(shí)時(shí)監測系統工作狀態(tài)和煙氣參數，并可以對在線(xiàn)分析儀進(jìn)行標定，對采樣管道進(jìn)行吹掃等。

（5）PLC通過(guò)串口RS485（Modbus RTU協(xié)議），連接第三方廠(chǎng)家數采儀；數采儀通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式，與環(huán)保部門(mén)數據服務(wù)器進(jìn)行通訊，上傳系統工作狀態(tài)和排放氣體參數。

4　系統結構圖

圖2 系統結構圖

5　系統特點(diǎn)

（1）PLC性能穩定

使用自發(fā)自用電（例如電廠(chǎng)），存在供電不穩定情況。藍普鋒RPC2000系列PLC可以在供電不穩定情況下長(cháng)時(shí)間正常穩定運行，保證了系統運行穩定性和數據實(shí)時(shí)監測。

（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(huì )存在干擾，控制系統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，可以在多種現場(chǎng)長(cháng)時(shí)間穩定可靠運行。

（3）通訊接口豐富

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

（4）模擬量信號采集能力強

系統模擬量需求多，且要求穩定可靠，PLC可以帶載多路模擬量。

6　結語(yǔ)

基于藍普鋒PLC的垃圾焚燒煙氣排放在線(xiàn)監測系統，廣泛應用于垃圾發(fā)電廠(chǎng)、熱電廠(chǎng)、化工制藥等垃圾處理廠(chǎng)，在現場(chǎng)長(cháng)時(shí)間穩定可靠運行，分析數據可靠，系統維護工作量小。為用戶(hù)使用和廠(chǎng)區運行提供了指導和幫助，同時(shí)實(shí)現環(huán)境保護和節能減排。

參考文獻：

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

[2] 王強. 煙氣排放連續監測系統 (CEMS) 監測技術(shù)及應用[M]. 北京: 化學(xué)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(jiǎn)介：

竇輝（1970-），男，河北人，電氣工程師，現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，現任北京藍普鋒科技有限公司嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究員，研究方向為自動(dòng)化及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

精彩觀(guān)點(diǎn)

北京藍普鋒科技有限公司市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)負責人王貴超

自動(dòng)化博覽：您認為自動(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)不僅可以在傳統環(huán)保領(lǐng)域實(shí)現設備自動(dòng)化、系統智能化等，還可以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )在線(xiàn)傳輸、大數據分析和人工智能等應用，實(shí)現自動(dòng)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(lǐng)域工藝和設備類(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)科知識的綜合體現，幫助環(huán)保行業(yè)解決遇到的檢測、采集和控制等環(huán)節技術(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)現環(huán)保產(chǎn)業(yè)的社會(huì )價(jià)值和經(jīng)濟價(jià)值。

自動(dòng)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(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，環(huán)保產(chǎn)業(yè)中的部分細分市場(chǎng)已經(jīng)成為藍普鋒PLC產(chǎn)品的優(yōu)勢應用領(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(chǎng)級綜合自動(dòng)化系統已在多個(gè)省份運營(yíng)。

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

通過(guò)在線(xiàn)監測系統進(jìn)行數據測量，是環(huán)保部門(mén)對煙氣監測和水質(zhì)監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(xiàn)監測系統，采集準確、精度高，系統運行穩定、可靠，并可聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數據傳輸，使得監測系統在現場(chǎng)長(cháng)期穩定運行。

就PLC產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，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)品必須穩定可靠運行；另一方面，這些污染源又對擺放在現場(chǎng)的PLC產(chǎn)品進(jìn)行腐蝕和損壞，對產(chǎn)品的品質(zhì)、穩定性和環(huán)境適用能力提出了挑戰，尤其對環(huán)境適用能力是嚴重的考驗，一旦出現產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行二次更換、維護，工作艱苦且成本開(kāi)支巨大。藍普鋒作為國內本土PLC廠(chǎng)商，根植中國大地，對用戶(hù)現場(chǎng)產(chǎn)品適用性、抗干擾能力進(jìn)行了深度分析，以客戶(hù)需求為核心，從產(chǎn)品設計、產(chǎn)品防護等源頭解決問(wèn)題，為用戶(hù)打造高可靠性的解決方案。

自動(dòng)化博覽：環(huán)保對于自動(dòng)化技術(shù)尚處于藍海市場(chǎng)，藍普鋒將如何把握機會(huì )？您認為未來(lái)的競爭點(diǎn)是什么？

王貴超：環(huán)保行業(yè)涉及應用領(lǐng)域眾多，非常適用PLC產(chǎn)品，這為藍普鋒提供了廣闊的市場(chǎng)空間。隨著(zhù)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(huì )升級，進(jìn)一步細分創(chuàng )造出新的市場(chǎng)機會(huì )。藍普鋒會(huì )延續自身的優(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(hù)解決新的技術(shù)難點(diǎn)，與合作伙伴進(jìn)一步挖掘新的應用機會(huì )，實(shí)現新機會(huì )的介入和掌控。

未來(lái)的競爭點(diǎn)肯定是建立在企業(yè)核心能力之上，藍普鋒會(huì )堅定不移做好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)現產(chǎn)業(yè)化。藍普鋒會(huì )延續和強化現有應用領(lǐng)域的優(yōu)勢，對產(chǎn)品存在優(yōu)勢的應用領(lǐng)域進(jìn)一步加大推廣力度，讓更多用戶(hù)感受藍普鋒PLC產(chǎn)品的性能，這同時(shí)也能讓用戶(hù)從多維度去了解國產(chǎn)PLC發(fā)展的程度。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年8月刊