时间：2023-05-29 17:45:41
关键词：CEMS烟气；在线检测
前言
随着我国节能减排力度的加大，企业环保与经营管理念的提升和可持续性发展也迫切要求企业通过加强监测、强化管理的手段来解决污染问题。我厂近年来也日益重视环境监测问题和完善监测系统，在#8机安装CEMS烟气排放在线监测系统开始进行烟尘和SO2浓度监测。
淮北发电厂与许多企业一样都无法避免有污染排放点，少则几个、多则几十个，金属粉尘和SO2是气型污染物的主要污染因子，这些污染源排放的大量粉尘和SO2烟气，不仅加剧了各种设施的腐蚀，而且对周边环境也造成了极大的危害。
烟气排放在线监测系统（CEMS）面对的困难与问题很多：高温、高粉尘、高水份、负压及腐蚀性等恶劣气体条件；应保证必要的检测准确度；应有较快的反应速度；应易操作、易检修；防尘、防溅、防腐等防护要求；应有较高的自动化程度，较少的维护工作量，因此应对气体成分、粉尘浓度、烟气流量等进行分析。
一、气体成分分析
过去主要采用传统的分析方法如化学分析法、气相色谱法，其缺点是：必须对烟气进行人工取样，在实验室进行分析，其中操作者的操作技能对分析的精度有很大影响；而且传统方法只能单一成份地逐个进行检测分析，不具备多重输入和信号处理功能；分析费时，响应速度慢，效率低，难以实时地分析工况。而目前#8机采用的是光学技术，在不影响被测气体本身状态时于烟道上进行实时的直接测量。其原理是气流通过测量探头同时吸收仪器发出的光使光强衰减，测出衰减程度即确定了SO2含量。该法具有以下特点：利用SO2对一定波长紫外光的强吸收特性消除其它成份影响；可测范围大，可达0～6000 mg/Nm3。
另一种是抽取方式――即将气体从烟道中抽取出来进行预处理后、再分析确定其含量。在线检测方法主要有热导式、红外线式和紫外线三种。不同测量方法与系统集成方式其适应性、性能价格比均不同。
热导式是基于混合气体中不同气体组份的导热系数（转变为热丝电阻值的变化）不同的原理，许多企业应用情况欠佳――冒正压时维护量较大，负压大时难以抽取样气；虽一次购置成本低但长期运行难维护、维修成本较高。此法不能用于检测低浓度（≤0.5%）SO2的场合。
紫外线式是基于被测气体组份分子对紫外光选择性的辐射吸收原理，最大特点是采用长寿命空心阴极灯做光源，稳定性较高；适宜在线测量低浓度SO2烟气，但在同等性能、功能情况下仪表价格较高。
红外线式则基于非分光红外吸收测量法的原理，分层四气室的独特设计具有理想的抗干扰能力；其测量范围宽，从0～100ppm至0～100%SO2，适应用于低浓度SO2波动范围较大的场合；其性能指标优越，重复性好，零点与量程漂移小于±1%F.S/7d。若设计匹配、有效的预处理装置（粉尘过滤、除水、除酸、压力流量调节、抽气泵、冷凝器）和电控单元等，则可实现在线检测的高稳定性、高准确性运行，尤其是ABB公司（德国Hartman & Braun）Uras14 NDIR红外分析仪在国内有着良好的应用业绩。
二、 粉尘浓度测量
目前#8机采用光透射原理――当可控光源穿过带有微小颗粒的气体时，一个高灵敏的传感器可检测出被微小颗粒吸收的光能，并将其与参比光进行比较从而确定透射值或浊度值，再进一步得出粉尘浓度值，利用传统的红外吸收原理及最新的窄带干涉滤光片技术、集气体成分测量与粉尘测量于一体，简化了测量和处理过程。
此类装置具有以下特点：以光学技术为基础，自动完成测量、控制、线性测试以及污染物检测功能，反应速度快、无采样处理过程；带有反吹装置，防止光学镜头面不受污染；具备快速切断阀可在吹扫装置失效后自动保护仪器；安装简便，发射与检测单元可通过法兰安装在烟管两侧；多种信号输出（0/2/4-20mA模拟输出、数字输出、RS232与RS485通讯接口）和显示，可满足各类测量、控制与系统集成要求。
三、 烟气流量检测装置
目前流量检测方法与装置很多，但要解决好粉尘堵塞与可能存在的腐蚀以及降温后的冷凝等问题，解决大管径、低流速、宽量程比、低静压等问题，要达到预期的准确性与可靠性，须慎重选型设计。
美国INTEK公司、KURZ公司的产品进入中国市场多年，检测SO2烟气流量也有多年成功经验，其性能稳定，数据准确可靠；维护与运行成本低，管径增大购置成本增加不多；采用插入式安装结构，拆装检修方便；信号直接由非电量变换成电量，便于信号处理；在小流量、介质的雷诺数很低的情况下有较好的测量进度。该类流量计近年来在国内外有较好的信誉和市场，但不太适宜于污染物（有粘性的）多、介质的温度变化剧烈的流体流量测量。
节流式流量计――采用满管式安装与测量，精度略高、有国际标准可循，但也有其局限性：管径越大造价越高、安装检修不便，维护工作量大；介质压力传输会带来堵塞、降温引起冷凝加剧腐蚀、结垢；使用中影响精度的因素多如工况参数变化、前后直管段不够、锐角磨损等，都会使其不确定度增大；测量范围窄、仅为3：1，压损大、能耗大运行费用高。
均速管流量计――原理上与节流式流量计同属于差压使流量计，精度较节流式流量计略低但比单点测量法略高、因其测得的是管截面上介质的平均速度，具有一定的代表性，反映了管内流速分布变化规律；造价比节流法低，但它避免不了上述节流式流量计的其它缺点，在流速较高、粉尘较多时易堵塞，而在低流速时输出差压小；其流量系数受测管大小、工艺管径比、安装等因素的影响。
涡街流量计――可采用插入式结构测量中心点的流速，不存在差压式流量计的缺陷，在粉尘干燥、流速较高情况下，发生体堵塞的可能性小，信噪比高，维护量不大。应用中应注意振动与仪表运行可靠性选择问题。涡轮流量计灵敏度高，但难以长期适应含尘环境。（注：当粉尘浓度小于100g/Nm3时，一般可不考虑粉尘浓度对流量测量示值的影响。）
弯管流量计结构简单，内无任何附加节流件、插入件和可动部件，不易堵塞、无压力损失，因此适合于大管径、低流速、低静压、多粉尘与腐蚀较强的场合，但它对90°弯头的结构尺寸有要求：圆滑、管内无毛刺；对于特大管径安装检修复杂；输出差压也较小。
在正确选型设计与安装调试的同时，为了确保准确测量，除了应定期进行维护维修工作外，必要时应设计安装定期吹扫、清洗仪表探头装置，定期处理探头上粘结的污物、信号取压口与引压口及引压管的粉尘沉积或堵塞等。
关键词：在线监测；现状；对策
中图分类号：X84 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2013）-01-0128-2
0 前言
对重点污染源实施在线监控，是建立和完善准确的减排监测体系的重要措施，也是实现污染源长期、长效管理的重要手段，将为陕西省节能减排工作提供科学、准确的技术支持。
为了准确掌握我省在线监测设施的建设运行情况，按照陕西省环保厅《关于开展重点污染源在线监控设施检查的通知》，由陕北环保督查中心、省厅监测处、省环境监察局、省环境监测站、省厅环保公司组成的检查组对我省陕北各市（区）重点工业污染源安装的在线监测设备建设、运行情况进行了专项检查，检查结果不容乐观。
1 在线监测系统简介
1.1 烟气在线监测系统
烟气监测CEMS系统[1]主要有ENDA-600ZG系列烟气监测系统、通讯设备、上软监控软件、OCS一体化控制器、监控服务器等组成。
CEMS系统主要监测锅炉烟气烟尘实测浓度（mg/m3），烟气含氧量O2（%），烟气速度（m/s），烟气温度（℃）、烟气压力（Pa），热态烟气量（m3/h），烟尘折算浓度（mg/m3），标态烟气量（m3/h），烟尘小时排放量（kg/h）。
1.2 污水在线监测系统
污水在线监测系统[2]是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术、自动检测技术、自动控制技术、计算机应用技术以及配套的软件和通讯网络组成的一个综合性在线自动监测体系，能够对污水处理的运行效果（CODcr、TN、NH3-N、TP、SS等）进行不间断监测。
整个系统分为四部分：第一部分包括水样预处理、水样采集、水质在线分析；第二部分包括PLC数据采集与处理；第三部分包括中控室计算机操作系统、网络系统、数据库系统；第四部分包括具有查询、管理等功能的应用软件。
2 陕北在线监测系统的发展现状
2.1 在线监测系统运行状况
此一行共检查了陕北41家企业共计56台在线监测设备。其中，包括了42台烟气监测设备和14套污水监测设备，具体监测结果如下如表1所示。
2.2 存在的主要问题
2.2.1 延安市在线监测系统验收率偏低 检查的26个在线监测系统仅有7个已验收，未验收数量占总检查在线监测系统数量的73.1%。
2.2.2 重点污染源在线监测系统安装率较低 本次检查国控、省控重点污染源的名录所列的30家企业中，只有14家企业安装了在线监测系统，其余16家均未安装，未安装在线监测系统的企业占检查名录企业数量的53.3%。
2.2.3 在线监测系统正常运行率偏低 在榆林市检查的34个在线监测设施中有10个设备发生故障，不能正常传输数据；12个在线监测系统经现场比对监测和调阅历史数据发现，上传数据有定值和失真现象，仅有12个在线系统运行正常，只占总检查数量的35%。
2.2.4 制度落实不严格 ①所检查烟气在线监测系统均未按规定进行有效性审核[3]，烟气在线监测系统普遍存在没有定期校准、校验，部分存在标准物质和易耗品过期现象；②技术人员培训不到位，操作不规范，记录造假，不懂不会的现象仍然存在；③仪器不正常运行时个别存在不按规定向相关部门上报，设施停运期间普遍存在未按规定手工监测及上报数据的现象；④个别在线监测系统的数采仪和分析仪联接不规范；⑤大部分企业记录台账缺失，甚至个别企业无任何记录台账；⑥个别企业档案管理比较混乱。
2.2.5 在线监测系统配套设施安装不规范 所查企业的烟气在线监测采样平台均未按规范建设Z字梯或旋梯；个别伴热管的安装不符合规范要求，存在U型、V型现象；个别企业安装的污水在线监测设施项目缺失。部分系统参数设置有随意更改（如伴热管温度）的现象。
2.2.6 在线监测系统设备运行质量差异较大 个别企业的一些型号设备故障频繁，正常运行率低，影响监测数据真实准确的上传。
3 建议及对策
（1）尽快对未验收的在线监测系统相关数据进行比对监测，按规定组织验收。
（2）加大在线监测监管力度，及时掌握辖区内在线监测系统的运行情况，按规定对在线监测系统进行有效性审核，确保在线监测系统的正常运行。
（3）严格落实监测管理制度，上传真实有效的数据。
（4）尽快完善在线监测系统的配套设施，更换故障设备，确保监测数据的有效上传。
（5）针对存在问题，开展整改工作。
（6）建议将污染源按地区编号，即市-区县-污染源企业-排放口编号来制定，并将相关污染源的基本信息（地点、位置、污染源编号、企业基本信息、排放总量、企业排放口执行标准等等）上报网络监控平台，使我环保部门对整个企业的基本情况有所了解，在监控平台上就能了解到企业的污染排放的基本信息。
（7）建议在这一批设备淘汰后，环保厅可以考虑改变一下在线监测设施的运营模式。从前的运营模式下，企业自主选择设备商，使得一个地市有十几乃至几十家企业的在线设备。这样，不同设备有着不同的原理方法和配件，在前期设备验收上，尤其是在后期环保公司的运营管理上，在技术方面有很大的难度。所以，笔者认为可以由省环保厅组织招标，选出若干个具有相当资质的在线设备公司，然后将这几个公司按照地域划分。这样，一个地市只有1～2家公司，无论在技术方面上，还是平时的运行管理方面，可以做到对症下药，有的放矢。
（8）作为环境监测站的一员，我参与了许多企业的在线设备验收工作，在工作中，深深的感觉到企业对于在线监测工作不是很重视。尤其感觉这样工作是给企业上了“紧箍咒”，抵触的情绪很大。针对这一点，笔者认为政府可以协调让所有的污染源企业参照大型电厂的运营模式，真正达到用在线数据核算排污总量，再由排污总量核算排污费，进而将这项工作与企业的经济效益联系起来。这样，企业的积极性会提高，相应的工作也比较容易开展。
4 结论
经过此次对陕北各市（区）重点工业污染源安装的在线监测设备建设、运行情况进行的检查，发现在线监测系统存在很多问题。在线监测是一项新兴的监测手段，我省自动监测数据的准确率不高，还不能做到较准确快速的反映污染物排放的真实状况，这项工作任重而道远。今后，希望各个环保职能部门紧密配合、齐抓共管，把这一项工作切实落实到位，为我省的环保事业再创辉煌。
参考文献
[1] 萨依绕・哈依甫拉，金洁，滕卫卫，等.烟气在线监测系统[J].仪表自控，2012，31（3）：59-60.
[2] 刘玉红.水质在线监测系统在污水处理厂的应用[J].中国科技信息，2009，20：24，27.
关键词 烟气监测 故障 分析 处理
1电厂烟气监测系统简介
烟气污染物在线监测系统(CEMS)是实时、连续监测污染物参数的系统，主要监测烟气中的颗粒物浓度、气态污染物浓度（SO2、NOx、O2）、辅助参数（烟气温度、流速、氧量、湿度、压力）等。完整的CEMS包括气态污染物监测子系统、烟气排放参数监测子系统、颗粒物监测子系统、系统控制及数据采集处理子系统等辅助设施子系统。
某电厂共5台燃煤发电机组，其中1～3号机组容量各为200MW，4、5号机组容量300MW。5台机组的烟气脱硫装置均采用石灰石-石膏湿法工艺，其中1～4号脱硫装置由浙江浙大网新公司提供，5号脱硫装置由上海常净公司提供。5套脱硫装置均为1炉1塔配置。机组烟气经脱硫处理后，由二条210米高烟囱排放。排放口处安装有北京雪迪龙自动控制系统有限公司生产的SIEMENS 7-200型烟气排放连续监测系统(CEMS)。颗粒物粉尘监测选用RBV-2030型光学法烟尘监测仪。
CEMS系统采用北京雪迪龙自动控制系统有限公司SCS -900系统配置(图1)。
图1 CEMS系统图
2 常见故障及处理
2．1 样气流量偏低
烟道中的样气经过采样探头和电加热伴热管由取样泵抽取至分析仪表柜。样气的过滤主要由探头过滤器来完成,过滤器中的滤芯为2μm 孔隙的碳化硅陶瓷材料,含尘气体经过滤芯,粉尘被过滤下来,虽然有自动反吹系统定时进行反吹,但因过滤器长期被加热至120 ℃及以上运行,不可避免出现堵塞和高温老化。如反吹压缩空气偶尔带有水汽会造成样气降温结露并产生少量液态酸水,容易与采样管中粉尘粘合并粘在采样探管内壁上,长时间不清理就会影响样气流量。可以在CEMS 系统停运期间,将采样管拆下清理内部杂物并检查采样探管的腐蚀情况。为保证烟气流量,过滤器滤芯每半年应更换一次,定时检查正常与否。反吹压缩空气管路应加装自动疏水装置。
经过冷凝器的样气仍可能有一部分残余水汽没能去除,并夹杂着少量粉尘颗粒进入到保护过滤器中,长时间运行后会污堵过滤器和流量计,使进入分析仪的样气流量下降,造成流量报警而停运采样泵。因此,要定期检查保护过滤器,如果表面颜色发黄 (正常为白色) 应及时更换。保护过滤器表面结露时还应及时吹扫采样管道，流量计中如挂有水汽应及时将机柜内的样气管路拆下冲洗烘干,以避免这些水汽进到检测池造成酸性腐蚀。
此外，当发现流量偏低并伴随流量计转子波动时，排除取样泵故障前提下，检查系统排气是否正常。
2．2 样气带水
为保证样气在传输过程中不出现冷凝现象,避免气体成分损失及样气管路腐蚀,采用直接抽取加热法的取样探头及取样管线均采用120 ℃～140 ℃高温加热。样气进入分析柜后,通过冷凝器对样气进行快速冷凝,经过致冷后的样气再经过保护过滤器过滤最后进入分析仪分析。样气带水是直接抽取加热法测量系统最常见的故障,原因有:
(1) 取样探头及伴热管的加热由探头温控器及取样管温控器控制,温控器的触点经常性地关断和吸合,会造成触点接触不良,即便温控器温度设定在正常范围,但电加热并未真正工作,造成样气在取样管线冷凝带水。应经常检查取样管线温度是否在设定范围,改变温控器温度设定值,观察触点切换是否正常。
(2) 烟气中的水汽冷凝成液滴后由蠕动泵排出。泵管长时间运行后胶管极易老化变形,致水汽无法及时排出。应经常检查蠕动泵是否停转,尤其要检查蠕动泵泵管,如泵管变形应及时更换,更换泵管时要注意把泵管卡到位。
（3）通过测量伴热管电阻可以评估伴热管性能，方法为：假设伴热管长50米，查设备资料得伴热采样管线功率为a瓦/米，则该伴热管理论功率为50a瓦。实测伴热采样管线功率为b欧姆，由公式P=U2/R得48400/b≈50a ，若偏差较远可适时更换该伴热管。
2．3 烟气参数失真
烟气测量参数(S02、NOx、02)、含尘量数据的失真既影响脱硫系统工艺控制,也影响环保对电厂排放的考核。影响测量结果准确性的原因主要有以下几方面:
(1) 烟气由取样泵从烟道内抽取至分析仪表,取样管线存在泄漏势必造成空气混入样气中,从而使烟气中参数S02 偏低,02 偏高。管线泄漏分为加热管线泄露和机柜内预处理系统泄露两种。区别方法为于分水器处断开管线连接，用手堵死采样口，在取样泵的作用下，如果机柜内预处理系统无泄露，则正常情况流量计内转子应慢慢下降然后在流量计下半部分跳动。之后对应检查管路中的接头、胀圈是否紧固,电磁阀是否密封。特别是探头吹扫电磁阀和校零电磁阀由于需定时进行切换吹扫和校零,阀门滑杆挡头磨损和空气中污物进入会影响电磁阀密封性,应经常进行检查和清理。更换探头过滤器时要检查密封垫,并同时更换手柄塞上的O型圈。
(2)CEMS零位是通过标定空气校准的。空气取样管应远离污染气体，避免零位偏移造成烟气参数异常。选择标气时应尽量选择实际测量值处于标气量程附近的标气。
(3) 烟尘仪光学窗口镜片极易被烟道中的粉尘及油汽附着而降低其透光性造成监测数据增大。因此运行中要定期检查光学窗口是否被污染,清洁光学窗口需用50 %的化学纯级的酒精和蒸馏水的混合溶液。如光学窗口表面经常短时间内积灰应检查清洁风系统有无脏堵现象,风机是否运转正常,保证灰尘不进入光学头。
3 其他注意事项
(1) 严禁在不安装探头过滤器的情况下使用取样探头,否则将会导致探头及采样管线的严重堵塞。更换探头过滤器时要切断样气和电源,并使用防护手套,防止烫伤。
(2) O2 传感器的测量电压因老化会逐渐降低,经常检查其测量电压,当< 6mV 时应及时更换O2传感器,防止因O2 电势过低造成系统故障无法进行测量。O2传感器中含有醋酸，会烧坏无防护的皮肤，所以在替换O2传感器时，不可以损坏它的外壳。老化或有故障的废O2传感器为有毒废弃物，必须封装好送仓库回收统一处理
(3) 清理烟尘仪光学窗口镜片时应确认光学头已断电,所使用溶液应不含油分,如用含有油分的酒精溶液清洁光学窗口,当酒精挥发后在镜片表面会有残留的油分,影响测量准确性。
(4) 烟气分析系统通常放置在监测小屋内，应保持屋内的环境卫生，保持CEMS 小屋的温度在20 ℃左右,注意空调和通风是否正常,如果房间内温度过高或过低，不仅会对数据准确性产生影响，而且会造成设备故障，影响设备的使用寿命。
(5) 经常检查收集水箱内积水情况,并及时清理,防止废液溢出,污染CEMS 小屋。
4 结语
关键词:烟气排放 连续监测 故障 处理
1、CEMS系统简介
烟气排放连续监测系统(continuous emissions monitoring system,CEMS)是由烟尘监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气排放参数监测子系统、系统控制及数据采集处理子系统组成。主要测量参数有:颗粒物、气态污染物的监测(SO2、NOx、CO、烟尘等)、烟气参数(含氧量、流速、温度、湿度、压力、流速等)。其中SO2和NOx为关键参数,同时CEMS系统的大部分故障也来自这两项参数的测量回路上,因此本文主要针对SO2和NO测量系统中经常出现的故障进行分析。
在CEMS系统中,常采用测量SO2和NOx的方法有直插式、抽取式、稀释式3种,其中直插式电厂较少使用。直接抽取法(加热管线法)和稀释法比较如表1:
(1)采样探头:采样探头设计采用独特的音速小孔设计。当系统能够满足设定的最小真空度要求时,音速小孔两端的压差将大于0.46倍,此时通过音速小孔的气体流量将是恒定的,温度,压力的变化将不会影响稀释比。稀释系统保证的是稀释比的恒定,而并非给出一个确认的稀释比例。通过稀释比例的恒定,保证系统的准确性。
采样探头由真空射流器、音速小管、样气处理装置、气路管线、加热护套等组成,稀释采样器的主要用途是利用已净化的空气对较高浓度的烟气化学组分按比例进行稀释,降低露点,保证样气不因凝结损耗而影响其浓度真值。其优点是不需要电源加热,但烟气温度、压力的变化会影响稀释比的变化。零空气发生器是由过滤器、干燥机及吸附剂等集成,作用是产生干净干燥的压缩空气,用于对烟气的稀释和对仪器零点进行标定.
(2)采样管线:采样管线由四根聚四氟乙烯管组成,其中两根分别用于往采样探头输送校准气和稀释空气,一根用于往各种分析仪器输送稀释后的烟气样品,另一根用于探头部分的真宅度监测。采样管线除真空管线外都是正压,从而避免了由气体泄漏所引人的误差。采样管线距离可达100米。
(3)稀释空气净化系统:稀释空气和零点校准气采用除尘、除水、除油,以及必要时除CO2和浓度过高的空气本底中的SO2:和NOx,的仪表空气,它应该是干燥的,露点为-30℃到-40℃,压力620±68KPa。热电公司采用专门的空气净化装置,很好地满足了以上要求。
2、系统日常维护
为保证系统能够正常地运行,需要定期对系统进行维护,维护包括检查、故障判断及简单修理等。
日常检查的工作主要是巡视检查,当发现系统工作异常时进行处理。
(1)烟气成分分析系统的日常维护:1)检查进入到烟气成分分析系统的零气压力,必须大于4kg/cm2,否则不能保证音速小孔两端压力比满足要求,形不成恒定的稀释比,影响烟气测量的准确性。2)检查探头控制器前面板的压力表计。探头加热器控制面板上有三个压力表,其中一个是零气压力,一个是文丘里管的真空压力,另一个是样气压力表,在正常工作状态下要求真空表数值不得小于13mmHg。3)检查烟气分析仪前面板的报警提示,根据报警提示发现烟气分析系统的潜在问题。4)定期标定,为保证测量精度按规定一星期标定一次。5)为防止探头堵塞,一个月清理一次探头,清理粗过滤器,更换石英棉。
(2)常见缺陷及处理方法:1)采样泵故障或泵膜损坏,现象就是分析仪运行有异音或分析仪前面板提示样气流量低,方法就是清理泵膜,更换泵膜或采样泵。2)探头加热套管短路引起系统掉电,一般发生在烟气出口安装的探头上。采样探头工作在潮湿的烟道中,水汽会沿着探头加热套管与探头之间的分析进入,引起短路,进而引起烟气监测系统掉电。原来的处理方法是更换新的探头加热套管。但是在烟道湿度大的情况下探头加热套管进水引起系统掉电频频出现,导致维护工作量极大,无法保证CEMS系统的投入率。后来采取的办法是将采样探头除了前端粗过滤部分以外的部分全部密封,这样既不影响烟气系统正常采样,又减轻了维护的工作量。3)粗过滤器堵塞或音速小管堵塞,清理粗过滤器上的积灰,更换石英棉或音速小管。
3、结语
根据对CEMS系统运行维护得出的经验,只要加强系统的定期维护和消缺,烟气系统故障率会大幅下降。本文对CEMS的常见故障进行了分析,并提出了防范和处理措施,可供同行参考。
参考文献
关键词 烟叶堆场；早期火灾；监控系统
中图分类号 TP2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）05-0015-01
1 烟叶露天堆场的火灾危险性及特点
1.1 烟叶堆垛极易发生阴燃
烟叶堆垛不可避免温度上升问题，烟叶发热主要是烟堆内的烟叶自身和微生物进行呼吸而产生热量积聚的结果，而微生物的呼吸是烟叶发热的主要原因。烟叶成熟后，在每克烟叶上附生的细菌可达5 400～13 000个。烟叶在存放过程中，当烟叶含水量达到15%以上，空气相对温度超过75%以上，温度超过15℃以上的情况下，微生物繁殖极快，细菌只要20min～30min分裂一次，霉菌也只要3～5天即繁殖一代。由于这些微生物进行呼吸而产生热量积聚，使烟叶温度不断升高、碳化、阴燃。烟叶从发热到自燃一般都要经过发热、高温、自燃3个阶段。
升温阶段：当烟堆温度升到35℃～40℃时，由于微生物代谢产生的热能逐渐积蓄，温度将持续上升产生高温。
自燃：微生物在高温下分解烟叶有机物时，产生低燃点的碳氢化合物，只要有充足的氧气，烟叶中的有机化合物还将继续分解，碳化产生新的热流继续升温，最后导致烟叶自燃。
1.2 外部原因造成的火灾
除堆垛自发热造成的火灾外，对于室外堆场，存在很多外部因素的火灾可能。如人为破坏、雷电等恶劣天气造成火灾。多数情况下，外部因素造成的火灾危害性更大，来势更猛，扑救更困难。根据美国的统计，对于仓储类的火灾，其中17%是人为纵火所致，9%是电气和照明系统故障所致。
1.3 堆场面积大，火灾易于扩展、扑救困难、损失大
烟垛的火灾呈现典型的固体深位火灾特征，集聚温度高，加上火灾产生的热量辐射、扩撒等很容易导致邻近的烟垛的火灾，而且烟叶燃烧的烟气对人伤害大，对于大面积的堆场来讲，消防人员的救援难度大，扑救困难。如果不能实现火灾的极早期侦测，防患于未燃，对于上万吨的烟叶而言，损失较大。
2 烟叶露天堆场火灾安全监控的应对措施
2.1 解决烟叶露天堆场火灾极早期侦测的核心问题
烟叶按堆垛在存放，堆垛的内部微生物产生的热量会不断积聚，达一定程度，极可能产生阴燃。且堆场面积大，对于常规的探测手段根本无法应对。因此新型系统应能针对垛内局部监控和外部大范围的区域进行监控。
烟垛发生阴燃主要的物理表现：过热、产生烟雾、产生表面阴燃火点。因此，新型系统应能针对阴燃火灾的3个阶段分别进行监控。
2.2 极早期火灾侦测的方法
针对烟叶露天堆场的火灾特征，要实现极早期火灾侦测，可采用如下方法：
1）针对每一个堆垛，采用2～6只无线分布式温度传感器进行内部温度的监测。由于自发热和阴燃首先发生于内部，目前基于图像、热像等方法均不能起到直接的探测作用，另外，早期发热或阴燃阶段即便引起表面温度的变化，由于堆场面积大，距离远，热成像系统也很难捕捉到这些温度变化。
2）针对极早期阴燃，采用全视场的红外光谱扫描进程测温系统。该类系统采用点扫描模式，在水平360°，垂直80°～90°的范围内进行逐点扫描，光学放大倍数达上万倍，空间分辨率是热像系统的10倍以上。
3）针对阴燃产生的烟雾或者有焰火，采用基于彩色/黑白图像和近红外图像的双频图像火灾探测器。系统采用可变视场平台，按照一定的角度转动，使系统扫描防护区域，并对烟雾或有焰火进行侦测。
3 图像型火灾探测器的运用
利用AE900进行火灾探测，其探测器依靠一系列算法件同时处理防护区域的彩色/ 黑白或NIR图像，寻找符合火灾的大量特征，针对计算获得的所有特征数据，系统进行有机融合，进行火灾的判断决策，进而进行数据融合、决策和报警输出。对于大范围监控场所，由于大焦距的CCD的视场角有限， 需对探测器和云台整合，形成的系统，即可按照一定的规律旋转扫描防护区域。对于图像火灾探测系统，相对经济性较好，但系统只能针对烟雾和有焰火进行探测，无焰的炭火不能触发报警，但可实现预警功能。
4 红外光谱扫描远程测温监控系统的应用
AE6000图像火灾探测器是一种国际领先的光谱扫描极早期火灾探测技术，探测系统采用两自由度水平和垂直转动，实现大范围的热点扫描，所采用的一个光谱波段是火灾的特有红外波段，另一个光谱波段是避免太阳光和人工光源干扰的参比波段，扫描完成即形成不同波段的光谱图像。其火灾探测器一般装在防护区域内相对制高点上，在水平360°，5km半径内逐点逐行进行搜索，可及时发现明火和暗火。该侦测系统接收的是防护区域火（明火或暗火）或火灾的热烟气发出的红外辐射，不论白天、夜间24小时都可以工作，发现目标后自动报警，并及时把火点的坐标用有线或无线传输给消防指挥部门，以便及时扑救，避免造成更大火灾损失。
5 烟叶露天堆场火灾安全监控系统解决方案
1）方案1：基于AE900变视场图像型火灾探测与无线分布测温系统的解决方案。本方案基于经济、有效的原则，采用了AE900变视场图像型火灾探测器和无线分布温度探测器相结合。无线分布温度探测器放置于堆垛内部，主要用于监测堆垛的温度异常变化；AE900探测器采用定周期扫描的方式，对堆场进行全覆盖扫描，主要探测烟雾和火焰；当无线分布温度探测器发现某一个堆垛温度异常时，系统自动联动AE900探测器直接监视温度异常的堆垛，当一定的周期后未发现异常或警报解除后，AE900自动转入自扫描探测状态。该方案无线数据接收装置，通过无线通信与前端的探测器进行通信连接。
2）方案2：基于AE6000双光谱扫描远程测温、AE900变视场图像型烟雾探测与无线分布测温系统的解决方案。在方案一的基础上提高系统极早期探测能力，增加AE6000双光谱扫描进程测温监控子系统，通过360°水平和90°垂直逐点扫描和近万倍光学放大，使得温度探测器的距离大大增加。当AE6000报警，系统将联动AE900转向发生异常的部位，进行定点监视，当警报解除或超出一定周期后未发现异常，AE900将转入自动扫描状态。
6 结论
1）烟叶堆垛易于发生阴燃火，火灾危害性较大，扑救困难，而外部因素引起的火灾也不容小视，因此烟叶堆场的极早期火灾探测意义重大。
2）方案1采用分布无线感温探测器针对堆垛进行实时温度监测，采用AE900图像火灾探测器针对阴燃烟雾或火灾早期火焰进行侦测，可以基本解决火灾的探测问题，相对成本较低。
3）方案2则增加采用了双光谱扫描测温监控子系统，在极早期探测方面更具优势，但相对成本较高。
关键词：远程监控；烟雾检测；GPRS无线网络；煤气；智能厨房
中图分类号：TP311.52文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2012) 06-0000-02
一、引言
本文详细介绍了一个智能厨房安全信息远程监控系统，该系统以arm11处理器为核心，配合专业传感器、LCD显示屏以及GPRS无线通信模块等部件，可完成对厨房安全信息的实时监测，数据处理，状态本地显示，有线及无线发送等功能。
二、系统整体架构
系统的功能框图如图2-1所示：
（一）气体自动感应系统，在侦测到燃气泄漏发生时，气体传感器及时检测到险情的发生，随即向控制中心发送相应命令，中央处理器在对接收到的信号进行相应处理，并通过无线网络发送到远程控制终端。
（二）烟雾实时检测系统，当用户家庭发生火灾或因厨房烹饪不当而产生烟雾时，烟雾检测终端控制系统将开始周期性地分析感烟探头探测到的烟雾浓度，当烟雾浓度超过嵌入式系统内设定的对比值时，控制终端立即向控制中心发送相应命令，提醒用户第一时间采取措施，阻止灾难的继续和扩散。
（三）高温报警系统，在检测到室内温度超出正常范围时，配合烟雾传感器状况判断是否有险情发生，随即向控制中心发送相应命令并将信息发送至远程终端。
（四）LCD显示模块，显示煤气，烟雾及温度等厨房安全信息，系统实时进行状态更新，保证显示厨房最新环境信息。
三、系统硬件结构
本系统的硬件框图如图3-1所示，主要以微控制器s3c6410为核心，结合Nandflash，sdram，以太网，
GPRS，传感器[1]，RS232，LCD，复位电路以及电源管理模块等设备组成整个厨房安全信息监控系统。
（一）S3C6410控制器：ARM11控制器S3C6410是基于ARM1176JZF-S内核的16／32位RISC处理器，包括16KB的指令数据Cache和16KB的指令数据TCM。主频可高达667MHZ，并支持2D/3D硬件加速功能。
（二）GPRS模块：系统采用西门子公司的MC35i GPRS MODEM作为无线远程通信模块，当s3c6410接收到传感器发出的警报时，主控制器通过UART来控制MC35i发送险情信息。
（三）烟雾煤气检测传感器：系统中采用MQ-2，MQ-5传感器来检测厨房环境中的火焰和煤气信息，当环境中存在可燃气体时，传感器的电导率将相应地发生变化，可燃气体浓度的增加电导率也增大[2]。电导率的变化转换为与该气体浓度相对应输出的硬件电路图如图3-2所示。
图3-2 烟雾煤气硬件电路图
四、系统软件设计与实现
本系统的GPRS通信模块采用MC35I，GPRS收发模块通过RS232串行口进行数据通信[3] 采用AT指令完成相关操作。本系统软件流程如图4-1所示：
（一）测试GPRS通信是否正常。首先选择串行口并设置波特率，通常GPRS模块支持自动波特率侦听，能够自动与监控中心通讯模块的波特率保持一致。发送“AT”测试命令，模块返回“OK ”，则认为通信正常，否则重发。
（二）GPRS联网：首先测试当地GPRS网络支持，发送 “AT+CGPRS?”，若返回“+CGPRS:1”，则有GPRS信号支持，否则应隔一段时间后再行检测。成功后发送“AT+ CGATT=1”使模块接入GPRS网络。最后输入“AT+MIPCALL=1，cmnet”命令建立与GGSN的无线连接，获得动态的IP，这样终端就成功接入互联网。
（三）连接服务中心：发送“AT+MIPOPEN= ，，"目标IP"，， ”建立与服务中心网络连接。若返回“+MIPOPEN: Socket ID，1”，则与监控中心建立了通信链路，否则说明有链接中断，应施以相应处理。
（四）数据传输：当系统终端和服务中心建立连接以后，就可以使用如下AT命令进行数据传输。“AT+MIPSEND=1， ’Data’；+MIPPUSH=1”。其中“Data”为待发送数据。GPRS模块会自动接收来自通信网络的数据，并通过串行口方式返回“+MIPRTCP:，”。
（五）通信断开。以下AT命令可实现系统终端与服务中心的链路断开，“AT+ MIPCLOSE=Socket ID”，若返回“OK”，表示成功断开。
五、试验及结论
基于ARM11的厨房安全信息远程监控系统能实时准确地检测厨房的烟雾和煤气等信息，经试验测试，本系统在性能和稳定性方面均达到预期设计目标，有较好的市场前景。
参考文献：
[1]王昌明.传感与测试技术[M].北京，北京航空航天大学出版社，2005
中图分类号：U6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0089-01
引言
CEMS系统的监测分析仪器可对污染源进行连续检测，并可将烟尘、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、一氧化碳以及其他气态污染物的排放浓度和总量通过通讯网络传送到中心控制室和环境管理部门，工作人员可以在办公室进行远程监测，随时得到排放数据，实现远端无人值守。 对于为脱硫设备专用的烟气测量系统，一般只提供进出口烟道的SO2、氧含量、烟气的温度、烟气的压力等实测数据。对于有些地方环保部门要求将脱硫后的测量数据上传到环保局，我们也可提供联网及发送数据的服务。
1 系统构成
烟气排放连续监测系统是由颗粒物（粉尘）、烟气参数测量子系统、气态污染物（SO2、NOX）、数据采集和处理子系统、数据通讯系统等组成。通过现场采样方式，测定烟气中污染物浓度，同时测量烟气温度、流速、烟气压力、烟气含氧量、湿度等参数，送至工控单元计算出烟气污染物排放率、排放量，显示和打印各种参数、图表并通过数据、图文传输系统分别传输至电厂监测站和环保行政管理部门。
2 工作原理
2.1 伴热直接抽取采样原理
通过加热探头和伴热管线，抽取烟道中的烟气，经过除尘、保温，保持烟气不结露，输至冷凝脱水系统进行脱水干燥，然后送至分析单元，分析气态污染物浓度。
2.2 分析仪测量原理
CEMS系统采用非色散红外吸收方法（NDIR）测量SO2、NOx等气体浓度，这种分析仪不仅测量灵敏度极高（可精确测量ppm级的低浓度气体），而且动态范围和线性度也较好，所以被广泛应用于环保监测、过程控制系统中。
2.3 流量测量原理
采用压差传感器、皮托管流量计测量技术测量流量。
烟气流速的测量使用S型皮托管，S型皮托管的结构如图所示。该皮托管是由两根相同的金属管并联组成，测量端有方向相反的两个开口。测定时，面向气流的开口测得的压力为全压，而背向气流的开口测得的压力小于静压。
2.4 烟尘监测仪原理
1）浊度法：分为单光程和双光程两种烟尘仪。光通过含有烟尘的烟气时，根据朗波比尔定律，光强因烟尘的吸收或散射作用而减弱，测量和比较光束通过烟尘前后的光强关系即 可得到烟气中烟尘的浓度。
（2）散射法：光通过含有烟尘的烟气时，光束射到烟尘颗粒上发生各个方向的散射，测量和比较光束发射时光强与某个角度散射回来的散射光强关系即可得到烟气中烟尘的浓度。一般选用激光为光源，选用后向散射光作为检测光。
3 常见问题
3.1 没有样气
现象：系统在正常监测时，没有样气（烟气）引入分析仪，导致分析仪的数据不准确。
（1）原因：采样泵没有动作，制冷器温度过高或过低，系统进入自我保护状态，采样泵的电源被切断；
处理方法：解除制冷器报警状态：按一下制冷器的温制仪面板上的“RESET”键，制冷器报警即解除，这时采样泵应该有动作，除非系统刚好是在“维护状态”
（2）原因：制冷器温度太低，冷凝水冻结导致管路堵塞，这时采样泵动作，声音听起来有点闷；
处理方法：切断制冷器电源，让制冷器升温，一般半小时就会化开，这时必须查出原因。
3.2 冰堵
现象：在确定整个气路不漏气，抽气泵工作正常的状况下，机柜前面板上流量计流量为零。双通道冷腔出现结冰。
处理方法：
（1）制冷系统断电，让冰自然溶化，这样耗时较长。
（2）用压缩空气进行吹扫，方法是：把预处理单元机箱后的真空泵出口气管和流量计进口气管同时拔下，用压缩空气外部进行吹扫直至冰溶化。
（3）检查双通道冷腔是否完整有无损坏。
3.3 测量
现象：SO2分析数据比正常时偏低。
处理方法：第一步观察O2的数据是否正常，如果正常；第二步检查气路是否漏气，如发现气路有漏气现象及时处理好。
3.4 气路漏气的判断
A：堵住真空泵的进口看转子流量计能否归零，如不归零则说明预处理机箱里可能存在气管漏气现象。
B：双通道冷腔入口堵住看看转子流量计能否归零，如不归零，则冷腔有漏气现象，无漏气的情况下则说明冷腔完整，漏气的位置一般在密封圈处或者排水的蠕动泵的排水泵管破裂或脱落。蠕动泵已损坏密封不严密。
处理方法：压紧罩杯更换密封圈；更换蠕动泵排水泵管或者重新连接，更换蠕动泵。
3.5 转子流量计的流量偏低。
原因：A：气路堵塞，堵塞位置主要包含以下几处：1.冰堵。处理方法见上。2.现场采样探头的采样管堵塞或碳化硅过滤器堵塞。处理方法：取出碳化硅过滤器清洗，并用细棒清通插入烟道的采样管。3.不锈钢过滤器滤芯堵塞。B：冷凝器排水的蠕动泵的橡胶管破裂或脱落。更换或重新插好。
4 日常维护
为保证系统能够正常运行，需要定期对系统进行维护，维护包括检查、故障判断及简单修理。日常检查工作主要是巡视检查，但发现系统工作异常时进行处理。
4.1 检查分析仪样气流量
如果流量超出范围，可以通过样气和旁路气的调节阀来进行调节。
如果通过调节阀不能满足流量的要求时，则表明气路中有堵塞情况，检查滤芯是否堵塞，更换新滤芯，检查探头是否有堵塞，可进行反吹检查气路，还应检查采样泵是否正常运行，采样泵的泵膜发生卷曲或老化变形会造成样气流量过低。
4.2 查压缩制冷器工作情况温度应控制0℃～6℃，超出该范围应停止系统运行，检查故障。温度低于0℃会造成取样管路内的凝结水结冰。
4.3 检查分析仪的数据是否.如果常显示SO2浓度过低，而含氧量偏高，则说明系统可能出现了泄漏点，需要通过排除法找出漏点，并进行堵漏；若系统并无泄漏点，而数值显示不正常，表明分析仪可能发生漂移，可通过使用标气进行标定校准。
4.4 检查冷凝器蠕动泵运行情况，凝结水能否正常排出，蠕动泵管是否破损，蠕动泵管过度变形会导致排水效率过低，应及时更换。
4.5 检查储水罐内的凝结水液位液位过高时及时倒掉，以免影响蠕动泵排水，及机柜内进水。
4.6 检查机柜内的取样管路若有严重的积水、水雾，应及时清理和查找原因（样头加热故障、蠕动泵排水异常、自动反吹是否正常进行等。
4.7 检查取样管路电伴热工作情况管路温度应控制在150℃左右，发现电伴热跳闸停止工作应停止系统工作，避免管路中大量积水损坏设备。
5 结束语
CEMS烟气连续监测系统已在火力发电厂中得到广泛应用，在线监测了电力生产过程中产生污染气体的固定排放源以及烟气脱硫、脱硝系统的控制和监测，有利于运行人员及时调整与监控脱硫、脱硝、除尘等环保设施的运行状态，加强达标排放管理，为环保部门的监督提供了科学先进的检测手段，这对于排放点的有效监测与管理有着积极而重要的意义。
参考文献
[1] HJ/T75―2001.火电厂烟气排放连续监测系统技术规范[S].
[2] HJ/T76―2001.固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法.
关键词：空气采样 烟雾探测报警系统 通信机房
随着计算机技术及微电子技术的发展，通信设备系统集成要求越来越高，高度的系统集成使过去多间机房容纳的设备被浓缩到一个机柜中，这样，机内通风及机房环境的恒温恒湿是必不可少的，而机内通风和空调设备的采用，能起到降低温度避免温度过高而且发生火灾的作用，从而对火灾烟雾起到了稀释作用，这样，初始火灾产生的烟热浮力变小，难以达到天花板，这就大大地推迟了普通被动式点型感烟探测器的响应报警时间，甚至因烟雾严重稀释或难以扩散至探测器使它无用武之地。
通信机房是信息网络的心脏，由于通信设备价格昂贵，一旦发生火灾，不仅造成严重的经济损失，而且造成设备瘫痪，将使政府、公司、银行、商业、工厂及个人的通信联络中断和数据丢失，其损失是无法估计的，更重要的是社会效益难以挽回。如1995年4月1日，广东省汕头市金砂邮电大楼因电线短路引发火灾，烧毁5万门程控交换机、20万门全自动传呼交换机和查询台、长途交换机房等，造成国际、国内通讯中断达40余小时，过火及烟熏面积约600平方；2002年2月27日海口市通信机房发生火灾，造成包括省委、省府等四大班子在内的6500个接入网用户通信中断，52个中国移动通信基站的通信受阻，出入局呼叫、数据通信小灵通网络、部分金融系统网络、有线电视网络亦受到不同程度影响；此起火灾系传输机房内一条48伏电源线短路而造成；因此在通信机房内实现火情提早报警会赢得充足的时间去发现和处理火情，避免酿成火灾，这是至关重要的。
机房设备的电线、电缆的塑料绝缘层，为增加阻燃性，均加入了卤化物和磷酸盐之类的添加剂。这些添加剂减缓了火势蔓延，但产生过量的烟雾，这些烟雾导电的随机性可能引起电路的误操作，元件上的烟尘还可能导致运动部件的磨损。烟尘沉积在存储介质如磁盘、磁带上时，可能会产生错误信息。直径0.5微米（相当于一根头发粗细的1/150）的烟尘颗粒会损伤硬盘驱动器。另外，起火时除产生热和烟外，也释放出腐蚀性气体和有毒气体，大多数塑料燃烧时产生的是酚性气体，聚氯乙烯绝缘燃烧时释放出大量氯化氢气体，它与水分子结合形成盐酸，盐酸是一种侵蚀电子元件接线端子和电路板的强腐蚀性试剂，必将危及设备的正常运行。那么在形成烟雾之前，早期报警就会避免这种损失。要提高报警，就需要高的探测灵敏度，也就要求比较微弱的烟时就能报警。而普通点型感烟探测器必须被动地等待烟雾聚集到足够浓度才报警，这就限制了它在此环境中的使用。
1301在过去一直是电气设备的主要灭火剂，但由于其破坏地球臭氧层而正在逐步被淘汰。二氧化碳需要高浓度，也是有害的，而且由于它是低温释放，可能对运行中的电气设备造成凝霜，带电设备上会出现电解腐蚀。目前1301和CO2灭火剂已被FM取代，但所有灭火系统都要烟雾探测器来启动，启动越早，损失越小，要能够提高发现火情，将火灾扑灭在萌芽中，避免形成浓烟和不必要的灭火剂喷洒，对机房来说采用早期烟雾报警系统非常必要。因为通信设备终年运行，不可停顿，而烟雾控测器要求应使维护、检修量变得最小，应避免爬至吊顶去检修。一旦有金属物品掉入机柜，后果将不堪设想。另外，机房内有各种设备如交换机、发射机、高压电源、电脑等，探测器不能受电磁干扰，否则易引起误报或引起误喷洒。
通信机房的火灾隐患主要产生于电缆、电线的过电压或过电流，实践表明普通感烟探测器报警时，电线、电缆已烧毁，无法再使用。这样，即使是普通的感烟探测系统报了警时也无济于事，必须早报警，要求电缆、电线刚刚出现过热，发出焦糊味但还没有生成可见烟，电线、电缆还没有变形时就报警，那么早期报警就能避免设备和线缆不受损伤。
另外，机房的数据保存、人员的疏散也需要有足够的时间来处理，这样，早期报警就成为机房环境的火灾防范必不可少的要求。
通信建筑对火灾报警系统的要求归纳如下：
1.火灾自动报警系统要适合工作在有较强空气流动的环境中，一般空气更换率在20－40次/小时或更高。
2.为及早发现火情，有足够的时间进行人工处理和扑救，火灾自动报警系统要在火情初期提早报警。
3.为防止误报，火灾自动报警系统要适合工作在有电磁干扰的环境中，而且不会因灰尘、潮湿产生误报。
4.机房设备运行不可中断，其火灾自动报警系统应使维护次数降到最低，检修麻烦是不可取的。
5.要尽量避免灭火剂喷洒，火灾自动报警系统要早报警，以便有足够的时间处理火情，避免形成火灾。
6.机房中火灾生成的烟雾和气体，具有很强的腐蚀性，火灾自动报警系统在火灾初期就要报警，不让烟雾污染设备，这就要求具有很高的灵敏度，并且对各种材料燃烧产生的烟雾均有一致且灵敏的反应。
7.火灾自动报警系统必须是高可靠性、高稳定性、高灵敏度及便于维护，以降低其运行成本。
8.特别是对无人值守或相距分散的机房应具备联网功能，要做到远距离集中监控，统一管理，而且扩容升级方便。
试验及经验表明，绝大多数火灾都可分为四个阶段：初始阶段，存在着肉眼看不见的很微弱的烟雾，火灾的初始阶段发展很慢，可长达数小时，且不易被人们发现。而普通的感烟探测器在这个阶段还没有反应，如果火灾探测系统能够在这一阶段及早发现火情并报警，将为控制火势发展赢得宝贵的时机；可见烟雾燃烧阶段，可以看到烟雾的明显存在，这也是离子、光电感烟探测器工作的阶段，这个阶段离明火的出现仅有数分钟；火焰燃烧阶段，阴燃聚集的热量导致物质出现有焰燃烧；剧烈燃烧阶段，环境温度上升数十度至几百度，这是感温探测器、水喷淋的动作温度区。由于传统的探测器一般都在火灾发展到后三个阶段时发出报警，而这三个阶段时是相对较短，约几秒钟到十几分钟，所以即使发现火警也为时过晚。
普通的感烟探测器工作在第二个阶段，从实验得知，它发出报警时，在被保护区内已是烟雾弥漫，虽然报了警，但机房工作人员没有足够的时间去处理，错过了将火扑灭在萌芽阶段的良机，即使启动了灭火设备，这时已造成了财产和人员不同程度的损伤，更何况通信设备是不允许停顿和中断的，因此提早报警至关重要。
近几年来，国内电信系统较多机房中采用的空气采样式早期烟雾探测报警系统较好地解决了在火灾初期实现自动报警的问题，这一系统的代表产品如澳大利亚GO－DEX PTY.LTD公司生产的GO－DEX型空气采样式感烟火灾探测器、中国山东宏雁消防自控有限公司引进澳大利亚技术生产的VESDA空气采样早期烟雾探测系统以及香港科艺公司的国外产品。
空气采样早期烟雾探测系统是利用伸向被保护区内的管网，由侦测腔内的抽气泵经由空气采样管路不断地抽取防护区域内的空气样品进行检测，而不是被动地等待烟雾的扩散，经过滤器将空气中的灰尘去掉，再进入激光室，激光源所发出的光经过聚焦后在侦测腔的正中聚焦，当烟粒子经过样本抽取网络被传送回侦测腔时，相对比例的烟粒子通过聚焦点时所形成的光线折射率会被接收器读取，对空气中的烟雾量进行分析，此读数通过计算机运算后就能反映出烟雾的浓度大小及相应的比例（其工作原理见下图）
空气采样早期烟雾探测系统侦测室具有极高的灵敏度且其灵敏度连续可调，探测范围广。烟粒子的基本直径在十微米以下，空气采样早期烟雾探测系统的灵敏度为0.004－4％obs/m（传统探测器一般为5％obs/m），因此，它可以探测到很微弱的烟雾，火情报警时间大为提前，使值班人员有充足的时间寻找火源，采取适当的措施，制止火灾的发生，最终避免火灾及灭火过程中造成的业务中断或设备损毁所带来的巨大损失。
空气采样早期烟雾探测系统的取样管路的设置具有极大的弹性，系统可用在许多传统火灾报警系统无法发挥功效的场所，采样管网采用pvc阻燃管，采样孔就打在pvc上，每个采样孔的保护面积相当于一只感烟探测器。管路安装形式多样，采样网管中的支管和毛细管可以水平或垂直方向布置在任何地方，如封闭机柜内、活动地板下或吊顶内，设备内部过流、过压产生的微量烟雾可以直接探测到；在空气流速较大的通信建筑环境中采样管还可以直接敷设在交换机上方或空调、通风设备的回风口处，因机房内任何部位产生的烟雾在空调、通风设备的作用下均由回风口返回，采样管网布置在回风口，可及时探测到整个机房环境内的烟雾变化，而普通感烟探测器却是不允许安装在通风空调的回风口。采样管网安装极其简便，避免了繁琐的连线、安装调试工作。
关键词 GSM；传感器；火灾；STM32
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）09-0035-02
生活中火灾、天然气泄漏以及外人非法入侵对人身财产安全构成很大威胁，设计一款可自动检测以上险情并能提前预警的智能家用安全系统可有效降低威胁，避免意外情况的发生。目前国内外对此类智能报警系统研究发展迅速，市场上有采用有线、蓝牙、红外和zigbee等方式作为家庭自组网，采用IP网关服务器的智能安全监控系统，但该类系统成本较高。
本文采用嵌入式网关服务器，通过多组传感器节点的感知，将数字信息传给中心节点，经中心节点处理分析后，利用温湿度传感器、烟雾传感器、天然气传感器和红外传感器实现对火灾、天然气泄漏和外人非法入侵的监测，通过GSM网络向预定的手机号发送报警信息，该系统结构简单、成本低、监测精准、可靠性高。
1 系统总体设计
智能家用安全监测系统整体框图如图1所示。主要包括STM32主控器、多路温度传感器DS18B20、多个烟雾传感器MQ-2、无线通信模块、红外监测模块、天然气监测模块、LCD显示模块、声光报警和电源模块。
图1 系统总体框图
系统设置多组温度传感器和烟雾传感器，意为通过多组信息的综合分析，判断是否为意外情况。红外监测模块安装在窗檐，当感应到非法入侵时，传送报警信号给MCU。天然气监测模块用于监测家中天然气管道的泄漏。当STM32收到任何报警，将启动声光报警并通过无线通信模块给预留手机号发送报警短信，将意外损失降到最小。
2 系统硬件设计
1）通信模块。nRF24L01是NORDIC公司生产的单片无线收发芯片，工作频率范围为2.400 GHz～2.525 GHz，电压工作范围为1.9 V～3.6 V，可传输语音和数据信号，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。
nRF24L01的数据接口通过AT命令可双向传输指令和数据。它支持Text和PDU两种格式的短信，可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。nRF24L01中IRQ引脚与MCU控制端连接，可控制nRF24L01工作与否。
图2 无线通信模块nRF24L01电路图
2）火灾监测模块。该模块选用1#，2#和3#烟雾传感器MQ-2和1#，2#和3#温度传感器DS18B20共同监测室内火警情况。其中，MQ-2浓度检测范围为227.88 mg/m3～9260 mg/m3，传感器输出电压值范围为0～5 V，通过A/D转换模块将数字信号送给STM32，再经信号传输通过LCD显示。DS18B20集温度采集和A/D转换于一体，直接输出数字信号。DS18B20具有单总线、体积小、分辨率高和抗干扰能力强等特点，其温度测量范围为-55℃～+125℃，满足室内温度监测的要求。系统中3组温度传感器分别分布在3个房间，与相应的烟雾传感器配套。
3）入侵检测模块。入侵检测模块通过多组安装在窗檐的红外检测模块组成。其主要由红外线传感器RE200B和以CS9803GP为核心的信息处理模块组成。该模块的工作原理为通过其红外探头监测、监测环境中红外线强度信息的变化，再经过核心电路的处理分析，若确有外人入侵，则把报警信号发送给STM32。
4）天然气监测模块。本系统针对胶管泄漏采用内听音的管线泄漏监测方法。本监测方法原理是利用在管壁破裂时，管内流体自破裂处喷涌，此时管内外会形成气压差并产生频率低于20Hz的声波信号。该信号主要以横波沿管内外管壁传输。管道两端加速度传感器对其进行震动测试，通过两信号到达时间差，可计算出泄漏位置。
图3 管道泄漏定位示意图
对泄漏点定位原理图如图所示，L为已知两传感器间隔距离，X为泄漏点与首端传感器的距离。设泄漏声波传播速度为a，t为首端传感器和末端传感器接收到声波信号的时间差，则X的表达式：
（1）
一旦天然气检测模块检测到管道有泄漏，则将高电平报警信号和计算得的X值以二进制编码的方式传送给给STM32。
5）LCD显示模块。系统选用LCM12864点阵液晶显示器来显示温度、烟雾浓度和天然气管道泄漏位置等信息。LCM12864显示分辨率为128*64，可显示4行*8列中文字符或4行*16列英文字符。系统给LCM12864供5 V电压，采用并口方式与STM32连接。
6）声光报警模块。声光报警由1个LED灯、1个BUZZER蜂鸣器和另外一些基础器件组成。
3 系统软件设计
3.1 无线通信模块
该设计发送短信选用支持中文和英文短信的收发的PUD模式。AT指令可用于终端设备和PC之间的连接和通信，使用命令“AT+CMGF=0”来选择PDU模式。
3.2 火灾监测模块
烟雾传感器和温度传感器都把实时测量数据传送给STM32，STM32根据两种传感器发送的数据综合分析判断。有以下三种情况。
1）三组温度传感器和烟雾传感器监测参数均平稳小幅度上升，此情况判断为天气原因所致，不采取警报行动。
2）某一组温度和烟雾传感器监测参数上升陡峭，与另外两组参数悬殊，可判断为意外情况，将及时采取声光报警和短信报警。
3）同一组烟雾传感器和温度传感器不同步上升，如烟雾浓度上升而温度不上升，则可能为室内抽烟所致；若温度上升而烟雾浓度不上升，则可能是室内取暖所致；遇到此类情况，系统仍然开启声光报警和发送报警短信，若此情况确为人为所致
表1 温度真实值与测量值对比
标称值（℃） 测量值
（℃） 误差值
（℃） 相对误差
（%） 平均误差
（%）
10 10.2 0.2 2.00 1.15
15 14.9 -0.2 1.33
20 20.2 0.2 1.00
25 25.1 0.1 0.40
30 30.3 0.3 1.00
而非意外情况，可人为按RESET按键解除警报。
4 测试和分析
针对系统中的温度传感器和烟雾传感器，分别进行了测试。DS18B20测量结果如表1所示。
对MQ-2进行对甲烷气体的浓度测试，测试结果如表2所示。
表2 烟雾浓度真实值和测量值对比
标称值
（%） 测量值
（%） 误差值
（%） 相对误差（%） 平均误差（%）
0.00 0.00 0.00 0.000 0.935
10.00 10.02 0.02 0.200
15.00 14.98 -0.02 0.133
20.00 20.05 0.05 0.250
25.00 25.00 0.00 0.000
30.00 29.86 -0.14 0.467
35.00 34.55 -0.45 1.286
40.00 39.26 -0.74 1.850
50.00 48.20 -1.80 3.600
60.00 59.18 -0.82 1.367
70.00 70.78 0.78 1.114
80.00 81.22 1.22 1.525
90.00 91.14 1.14 1.267
100.00 99.97 -0.03 0.030
测试表明，DS18B20对温度的测量精度达到0.1℃，平均相对误差为1.15%。MQ-2在对甲烷测验的试验中，测量精度达到0.01%，平均相对误差为0.935%。两传感器的量精度均较高。
5 结论
本系统实现了利用温湿度传感器、烟雾传感器、天然气传感器和红外传感器实现对火灾、天然气泄漏和外人非法入侵的监测，及时通过GSM网络对监测的异常情况进行报警提示。经实验测试，本系统可有效监测温湿度和烟雾浓度等信息，系统性能可靠，结构简单。如何进一步提高监测精度，提升系统性能，完善系统功能将是下一步研究工作的重点。
参考文献
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关键词：大型烟机;组态王;监测;诊断
Abstract: The monitoring and diagnosis system of large stack gas Turbine based on Kingview is studied to ensure the safety and reliability of the equipment running and achieve scientific maintenance. The system structure and the function achieved by the monitoring and diagnosis system and human-machine interface （HMI） are described. The system can achieve sampling parameters setting， real time monitoring， real time curves showing， over-limit alarming， report query， history curves showing， time-frequency field diagnosis， trend predicting etc. The system designed based on Kingview possesses friendly interface， operation easily， running reliably and updating conveniently. Configuration design provides a new way for the research on the monitoring and diagnosis system.
Key words: large stack gas turbine Kingview monitoring diagnosis
1.引言
大型烟机机组是以石油催化裂化生产过程中产生的高压废烟气为介质，膨胀输出轴功，带动发电机发电，且具有显著的节能和环保效益的大型机组，是关键性设备，保证机组的安全运行、实现科学维护具有很大的经济效益 。
亚控公司的组态王软件，是运行于Microsoft Windows 98/2000/NT/XP中文平台的中文界面的人机界面软件，采用了多线程、COM+组件等新技术，实现了实时多任务、软件运行稳定可靠。具有优秀的性能、纯中文界面、编程风格简单、实时性能好，且与其他应用程序交换方便，易调试，支持数百种国内流行的设备等特点。
本文以燕山石化的大型烟机机组为对象进行了基于组态王软件的监测诊断系统研究。
2.烟机发电机组结构
烟机机组主要由烟气轮机、联轴器、减速机、发电机、励磁机等组成，烟气轮机为
YLTV18000GA、减速器PHILADELPHIA、气轮发电机为上海电机厂QF-20-2、无刷励磁机为上海电机厂ZLWS6-450＊180，结构如图1所示。
图1烟机机组结构
其中烟气轮机的入口出口温度、冷却水压力、烟气入口出口压力、烟气轮机、发电机的振动、联接轴的温度及轴向位移都是表征机组正常运行与否的重要参数，为了能够掌握机组的运行状况，特别是机组的振动和轴位移状况，机组上安装了振动和位移传感器（主要是非接触式的电涡流传感器）等，来监测参数变化为监测诊断提供数据。
3.监测诊断系统设计
烟机工况监测与诊断技术是一门综合性和应用性很强的技术，包括了信号检测、特征提取和故障诊断决策三个部分 。组态王软件在工控领域的成功应用为软件开发提供了很好的思路，用这种“柔性化”方法开发的工控软件具有很好的开发效率，并且能很好的适应外部需求变化。
基于组态王的烟机监测诊断系统设计的主要功能应包括：（1）监测与数据采集功能。通过高性能、高速I/O驱动程序直接与外设进行通讯，达到数据采集目的;一旦采集到数据，应用程序对数据进行处理和加工，通过动画和数据报表等方式，达到监控目的;（2）人机界面操作环境。在开发系统中采用可视化风格界面，并利用强大的数字、文本、图像处理，为操作人员提供最完善的人机界面;在运行系统中，提供给操作人员友好直观的操作界面来改变设定值和其他关键值的功能，并与监测数据显示图形相结合;具有多种直观的离散值报警和模拟值报警，并能以多种途径将得到的报警通知操作人员;（3）分析诊断功能。这是监测诊断分析组态软件的特点之一;（4）报表功能。系统以用户指定的速率采集数据并将数据存储在数据文件中，用户在任何时候都能从数据文件中检查数据、创建历史数据的显示。
图2给出了监测诊断分析系统的整体结构图。
图2 监测诊断分析系统整体结
针对监测诊断系统所要实现的功能，在组态王中新建工程“基于组态的烟机研究”，在工程浏览器中建立三个画面main test、 monitoring test和diagnosis test，定义外部设备和重要参数变量，完成数据库构造等。切换到“开发系统”借助于组态王的工具和编辑功能进行界面设计和功能设计，在“运行系统”验证系统实现的功能 。
3.1监测系统设计
基于组态王的监测系统运行界面如图3，该系统可以实现数据采集与分析显示功能。用户可以进行采样参数如监视机组的采样长度、采样通道、数据保存的时间间隔、组数等设置;系统根据设定的参数进行实时数据显示，包括烟气轮机的入口出口温度、冷却水压力、烟气入口出口压力、烟气轮机、发电机的振动、联接轴的温度及轴向位移等;用户在界面上可以通过发电机的振动、联接轴的轴向位移等实时数据绘制的波形图，直观观察机组重要数据的变化。
图3 监测系统界面
采集、分析显示是通过调用驱动程序完成对硬件的操作，数据采集并不直接与硬件打交道，而是通过驱动程序来控制硬件，完成硬件的初始化、数据采集和发送等与硬件控制有关的任务。组态王提供了封装好的设备驱动程序模块负责处理与硬件通讯和控制过程，为用户提供简单接口，用户通过接口就可以方便的实现数据采集。当监测要求改变需要更换新的仪器硬件时，只需更改相应驱动程序，那么新仪器就能在原来系统中正常运行。
大量的机组起停数据，日常数据、故障数据等，保存在数据库内。数据库技术凝聚了数据处理最为精华的思想 ， 是管理信息的先进工具，是数据交换和数据处理的中心。组态软件的数据库分为两种：实时数据库和历史数据库。数据采集的得到数据将存入实时数据库，可以通过DDE供其他外部程序调用。
3.2诊断系统设计
诊断系统建立在监测系统上，数据根据用户的选择从历史数据库（存放报警、短期、中期和长期数据库形成设备运行历史档案，供用户对其调用，以便对设备进行监视）调出。基于组态王设计的诊断系统运行界面如图4，能够实现报警、报表、历史曲线、诊断分析等功能。报警窗口记录了重要参数的报警状况和重要事件的发生情况等，可以使用户了解设备运行状况;用户可以在报表查询面板上选择所要查询的报表，方便用户查询数据信息;在历史曲线中可以查看多个变量的变化情况，可以动态增加和删除曲线，曲线变量显示列表给出了参数变量的统计信息等描述，还可以进行曲线的动态比较和曲线打印等。
为了提高设备故障诊断的准确率， 系统提供了预处理模块、时域分析模块、频域分析模块和小波分析等分析模块，通过点击就可以实现相应的功能。为了更进一步了解设备运行的发展状况，系统提供了趋势预测模块， 从而使故障诊断系统具有更大的柔性。
图4诊断系统界面
诊断系统中完成不同功能的程序代码被封装成函数形式，在组态王中通过编写简单的“胶水代码” ，将这些代码按照诊断系统要求封装成模块，完成诊断分析功能开发。诊断功能采用可扩展的接口方式，用户可以随意扩充模块功能，便于升级。
监测系统与诊断系统是既相互独立又紧密联系，这种独立性使得各个部分可以被重复使用，提高了可复用性，还使得可以对某一部分进行单独的升级，却不影响整个系统的运行。
4.结论
本文作者创新点：采用组态化软件组态王对大型烟机监测诊断系统进行了研究，能很好的实现大型烟机的监测和诊断分析要求，大幅提高了系统的研发效率，可随意扩充监测诊断系统功能，升级方便。基于组态王设计的大型烟机监测诊断系统，界面友好、操作方便、运行稳定，可以及时的发现设备的运行故障先兆，为生产和维修提供了决策依据，是保证烟机机组可靠运行，防止恶性事故发生的有效手段，基于组态王的组态化设计为监测诊断系统的研发提供了一种新的发展方向。
参考文献
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1．蒸汽发生器蒸汽干度实时监控
（1）造成蒸汽干度变化的主要因素有三方面。一是燃烧方面，包括：雾化压力、油温、油流量、烟气温度以及燃料热值的改变。二是介质方面，包括：供水流量、供水温度和供水压力的变化。三是注汽油井底压力发生变化。以上三方面因素互相作用、互相影响，在短时间内不一定能调整到目标值。（2）现有的监测方法。现有的其他干度监测装置，需要修正的工作量较多，偏差较大。采用传统的化学滴定技术检测干度，要保证测量准确，分离器必须将取样水流量控制适当，否则干度化验值就会偏差较大。（3）解决措施。要实现蒸汽干度的实时监测，就要通过对蒸汽干度的实时、快速的检测，将检测结果通过工控机直观显示，并对干度异常情况发出声光报警。
2．锅炉运行的经济性
蒸汽发生器运行的经济性是由锅炉热效率决定的。（1）影响锅炉热效率的因素。一是锅炉的各种热损失。包括：排烟热损失、散热热损失等。二是燃料不完全燃烧。其中，散热热损失是设备结构本身造成的，是无法调控的。而排烟和燃料不完全燃烧损耗是在运行中可以实时调节的，而影响上述热损失的主要参数就是空气过剩系数。通常空气过剩系数的检测方法是通过检测烟气中的氧气含量，再进行计算。经过理论计算和现场监测数据表明，烟气中的含氧量每升高1%，烟气温度升高6～8℃，热效率就降低0.6%～0.8%。（2）在现场实际工作中的调节方法。通过观察燃烧状况，对空气量与燃料的比例进行手动调节来实现。具体操作中由于没有直观的检测数据指导，故调节效果不理想。（3）解决措施。要保证锅炉始终处在良好的燃烧状态，就要对锅炉烟气中氧含量进行实时检测，并以其为指导进行实时调节，使氧含量达到标准值，从而达到提高热效率的目的。
3．锅炉运行信息反馈
（1）锅炉运行信息。一是直接检测到的运行参数。如，蒸汽压力、温度、干度、流量及炉管温度、瓦口温度、供水压力和温度、烟气温度、油压力、对流段入出口温度、压力、注汽井口处蒸汽压力等。二是通过运算产生的参数。如，蒸汽干度、热效率、油井实际蒸汽注入量、烟气含氧量、燃料单耗等。三是其他信息。包括：锅炉所属设备的运行状况、启停时间、注汽管线渗漏及保温损坏情况等。以上信息的采集直接来源于生产现场，传送是靠逐级统计汇总、上传，当天的运行数据要到第二天中午才能处理完成。（2）造成信息反馈不畅的原因。一是蒸汽发生器站内各类报表采用手工填写，报表的上传最初采用传统的由热注站上交作业区，作业区手工输入信息的方式，中间过程繁琐，产生综合数据报表时间较长。二是计算产生的参数主要靠当班技能操作人员的检测和计算，因技术素质和责任心的不同，计算结果差异很大，精准度不高，不利于业务主管部门对生产运行情况的掌握和指挥。三是一些检测参数由于没有相应的检测设备，不能实现数据的采集。（3）解决措施。开发智能化管理系统，在蒸汽发生器上应用人机界面、PLC、上位机监控技术，实现了数据的实时采集，为蒸汽发生器数据信息的传输提供了保障平台。
4．蒸汽发生器运行的安全性
要保证蒸汽发生器运行的安全，就要对影响和制约安全因素的参数进行实时在线监控。（1）现有锅炉不能提升安全性的原因。一是原有的控制理念比较落后，不能实现全方位的控制。二是现有蒸汽发生器没有先进的监控技术和设备，不能实现基础数据的全部采集。（2）解决措施。利用先进的在线监测技术，实现锅炉运行自控，杜绝锅炉爆管、爆燃事故发生。通过蒸汽发生器运行数据实时采集、数据传输，实现蒸汽发生器运行的远程监控，实现科学的组织生产，实现蒸汽发生器高效、经济运行，提升热注锅炉运行管理水平。
二、监控系统的组成
1．蒸汽发生器蒸汽干度在线实时测控系统
（1）主要技术原理。该系统通过对锅炉蒸汽干度的实时监控，从根本上解决了在生产过程中温度过高的问题，实现了稳定燃烧，达到节能降耗的目的。特别是井口干度在线实时监测技术和井底注汽参数检测技术，为完善注汽井参数的采集提供了可靠的技术支持。该系统工作原理采用电导率方法检测注汽干度（见图1），是利用锅炉出口处蒸汽干度与电导率成正比的关系，通过测算锅炉生水和汽水分离出口的取样水的电导率，从而计算得到蒸汽干度。系统将实时检测的蒸汽干度数据模型，及时传送到工控机并实现在线显示。该系统能实现锅炉蒸汽干度的准确、迅速监控（见图2），从而确保了蒸汽发生器干度的实时传输，杜绝了因锅炉运行参数变化而产生的过热现象，实现蒸汽发生器的安全平稳运行。（2）实现的主要功能。一是蒸汽发生器干度检测平均误差≤2%，干度监测装置使用安全、可靠、稳定、灵敏。二是对蒸汽发生器过热提前预警，彻底避免了锅炉爆管事故的发生。三是干度上下限报警设定，超限报警功能。四是人机界面，实现运行状态目标的自动监控。五是运行参数的查询、储存、打印等功能。（3）技能等级可以分项目考核。即在一个等级中，一定的期间内，可以按顺序进行考核，最后将所有成绩进行汇总评分。这样不但可以减轻员工的压力，也提升了实际操作能力。
2．技术关键
（1）通过电导率测算蒸汽干度的理论计算。（2）基于蒸汽干度的在线实时显示系统。（3）蒸汽干度各相关量的直接测量手段。
3．锅炉燃烧自动控制系统
该系统通过在蒸汽发生器上实现自动化控制及现场监控，数据采集、远传调度系统后，保障了注汽站生产的安全运行和高效管理。（1）主要技术原理。一是该系统通过在线监测烟气的空气过剩系数，实时调节燃料的配风量，实现锅炉的稳定、高效燃烧，达到节能降耗的目的。二是该控制系统包括锅炉燃烧分析装置和锅炉燃烧控制装置。其工作原理如下：利用锅炉燃烧分析装置检测烟气中的含氧量（烟气中氧含量的标准值为3%～5%），经过数据处理后，将获取的数据传送到锅炉燃烧控制装置，经过运算后的数据传输到PLC进行PID调节，输出一个变量控制信号，传递给锅炉的风机变频器和风门电动执行机构，实时调节燃烧的助燃空气量，实现对锅炉过剩空气系数的控制。三是该系统采用先进的锅炉燃烧分析装置，通过分析锅炉点火前吹扫空气中的氧含量，来判断锅炉炉膛内是否存在可燃气体，即当检测到空气中的氧气含量低于20.9%时，不发送点火信号，并发出预警信号；在检测氧含量达到20.9%时，系统给蒸汽发生器点火系统发出可以点火的信号进行点火，保证了点火过程的安全。四是通过这种闭环控制系统，实现了蒸汽发生器安全点火、稳定控制燃烧的目的，减少了锅炉燃料的消耗。现场试验的23T/H蒸汽发生器，对实施前后烟气温度变化情况进行了对比（见表1）。同时，由于风机变频器的作用，电单耗也有明显下降。（2）系统组成。一是3锅炉燃烧含氧分析装置，二是锅炉燃烧控制装置，三是风门电动执行器，四是鼓风机变频器。（3）实现的主要功能。一是燃烧状况良好，减缓烟气温度的上升速度。二是提高控制的精度，确保锅炉平稳运行。三是通过使用变频调速，实现节能降耗。（4）技术关键。一是PID调节程序运算能力。二是过剩空气系数测试精密准确。三是风机变频器的灵敏度。四是风门连动机构的精确控制。
4．蒸汽发生器运行信息远传监控系统
（1）主要技术原理。该系统主要是融合了GPRS无线数据传输技术和蒸汽发生器运行信息在线实时监测技术。首先是通过对蒸汽发生器在线实时监控硬件采集数据，传输至无线数据传输终端，再通过GPRS技术传送到数据处理中心，实现网络。该系统功能主要是系统设置、数据采集、资料录入、报表生成、历史数据查询、远程监控、异常分析、系统维护、预警报警等。（2）系统组成。一是远程终端设备。二是数据采集终端。三是仿真现场控制台。数据库服务器。四是定向无线传输装置。五是在线监测装置。（3）实现的主要功能。一是实时远程运行监控。二是数据采集、资料录入、报表生成，统计报表。三是历史数据查询，异常分析、预警报警。四是实现了对蒸汽发生器的注汽质量的监控。五是实现了对油品防盗工作的监督。（4）技术关键。一是RTU并入无线远程监控系统。二是通过GPRS实现网络。三是通过GPRS实现数据传输。
三、技术分析论证
该系统运用了先进的在线监测技术，通过燃料量、配风量的联动调节，实现了锅炉自控和高效运行，从根本上解决了锅炉爆管、爆燃等事故发生。同时通过与运行数据实时采集、传输系统的有效结合，进一步强化了蒸汽发生器运行的远程监控，运行数据的技术录取，为科学高效的组织生产提供强有力的保证，实现了高效、低耗、节能的目的。
1．蒸汽发生器蒸汽干度在线实时测控系统
该系统利用成熟可靠的数据采集和通讯技术，实现蒸汽干度的在线实时监控。（1）创造性的提出了蒸汽发生器蒸汽干度检测方法和蒸汽发生器蒸汽干度计算模型。（2）成功的实现了现场干度检测设备、仪表配置，开发了准确、实时蒸汽干度检测技术和装置。（3）开发了基于蒸汽干度和过热度双重监控下的爆管预警技术装置。（4）干度检测绝对误差2%以内，实时在线显示。
2．锅炉燃烧自动控制系统
该系统采用了先进的在线监测技术以及自动控制理念，实现了蒸汽发生器燃烧始终在安全、高效率状况下运行。（1）将燃烧分析装置、燃烧控制装置与锅炉自动控制程序有效结合，提升蒸汽发生器自动控制水准。（2）对锅炉燃烧系统危险点源进行评估分析，改进后使现场的安全技术水平有了显著提高，运行参数平稳。（3）原创性的提出利用燃烧分析装置的专利技术，介入锅炉点火控制程序，消除了燃烧控制系统的安全隐患，有效防止了蒸汽发生器爆燃事故的发生。（4）提高了控制精度，改善了锅炉的燃烧状况，提高了燃烧效率，降低了设备故障率，保证了注汽的质量。通过对多台锅炉的测试对比，锅炉平均烟温降低了26.6℃以上，锅炉节油率可达1～3%。锅炉以单台锅炉设备利用率70%计算，经济注汽速度18M3/H。每台锅炉每年注汽量为：18×24×365×70%÷10000=4.9（万方/年）；每年每台锅炉节油量为（油单耗按62Kg/M3计算）：62×2%÷1000×49000=60.76（吨）；若辽河原油价格按3500元计算，可节约成本为：3500×60.76÷10000=21.266（万元）。（4）鼓风机（电机功率为：37KW）采用变频控制后，运行频率为37Hz左右，实测节电率为44%，现电价为：0.5777元/度，全年节电量为：理论风机节电率=[1（变频器运行频率÷50Hz）3]×100%=59.5%，37×24×365×70%×44%×0.5777=5.767万元。
3．蒸汽发生器运行信息远传监控系统
该系统通过信息的无线远程监控技术与先进的在线实时监控技术的完美结合，实现了真正意义上对蒸汽发生器运行信息的远程传输与远程监控。（1）首次实现了上位机用户对所有蒸汽发生器实时全过程的监控。（2）建设性开发出注汽质量的监控软件，远程用户可通过上位机及时发现燃料管和注汽质量存在的问题，迅速做出反应，堵塞管理漏洞。（3）首次实现了真正意义上的井口蒸汽干度测量和数据传输。（4）系统通信可靠，稳定性好，实现了办公的自动化和高效率。综上所述，该系统先进的实时检测和控制技术，能够及时准确的实现所有监测、自动化控制和预警功能，确保了运行安全，降低了运行能耗。特别是在锅炉爆管、爆燃和能耗远程监控方面，填补了国内外技术产品的空白。
4．蒸汽发生器运行信息远传监控系统的效果
若该系统能够在辽河油田全面推广，其经济效益和安全防范技术措施的提升将会非常可观。具体体现在以下几个方面。（1）经济效益方面。该系统经济性是按每台锅炉年平均利用率70%计算，则每年创效为：21.266+5.767=27.033万元（2）安全防范技术方面。一是先进的蒸汽发生器蒸汽干度在线实时监控系统，能够有效的控制蒸汽干度的大幅波动，从根本上解决了因过热引发的爆管等事故。二是蒸汽发生器燃烧自动控制系统能够全过程监控蒸汽发生器的燃烧，实现锅炉运行中的点火危险性预警、燃烧自动控制功能，提高了锅炉热效率，避免了因锅炉爆燃引发的财产损失和人身伤害。三是蒸汽发生器运行的远程监控系统，能够充分发挥专业技术人员的技术优势，第一时间发现蒸汽发生器运行过程中存在的隐患，第一时间制定整改方案，第一时间实施整改措施，能有效的监控设备运行异常、注汽管线渗漏、油品丢失等，有力地保证了锅炉安全、高效、经济运行。
四、结束语
【关键词】环保；烟气在线监测系统（CEMS）；设备管理：整治
1.引言
华能海口电厂现共有二期（2*138MW机组）、三期（2*138MW，一台已关停）、四期（2*330MW）五台机组运行，其中二、三期均为两炉一塔的脱硫系统，四期两台机组各一套脱硫系统。目前，电厂五台机组脱硫CEMS系统测量的烟气排放主要参数均向海南省环保厅及海南电网实时传送监控。国家、省环保部门每季度、月度对电厂脱硫监督检查，CEMS设备数据记录是否准确有效是检查的重点。如何提高CEMS设备的管理水平，确保CEMS设备稳定、记录有效，将直接关系到华能海口电厂建设“节约环保型”企业的效果，以及企业的良好社会形象。
2.机组CEMS系统情况简介
CEMS（烟气排放连续监测系统）由气态污染物CEMS（含SO2、NOX、O2等）和颗粒物CEMS烟气参数测定子系统组成。通过采样和非采样的方式，测定烟气中污染物浓度，同时测定烟气温度、烟气压力、流速或流量、烟气含水分量、烟气含氧量；计算烟气污染物排放率、排放量；显示和打印各种参数、图表并通过数据、图文传输系统传输至管理部门。
海口电厂二、三、四期脱硫系统分别配置三种厂家不同原理的CEMS系统设备：其中二期CEMS采用的是安徽蓝盾光电子股份有限公司生产的YDZX-01型烟气排放连续监测系统，测量方式是直接测量法。三期CEMS采用的是北京雪迪龙自动控制系统有限公司提供的SCS-900-3在线监测系统，测量方式是抽取加热测量法。四期CEMS（#8、9脱硫）采用的是美国热电公司（Thermo）生产的200型烟气连续监测系统，测量方式是稀释法。
3.CEMS设备整治前状况
2009年9月前，全厂脱硫系统设备（包括CEMS设备）由外单位总包负责维护检修，厂内脱硫班负责管理。由于外包单位技术力量及管理不善等各种原因，脱硫系统CEMS设备的检修维护工作存在严重的不足之处，多次出现设备故障，记录丢失、有误等问题。对此，厂部对脱硫系统CEMS管理现状进行分析，组织开展CEMS设备管理整治工作。
（1）外单位总包对全厂五台机组设备维护级检修，但是，其人员技术水平偏低，技术力量结构不合理，电控人员缺乏且没有经验，实际负责脱硫热控设备的维护人员只有2人，技术人员不足直接导致在CEMS设备的管理维护上投入的人力较少，使得CEMS设备的一些定期维护工作无法做到位，维护检修技术、技能没有充分掌握，这导致CEMS设备的故障发生率一直较高。另外，厂内的脱硫班主要配备的是机务专业人员，相关热控专业基础知识有限，无法起到监管的作用，存在“以包代管”现象，也是CEMS设备的管理不到位另一重要原因。对此，厂部决定将脱硫系统包含CEMS系统在内的热控及电气部分设备全部由检修部自主维护和检修，改变设备管理机制。
（2）对全厂CEMS存在问题现况进行分析
①汇总CEMS设备的当前存在问题，安排整治。经过排查发现众多问题：例如二期脱硫#6炉旁路CEMS在接管时处于瘫痪状态，该烟气分析仪处在停运状况；粉尘仪的测量失准、湿度仪没有投入运行等问题。
②CEMS设备的检修、维护、标定、比对、图纸资料等工作台帐不齐全，不符合技术管理要求和工作需求。之前，CEMS只有标定台帐数据记录，其他工作台帐欠缺。
③数据管理混乱是最突出严重的问题。例如检修、维护、标定、比对等工作后的数据不全、仪表量程设置不一致、DCS数据丢失等问题，导致在环保部门的检查中处于被动状态。
④CEMS设备的相关管理制度及应急预案等规定办法不健全。
4.CEMS设备管理整治工作
为了快速改变和提高CEMS设备的管理状况，根据国家环保部门相关技术标准及规范，结合CEMS设备现状及主机设备的管理经验，组织开展CEMS设备的管理整治工作：
4.1成立CEMS设备管理小组，明确设备负责人，建立管理标准。
明确全厂脱硫CEMS设备由检修部炉控班负责，组建由班组技术员负责的CEMS设备管理小组，明确小组成员设备管理责任及分工。同时，由专业专工牵头制定CEMS的设备管理技术规范，CEMS设备管理小组主要职责是：
（1）负责全厂脱硫CEMS设备的巡检、维护保养、检修、校准、比对、数据有效性管理及配合环保部门检查、比对等工作。
（2）专职专业，做到精通CEMS系统。开展培训学习，熟悉和掌握脱硫各类型CEMS分析仪表、测量一次元件以及上位机操作系统、组态设置等，掌握设备的健康状况，做到可控在控。
（3）熟悉国家、省环保部门制定的CEMS相关法律法规和技术规范，严格贯彻执行国家的各种制度要求和技术要求。
（4）组织制定CEMS系统管理制度，明确日常设备巡检、维护及检修管理规范，使CEMS设备维护、检修工作常态化、规范化。主要有：《CEMS系统维护管理制度》、《烟气连续排放监测小室管理制度》、《CEMS检修维护应急预案》、《运行维护检修规程》等。班组也完善管理制度和技术台帐，主要有：《班组CEMS管理制度》、《检修维护记录本》、《CEMS校准记录本》、《标准气体更换记录本》等，规范了CEMS管理标准。
（5）负责CEMS系统的备品备件管理工作，确保CEMS系统的备品备件库存满足设备运维需求。
（6）定期主动与环保厅、电网核对环保数据，确保数据一致，加强联系沟通，发现问题及时解决。
