ABB在线分析仪在烟气监测系统的应用

ABB在线分析仪在烟气监测系统的应用
摘要:环境保护越来越被公众所认同,现在大气污染成为需要解决的突出问题。

生产企业排出的烟气中含有各种污染物,具体排放的指标需要遵守国家关于固定污染源烟气排放标准。

对此,企业需要配有固定污染源烟气排放连续检测系统(CEMS)。

关键词:CEMS AO2040红外分析仪氧化锆分析仪烟尘检测仪数据采集系统
为保护我们共有的地球,环保部门对烟气排放企业需要进行固定污染物排放的监督,烟气监测系统就是按照环保部门要求,企业设立的排放物进行连续监测的系统。

固定污染p1.1 系统简述
系统由SO2,NO NO2多组分气体分析仪、尘含量检测仪、流速仪、氧化锆氧分析仪和DAS(数据采集系统)组成。

SO2,NOX多组分气体分析仪:ABB AO2040 Series。

尘含量检测仪:SICK FW56。

流速仪:MODEL 3060。

氧化锆氧分析仪:ABB ZDT。

DAS(数据采集系统):SIEMENS S7 200 PLC,DELL计算机,HP打
印机。

系统集成为一个分析小屋内安装的分析柜(2200h×800w×800d)和两个现场安装的分析柜(1300h×1300w×500d)。

分析小屋内安装的分析柜安装有ABB AO2040多组分气体分析仪和其预处理系统,SIEMENS S7 200 PLC,220V AC/24VDC电源箱,校验用标准气,电磁阀组。

现场安装的分析柜安装有ZDT氧化锆氧分析仪,SICK FW56尘含量检测仪,MODEL 3060流速仪和其反吹泵。

尘含量检测仪、流速仪、氧化锆氧分析仪将检测的工艺值转变为标准4～20 mA模拟量,传送给PLC,PLC处理后将数据传送给监控计算机。

PLC与监控计算机之间采用PC/PPI连接方式进行通讯。

ABB AO2040多组分气体分析仪与监控计算机之间采用USB—RS485连接方式进行通讯,而不与PLC直接通讯。

1.2 结构图(如图1)
2 CEMS的基本配置(如表1)
下面就各系统详细介绍如下。

2.1 气态污染物监测系统采用ABB AO2040系列产品
ABB AO2040系列包括以下方面。

加热过滤采样探头及电伴热采样管线:
TYPE 40(取样探管ABB);
PFE2(加热过滤器ABB);
SE-2C1-57-1-ATPVC-047-XINS(电伴热采样管线Cellex);
预处理:
SCC-C(样气冷凝器ABB);
SCC-F(样气泵ABB);
分析仪:
Uras 14(多组分气体分析仪ABB);
Oxygen Sensor(氧气传感器ABB)。

ABB AO2040 Series采用直接抽取式采样法,测量排放烟气中的SO2、NOx及燃烧剩余氧含量(干氧)。

加热过滤采样探头全不锈钢材料,内置加热陶瓷过滤器,加热温度180 ℃,能有效地除去烟气中的颗
粒物,过滤效率2μm＞99.9%。

具有极低的维护量和长使用周期。

电伴热采样管线传输样气从探头到预处理系统,材料为特氟隆,电伴热保证样气温度在130 ℃～150 ℃,以防止结露。

(如图2)
通讯方式：
RS232/485串口,与DAS监控计算机连接。

系统原理:湿基直接抽取采样系统是在探头端部去除烟尘,样气保留湿气保持热态。

因此样气要在传输到分析仪之间始终保持在酸露点138 ℃～160 ℃以上。

由于与此衔接的红外分析仪在测定NOx的波长范围内水分对其有一定的影响,为避免在烟气湿度较大的场所下,红外分析仪会产生误差,采样系统用冷凝器除湿来减少影响。

利用采样泵抽取经过防尘探头除尘和采样管线加热的湿样气,进入冷凝器除去水分,干燥后的冷烟气通过转子流量计和支管分送给分析仪。

ABB AO2040的人机信息交换全部通过前面板上的液晶显示屏和触摸按键实现。

同时ABB AO2040配备有RS232/RS485数据通信卡,可将需要的数据信息传送到监控站PC机。

2.2 ABB氧化锆分析仪
烟气湿度检测方法主要有干基和湿基氧测量计算法、红外吸收法、电容法等等连续或非连续监测方法。

本系统采用氧化锆法测量湿
基氧含量及分析仪内电化学法测量干基氧含量,经过公式计算得出烟气湿度值。

氧化锆分析仪的原理是:当氧化锆被加热时,由于氧离子在氧化锆晶体结构中的迁移作用,使氧化锆晶体变成导电体,烟气中氧浓度的不同使这种迁移作用产生的电流不同。

称为氧浓差电池。

ABB氧化锆分析仪包括以下方面。

2.3 SICK FW56烟尘检测仪
本系统选用的烟尘检测仪为德国SICK公司的FW56-I型单光程烟尘测试仪,采用浊度法测量烟尘颗粒含量,其测量原理是:光通过含有烟尘的烟气时,入射光强因烟尘颗粒物的吸收和散射作用而减弱,通过测定光束通过烟气前后的光强衰减值来定量给出烟尘浓度值。

SICK FW56烟尘检测仪包括以下方面。

FW A56 计算单元;
FWS56 发射单元;
FWR56 接收单元;
FWSE 保护空气装置(如图6)。

通讯方式：
4～20 mA模拟量,继电器输出。

空气保护装置的作用如下。

空气保护装置提供压缩空气,在发射单元与接收单元镜面前形成一个空气柱,将镜面与烟气隔离,防止烟气污染镜面。

2.4 烟气流速计
烟气流速计的测量方法主要有皮托管差压法、热导法、超声波法等连续或非连续监测方法。

本系统采用的是皮托管压差法,由温度、压力测量系统、微控制器系统、反吹控制系统、模拟信号输出系统等部分组成。

采用皮托管法测烟气流速;微控制器系统采集各种传感器检测的信号,计算出动压、静压、大气压、烟温等参数,根据公式计算出烟气流速,经D/A转换后成为标准模拟电流信号输出(4～20 mA)。

2.4.1 烟气流速计包括
皮托管;
主机模块;
反吹泵。

2.4.2 工作条件
工作电源:交流220 V±10%,50 Hz；
环境温度:-10 ℃～45 ℃；
环境湿度:0 %～85 %；
大气压:86～106 kPa。

适用环境:非防爆场合。

接地良好。

2.4.3 输出方式
4～20 mA
2.4.4 计算公式
2.4.5 主要技术指标(如表3)
2.5 数据采集系统(DAS)
数据采集系统采用SIEMENS S7-200 PLC加工控软件组态王,通过上下位机的通讯,将CEMS系统的数据实时显示到上位机屏幕上。

同时,上位机可以按照环保要求记录污染物排放的瞬时两积累量。

上位机配有串行通讯接口,可以与环保部门通过电话线进行数据传输。

便于环保部门的实时监督。

3 结语
该系统在全国有多套应用实例,运行稳定可靠。

值得注意的是,在线式分析仪表需要经常维护,系统才能稳定连续运行。

执行标准如下。

《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及监测方法》HJ/T 76-2001。

《火电厂烟气排放连续监测技术规范》HJ/T 75-2001。

参考文献
[1]《Continuous Gas Analyzers A02000 Series:Operator’s Manual》ABB.
[2]《Modular Sample Gas Extraction System |Probe Tubes and Filter Units:Operator’s Manual》ABB
[3]《Advance SCC-C| Sample Gas Cooler:Operator’s Manual》ABB
[4]《Advance SCC-F| Sample Gas Feed Unit:Operator’s Manual》ABB
[5]《ZDT Oxygen Analyzer System: Installation and Operation Guide》ABB
[6]《ZFG2 Series Oxygen Probes Operating Instructions》ABB.
[7]《FW 56-I含尘量监测仪》SICK|MA IHAK.。