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1、摘 要烟气排放连续监测系统（CEMS）是监测烟气污染物排放的现代化手段。本文基于工程背景，简述了CEMS的国内外发展现状，介绍了CEMS结构组成和工作原理，研究与探讨了火力发电厂烟气排放连续监测系统的设计，给出了火力发电厂烟气排放监测系统软、硬件的设计思路，并实现监控系统的各项控制功能。在此基础上设计实现的以上位机、可编程控制器为核心的具有烟气排放连续监测能力的监控系统，以期实现电厂烟气排放情况进行实时监测。阐述了火力发电厂烟气排放连续监测系统的总体方案，顺序控制设计法在PLC梯形图程序设计中的应用，重点利用MCGS组态软件设计上位机监控软件，给出了使用组态软件对监控画面组态的方法。上位机软件
2、具有强大的功能和友好的用户界面，实现了运行参数流程与列表显示、报警提示、历史查询、参数曲线跟踪等功能。自主设计了由电气和气动元件以及PLC组成的控制系统,并对该系统进行了调试，最后对火力发电厂烟气排放连续监测系统的应用进行了展望。关键词：烟气排放连续监测；可编程控制器；MCGSAbstractContinuous Emission Monitoring System (CEMS) is monitoring the gas pollutant emissions of modern means. Based on engineering background, outlines the dev
3、elopment of CEMS status at home and abroad, introduces the components and working principles of CEMS study of the thermal power plant flue gas emissions and continuous monitoring system, gives the power plant flue gas emissions monitoring system software and hardware design ideas, and implemented th
4、e monitoring system control functions. On this basis, design and implementation of the above bit machines, programmable controller as the core of a Continuous Emission Monitoring System monitoring capacity in order to realize real-time power plant flue gas emissions monitoring. Described the power p
5、lant flue gas continuous emission monitoring system of the overall program, sequential control design method in the PLC ladder program design, focusing on software design using MCGS configuration PC monitoring software is given on the monitor using the configuration software screen configuration met
6、hod. PC software has powerful function and friendly user interface, process and operating parameters to achieve a list of display, alarming, historical queries, parametric curve tracking functions. Independently designed by the electrical and pneumatic components and control system consisting of PLC
7、, and the system was debugged, the last of the Power Plant Continuous Emission Monitoring System were reviewed. Keywords: Continuous Emission Monitoring; programmable controller; MCGS目 录摘 要1Abstract2第一章 绪论51.1烟气排放连续监测的意义51.2烟气排放连续监测技术的发展61.2.1国外发展现状61.2.2我国发展现状61.2.3火电厂烟气监测现状61.3本文的主要工作7第二章 烟气排放连续监测
8、系统的原理与结构82.1烟气排放连续监测系统的组成82.1.1 CEMS的监测项目82.1.2 CEMS的结构组成82.2采样的基本要求102.2.1采样工况102.2.2采样位置102.2.3采样孔102.3 CEMS的技术分类102.3.1采样式CEMS102.3.2在线式CEMS112.3.3遥感监测系统112.3.4稀释采样法的特点及应注意的问题112.4 烟尘监测子系统122.4.1烟尘监测的目的和监测项目122.4.2烟尘连续监测方法122.4.3激光浊度法工作原理132.4.4测尘仪的校准与反吹132.5 气态污染物监测子系统132.5.1 SO2的连续监测方法142.5.2 N
9、Ox的连续监测方法142.5.3气体分析仪器的标定152.6 烟气参数监测子系统162.6.1烟气温度的监测162.6.2烟气流量和压力的监测172.6.3含氧量的监测17第三章 CEMS系统硬件设计183.1分析仪器183.2采样系统硬件183.2.1稀释采样探头183.2.2采样管线183.2.3冷凝系统和干燥器193.2.4采样泵193.3数据采集193.4系统控制20第四章 系统硬件功能分析与设计224.1上位机的选型224.2现场控制系统硬件分析选择224.2.1 PLC的选择224.3 PLC控制系统研究与设计234.3.1 PLC程序设计方法234.3.2顺序控制法在仪器标定控制
10、中的应用244.3.3吹扫控制系统PLC梯形图设计24第五章 上位机监控软件的研究与设计265.1上位机与PLC通信265.1.1上位机与PLC互联通信方式265.1.2 PLC与计算机的硬件连接265.2利用组态软件设计监控系统265.2.1组态软件简介265.2.2 MSCG组态软件275.2.3组态软件MSCG实现上位机监控软件的开发275.3软件总体设计305.3.1软件功能305.3.2用户控制界面30第六章 结论与展望346.1结论346.2监测系统展望34参考文献35致 谢36附 录37附录1 FX2-48MR PLC控制I/O分配情况37附录2 烟气监测系统单元PLC模拟控制梯
11、形图38第一章 绪论1.1烟气排放连续监测的意义随着全球工业化和城市化的迅速发展，人类在开发自然资源得到巨大财富的同时也付出了极大的代价，生存环境遭到严重破坏，并越来越成为制约经济和社会可持续发展的重要因素。我国正处于国民经济高速发展的阶段，治理环境污染、改善生存环境已经作为一个刻不容缓的问题摆在我们的面前。我国使用的主要能源是煤炭燃料，所以大气污染以煤烟型污染为主，主要污染物为二氧化硫和烟尘，而二氧化硫正是形成酸雨的主要原因。酸雨对我国的经济和社会的发展带来了极大的危害，每年由于酸雨污染造成的经济损失达200亿元左右。我国政府高度重视酸雨的控制工作，近年来更进一步从立法强制执行的角度加大了控
12、制力度，通过控制污染物排放总量来防止酸雨的产生1。烟气排放连续监测系统(Continuous Emissions Monitoring System,简称CEMS )，是监测烟气污染物排放的现代化手段，可连续监测污染物的排放浓度和排放总量，该系统具有连续监测、定期统计、远程通讯等特点，能为我国污染物排放总量控制计划及酸雨控制计划的实施提供强有力的保障，并为排污收费制度的实施提供科学的定量依据。火力发电厂是污染大气环境的大型工业企业之一。限制火电厂的污染物排放对环境保护具有重要意义。火电厂燃煤排放的主要污染物包括固体颗粒物以及二氧化硫等气体。火电厂在将含有上述污染物的烟气向大气中排放前, 必须进
13、行除尘和脱硫。为了保护环境,加强对污染源排放的监测，按照国家可持续发展战略的要求，实现人与自然和谐发展，国家环保总局火电厂大气污染物排放标准(GB 13223一2003)明确规定火电厂发电锅炉必须安装烟气排放连续监测仪器(CEMS)3。CEMS经省级以上环保部门验收合格时，其监测数据作为该电厂烟气排放是否达标的依据。另一方面,电厂安装在线监测后,可以通过监测污染物的排放,对电厂锅炉、电除尘器和脱硫脱氮等设备的运行进行指导,为电厂安全、稳定、经济、高效运行提供有利参考。我国火力发电量占总发电量80%左右，而煤炭占火电机组燃料的95%，随着国民经济的快速增长促使电力事业的迅猛发展，由燃煤所带来的大
14、气污染问题日益严重。按目前的排放控制水平，到2020年，我国火电厂排放的二氧化硫、烟尘和氮氧化物将分别达到2100万吨、500万吨和1000万吨以上。如果火电厂排放的大气污染物得不到有效控制，将直接影响到我国大气环境质量的改善。为控制污染加剧，促进火电行业的技术进步和电力行业的可持续发展，国家环保部门采取了一系列严格的环保政策，如大气污染物总量控制、提高排污收费标准等。新修订的火电厂大气污染物排放标准(GBl32232003)规定：“火力发电锅炉须装设符合HJ/T75 要求的烟气排放连续监测仪器；火电厂大气污染物的T75 中的规连续监测按HJ/定执行；烟气排放连续监测装置经省级以上人民政府环境
15、保护行政主管部门验收合格后，在有效期内其监测数据为有效数据。”因此，CEMS已成为环境管理、环境监测、排污收费、污染物治理及实施污染物排放总量控制的科学可靠的依据及必要的技术手段。1.2烟气排放连续监测技术的发展1.2.1国外发展现状 60年代人们尝试把环境空气分析仪和工业过程监控仪用于污染源排放物的监测。山于当时制作的烟气稀释系统的稳定性差，环境空气分析仪在污染源排放物监测中的应用是不成功的，但是工业过程监控仪适合于污染源排放物的监测，特别是紫外吸收和红外吸收原理的监狈J仪。60年代末期至70年代初期，德国和美国成功地研制、生产、发展了监测系统，重新设计了测量高浓度气体的环境分析仪和不用抽样品而是将探头直接插入烟道测量烟气的现场分析仪，并不断对仪器进行改进。在这些测试技术中，德国的不透明度光学系统和美国的荧光检测技术，为实现烟气连续监测奠定了技术基础。在美国，第一台连续排放监测系统出现于1971年。但是直到1975年末，连续排放监测系统制造工业仍停止不
