烟气在线监测系统范文

导语：如何才能写好一篇烟气在线监测系统，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

[关键词]CEMS；NOx；倒挂

中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0067-01

一、背景介绍

我公司一期工程为两台2×600MW亚临界燃煤发电机组，分别为1号机组、2号机组。二期工程为两台2×660MW超临界燃煤发电机组，分别为3号机组、4号机组。3号机组于2009年3月投入商业运行，脱硝系统同主机同步建设，同时投入运行。脱硝选择性催化还原技术（以下简称SCR），同时配备了一套烟气在线监测系统（以下简称CEMS）。1、2、4号机组与2013年初陆续安装了脱硝装置，采用的也是SCR技术，同时配备了一套CEMS系统。每套脱硝CEMS系统共安装有4套烟气在线监测系统，用来测量脱硝系统A、B侧出、入口NOx、O2浓度。1、2、3号机组脱硝CEMS系统测量方法：NOx为直接抽取式红外差分光学吸收光谱法；O2为电化学法。4号机组脱硝CEMS系统测量方法：NOX为直接抽取式紫外差分光学吸收光谱法；O2为氧化锆法。

二、脱硝CEMS系统升级改造的必要性

1、原CEMS测量系统的缺点

（1）故障率

由于烟气取样系统即使全程敷设了伴热带，温度也达不到炉膛300多度的温度。因此烟气会在取样系统中结露成一小部分的水。烟气中氨气、SO2和水会发生反应生成亚硫酸氢氨。化学方程式为NH3+SO2+H2O――NH4++HSO34，2NH3+SO2+H2O――（NH4）2SO3。亚硫酸氢氨呈白色，会敷在测量池上形成一层白色的膜，大大降低了紫外差分光学的光谱能量，导致分析仪测量的NOX值不准。由于亚硫酸氢氨极易溶于水，这样就需要维护人员定期观察发现光谱能量值，发现降低时，用水清洗测量池。实践经验告诉我们，清洗时间大约间隔15天，这样一来大大降低了烟气在线监测数据的有效和准确性。

（2）故障处理时间

4号机组脱硝原CEMS测量系统没有烟气预处理系统，全程高温伴热180℃。系统出现故障时，为了防止高温烫伤先得停止加热，待冷却后方可动手处理。故障处理完，待温度达到设定180℃时，系统才开始工作，期间加热时间超过1小时。综合计算处理故障时间总计3个小时。大大降低了烟气在线监测数据的实时性。

2、仪表量程的选型

4号机组脱硝CEMS分析仪NOx物理量程为400mg/m3，当时国家火电厂大气污染物排放标准为NOx不大于100mg/m3。仪表量程和测量精度都符合并满足《火电厂烟气排放连续监测技术规范》。现阶段随着国家“十二五”绿色减排计划的日益跟进和国华电力绿色发电计划的实施，我厂大气污染物排放新的标准为NOx不大于80mg/m3，因此我们需要也有必要提高CEMS分析仪的NOx测量精度。我厂正常工况下锅炉烟气中NOx含量只有150mg/m3左右，因此选择NOx小量程、高精度的分析仪势在必行。

3、NOx倒挂问题

所谓NOx倒挂问题是指烟气在线监测系统中显示的脱硫系统出口NOx浓度略大于脱硝系统出口NOx浓度。脱硝系统投运以来，一直存在脱硫系统出口NOx浓度比脱硝系统出口浓度偏高的现象。对脱硫系统烟气分析仪通入标气后，显示准确，同样对脱硫系统烟气分析仪通入标气后显示也是准确的。每个季度河北省环境监测中心站出具的比对监测结果显示，脱硫净烟气NOx测量值均在误差允许的范围内。而在脱硝系统做试验时由河北省电研院对脱硝出口NOx测量值跟烟气在线监测系统测量值比较接近。经过长时间的测试、试验和比对，倒挂现象的原因为脱硝系统出口烟道较短，烟道内NOx混合不均匀，而CEMS测量的是烟道内某一点的NOx浓度，不具有代表性。

由于国家环保局在线监测的数据是以脱硫出口烟气NOx浓度为标准，而我厂是以脱硝出口NOx浓度来调节喷氨量。这样就会出现由于调节不及时导致脱硝出口NOx浓度没有超标而脱硫出口NOx浓度超标的现象。这个问题长期以来一直困扰着运行人员。所以脱硫系统出口NOx与脱硝系统出口NOx倒挂的现象有必要进行解决。

结合以上三点分析，脱硝烟气在线监测系统升级改造势在必行。

三、脱硝烟气在线监测系统升级改造的实施

1、减少CEMS测量系统的故障率

脱硝CEMS系统增加一套烟气取样冷却装置，即冷凝器和蠕动泵。冷凝器的功能为给烟气降温和出去烟气中的水分，蠕动泵的功能是将冷凝器产生的水排走。将冷凝器安装在烟气取样管线进入分析柜入口处，保证烟气第一流程先经过冷凝器。从而使烟气中少量的亚硫酸氢氨溶于水后排走，不会在污染测量池。烟气经过冷凝后温度降低，如果出现故障时可以及时上手处理不会耽误故障处理时间。

2、提高仪表精度

上文提到我厂正常工况下锅炉烟气中NOx含量只有150mg/m3左右，因此选择了NOx浓度量程为0―300最为合适。

3、解决NOx倒挂问题

在空预器入口的水平烟道顶部取样，抽入4根取样管后将烟气汇合到母管。母管接入空气预热器的出口烟道。利用烟道的压力差，使得烟气自然流动。在母管上安装烟气采样探头，用来测量。由于插入了4根采样管，且每根采样管上均开有3个小孔，这种采样方式将使得烟气的混合将更加均匀。测量值更具有代表性。改造后倒挂现象消失。

四、脱硝烟气在线监测系统升级改造后的成效

自1月份4号机组脱硝烟气在线监测系统升级改造后，CEMS系统运行稳定，0故障率。脱硫系统出口NOx与脱硝系统出口NOx浓度基本一致，倒挂现象消失。

蓝色曲线为脱硫出口NOx浓度，紫色曲线为A反应器出口NOx浓度，黄色曲线为A反应器出口NOx浓度。

参考文献

[1] 沧东电厂运行规程.

篇2

关键词 变压器；局部放电；在线检测

中图分类号TM40 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）45-0008-02

0 引言

变压器内部存在局部缺陷，在电场作用下会引起变压器局部放电，当放电量逐渐累积，能使变压器的绝缘材料逐步老化，影响其绝缘性能，严重时会导致绝缘事故,危及电网安全。而目前常规进行的变压器预防性试验只能定期停电检查，难以及时发现变压器内部局部放电引起的绝缘故障。因此，对电厂变压器局部放电在线检测系统进行研究很有必要。变压器作为电力系统极其重要的设备，如果发生故障，会直接影响了电力的供应，进而给人们的生产生活带来严重的后果，所以必须保证变压器能够正常的工作。由于变压器的故障主要是绝缘劣化引发的，而反应变压器内部绝缘状态的一个很重要的特征量就是局部放电量，所以实时监测变压器内部的局部放电状态非常有必要，当发生局部放电的时候，实时监测到放电量，当达到事先设定的报警值时，启动报警装置，通知人们去解决，以此保证变压器的长久的稳态运行，从而保障正常供电。

本文设计了变压器局部放电在线监测系统研究。通过对变压器局部放电在线监测装置的研究，能实现实时监测，及时了解变压器内部局部放电情况，判断绝缘脆弱部分，提前采取措施，避免突发性事故的发生。

1 变压器局部放电的机理

变压器内部局部放电的机理是：在电场作用下，绝缘系统中只有部分区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，即尚未击穿，这种现象称之为局部放电。对于被气体包围的导体附近发生的局部放电，可称之为电晕。局部放电可能发生在导体边上，也可能发生在绝缘体的表面或内部，发生在表面的称为表面局部放电。

2 变压器局部放电的检测方法

局部放电的测量是以局部放电时所产生的各种现象为依据，通过能表述该现象的物理量来表征局部放电的状态。局部放电过程中除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，还会产生电磁辐射、超声波、发光、发热以及出现新的生成物等，因此与这些现象相对应，局部放电的检测方法可以分为电气测量法和非电气测量法两大类。非电的测量方法主要包括超声波检测法、光测法、红外检测法、化学检测法等。这些方法的优点是测量中不受电气的干扰，抗干扰能力较强，但灵敏度比较低，同时难以进行精确的定量分析，更无法得到视在放电量 PC值等，因此至今主要用作局部放电的定位和辅助测量。目前普遍采用的是电气测量法，并且随着新技术的应用，逐渐向超高频、超宽频带测量方向发展。

电气测量方法为传统常规局部放电测量方法，其又分为：

1）外壳电极法：在GIS外壳上敷设绝缘薄膜和金属电极，外壳与金属电极间就构成一个电容，可将高频放电信号耦合至检测阻抗上。该阻抗上的信号可经放大最终得到GIS局部放电水平。这种方法的优点是检测灵敏度高、结构简单、易实现，但缺点是易受外界干扰；

2）内部电极法：该方法是将GIS法兰稍加改造，在法兰内部加装金属电极，该电极与外壳构成耦合电容，以此电容传感器提取局部放电的脉冲信号，当采用两个电容传感器时即可进行GIS局部放电定位，由GIS局部放电信号到达两个传感器的时间差确定放电点；

3）外接电流传感器：当GIS内部产生局部放电时，接地线上有高频电流通过，因此可利用带有铁氧磁芯材料的罗可夫斯基线圈作为传感器来测量此高频信号，此方法优点是精心制作的传感器可以在很宽的频率范围内保持很好的传输特性，但地线需穿过线圈，给现场使用带来了不便。

3 变压器局部放电在线检测系统设计

变压器局部放电在线监测系统应满足以下要求：1）监测系统的投入和使用应不改变、不影响变压器的正常运行；2）能够连续监测、记录和处理数据，及时报警；3）具有良好的抗干扰能力和合理的监测灵敏度；4）系统本身可靠性高，易于维护，适于室外长期运行。根据以上的要求设计了变压器局部放电在线监测系统，其主框图如图1所示：

下面详细介绍各单元的选择和设计：

1）传感器是实现在线监测的首要环节，直接影响测量技术的发展。检测系统的准确度和传感器的有很大的关系，如果传感器不能很好的变换成所要采集的信息，那么硬件电路软件设计再准确可靠也不能真实反映变压器的实际变化，因此要准确的在线检测，选择合适的传感器是首要条件。监测变压器内部局部放电信号所使用的传感器必须满足下列条件：

（1）能够安全有效地提取微弱的局部信号，不影响变压器的正常工作；

（2）结构设计合理，便于在电厂对变压器进行安装和调试；

（3）具有较好的抗干扰能力，作为在线监测的前端装置，其性能直接影响整个系统的稳定性，传感器的工作性能必须稳定。

2）从电流传感器输出的局部放电信号往往十分微弱，必须对其进行预处理后才能送入高速数据采集单元进行模数转换。由于在测量过程中不可避免地遭受各种内、外干扰因素的影响，为了利用被测信号来驱动显示记录和控制仪器或进一步将信号输入计算机进行数据处理，因此经传感器采集后的信号尚需经过调理、放大、滤波、运算分析等一系列的加工处理，以抑制噪声、提高信噪比，因此需要设计放大器单元。在频率为40kHz~400kHz范围能真实全面地反映局部放电信号。所以传感器耦合到的放电信号进入放大器后，首先进入滤波环节，对其进行带通滤波，滤除频率在40kHz~400kHz范围以外的信号。

3）数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟或数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析,处理。数据采集卡，即实现数据采集（DAQ）功能的计算机扩展卡，可以通过USB、PXI、PCI、PCI Express、火线（1394）、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。

4 结论

随着大型变压器制造容量和电压等级不断提高，变压器能否安全运行直接影响到系统的安全稳定。因此人们对变压器的可靠性要求也越来越高。变压器局部绝缘系统损坏不仅影响到电网还威胁到人民的安全。本文分析了变压器局部放电的机理和检测方法，最后设计了变压器局部放电在线检测系统，保证电力系统的正常运行。

参考文献

[1]宋克仁，冯玉全.高压变压器在线局部放电测量[J].高电压技术，1992(1)：40-44.

[2]黄盛洁，姚文冰.变压器局部放电在线监测技术研究[J].高电压技术，1996，22(4)：39-42.

篇3

关键词：干式空心电抗器；匝间短路；阻抗变化量；在线监测

DOI：1015938/jjhust201702013

中图分类号： TM47

文献标志码： A

文章编号： 1007-2683（2017）02-0067-05

Abstract：The change of current value caused by turntoturn short circuit of drytype aircore reactor is so little that failure detection is difficult to be carried out In order to solve this problem， a new online monitoring system based on impedance variation of turntoturn short circuit is proposed The numerical method is applied to analyze the variation of equivalent resistance and equivalent reactance when drytype aircore reactor winding short circuit happens in different places， and the monitoring method based on harmonic analysis method and quasisynchronization sampling method is analyzed by theory The hardware system， which takes singlechip microcomputer as the core of data processing and logic control， completes data acquisition of voltage signal and current signal of the reactor In the respect of software design， the impedance variation will be uploaded to the PC after it has been calculated by using the above monitoring method， and then monitoring of turntoturn short circuit fault will be realized Finally， the design of online monitoring system is studied by testing The research result shows that， the equivalent resistance increases and the equivalent reactance decreases when turntoturn short circuit occurs， and the variation of equivalent resistance is more obvious than equivalent reactance The experiment results prove that this monitoring method is true and the online monitoring system is feasible

Keywords：drytype aircore reactor；turntoturn short circuit；impedance variation；online monitoring

0引言

干式空心抗器具有结构简单、重量轻、体积小、线性好、损耗低、维护方便等优点，在电力系统中运用日益广泛[1-2]。随着干式空心电抗器长时间的使用，其故障发生率居高不下，大量资料和实际运行情况表明，干式空心电抗器烧毁的原因主要是线圈匝间短路故障[3-8]。

目前，对干式空心电抗器的保护大多都采用过流保护的方式[9-10]。此外，也有文献采用温度监测的方法[11-13]。过流保护一般整定15～2倍额定电流，对外部相间短路和单相电抗器首末端短路可以有效的保护。由于电抗器匝间短路后电流小于过流保护的整定值，过流保护不能启动，造成电抗器严重烧毁，甚至发生着火燃烧。干式空心电抗器线圈采用环氧玻璃丝缠绕，匝间短路后温升变化缓慢，采用温度监测方法也不能及时发现故障。

本文解析了干式空心电抗器发生匝间短路故障时等值电阻与等值电抗的变化量，在此基础上，设计了一种基于阻抗变化量的匝间短路在线监测系统，并通过试验验证了可行性。

1匝间短路电抗器阻抗变化量

11等效电路与解析方法

干式空心电抗器是若干支路并联的组合，各支路有直流电阻、自感和互感。假设N层并联线圈的第m层发生匝间绝缘故障，在该处匝间绝缘故障还没有将第m层绕组烧断以前，其电路模型如图1所示[5]。

12阻抗值及其变化量

本文以一台型号为CKDGKL-25/10-1干式空心电抗器为样品，其具体参数见表1：

当干式空心电抗器发生匝间短路故障时，分别计算了其不同位置（设电抗器高度为变量H，顶部、H/4处、H/2处）总电流、等值电阻与等值电抗的变化量，具体结果见表2。

从表2中可以看出，发生匝间短路故障时，干式空心电抗器总体电流变大，但变化量很小；等值电阻增加，增加范围是261%～152%；在等值电抗减少，减少范围是012%～043%。

2监测方法的研究

21谐波分析方法

本文采用谐波分析方法计算电抗器的阻抗值，设被测干式空心电抗器的电压、电流信号分别为：

22准同步算法

以上分析均是建立的完整周期采样条件下进行的，但是在实际中，并不能保证采样周期是完整的周期，这样就会带来很大的误差，本文采用准同步算法减小误差[14-15]。它是在周期偏差|Δ|不太大的情况下，通过适当增加采样数据和采用新的数据处理方法来获得某一周斯函数平均值的高准确度估计的算法。以求取周期信号函数f（t）的平均值为例。

常用的求积公式有复化矩形、复化梯形和复化辛普森求积公式三种，其中复化梯形求积公式收敛速度最快[16]。

以上就是准同步算法的基本原理。采样值与对应的权系数的乘积的和便是所求的平均值。对于确定的数值求积公式、采样周期和采样个数，权系数可以预先计算出来。为了提高系统处理数据的速率和确保系统的准确度，本文选用复化梯形求积公式，采样周期的个数为3，每周期采样点个数为100[17]。权系数如图2所示。

3总体方案及硬件组成

对运行的电抗器，电力系统现场有电压互感器和电流互感器获得电抗器的电压与电流信号。但获取的信号不能直接满足测量系统的要求，需要进行处理。电压信号经精密电压互感器二次分压，电流信号经电流互感器二次分流，然后接入信号调理电路进行滤波、放大，调理后的信号经A/D转换器的进行两路同步采集得到数字信号，以89C55单片机作为核心，控制A/D转换器，进行数据采集，将采集数据放入数据存储器里，利用谐波分析法和准同步算法对数据进行运算，最后将运算所得结果R与X通过串口通信的方式上传至上位机进行显示，存储等处理。

根据总体方案，整体硬件框图如图3所示。二次分压与分流选用型号为HPT205ATN电压互感器和HCT204ATN电流互感器，两者精密等级均为01%[18]。模/数转换器选用了MAXIN公司生产的同步数据采集芯片MAX125，它是一款高速、多通道数据采集芯片。内部带有一个14位，转换时间为3μs的逐次逼近型模数转换电路，同时还有4个采样/保持电路，一共可以有8路输入信号，最多可以对4路信号进行同步采集[19-20]

4软件设计

41单片机程序

在线监测系统选用C语言对单片机程序进行编写，程序流程图如图4所示。包括初始化、数据采集与存储、数值计算、数据传输等功能。

系统通电，对单片机定时器与串行口进行初始化，打开中断，进行采集数据，把采集数据写入片外RAM里的数据，并对采集数据进行运算，得到电抗器的等值电阻与等值电抗，将电抗器的阻抗值发送至上位机，进行显示等进一步处理。

42上位机程序

在线监测系统选用Visual Studio是为开发环境，MFC为开发工具对上位机程序进行了编写，匝间短路在线监测系统界面如图5所示。

系统采用了模块化思想，包括连接、初始化、故障监测、电阻监测值、电阻变化量、电抗监测值和电抗变化量等部分。分别实现了串口通信、电抗器理论计算阻抗值写入、报警阈值和报警次数设定，对运行电抗器监测值及阻抗变化量的显示，以及监测数据的存储等功能。

5试验研究

试验使用文中所述电抗器，将电抗器最外层包封环氧玻璃丝剥开直至露出第7层线圈铝导线，然后把导线外包绕的聚酯薄膜剔除，将的两匝导线之间塞进细铜丝来模拟实际的匝间短路故障进行试验。试验电路如图6所示。

由于电抗器额定电压为61 V，与电力系统现场电压互感器额定电压值100/〖KF（〗3〖KF）〗 V基本一致，因此可以省略电压互感器，采用调压器升压方式的便可以得到试验允许电压；而电抗器电流为42 A，远大于电力系统现场电流互感器额定电流值5 A，所以需外加一级电流互感器才能得到试验允许电流。试验所用调压器参数见表3，电流互感器参数见表4。

根据所选电抗器和试验设备，搭建试验平台。在电抗器工作在额定电压的情况下进行了试验，测得电抗器的等值电阻与等值电抗，试验结果见5。

从表5中可以看出，电抗器在不同位置发生匝间短路时，阻抗值与理论分析的变化规律一致且变化量大小也基本相同，进而验证了O测方法的正确性，以及在线监测系统具有较高的准确度。

6结论

本文对匝间短路干式空心电抗器阻抗变化量及其在线监测系统进行了研究，得到如下结论：

干式空心电抗器发生匝间短路后等值电阻增加，等值电抗减小，其中等值电阻变化更明显；试验结果表明阻抗变化量理论计算值与监测值相一致，论证了在线监测方法的正确性，以及在线监测系统具有较高的准确度。

参 考 文 献：

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[4]王耀龙.干式空心并联电抗器多起损坏原因分析[J].电气技术，2012，（7）：55-57.

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篇4

摘要:以STM32F103VB处理器和甲烷气体传感器为核心，设计了一种基于GPRS无线远程通信的水稻田甲烷气体在线监测系统。首先，介绍了监测系统的总体设计思路与核心结构，包括系统的硬件系统结构与软件系统设计;其次，针对甲烷传感器进行了标定、稳定性实验，在此基础上，建立了甲烷浓度预测模型;最后，选取安徽省农科院水稻实验田作为对象，连续监测了144小时的甲烷排放情况，甲烷排放速率呈周期性变化，变化周期为24小时(1天)，甲烷排放速率与土壤温度呈正相关，144小时的甲烷气体平均排放速率为2.935mg•m－2•h－1。实验结果表明:系统能够实时监测水稻田甲烷气体单位面积的排放通量及排放速率情况，为水稻田温室气体排放监测与控制提供理论基础与数据支持。

关键词:CH4监测;嵌入式系统;预测模型

我国农业已超过工业成为最大的面源污染产业［1］，农业中的温室气体排放引起国内外专家的密切关注。甲烷(CH4)是全球第二大温室气体［2］，联合国政府间气候变化专业委员会(ICPP)报告指出，单位摩尔甲烷的辐射强度是二氧化碳的21倍，它对全球温室效应的贡献达到二氧化碳的1/3［3－4］。水稻田是甲烷气体最主要的排放源之一［5－6］，水稻田甲烷的排放速率及排放通量信息的快速获取是一项亟需解决的关键技术［7－8］。目前普遍采用的静态箱－气相色谱法存在着采样程序繁琐、成本高、不能实时监测等问题［9－10］。为了有效监测水稻田甲烷气体排放，急需一种实时快速获取甲烷气体浓度的监测系统，它能够长期监测水稻田中甲烷气体的排放速率、单位面积的排放通量。在此背景下，本文设计了一套基于传感技术、嵌入式技术与远程无线通信技术相结合的甲烷气体排放在线监测系统。该系统具有实时、稳定、高精度等优点，为水稻田甲烷气体浓度在线检测与监测提供了一种新的手段与方法。

1系统总体设计

系统包括硬件设计、软件设计两大部分。其中硬件设计主要含核心处理模块、数据采集模块、数据获取传感器以及数据无线发送等部分。数据获取传感器选用高精度红外甲烷气体传感器探头(英国Dyna-mentMSHia－HC)、高稳定温湿度传感器芯片(SHT20)。甲烷气体传感器探头采集的电信号经信号调理电路由微处理器ADC采集并处理得到甲烷浓度，而温湿度传感器则通过IIC总线的方式与微处理器进行通信;系统选用低功耗的32位ARM处理器STM32F103VB作为主控芯片，由独立电源模块进行供电，并引出标准JTAG接口，方便程序的烧写与调试;STM32控制器的实时时钟(RTC)模块，为定时采样、实时存储提供时间依据，利用STM32控制器的SPI接口将采集数据与采样时间同步写入SD卡中，实现采集数据与采样时间的本地存储。此外系统通过RS232接口将采集数据经GPRS模块实时上传至云端服务器，实现数据的远程存储与调用。

2系统硬件设计

2.1控制器选型

控制器是整个监测系统的核心部件，主要负责数据采集与处理，将获得的甲烷浓度与温湿度等数据存储到本地的SD卡中，同时通过RS232串行接口经GPRS模块将数据上传到云端服务器上进行远程存储，方便调用。系统控制器采用意法半导体(ST)公司的基于Cortex－M3内核的32位ARM处理器STM32F103VB，该处理器具有高性能、低成本、低功耗等特点。其内部带有128kB字节的FLASH和20kB的SRAM;最高工作频率可达72MHz，具有丰富的高速I/O端口，3路12位ADC(可达21通道)，2路DAC，4路16位通用定时器，2路16位PWM;可达13个通信接口:2个IIC接口，3个SPI接口，5个USART接口，1个CAN接口，1个USB2.0全速接口，1个SDIO接口。完全能满足甲烷排放、温湿度监测系统设计要求。

2.2甲烷传感器

目前检测甲烷气体的传感器有催化燃烧和红外吸收两种原理的，通常用来检测煤矿中甲烷等可燃性气体浓度(精度要求不高)的为催化燃烧原理的传感器。催化燃烧式传感器设计和制造相对简单、价格低廉，但是该类型传感器存在以下明显不足:①精度差，目前市面上的催化燃烧式甲烷传感器检测限约为100ppm，无法有效检测水稻田中的低浓度甲烷气体;②抗干扰性能差，对大部分可燃性气体都产生响应，环境中其它可燃性气体对其检测结果干扰较大;③容易失效，当环境中存在含硅、氯、硫的化合物时，传感器会发生中毒现象，所以催化燃烧式传感器要时常校准。针对以上问题，本文采用基于红外吸收原理的高精度红外甲烷气体传感器探头(英国DynamentMSHia－HC)作为甲烷气体检测单元，该传感器具有稳定性好，精度高，抗干扰能力强、适用恶劣环境、维护少、寿命长等优点。该传感器运用了非色散红外原理，能够实现对甲烷气体的高精度检测。该传感器为高分辨率的全量程甲烷传感器，在0至1%范围分辨率为1ppm，在大于10%范围分辨率为100ppm，且响应时间小于25秒。符合水稻田甲烷气体排放浓度测量需求。该传感器具有0.4V至2V模拟电压输出与串口输出两种模式，本系统选用模拟电压输出模式，其与STM32控制器的接口电路如图2所示。本设计使用STM32控制器的ADC直接读取传感器的电压值，经处理运算得到实际甲烷浓度。

2.3温度传感器

采用TYX－CTWS1型土壤温度传感器，其测量精度高、响应快。采用12V供电，输出电流为工业标准4mA至20mA输出，抗干扰能力好，其分辨率为0.1℃，适用于对农田土壤温度是检测。由于其输出的为电流信号，因此需要个转换电路转换成模拟电压输出，然后被stm32的ADC所采集，经运算得到土壤实际温度值。

2.4GPRS模块

GPRS(通用分组无线服务技术)模块采用厦门才茂(数据传输单元，DTU)，CM3160P采用高性能工业级嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台，超大内存，内嵌TCP/IP协议栈。支持AT指令，方便用户进行参数配置，同时支持TCP、UDP透明数据传输，采用RS－232串行接口，能够实现用户串口到无线网络之间的转换，使传统串口设备更好的加入无线网络，从而实现数据的无线传输。CM3160P外接SIM卡，支持固定IP通信方式支持固定IP通信方式，通过合理配置，可以通过GPRS网络连上服务器端。CM3160P完全能胜任水稻田复杂环境下数据无线传输的要求。

2.5其他硬件模块

(1)电源模块整个系统控制单元需要用到3.3V电压，甲烷传感器工作则需要5V电压，而GPRS模块则需要用12V供电。本设计由外部12V锂电池供电，通过MORNSUNK7805－1000稳压芯片降压到5V，再由ASM1117－3.3稳压芯片将5V电压转换成3.3V，用于控制器最小单元、温湿度传感器、甲烷传感器、存储模块、GPRS模块等供电。

(2)存储模块为防止数据丢失，系统将采集的数据在上传发送到服务器端的同时，还进行了本地存储，确保采集数据的完整性。本系统设计有SD卡存储电路，利用STM32的SPI接口，将采集的数据与采样时间同步写入到SD卡中，实现了数据的本地存储。

(3)RS232串口模块监测系统需要通过串口将采集的甲烷浓度与温湿度数据经CM3160P(GPRS模块)以透传模式上传至服务器，而CM3160P采用的是RS232接口，要实现控制器与CM3160P之间的通信，必须先将控制器的TTL电平转换成RS232电平。本设计利用MAX232电平转换芯片，将STM32USART接口的TTL电平转换成RS232电平。

(4)时钟模块本地存储传感器数据时需要存储对应采样时间，以便作后期数据处理。本文直接利用STM32的实时时钟(RTC)模块，因此需要使用外部LSE晶振，本文在STM32第8、9引脚接有32.768KHZ的晶振电路，同时在STM32的VBAT引脚接有3.3V纽扣电池，以便在断开电源后使用后备电池进行供电，维持RTC的正常运行，为本地存储提供时间依据。

3系统软件设计

3.1嵌入式软件设计

本文采用库函数法进行嵌入式软件设计，采用ST官方固件库3.5.0进行驱动与软件开发。采用固件库开发，无需了解寄存器底层操作，只需调用库提供的函数，即可轻松的完成各外设的配置，极大的缩短了开发周期，提高了编程效率。本文中嵌入式软件主要任务包括系统初始化、甲烷温湿度数据采集与处理、SD卡存储、串口传输。首先进行系统初始化，包括系统时钟初始化，sy-stick滴答定时器、RTC、GPIO口、嵌入式中断嵌套、通用定时器、ADC、SPI、DMA等外设初始化，SD卡模块、温湿度模块、串口通讯等模块初始化。RTC提供时钟，每个整点启动数据采集，采集的传感器值经过算法滤波后得到相应甲烷浓度值与温湿度值，分别由stm32的SPI接口写入SD卡中，USART接口传输给服务器，之后关闭传感器以及传输模块，使系统处于待机状态以减小功耗。

3.2服务端软件设计

服务端软件开发平台采用VisualStudio设计，采用C#编程，该软件启动后进入监听模式，一旦有GPRS无线模块上线，便可直接建立连接、通信。该软件可以管理各设备节点的接入情况，设置工作模式，同时可以控制数据采集终端的采集时间间隔，从而达到远程监控的目的。该软件建立有数据库，将GPRS无线模块传输回来的数据实时保存至数据库中。

4验证实验测

试实验主要针对系统甲烷传感器进行标定，同时针对系统数据采集精度、测量范围、稳定性等方面对系统性能做出分析。现场监测实验用于证明其实用性，即该系统确实是否可以用于水稻田甲烷排放量的监测，以及存在改进的地方。

4.1传感器标定

本系统所采用的甲烷传感器输出为0.4V至2V模拟电压信号，因此采用标定的方法来确定传感器输出电压和实际甲烷浓度之间的定量关系。实验对浓度0至2000ppm范围内21种不同浓度的标准甲烷气体进行标定，记录相应浓度下的电压输出值，并设传感器的分辨率为1ppm。每种浓度下的电压值均为经过STM32微处理器采用最小二乘法、RANSAC等算法软件滤波后的值，重复多次实验后，求取平均值。

4.2稳定性测试

针对0至2000ppm范围内三组不同浓度的甲烷气体(400ppm，600ppm，800ppm)，本项目进行了传感器稳定性测试。每组测试时长5天，每隔10min采集一次数据，实验结果如图11所示。结果表明不同浓度甲烷气体的测量误差均小于0.01%，具有较高的监测精度，且传感器的稳定性良好，不会随时间产生漂移。

4.3农田监测实验(2周实验数据)

现场试验在安徽省农科院水稻育种基地开展，由于育种基地中施用有机肥量较大，所以释放的甲烷量较多，具有代表性。我们利用有机玻璃制作了一个密闭的长方体气箱，气箱尺寸为80mm×80mm×(25+30)mm，其中在水面上方的部分搞25mm，水面下方部分高30mm。一方面光线可以通过有机玻璃直射到农田中的作物上面，不影响作物的正常生长;另一方面保证了农田淤泥中释放的甲烷气体不会扩散到大气中。为了减小对水稻生长环境的影响下，我们设定监测周期为6天，系统每小时采集一次甲烷气体浓度数据和有机玻璃气箱内泥土温度数据。由于我们采集的甲烷浓度数据是甲烷的累积值，理论上讲应该是一个直线上升的趋势，但是从图中可以看出数据的变化总体上升，但是上升的速率(及甲烷的排放速率)是有近似周期性变化的。这个变化周期与监测的泥土温度周期有一定的相关性。为了直观显示水稻田中的甲烷气体排放速率，我们对甲烷排放累积浓度变化曲线进行求导，可以得出甲烷排放速率变化曲线(如下图所示)，从图中我们可以看出:①甲烷排放速率呈周期性变化，变化周期为24小时(1天);②甲烷排放速率与土壤温度呈正相关，土壤温度越高，甲烷排放速率越快，反之越慢;③144小时的甲烷气体平均排放速率。

5结论

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关键词：烟气在线监测；水质在线监测；管理制度；达标排放

中图分类号：X84 文献标识码：A

近年来，随着我国经济的快速增长，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐，对工业锅炉SO2、O2及废水COD排放总量指标的测定计量及控制已成为迫切需要。唐山矿业公司作为主力生产矿井，既要为集团公司各项指标的完成提供支撑掩护作用，又要实现自身科学发展。作为全国唯一的坐落在市区的生产矿井，对各种污染物的排放控制就显得很重要。

1 公司简介。我公司是开滦（集团）所属大型专业化矿井之一，其前身是开滦矿务局唐山矿，始建于1878年，是中国大陆近代采煤工业的源头。现有三大工业遗迹：一是唐山矿一号井，于1879年2月开凿；二是中国第一条标准轨铁路，1881年8月，该矿正式出煤，当年产煤3613吨，同年底，唐山到胥各庄的铁路修筑完成，此铁路是我国建成的第一条标准铁路；三是百年达道，1899年在一号井至西北井开凿了这条南北走向的隧道式桥洞，称为"达道"。至今三大工业遗迹仍在服役，因此唐山矿获得"中国第一佳矿"的美誉。虽然历经130多年的嬗变、发展，至今仍充满勃勃生机。

2 以公司废气、废水排放现状为依据，建立并完善在线监测系统。目前，我公司地面污染物主要包括废气和废水两类，其中废气主要有中央锅炉房、十号井锅炉房中锅炉燃烧过程产生的SO2等污染物，年排放量约为112吨；废水主要是由井下抽排到地面的矿井水，主要污染物为COD，平均浓度为80mg/L。

为将我公司各个排污口实现科学化、信息化管理，适时掌握污染物的处理数据，我公司在三个位置安装了在线监测设备。其中，中央锅炉房及风井锅炉房分别安装一台烟气在线监测设备，用来监测烟气达标情况，中央锅炉房的在线监测设备与市环保局进行了联网；洗煤厂污水处理厂安装一台COD在线监测设备，用来监测污水达标情况，并与集团公司进行了联网管理。

3 以在线监测系统监测数据为基础，保证污染物达标排放

（一） 烟气在线监测系统。根据我公司烟气排放情况，我公司选用目前技术领先、维护简便的SCS-900C型CEMS在线自动监测系统。该设备的监测原理和性能符合《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》。该系统对固体污染源颗粒物浓度和气态污染物浓度以及污染物排放总量进行连续自动监测，运用直接抽取加热法对锅炉中SO2、O2进行分析。并对监测数据和信息传送到环保主管部门，以确保排污企业污染物浓度和排放总量达标。同时，各种相关的环保设备如脱硫、除尘等装置，也依靠烟气在线监测的数据进行监控和管理，以提高环保设施的效率。公司锅炉房安装烟气在线监测监控系统之后，我部门可通过网络随时掌握废气污染物排放的准确数据，依照在线监测系统每日储存的数据定期比对，可以有效的控制我公司污染物排放，减少污染物排放总量。

（二） 水质在线监测系统。根据我公司水质情况，我公司选用广州市怡文科技有限公司生产的EST-2001B型CODcr在线自动监测仪。该自动监测系统采用仪器模块化、模块智能化、系统网络化的设计思想，并按照国家标准方法测定水样中COD浓度，采用重铬酸钾消解+硫酸亚铁铵滴定法对污水中COD进行监测。为使陡河水质还清、使外排矿井水达到国家标准，我公司按照唐山市环保局要求，在污水处理厂安装了水质在线监测系统，用来监测我公司矿井水中COD浓度。联网之后，该监测设备在故障、断电、试剂存量不足、无试样、无洗净水、数值超标异常等情况下都会有自动报警功能，使我公司能够及时采取预防和应急措施，确保了公司污染物达标排放。

4 以健全完善制度为核心，促进公司节能环保工作稳步推进

（一） 完善制度。根据《唐山市重点污染源在线监测监控系统安装运营管理办法》的文件精神，为明确我公司在线监测监控系统使用相关单位的责任，我部门制定了《在线监测设备管理制度》及《在线监测设备考核制度》，进一步完善公司在线监测管理。为保障在线监测系统能够长期稳定运行，我公司同绿创环保公司签订《B区十号井锅炉房烟气在线监测设备维护维修合同》、《COD在线监测设备维护维修合同》、《COD在线自动监测仪委托管理合同》等一系列维护管理合同。确保了我公司锅炉中颗粒污染物排放达到国家标准及外排水中COD浓度达到国家标准。

我公司严格执行唐山市环保局统一要求，为使第三方运营全面实现，我公司同唐山市绿创环保有限公司签订了《中央锅炉房烟气在线监测设备设施进行第三方运营》合同，依据签订合同内容，该公司按照技术要求和规范及时会对我公司在线监测设施进行维护和运行管理，确保我公司在线监测设施稳定可靠运行，正确向唐山市环保局传输污染物正确数据。

（二） 日常管理。为了保证监测设备的正常运行，我部门制定了每日巡检制度并建立巡检台帐，按照《现场巡查安排》每日会有一组人到各个现场查看设备设施运行情况及污水烟气达标排放情况，将巡检情况汇总到台帐中，如有特殊情况及时向领导汇报，保证现场发现问题能够及时予以解决，确保公司污染物达标排放。

5 项目实施效果。今年以来，由于污染物在线监测系统的运行，我公司的废水废气排放各项指标始终保持较低水平，在环保局、城管局、集团公司环保办等上级部门的各类检查中获得好评。推进污染源自动监测系统，不仅仅是为了我们方便地获得相关污染物数据，更重要的是能利用这项先进管理技术对我公司污染物进行实时监控，及时采取预防和应急措施，从而确保我公司污染物达标排放，从环境保护角度树立良好的企业形象。

参考文献

[1]VANTE Wallin，黄兆开，范海华. DOAS方法在连续排放污染源及过程气体在线监测中的实现[J]. 环境工程技术学报，2011（01）.

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[关键词]污染源在线监测系统 CEMS 比对监测

[中图分类号] X501 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-4-232-1

传统的热电、钢铁等行业的排污量较大，而企业经营者为了追求利润的最大化，经常擅自不遵守国家的环保法规，停用污染物监测设施，恶意隐瞒污染数据等现象屡见不鲜。随着社会经济的高速发展，人们对环境的要求也越来越高，同时就对环保部门的监测技术方法提出了更高的要求，传统的监测系统已经不能满足现代环境监测的要求，因此运用现代化的技术手段，在各企业的污染源安装在线监测系统（CEMS，Continuous Emission Monitoring System），实现监测数据的联网，可以有效提高污染物监测数据的准确性，有利于对污染物的防治。

污染源在线监测系统是实时、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（二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等）、辅助参数（烟气温度、流速、压力、湿度、氧量等）。

1污染源在线监测系统简介

污染源在线监测系统主要由气态污染物监测分系统、颗粒物监测分系统、烟气参数监测分系统、数据采集处理分系统以及通讯分系统组成。其中气态污染物监测分系统主要的功能是监测二氧化硫、氮氧化物等气体污染物的浓度和排放总量；颗粒物监测分系统主要监测烟尘的浓度和排放总量；烟气参数监测分系统用于监测烟气温度、流速等的浓度和排放总量；数据采集系统主要功能是实时采集数据，通讯分系统将采集到的数据实时传输到主管部门，为环保部门提供数据参考，并给出处理建议。

2污染源在线监测系统验收比对监测技术应用

2.1气态污染物比对监测

2.1.1二氧化硫（SO2）的比对监测

在进行二氧化硫比对监测时，由于污染物监测口的二氧化硫浓度在不断变化，而且经过湿法脱硫处理后的烟气的湿度较大，影响比对监测结果。因此要采取有效的措施，使含硫烟气的排放状况趋于稳定状态，比如可通过调节固定污染源烟气净化设备的方式来实现这一目的，最大限度的消除由于采样器取样管路过长带来的“延迟效应”。其次，要想使监测结果准确，还要在采样前对烟气进行加热和除湿，一来防止烟气在采样器内冷凝，二来防止烟气过湿导致采样数据不准确甚至损坏采样器的情况。

关于二氧化硫等气态污染物，比对监测时要至少获取6个测试断面的平均值，其中仪器法要选取不小于二倍的自动监测设备相应时间段的平均值为1个数据，化学法是以一个采样时间段获取的监测值为一个数据。对二氧化硫的监测分析方法主要有非分散红外吸收法、碘量法以及定电位电解法等，采样位置要按照GB/T16157和HJ/T397的要求来设置。气态污染物相对准确度的计算公式为：RA=（|d|+|cc|）/RM×100%

其中RA为相对准确度；RM为参比方法测定的平均值；d为数据对与参比数值之差的平均值；cc为置信系数。

2.1.2氮氧化物（NOX）的比对监测

随着监测仪器越来越先进，当前对氮氧化物的比对监测工作可以与二氧化硫同时进行，因此只要做好前述工作，就能同时确保二氧化硫与氮氧化物监测数据的准确性。但在实践中要注意监测氮氧化物的原理，其一是只测定NO浓度，然后根据一定的参数来换算成NOX的浓度，其二是分别测定NO和NO2的浓度，因此要根据实际情况设置监测仪器的参数。NOX的监测数据选取以及测试方法与二氧化硫的比对监测基本一致。

2.2颗粒物比对监测

脱硫后烟气的问题往往低于露点，容易凝结成水滴，导致采样器在捕集烟气的过程中一些水滴也被带到采样器里，容易浸湿采集器内部的滤筒，使滤筒在抽气的过程中损坏而无法工作。因此一定要采取切实有效的措施来防范此类现象的发生。在实践中，首先在烟气进入采样器前应当加装必要的除湿装备；其次，采样人员要合理掌握采样时间，根据仪器显示的滤筒压力来判断，若压力超过设计值要及时停止采样并更换滤筒，这样一方面可以保证颗粒物采样数据的准确性，另一方面也确保了比对监测任务的顺利进行。

2.3流速、烟温比对监测

首先，烟气流速和烟温的比对监测一般与颗粒物比对监测工作同步进行，因此要保证这三项参数监测时间的一致性。

其次，在当前污染源在线监测系统中，对烟气流速的监测一般常用的方法是皮托管法，此方法的缺点是管路容易堵塞，在采样过程中需要不断吹扫，因此与传统的监测手段相比并没有体现出优越性。在实践中，可采用加密监测点位的方法来降低数据的不确定度，或者开发出更加先进的监测方法。而烟温的比对监测原理较为简单，影响因素较少，一般来说测试过程较为稳定，数据比较精确。

2.4比对监测验收指标

在对各个监测项目的数据采集并归集后，要根据《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》和《固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法》规定的验收指标进行验收。污染源在线监测系统的比对监测验收标准如表1所示：

3结束语

CEMS是一种较为先进的大气污染源监测系统，可对SO2、NOX、固体颗粒物、烟气流速和温度等进行实时、连续的数据监测，并将数据传输给上级主管部门，使主管部门清楚了解污染源状况和污染物排放情况，以便及时采取切实可行的措施，控制企业的污染物排放，从而为我国节能减排事业服务。

参考文献

[1]李月娥，李昌平. 污染源在线监测系统（CEMS）的验收比对监测[J].环境科学与管理，2009，（5）.

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[关键词]燃煤锅炉 烟气监测 氧量 一氧化碳

煤炭的消耗量受锅炉运行效率的直接影响，所以保证锅炉运行的效率能够使企业实现更大的经济价值。在锅炉燃烧的过程中，还需要对许多方面进行监控，例如：锅炉设备中，风粉因为分配不均，导致部分区域形成还原性氛围，水冷壁管受到快速的腐蚀，并形成结渣，或者使过热器、再热器的管壁温度过高，为了减少锅炉在运行的过程中氧化氮代谢产物的排放，需要让锅炉在低过量的空气中进行作业。所以，首先要优化锅炉的燃烧过程，对各种影响因素进行分析，让锅炉燃烧的效率得到优化，实现设备的高效运行。

一、锅炉热损失的控制

在锅炉的各种热损失中，只有两项损失可以得到控制，一是排烟，二是燃料没有得到完全燃烧。在锅炉内，燃料的燃烧受到过量空气的直接影响，如果能够将风粉的配比控制在一定的比例内，锅炉就能够在在低过量的空气中运行，从而减少排烟过程中造成的热损失，随着排烟温度有所降低，锅炉的总热损失也在减小，但是，空气量的减少会让燃烧的热损失有所增加，所以对锅炉燃烧的控制实际上就是将排烟的热损失、送风机的消耗和燃料不充分燃烧的损失进行协调，要想使锅炉设备获得更好的燃烧效率，需要对配风工况进行优化组织，对烟气中的化学成分进行精确的把握。

二、烟气中氧含量的检测

考虑到锅炉整体的热损失和过量空气之间的关系，还有氧量的重要性，将氧量作为锅炉燃烧过程中的重要控制参数是合理的。在锅炉燃烧过程中产生的烟气中，与二氧化碳相比，氧量还有比较显著的优点，及时锅炉内的燃料不同，但是如果在同等的过量空气下，氧气的变化较小，所以，无论燃烧的煤种如何变化，只要保证烟气中的氧气量足够稳定，就能够保证锅炉在稳定的过量空气下进行燃烧。另外，烟道如果有漏风的情况，就会对氧量的测量数据造成很大的影响，如果氧含量在3.5%，并且有5%的漏风，所测的氧量值就是4.5%，所以要设置好氧量测点，为了避免漏风引起的测量误差，应该将测点设置在炉壁的出口，但是该点的烟气温度过高，同时还伴随大量的飞灰，加上烟气的分层现象十分严重，想要得出准确的数据是十分困难的，所以测点只能设置在烟道的尾部，在大型的锅炉中，烟道的截面通常设置的较大，所以烟气无法进行均匀的混合，从而造成分层现象，随着时间的变化，锅炉的燃烧效率就会日益减少。所以如果想测得精确的氧量样品，就需要设置多个测点。据相关实验显示，大型锅炉需要在截面至少选取12个测点，才能够测得较为精确的数据，而且，就算测得数据并不能代表锅炉内其他部分的氧量数据，所以无法确定是否有还原性的区域。

三、改进烟气的检测方法

针对气态氟化物而言，为了减少不锈钢采样管对其吸附作用，可以采用石英采样管取代。石英采样管由两部分组成：一是内部取样管，一是保温套管，两管之间为真空状态，由于石英采样管的管径比传统的采样管要小，所以烟气的流速得到了提升，气态氟就不过过多的依附在管壁内。另外，石英管的真空空间能够很好的防止管内出现冷凝现象，同时，石英管还有一个最大的优势，就是在管内吸附的气态氟化物通过吸收液的冲洗，就能够进行等量的回收，从而能够减少气态氟的消耗。针对某大型锅炉进行监测，对比了不锈钢采样管和石英采样管对氟浓度的测定的影响。根据该表，可以看出，在相同的采样环境下，石英采样管更具备一定的优势，在其采样结果中，有0.58mg/m3的烟气为吸附态氟化物，占总量的15.76%。

表一 不同采样管对氟浓度测定的影响

为了减少采样管对氟化物的吸附作用，最佳的改良措施就是将皮管的长度缩短，当采样工作结束后，立刻使用吸收液和去离子水对其进行清洗，将洗涤液和吸收液进行混合，从而检测氟化物的浓度。

针对测定的结果会出现一定的偏差，我们可以采用实验的方式，对其进行分析，从而找出优化的措施。经结果表明，要想精确得到烟气中的氟浓度，应该保证抽气流量在1.5～2L/min；采样的实践应该控制在30～40min，如果小于30min就会导致测定结果的偏差。对于氟化物浓度的监测，其测量的方法对其也有一定的影响，为了避免这种影响，可以选用标准加入法，其测定的结果就会变得更加精确。

四、对二氧化硫、氮氧化物等物质的测定

在锅炉烟气的监测当中，对二氧化硫的检测是最为关键的，因为它的测定结果能够将锅炉中煤种含硫量的高低和脱硫装置的好坏直接反应出来。在监测的过程中应该注意以下几点：

其一，在进行现场勘测时，要将烟气的测验结果进行矫正，并将各传感器中的到期数据进行更换。

其二，在监测二氧化硫时，由于乳胶管对其的吸附力将强，所以导气管不能直接使用乳胶管，而是应该采用硅胶管进行加热。

其三，采用电位电解法来测定二氧化硫、氮氧化物以及一氧化碳的浓度平均值，不能够将瞬间测量到的数值作为污染物排放的数据。

五、结束语

综上所述，在对锅炉烟气进行检测的过程中，应该对每个环节做到严格的质量控制，运用合理、先进的手段获得更加精确的数据，使锅炉的运行更加有效，是企业获取更大的经济效益，才能更好的为环境管理出一份力。

参考文献：

[1]李俊，宋福胜，韩建书.固定污染源烟气排放连续监测系统现场校准装置的研制[J].中国计量，2013，（02）.

[2]钟福长，李奉彪，王伟， 刘高鹏.闪速炉余热锅炉烟气在线监测分析系统――QT系列风炮式反吹扫烟气在线监测分析系统[J].有色冶金设计与研究，2011，（04）.

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关键词：火电厂；环保设施；烟气污染物排放；监控系统

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）10-0051-02

目前我国雾霾天气渐趋严重，不仅妨碍人们正常生活和身体健康，同时也不利于社会经济发展。为改善空气质量，构建和谐社会，防治火电厂烟气废弃物排放造成的大气污染是我国环境保护工作的重点。为此，国家相继颁布了一系列法律、法规，不断督促火电厂加强烟气污染物排放监控工作。环保设施和烟气污染物排放监控系统作为实现烟气污染物排放情况全面监测的必要手段，可以对火电厂环保设施运行状态和燃煤发电机组CO、SO2、NOX烟气污染物排放浓度进行在线实时监控，进而为火电厂“节能减排”工作提供技术支持，可谓责任重大。下面笔者主要就监控系统的目标、效益、技术、问题，对监控系统进行探讨研究。

1 监控系统的目标和组织方案

1.1 目标内容

环保设施和烟气污染物排放监控系统的主要目标是，确保环保设施正常运行，并实时将火电厂燃煤发电机组排放的气态和颗粒污染物的排放量和排放浓度等相关数据传输给监督管理部门，以实现其对污染物排放的全面了解，进一步提高监督质量。为确保数据的真实性、准确性、客观性、全面性，该系统内部包含颗粒物监测、气态污染物监测、烟气参数监测等一系列烟气污染物排放监测子系统，并烟气循环流化床锅炉机组、石灰石-石膏湿法脱硫机组及烟气循环流化床脱硫机组等环保设施运行监控系统，全面采集烟气在线监测（continuous emission monitoring system，CEMS）、机组和环保设施分散控制（distribution control system，DCS）数据。

1.2 总体方案

一般环保设施和烟气污染物排放监控系统会连接火电厂不同部门甚至多个火电厂。为更好落实监控工作，实现监测数据的正确采集、实时传输和预警，该系统必须统一技术标准并规范系统功能，比如统一数据源，准接入数据必须来自CEMS、DCS。以机组为单位进行数据采集时，为确保监控机组能准确反映环保设施实际运行情况以及污染物排放的数量和浓度指标，应按照机组脱硫工艺、脱硝工艺具体设计接入参数。总体上，本监控系统的方案思路是：建立专用调度网络，进行机组运行参数、环保设施运行参数、烟气污染物排放参数集成传输，并利用互联网平台，将数据分析结果公布于众。具体过程可分为数据采集和分析阶段、数据处理与上传阶段、反馈阶段，承载体是火电厂子站和中心站。火电厂子站主要负责本厂DCS、CEMS系统监测数据的采集，并按照系统数据传输规约将已采集数据通过调度数据网传输至调度中心。中心站则主要负责将各子站传输过来的数据信息进行集成分析，建立综合数据网络，有效监控数据动态和运行情况。

2 监控系统的效益分析

2.1 经济效益

环保设施和烟气污染物排放监控系统具有方法科学、手段先进、监督效率高等优点，经济效益明显。从火电厂的角度看，运行本系统一方面能够大幅度降低排污费用，另一方面能避免环保罚款。原因在于，安装监控系统之后，火电厂脱硫设施投运率到达90%，脱硫率不断递升，SO2、NOX排放量每年减少数拾万吨以上，排污缴费相应减少，因脱硫设施基础投运率和脱硝设施基础投运率低导致的硫化物、氮氧化物等废弃物排放超标问题得到解决，节省了一批环保罚款，提高了火电厂经济效益。从政府方面看，运行本系统，一方面能在提高监管质量的同时降低监管成本，节省现场监测费用、监测人员的差旅费用及其他相关费用。另一方面由于硫化物排放减少，能够弥补脱硫脱硝电价补贴费用和污染治理投资，减轻国家财政负担。

2.2 环境效益

通过运行环保设施和烟气污染物排放监控系统，可以有效控制SO2、NOX等重度污染物排放量，改善环境质量，促使火电厂不断提高生产技术，走高效、节约、降耗、减排的优质发展道路。首先，进行污染数据在线实时监测，能够使主管部门和环保行政部门全面掌握污染情况，清楚了解哪些地方有待改进、哪些地方值得保持，督促火电厂消除问题症结，做好环保工作。其次，进行污染数据在线实时监测，能够使火电厂企业明确本单位烟气污染物排放情况以及环保设施运行情况，确保硫化物、氮氧化物等重污染物排放数量和浓度符合我国电厂污染物排放标准。最后，进行污染物数据在线监测可以促使火电厂提高燃煤发电机工作效率，完善环保设施建设。比如改进脱硫设施，降低烟气中的硫含量；改进脱硝设施，降低烟气中的氮含量；改进除尘系统，解决烟气浓度过大问题等等。监控系统带来的环境效益显然可见。

2.3 社会效益

火电厂是高耗能、高污染行业，做好火电厂污染监控工作可以提高火电厂“节能减排”工作效果，对其它行业起到带头示范作用，整体推动我国“节能减排”工作进程。同时火电厂发电过程中排放的烟气废弃物是我国重要的环境污染源，实施监控系统能够减少烟气、粉尘、颗粒物等废弃物排放，为人们安居乐业、经济良性发展、社会整体和谐提供良好的环境空间。尤其现在随着我国经济迅速发展，环境问题日益严峻，雾霾天气频发，已严重影响我国人们的生活质量。显然加强火电厂环保设施和烟气污染物排放监控系统对社会进步有长远影响。

3 监控系统的技术分析

火电厂环保设施和烟气污染物排放监控系统具有监测数据实时性强、数据参数设计全面、安全性高、电力调度网与互联网结合以满足多方需求等特点，其关键技术主要有三点。

3.1 二次系统安全防护技术

火电厂生产数据传输对网络稳定性和保密性要求高，进行二次系统防护是必然要求。通过网络分层技术和单向传输安全隔离装置可以有效实现电力数据的安全传输。网络分层即电力调度专用网和互联网分层，其中电力调度专用网由于其稳定性和安全性，可用于各项监测数据传输、集成、统计分析；互联网则是监测结果的平台，可接受政府环保部门及公众的访问。二者通过借助单向传输安全隔离装置，实现对监测数据的处理和隔离。该隔离装置内部的数据接收区与电力调度网相连，数据发送区与互联网相连，对接收数据进行特殊编码排序之后单向发送到数据发送区，然后解码并转发网上。

3.2 跨区域通讯网络技术

火电厂要安装数据采集接口机，负责本厂各个监测系统的数据采集和存储，并通过电力调度网将采集和中间存储的电力数据按照统一的传输规约传输至调度中心。为更好进行数据统计分析，根据不同电网的区域调度范围构建通信链路，实现跨区域通讯。不同调度区域可通过国家电网专用网络进行数据互相传递。

3.3 加强脱硫系统和机组环保排序技术

环保设施和烟气污染物排放监控系统针对不同脱硫工艺，分别制定数据参数，实时采集脱硫系统、脱硝系统等环保设施运行数据和硫化物及氮氧化物等烟气污染物排放数量和浓度数据，结合各项参数判断环保设施运行现况，以进行环保排序。

4 监控系统应用中的问题

4.1 系统投运率不高

我国火电厂燃用煤质较差、烟气湿度大、腐蚀性强、烟尘含量高，监控系统运用环境恶劣，监控设备有时难以正常运作，故障频发。且监控系统设备基本由光化学仪器构成，零件、备件多依赖进口，因此，设备一旦出现问题，很难得到及时维修。这就导致系统投运率较低。

4.2 系统维护专业水平低

在线监测仪器由于其技术含量较高，往往需要专业维护人员。但火电厂环保人员尚不完全具备专业维护知识，维护质量不高。比如，在线监测仪器中的光化学仪器维护时，若缺乏相关专业知识，很容易造成量程和零点的漂移问题。

5 结语

综上分析环保设施和烟气污染物排放监控系统的工作目标、效益、技术等方面，该系统的实用价值得以凸显。火电厂安装本系统不仅能够实时监控环保设施运行情况和烟气污染物排放情况，为“节能减排”工作提供技术支持和理论依据；同时能够极大改善我国空气质量，进一步落实大气污染防治政策。通过实时监测数据、实施电力网与互联网分层管理，将发电公司、环境行政保护部门、电网公司等多方角色纳入环保设施和烟气污染物排放的日常监督之中，既强化了环境监督力度，又促使我国火电厂提高生产技术，整体推进我国环保事业发展。

参考文献

[1] 杨海洋，丁国清.火电厂大气污染物的危害和控制[J].清洗世界，2013，（6）.

[2] 王勇.谈火力发电厂烟气连续监测系统[J].大众科技，2013，（9）.

[3] 陈小刚，金秀章.火电厂煤粉浓度的软测量技术研究[J].电力科学与工程，2013，（8）.

[4] 王瀚伟.火电厂脱硫烟气连续排放监测系统的应用与维护[J].科技信息，2013，（26）.

篇9

[关键词]工况自动监控；电厂工况；工况在线监测；自动监控系统

[中图分类号]TP277[文献标识码] A

1引言

保护环境是我国的基本国策，“十二五”期间，国家将主要污染物排放总量显著减少作为经济社会发展的约束性指标，着力解决突出环境问题，加快资源节约型、环境友好型社会建设。2011年，国务院了《关于加强环境保护重点工作的意见》，明确提出要全面提高环境监督管理水平的要求，实现由“点末端监控”向“全过程监控”的转变。按照这一要求，为了全面掌握污染物排放当量、设施运行状态、污染物排放监控数据的真实性，必须对电厂污染物排放自动监控系统进行完善升级，开展工况监控，在现有末端监控的基础上，扩展到生产设施、污染治理设施运行状态的监控，实现污染治理设施运行状态分析、排放数据真实性判定。

本文给出了一种燃煤电厂工况自动监控系统的设计思路和实现方法，该系统基于环保部门VPN专网，能够有效实现对燃煤电厂治污设施运行情况的全过程监管。

2系统总体设计概述

2.1技术路线

2.1.1系统采用多层体系结构进行设计，综合采用XML技术、.NET Framework组件、 Web开发模型及Visual C++语言进行开发。

2.1.2数据库采用实时数据库和关系型数据库，实时数据库用于存储电厂每个工艺过程点的数据，提供清晰、精确的操作情况画面，用户既可浏览工厂当前的生产情况，也可回顾过去的生产情况。关系型数据库用来存储历史数据和均值数据，以便实现统计、分析、报表、辅助决策等功能。

2.1.3采用监控组态化软件进行现场工况的流程设计和数据展现。

2.1.4现场数据采集单元分别接入现场DCS（Distributed Control System，分布式控制系统）、CEMS（Continuous Emission Monitoring System，烟气在线监测系统）、FGD（Flue gas desulfurization，烟气脱硫）等系统，实现现场工况数据采集，并通过隔离网闸实现数据的单向传输，确保生产网络的安全。

2.1.5脱硫及脱硝装置关键参数如旁路挡板开度、石灰石（补充）浆液泵电流、增加风机电流、循环浆液泵电流等通过现场数据采集单元直接从采集传感器获取，确保数据的真实性。

2.1.6工况监控单元与环境监控中心通信服务器之间交互通讯流程和数据包结构遵循HJ/T212-2005《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》，采用TCP方式进行通讯。

2.2系统总体架构

系统总体分四层：采集层、网络层、数据层和应用层，如图1。

采集层位于电厂端，由相关硬件和软件组成，主要负责工况数据采集、本地存储和转发、补发、重发。

网络层位于电厂端和区域环境监控中心之间，由网络通信模块组成，负责工况数据发送及监控中心接收。

数据层位于区域环境监控中心，由实时工况数据库和分析数据库组成，主要负责工况数据的统一存储。

应用层位于区域环境监控中心，为最终用户提供一系列的功能模块，包括实时工况监控，工况报警，工况数据分析、统计，环保执法、总量核算、排污统计等数据应用。

2.3系统组网结构

电厂工况自动监控系统依托于环保VPN专网，主要由工况现场系统和监控中心应用系统平台两部分组成，如图2。

工况现场系统主要由数据采集单元、通信服务器和网络交换机等组成。数据采集单元通过网闸与现场生产网络DCS、CEMS、FGD等系统相连，采集生产过程有关数据；通过AI、DI接口直接与现场治污设施数据采集传感器相连，采集主要的污染数据与治理设施状态数据。通信服务器，一方面通过环保VPN专网与中心系统相连，实现现场实时采集数据的传输；另一方面，存储和管理本地采集数据。

监控中心应用系统平台主要由实时数据库服务器、关系数据库服务器、通信服务器、业务工作站等组成。

3电厂端系统设计

电厂端主要安装工况现场采集系统，该系统关键任务之一是采集电厂工况数据，并将工况数据转发到监控中心。主要由网络设备、单向物理隔离网闸、数据采集单元、通讯服务器等组成。

数据采集单元，实现工况数据的采集、处理和本地存储管理；采用嵌入式设计，具有1个10/100M以太网接口，可扩展的模拟量和开关量接口（标配8DI、16AI）。系统通过以太网口经过单向隔离网闸接入电厂生产网络DCS、CEMS、FGD等系统，采用OPC（Object Linking and Embeding（OLE）for Process Control，用于过程控制的（OLE）和MODBUS（注：一种串行通信协议）等主流数据采集协议获得生产过程各工况数据；通过模拟量和开关量接口直接从传感器采集治污设施关键参数，确保数据的真实性。

通信服务器，负责现场工况管理和监控中心平台通讯，将工况数据转发监控中心平台，其系统功能如图3。

4监控中心应用系统设计

监控中心系统主要由实时数据库服务器、关系数据库服务器、通信服务器、应用服务器、业务工作站等组成。其应用系统软件主要实现以下功能：

4.1实时工况监控

实时工况监控采用工艺流程图的方式对电厂各发电机组的生产控制系统、治污设施控制系统、污染源在线监控系统的运行情况进行实时监控，监控的排污数据、状态数据、过程数据每10秒钟（刷新时间可定义1-3600S）刷新一次，并可查询、统计监测参数任意时间段内的变化趋势，支持将多个监测参数组合进行对比、分析。

4.2工况数据关联分析

工况数据关联分析主要是依据实现定义的分析模型，对电厂工况进行综合分析，判断发电机组、治污设施的运行情况是否正常、污染源监测数据是否可靠，及时发现发电机组生产过程、治污设施、监测系统可能存在的异常情况（偷排、治污设施假运行等）。

工况验证分析是基于中心工况过程数据库中存储的工况数据做分析验证，主要提供实时工况数据关联分析，实时工况数据超限分析，实时模型计算分析、与现有污染源自动监控数据进行一致性判断。

4.2.1实时工况数据关联分析

在工况治理设施运行时，许多工况参数是相互关联的。各工况数据之间存在或松或紧的关联关系，当其中某个工况数据变化时，与之相关联的工况数据都会跟着变化。如：烟气流量分析、烟气温度分析、SO2浓度分析、旁路挡板门工况分析、增压风机工况分析等。例如，烟气流量分析，相关参数包括：烟囱流量、FGD出口流量、FGD入口流量，根据FGD入口和出口流量判定烟囱的流量。

4.2.2实时工况数据超限分析

对工况（单个或组合）参数的超限分析，并判断工况运行是否正常，数值有否超标。

通过分析脱硫及脱硝系统的关键参数，如：吸收塔PH值、脱硫效率、CEMS监测二氧化硫浓度、CEMS监测烟气温度与原烟气温度差等，确定其正常数值范围，并建立超限表达式，由分析引擎实时分析和记录。依据这些参数超限分析，可以对设施运行好坏做出判定，也能对可能存在的设备故障及参数造假做出可能性判断。

4.2.3实时模型计算分析

在实时工况数据关联分析及实时工况数据超限分析的基础上，将一组判断治污设施运行的表达式，依据一定的规则顺序组成模型。

例如，应用工况数据关联和工况数据超限两种手段来组合分析旁路挡板信号故障及人为造假情况。首先根据增压风机的电流及动叶开度与机组负荷、引风机电流直接的线性关系分析；其次分析根据净烟气流量是否跟机组总送风量、原烟气流量、CEMS监测烟气流量是否也呈线性关系；最后分析CEMS监测烟气温度与原烟气温度差是否超限、CEMS监测烟气压力与原烟气压力差是否超限等。当上述规则有一条以上出现异常时，可怀疑旁挡板信号故障及人为造假情况，异常规则越多，怀疑的可能性越大。

4.2.4与现有污染源自动监控数据进行一致性判断

将工况监控系统中的电厂和污染源自动监控系统中的电厂自动监测数据进行一一对应关联，通过数据误差分析对污染源监测系统接收到的数据真实性进行评估。

4.3工况报警

工况报警主要是根据工况数据内部逻辑关系，定义报警规则，系统根据报警规则，自动产生报警信息，报警信息通过短信平台、报警值守系统向省（市）环保部门、运营商、电厂管理部门发出报警信息，以便及时发现问题，解决问题。

4.4数据查询

数据查询主要针对采集的排污数据、状态数据、过程数据进行综合查询。为方便监测数据的查询，系统提供按时间段、按电厂/机组、按监测参数、按工业处理流程方法等多种查询条件，查询出的信息，可按表格或图形方式显示，并可将数据导出成常用的格式（如EXCEL等）。

4.5统计报表

统计报表功能可以按日、月、季、年等方式统计出该时间段内的数据，形成报表并可以导出打印。便于进行相关的统计业务，并为决策提供数据依据。

4.6运行情况管理

4.6.1运行情况统计

运行情况统计通过结合重点污染源值班管理系统的相关信息，统计电厂各发电机组生产设备、治污设施、监测设备的运行情况。系统可根据值班管理系统排除已上报的停运、检修、故障的发电机组。

4.6.2数据上传情况统计

数据上传情况统计主要是根据监测的过程数据、状态数据、排污数据的上传频率统计各电厂的数据整体上传情况，整体把握工况在线监测系统的数据采集情况。

4.6.3工况核定

工况核定主要是对治污设施的投运、停运做人为的核定，为之后的核定总量提供更加精确的数据。

工况参数在经过规则的判定时分为两种情况：系统判断规则能准确地判断治污设施的起停；而参数判断规则在判断后，还需要对工况参数报警做人为的核准。工况核定是一个工具，可以对各种工况作有效和无效性核定，而无论是哪种报警在核实真实情况后也都可以重新做修正。

在有了准确的核定后，对治污设施的各类数据才能精确的统计，如：享受脱硫电价的发电量，就需要统计在脱硫正常投运下机组所发电量的总和。

4.6.4工况数据审核

审核主要是对工况数据的有效性进行确认。系统根据各项监测参数的上下限、关联规则进行自动核定，对于超出上下限制或经过关联规则检查发现问题的监测数据给予醒目的提示（通过颜色区别等），监控中心工作人员重点核对有问题的监测参数，并进行相应的处理，并由工作人员确认监测的数据是否有效。

4.6.5总量核定

总量核对主要依据过程数据、状态数据对SO2等污染物数据的总量进行核定。污染物总量的计算先根据在线监测系统的监测数据（如S02）进行分时段汇总，然后根据过程数据、状态数据运行中的异常情况，综合分析各时段污染源总量数据的可靠性，对于可疑或不可靠的数据，进行人工确定。

4.7工况设置

4.7.1工艺流程定义

工业流程定义主要是根据各电厂每个机组的脱硫脱硝处理技术来绘制其处理工艺流程图，包括生产控制部分、治污处理部分、在线监控部分。工艺流程图的各组成设备及处理流程方向以图片控件、流程线控件来表示，由用户通过拖拽控件完成工艺流程图的绘制。

在定义工艺流程图的各组成设备时，可同时对该设备对应的监控参数进行定义，并设置监控参数的单位、上下限值等。

4.7.2关联规则定义

关联规则定义主要是根据处理工艺的不同构建过程数据、状态数据、排污数据的相互校验关系统，为数据的工况分析提供依据。

关联规则的定义通过数据公式、逻辑关系进行定义。

4.7.3采集参数设置

采集参数设置主要根据电厂的脱硫、脱销处理工艺进行监测参数的定义，主要包括生产过程、治污设施的各项参数定义（含监测参数的单位等）。

4.7.4通讯参数设置

通讯参数设置主要用于定义平台软件与前端工况数据采集设备通讯过程中使用的相关参数。

4.8远程控制

远程控制主要是对前端工况数据采集设备进行远程管理，包括远程参数设定、远程重启设备、远程时钟设置、远程校时、监测参数设置、数据补调等功能。

5结论

本文给出的电厂工况自动监控系统，通过在上网电厂治理设施生产控制单元中选取与环保监管相关的工况过程数据，对设施的运行过程和运行结果进行实时监控，实现了“点末端监控”到“全过程监控”的转变。进一步完善了环境自动监控系统功能，实现电厂污染防治全过程自动监控，提升监控数据全面分析、逻辑印证和应用能力，准确反映电厂实际排污情况，科学核算主要污染物排放量，为上网电厂排污费征收核定、脱硫脱硝电价核算、污染减排和环境管理提供准确可靠依据。

参考文献：

[1]周婧，刘桥.火力发电厂烟气自动监测系统总体设计[J].电力科学与技术学报.2007（3）：76-80.

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关键词：热湿法CEMS特点；免维护；测量准确度高

1 预处理比较

传统的基于直接抽取法测量的烟气分析系统，在预处理设计中均包含“冷凝除水”部分，其之所以要对高温、高腐蚀性的烟气进行冷凝操作，设计冷凝器、蠕动泵等大量复杂预处理部件，主要是源于其分析仪表光学部件设计无法实现高温测量，且其采用的红外吸收测量技术易受水气成分的干扰，必须冷凝除水，不能直接测量原始烟气。

热湿法CEMS系统采用了紫外光谱吸收技术和光纤连接技术，由于水分子在紫外波段没有吸收，分析仪不受水气成分的干扰，而高温紫外光纤的应用，使预处理气路与分析仪表彻底分离，系统只需对气路进行全程伴热，即可实现高温原烟气直接测量，无须任何冷凝除水设备。

热湿法CEMS系统的预处理技术为抽取式全程伴热，即烟气从监测管道抽出后，通过保温伴热处理，始终维持其高于露点的温度，直至分析完成，相对于传统的热管抽取法其具有如下显著的技术优势：

一是彻底省去了各种复杂的冷凝预处理设备和排水装置，烟气经过简单流路即可完成分析，极大的降低了预处理故障几率，维护量很小。

二是彻底消除了由于酸气冷凝带来的系统腐蚀和结晶堵塞问题，系统使用寿命更长，运行更可靠。

三是彻底避免了测量水溶性较强的SO2时存在的水溶解损失，测量精度更高。

2 分析仪表比较

2.1 SO2/NOX 测量原理

仪表光源发出的紫外光汇聚进入光纤，通过光纤传输到测量室，当样气通过测量室时将在特定波段吸收紫外线能量，被吸收后的光束通过光纤传输到光谱仪，在光谱仪内部经过光栅分光，由二极管阵列检测器将分光后的光信号转换为电信号，获得气体的连续吸收光谱信息，最后利用化学计量学算法（DOAS）实现气体浓度的测量。

2.2 O2测量原理

热湿法CEMS系统选用的ZrO-100氧气分析仪采用氧化锆法测量烟气中湿氧含量，其传感部分采用了Honeywell的KGZ10动态氧化锆传感器。

在热湿法CEMS系统内，氧化锆传感器安装在预处理气路中，位于恒温加热箱内，由于样气之前已经经过粉尘过滤和全程恒温伴热，可有效保护氧化锆不受粉尘和液态水的影响，从而使ZrO-100相对于传统的在位式氧化锆分析仪在使用寿命上大大延长。

2.3 核心技术及部件

2.3.1 紫外差分吸收光谱测量技术（DOAS）

紫外差分吸收光谱技术是国家环保部及美国环境保护组织（USEPA）推荐的一种成熟、可靠的气态污染物浓度测量方法，通过对连续光谱数据的处理得到气体浓度。

由于光谱吸收信息依据的是光能量的变化，而除了气体吸收外，粉尘散射、光路漂移、光源波动等因素同样会引起光强变化，因此传统的测量技术极易受到这些背景因素的干扰。

DOAS的优势在于，其把气体吸收光谱分解为快变和慢变两部分，其中快变部分只与被测气体的属性相关，而由于粉尘散射等背景因素造成的光谱变化只能表现为光谱中的慢变部分，这样通过分离去除测量光谱中的慢变部分就能够去除背景环境因素对气体浓度分析的影响，从而实现高精度和强抗干扰能力的测量。

2.3.2 高分辨率、低温漂全固化光纤光谱仪

紫外光谱气体分析仪采用了光电二极管阵列的全固化光纤光谱仪，并且为了降低杂散光、提高短波紫外响应能力和光谱分辨率，专门设计了高性能凹面光栅。来自光纤的紫外/可见光经狭缝进入光谱仪入射到凹面光栅上，经凹面光栅汇聚和分光后反射到光电二极管阵列，光电二极管阵列将光信号转换为电信号。与传统扫描型光谱仪相比，该全固化光纤光谱仪具有：可瞬间采集光谱，从而适用于脉冲光源，如氙灯；无运动部件，可靠性高；通过光纤耦入测量光束，模块化程度高，提高了生产、维护的便利性。

紫外光谱气体分析仪通过优化结构设计、采用波长漂移补偿算法、选择低温度膨胀系数材料，使光谱仪具备了高波长分辨率和重复性（

2.3.3 高性能光纤耦合光源

光源是系统的重要组成部分，在线气体分析系统通常要求光源使用寿命长、预热时间短、光谱和能量稳定性高。传统紫外/可见光度计存在使用寿命短（只有数百到数千小时）、预热时间长等缺点，这些缺点制约了其在在线气体分析中的应用。

紫外光谱气体分析仪采用脉冲氙灯作为光源，脉冲氙灯属于冷光源，其寿命可达109次，按照每秒打灯测量3次的方式计算，其寿命可达10年，并且无须预热，完全满足在线气体分析应用要求；紫外光谱仪通过高稳定性的高压（1000V以上）电源设计、良好屏蔽性能的结构设计，使光谱和能量具备充分的稳定性，并有效屏蔽了脉冲电流导致的电磁辐射。

2.3.4 强工况适应能力的光纤耦合测量室

在环保烟气在线监测应用中，过程气体腐蚀性很强，热湿法CEMS系统采用全程伴热的预处理技术避免任何的冷凝析出与腐蚀，但同时对处于样气流路中的测量室提出了相当高的要求。紫外光谱气体分析仪通过出色的光学设计、结构设计以及采用特殊加工工艺很好地解决了大温度和压力变化下的光路稳定性问题以及光学部件和结构部件结合部在高温、高压下的密封性问题。

3 技术对比表（与传统红外抽取系统）

参考文献