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有望在根本上解决这一难题。
（2）分析传感器技术的研究。目前比较成熟的是红外吸收法，因稀释比难以精确控制，对于稀释后样气的测量精度提出了更高的要求。因此，研究新的传感器和探头技术一方面可以提高测量的精度和可靠性，实现多组分的精密测量，另一方面也可降低运行和维护成本。
（3）发展智能化、网络化和便携式设备。目前系统监控的机组多为1到2台，鉴于各地的燃煤状况区别很大，系统并无固定的结构，往往需要工程人员根据使用环境惊醒调试安装，若能设计固定结构的系统，自适应各地的工作条件，可大大提高该系统的推广速度。上位机功能相对过剩，若可以实现异地传输实时数据，则系统监控的机组可以是分布在不同地点的多台。
1.4 本文的主要工作
综上所诉，本文为满足火电厂实现烟气排放的检测系统和检测网络化实时监控的要求，研究并开发烟气排放检测系统。设计了由采样、分析和数据采集与处理等三个子系统构成的系统。其中：
1、采样子系统设计包括样气抽取方式的确定； 2、分析子系统设计包括分析设备选型及检测信号输出；
3、数据采集与处理子系统设计主要包括PLC与上位机的通讯设计、上位机等等。
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2 烟气排放监测系统的结构
2.1 烟气排放监测系统的组成
本系统由烟尘监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气排放参数测试子系统、系统控制及数据采集处理子系统、信号输送通讯系统等组成，系统通过采样方式或非采样方式，测试烟气中污染物浓度，并同时测试烟气温度、烟气压力、烟气流量、烟气湿度、氧量等参数，按国家有关标准显示与记录，实现污染物排放监测的在线性、连续性、准确性及数据处理和输出打印的完整性。
2.2 采样与预处理子系统
2.2.1 采样工况
应在生产设备处于正常运行状态下进行，或根据有关污染物排放标准的要求，在所规定的工况条件下测定。 2.2.2 采样位置
(1) 采样位置应优先选择在垂直管段，应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位，采样位置应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于6倍直径，和距上述部件上游方向不小于3倍直径处。对矩形烟道，其当量直径D=2AB/(A+B),式中的A 、B为边长。
(2) 对于气态污染物，由于混合比较均匀，其采样位置可不受上述规定限制，但应避开涡流区，如果同时测定排气流量，采样位置仍按(1)选取。
(3) 采样位置应避开对测试人员操作有危险的场所。 2.2.2 稀释采样探头
简单的采样探头只不过是插入烟道的一根贯通的金属管，它仅适合于在没有颗粒物的烟气中采样。然而用连续排放监测系统测量排放源烟气，烟气中不含颗粒物的情况几乎是没有的。由于贯通式金属管易被烟气中的颗粒物堵塞，特别是烟气含湿量高时，水蒸气可能冷凝，与颗粒物结合在一起形成块状物，更易使探头堵塞。为减少堵塞，应在探头的一端安装过滤器。过滤器由烧结不锈钢或多孔陶瓷材料制成，防止颗粒物进入采样管。烧结金属由微米粒径的金属颗粒物在高温、高压下压缩而成，金属形成的孔隙度与压力有关。烧结不锈钢能滤去10 -50 μm粒径的颗粒物常作为探头过滤器[11]。
对任何一个完好的抽取系统，都可能出现堵塞过滤器的问题。为了减少堵塞，采用高压气体，即工厂的压缩空气的空气，与正常气流流向相反的方向反吹过滤器。反吹持续时
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间和周期可由用户根据烟气中颗粒物的特性和浓度设定。使用反吹系统时，必须注意防止反吹气体冷却探头，造成酸和其它气体冷凝。 2.2.4 样气预处理
采样与预处理子系统的结构与工作流程见图2.1
样气 气体预处理环节 气体分析仪 吹扫气入口 空气过滤器 采样探头
图2.1采样与预处理子系统结构图
在图2.1中，采集器探头伸入烟道，对于直接抽取式系统是需要加装第一层过滤网的，否则极易堵塞。采集器接二条气路，其中一路经反吹控制电磁阀接反吹气路，电磁阀由PLC控制开闭；另一路经采样电磁阀接第一除湿器，对高温的样气降温除湿，因为温度是样气分析一项重要参数。经过初步除湿的样气经抽气泵加压后再经过第二除湿器成为可测样气，可测样气再经气溶胶过滤器和精细过滤器后进入分析子系统，样气进入分析子系统的流量通过针形调节阀控制。为了定期标定，采样子系统提供一路标准气通道，同样经气溶胶过滤器和精细过滤后进入子系统作为标准调节分析子系统的零点，标准气一般取洁净的空气。
2.3 烟尘监测子系统
2.3.1 烟尘监测的目的和监测项目
烟尘监测的目的主要有以下几个方面：（1）确定粉尘排放的浓度和单位时间排放量（2）评价现有净化装置的性能效率及使用情况（3）检查现行排放标准的执行情况（4）验证关于污染物排放量的各种估算方法（5）为大气污染预报提供必须的数据。
火电厂的烟尘监测是对除尘器改造前后烟尘排放和除尘器性能进行监测。监测分析项
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目有：烟气量、烟尘绝对排放量、烟尘排放浓度、过剩空气系数、烟气湿度以及除尘器焦虑、阻力、漏风率和烟气温度降等。 2.3.2 烟尘监测方法
一般情况下，烟尘浓度测试的方法有三种：人工过滤称重法、林格曼黑度测定法、光电投射法。其优缺点如表2.1所示[11,16]。
表2.1三种烟尘浓度测量方法的比较
方法 优点 缺点 人工过滤称测量烟尘浓度的标准方法，精确不能了解烟尘浓度的动态变重法 度高，精密度好。 化。 林格曼黑度简便易行，成本低廉，特别适用人为因素大，环境条件影响测定法 光电投射法 于黑色烟气的测定。 大。 仪器结构简单，使用方便，维护对仪器的安装要求高，且标定量小，响应快，能在被测含尘气工作复杂。 体物理化学性质不变的条件下进行连续测定。 2.3.3 测尘仪的校准与反吹
在测尘仪的发射端内有一面一半镀银的镜子，镜子旋转时，当镀银的一部分对着光源时，光将被反射到一个探测器上，根据光的衰减情况来校准测尘仪的跨值，一般来说，衰减为12%。当没有镀银的一部分对着光源时，光将透射到接收端，没有光反射到探测器上，这样来校准测尘仪的零值。
反吹测尘仪时，压缩空气从进气口进入，通过空气过滤器器，流通过反吹管内的传感器，然后进入烟道，对取样区不产生影响。
2.4 烟气参数监测子系统
为了计算标准状况下的烟气体积，需要测量烟道内的压力和温度；为计算总的排放量，需要测量烟气的流量；因要换算为标准状态下的干基气体还必须测量烟气的湿度。烟气排放参数的连续监测项目主要包括烟气温度、烟气流量和压力、烟气含氧量。
在样气经第一除湿器之前，烟气参数监测子系统需监测烟道的原始状态数据，包括温度，流量，湿度，含尘量。除湿态烟气的各测量值外，转化为流速，并进行显示。公式如下：
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Qs＝3600×F×Vs 式中Qs-工况下湿烟气流量；F-测定断面的面积 同时系统需要将湿烟气流量转化为干态流量，转换公式如下：
Qsn＝Qs×273÷(273﹢Ts)×(B﹢Ps)÷101325×(1－Xsw)式中：Qsn---标准状态下烟气流量
B—大气压力，Ps—烟气静压，Ts—烟气湿度，Xsw—含水量
2.5 气态污染物监测子系统
2.5.1 NO的连续监测方法
NO的连续监测方法有红外吸收法、紫外吸收法、脉冲荧光法和化学发光法四种[9]。 （1） 红外吸收法：通过测量NO对5.3 μm附近的红外线吸收量的变化，连续测定烟气中NO浓度。NO2是通过还原转换器转换成NO再测量。抗水份、CO、 CO2、 SO2及有机物的干扰能力较弱。
（2）紫外吸收法：通过NO在195~230nm附近或NO2在350~450nm附近的紫外光吸收原理进行测定。仪器维修容易，不易受气流量、水蒸汽、CO2的影响。
（3）脉冲荧光法：采用脉冲紫外光照射到含有NOx的气样上，激发NOx产生荧光，用光电倍增管检测荧光强度，测定烟气中的NOx浓度。受芳香烃和水蒸汽的干扰，较适用于稀释采样法。
（4）化学发光法：测量NO2是NO和O3反应产生激发态的NO2，激发态的NO2转为常态的NO2时，伴随着光子的发射，产生化学发光，测量发光强度即NO浓度。适用于共存的二氧化碳干扰可以忽略或消除的场合。 2.5.2 二氧化硫的连续监测方法
SO2的连续监测方法主要有红外吸收法(NDIR法)、紫外吸收法(UV法)和紫外荧光法三种[7]。
（1） 红外吸收法：通过测量SO2对7.3 μm附近的红外线吸收量的变化，连续测定烟气中SO2的浓度。该方法抗水分、CO 、CO2的干扰能力较弱。
（2） 紫外吸收法：通过SO2在280~320nm附近的紫外光吸收原理进行测定。仪器维修容易，不易受气流量、水蒸汽、CO2的影响。
（3） 紫外荧光法：通过一定波长的紫外光（214nm）照射到含有SO2的气样上，激发SO2产生荧光，用光电倍增管检测荧光强度，测定烟气中的SO2浓度。紫外荧光法受芳香烃和水蒸汽的干扰，适用于芳香烃和水蒸汽干扰可以忽略或消除的场合，较适用于稀释采样法。
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