第六章 烟气数据采集及数据处理.doc

第六章 烟气数据采集及数据处理烟气数据采集与控制系统（以下简称数据采集系统）作为烟气排放连续自动监测系统的核心，运行在CEMS的监测现场，负责采集现场的各种污染物监测数据、仪器工作状态，并且将监测数据整理储存，通过某种通讯手段，将数据传输到环保监控管理部门。第一节 数据采集系统的功能需求数据采集系统应该具有如下功能：1. 连续24小时自动采集保存烟气监测数据，来电自启动恢复；2. 实时监控系统的工作状态如停电记录、故障诊断和自动报警，并将记录储存；3. 应该具有操作运行日志记录，方便维护和管理；4. 可以通过宽带、无线、有线方式与环保监理部门软件平台通讯，实现远程数据传输和遥控监测；5. 应该具有数据显示、处理、输出、报表等功能。第二节 数据采集和保存CEMS上电运行后，由仪器数据采集和控制功能协调整个系统的时序，记录测定数据和仪器运行状态，并将各种数据真实地记录下来。根据状态数据诊断仪器运行状态并在测定数据中给出状态标记，标记跟随数据一起被记录到存储设备中。状态标记符号和意义“P” 表示电源故障；“F” 表示排放源停运；“C” 表示校准；“M” 表示维护“O” 表示超过排放标准；“Md” 表示缺失数据；“T” 表示超测定上限；“D” 表示仪器故障当仪器运行不正常时发出报警信号。当1h监测数据滑动平均值（每15min滑动一次）超过排放标准时，仪器发出超标报警信息。仪器能够至少每10s获得一次累计平均值，能显示和打印1min、15min的测试数据，生成小时（至少45min的有效数据）、日（至少18h的有效数据）、月（至少22d的有效数据）报表，报表中给出最大值、最小值、平均值、参加统计的样本数。数据采集控制系统应该可以记录一年以上的分钟历史均值。数据采集和控制系统应该能够显示现场仪器的工作状态、记录和显示监测的原始数据（带各种工作状态标记）、记录和显示标况下烟气的污染物浓度、记录和显示烟气的折算浓度等。一、数据有效性的判别1. 有效数据：有效数据指符合HJ/T76-2007标准的技术指标要求，经验收合格的CEMS，在固定污染源排放烟气条件下，正常运行所测得的数据。有效小时均值是指不少于45min有效数据的整点平均值。有效日均值是指不少于18h有效时段数据的平均值。有效月均值是指不少于22d有效时段数据的平均值。有效单位均值遵循不少于75%有效时间的均值的原则。2. 维护数据维护数据是指仪器在非正常状态下运行时所监测到的数据，例如校准、吹扫、仪器故障、仪器预热等时段监测所得的数据都属于维护数据。该数据制作为判断污染源机仪器的工作状态，不能作为计算污染源排放浓度的依据。3. 参考数据参考数据是指在仪器正常运行状态下，实际监测时间少于有效数据监测时间所得的数据，即少于75%有效时间的数据称之为参考数据。参考数据在经过环保部门同意的情况下，可以作为有效数据参与计算污染源排放浓度的依据。二、数据安全管理数据采集系统应该具有的安全管理功能，具有二级操作管理权限。1. 系统管理员系统管理员可以进行所有的系统设置工作。如设定操作人员密码、操作级别、设定系统的设备配置。2. 一般操作人员一般操作人员之进行日常例行维护和操作，不能更改系统的设置。操作人员需要输入登录工号和密码后才能进入操作界面，系统对所有的控制操作均自动记录并入库保存。系统退出时，必须输入相应的密码。此外，受外界强干扰或者偶然意外或者掉电后又上电等情况发生时，造成程序中断，系统也能实现自动启动，自动恢复运行状态并记录出现故障时的时间和恢复运行时的时间。第三节 标况污染物浓度的计算一、稀释法气态污染物标况浓度计算采用稀释采样法烟气监测系统测定气态物质时，按照式（61）、（62）、（63）换算成干烟气中污染物浓度。1. 分析仪输出浓度到CEMS浓度的计算式中， 分析仪输出的标准状态下浓度值。 CEMS测得的湿烟气中被测污染物浓度值，mg/m3 r 稀释比2. 稀释样气未除湿情况稀释样气未除湿情况下，干烟气中被测污染物浓度到CEMS浓度的计算式中， 干烟气中被测污染物浓度值，mg/m3 湿烟气中水蒸汽含量体积分数，%； CEMS测得的湿烟气中被测污染物浓度值，mg/m33. 稀释样气被除湿情况式中， 干烟气中被测污染物浓度值，mg/m3 湿烟气中水蒸汽含量体积分数，%； CEMS测得的干样气中被测污染物浓度值，mg/m3r 稀释比4. 干烟气中污染物浓度的修正为了得到气态污染物CEMS与参比方法数据一致性，可以按照下列公式进行修正：C= bx + a式中，C 标准状态下干烟气中气态污染物浓度，mg/m3 X CEMS显示的物理量 b 回归方程斜率 a 回归方程截距，mg/m3 。当气态污染物CEMS符合相对准确度要求时，C= x 。5. 浓度单位换算当气态污染物显示浓度单位为ppm时，气态污染物换算为标准状况下的浓度换算系数如下：SO2 ： 1ppm = mg/m3 ；（比值2.857）NO ： 1ppm = mg/m3 ；（比值1.339）NO2 ：1ppm = mg/m3 ；（比值2.054）二、直抽法气态污染物标况浓度计算采用直接采样法烟气监测系统测定气态污染物时，按照下列公式换算成干烟气中污染物浓度： 式中， 干烟气中被测污染物浓度，mg/m3 ； CEMS测得的除湿后湿烟气中被测污染物浓度，mg/m3 ； 湿烟气中水蒸汽含量体积分数，%；由于直接抽取法的咽气是经过制冷后特定的，因此水分的含量很低，一般在1%（体积分数）左右。三、氧含量、颗粒物在标况下浓度计算1. 对于直接抽取法烟气监测系统，经过制冷除湿后监测氧量的情况，按照公式(6-5)进行计算。 式中， 干烟气中被测污染物浓度，mg/m3 ； CEMS测得的除湿后湿烟气中被测污染物浓度，mg/m3 ； 湿烟气中水蒸汽含量体积分数，%；2. 对于安装在烟道上的氧量分析仪，按照下列公式计算标况下浓度：式中，BK 标况下该参数含量（氧量和烟尘）； SC 实时监测时烟气中该参数含量（氧量和烟尘） Wd 烟气温度，； Pa 当地大气压，Pa； Pb 烟气静压，Pa；3. 标准状态下干烟气中颗粒物浓度计算为了得到颗粒物CEMS与参比方法数据一致性，可以按照下列公式进行修正：C= bx + a式中，C 标准状态下干烟气中颗粒物浓度，mg/m3 X CEMS显示的物理量 b 回归方程斜率 a 回归方程截距，mg/m3 。当颗粒物CEMS符合相对准确度要求时，C= x 。四、氮氧化物浓度的测定与计算1. 对于抽取采样法（含稀释法和完全抽取法），如果分析仪中已经内置了NO2转换器，此时，NOX 浓度值即为烟气中NO和NO2之和。按下列公式计算NOX (mg/m3) = NOX (ppm)2.0542. 如果分析仪中没有内置NO2转换器，NOX 浓度值即为烟气中NO浓度，此时需要用换算系数将NO浓度换算为NO2浓度（测定换算系数的依据是二氧化氮含量一般不超过一氧化氮含量的百分之五）未采取脱硫措施的燃煤、燃油、燃气电站锅炉排放氮氧化物含量计算：NOX (mg/m3) = NO (mg/m3)1.530.95式中，1.53为二氧化氮的分子量与一氧化氮分子的之比采取脱硫措施的燃煤、燃油锅炉排放氮氧化物含量计算：NOX (mg/m3) = NO (mg/m3)1.53采取干法除尘的其他燃煤、燃油锅炉或者燃气锅炉排放氮氧化物计算：NOX (mg/m3) = NO (mg/m3)1.530.95五、标况下烟气流速、流量的计算1. 皮托管法、热平衡法、超声波法（测速仪安装在矩形烟道或管道）、靶式流量计法按照以下公式计算烟道或者管道截面平均流速：式中， 测定断面的湿排气平均流速，m/s； 速度场系数 测定断面某一固定或者测定线上的湿排气平均流速，m/s；2. 超声波测速法（测速仪安装在圆形烟道和管道上）按照以下公式计算烟道或者管道截面平均流速：=式中， 烟道或者管道截面平均流速，m/s； 安装在烟道和管道上两侧A（接收/发射器）与B（接收/发射器）间的距离（扣除烟道壁厚），m； 烟道或者管道中心线与AB间的距离l的夹角； tA 声脉冲从A传到B的时间（顺气流方向），s； tB 声脉冲从A传到B的时间（逆气流方向），s；3. 烟气流量计算工况下的湿烟气流量按下列公式计算：式中， 工况下湿烟气流量，m3/h； F 测定断面的面积，m2 ； 测定断面的湿排气平均流速，m/s；4. 标准状态下干烟气流量标准状态下干烟气流量按下列公式计算：式中，标准状态下干烟气流量，m3/h 工况下湿烟气流量，m3/h；Ba 大气压力，Pa；Ps 烟气静压，Pa；ts 烟气温度，； 烟气中水分含量体积百分数，%。第四节 污染物折算浓度及排放率的计算一、颗粒物或气态污染物折算排放浓度的计算颗粒物或气态污染物折算排放浓度按下式计算：式中， 折算成过量空气系数为时的颗粒物或气态污染物排放浓度，mg/m3 标准状态下干烟气中气态污染物浓度，mg/m3 ； 在测点实测的过量空气系数。 有关排放标准中规定的过量空气系数。二、过量空气系数的计算过量空气系数按下式计算：式中，21氧气在空气中的百分含量，21% 烟气中氧的体积百分数，三、颗粒物或气态污染物排放率的计算颗粒物或气态污染物排放率按下式计算：式中， 颗粒物或气态污染物排放率，kg/h； 标准状态下干烟气中气态污染物浓度，mg/m3 ； 标准状态下干烟气排放量，m3/h四、污染物排放总量计算1. 烟尘或气态污染物日排放量式中， 该天中第i小时烟尘或气态污染物排放量，kg/h； 烟尘或气态污染物日排放量，t/d；2. 烟尘或气态污染物月排放量式中，烟尘或气态污染物月排放量，t/m； 该月中第i天烟尘或气态污染物排放量，t/d；3. 烟尘或气态污染物年排放量式中，烟尘或气态污染物月排放量，t/y； 该年中第i天烟尘或气态污染物排放量，t/d；第五节 数据的传输一、电话拨号电话拨号通信方式是目前使用比较广泛也是比较多的一种远程监控通讯方式。它是利用现有的有线电话网络，利用调制解调器（Modem）作为工具，分别在中心站和子站安装电话线路和Modem，通过软件拨号程序，在中心站和子站间建立载波通讯，实现烟气监测数据的远程传输。这种通信方式安装简便，建设费用的，只需要普通的电话线路就可以，通讯费用适中。缺点是通讯速率一般，在不易安装电话线的地点实现起来困难。二、卫星网络在中心站和子站处分别安装卫星通信设备，利用卫星中转，建立子站和中心站的无线通信网络。这种通信方式初期建设费用高，同中费用也比较高，但是可靠性高，安全保密性好，通讯速率稳定，无地域限制。适宜建设长期烟气监测网络、安全保密要求高的情况，而且不易安装有线通讯网络的子站现场。三、GSM网络GSM全名为： Global System for Mobile Communications，中文为全球移动通讯系统，俗称全球通，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。主要是利用GSM网络短消息通讯功能，依托目前的中国移动和中国联通GSM网络，在中心站盒子在分别安装GSM MODEM ，通过发送短消息实现烟气监测数据的传输。该通信方式安装简便，配置灵活，无地域限制，适合在野外安装，通讯费用低廉，但是该通讯方式数据传输量有限。四、GPRS网络GPRS：GPRS是General Packet Radio Service的英文简称，中文为通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。相对原来GSM的拨号方式的电路 交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、 “高速传输”、“自如切换”的优点。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组” 的形式传送资料到用户手上。虽然GPRS是作为现有GSM网络向第三代移动通信过渡的过渡技术，但是 它在许多方面都具有显著的优势。 由于使用了“分组”技术，用户上网相对稳定，避免了不必要的短线带来的困扰。此外，使用GPRS上 网的方法与WAP并不同，用WAP上网就如在家中上网，先“拨号连接”，而上网后便不能同时使用该电 话线，但GPRS就较为优越，下载资料和通话是可以同时进行。从技术上来说，声音的传送(即通话)继 续使用GSM，而数据的传送便可使用GPRS，这样的话，就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。依托中国移动的GPRS网络，CEMS现场数据采集系统和