文献标识码：B文章编号：1003-0492（2023）12-080-03中图分类号：TP277

★谭志杰（广东华电坪石发电有限公司，广东韶关512229）

关键词：CEMS系统；物联网；智能化；环保

1　引言

CEMS系统可在线实时监测颗粒物、二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NO_X）、氧气（O₂）、烟气温度、烟气压力、烟气流速等数据。它既是环保部门掌握污染源排放状况和污染物排放量的重要手段，也是征收环境保护税的主要依据，在燃煤发电机组污染物排放和监管过程中发挥着不可或缺的作用。因此，燃煤发电厂超低排放标准的实施对CEMS的准确性、稳定性提出了新的要求。

现有的CEMS装置大部分采用直接抽取法或稀释抽取法，但在实际运行过程中，因受采样点位温度、湿气、灰分、涡流和震动等因素的影响，同时采样和分析系统环节较多，维护工作复杂，往往任意一个环节出现问题都可能导致设备损坏，或者无法提供准确测量数据指导运行人员调整脱硫、脱硝等环保设备的运行方式。目前现有CEMS系统设备主要依靠人工经验进行维护，若出现故障，只能依据报警情况进行事后紧急维修，无法做到事前预防或者计划检修。随着物联网和传感器技术的发展，一种通过物联网技术实时获取CEMS系统各设备的数据并将其发送给用户来进行分析或处理的诊断平台应运而生。

2　CEMS系统最主要的问题

广东华电坪石发电有限公司#4、#5机组烟囱入口烟气在线监测系统为北京中电兴业技术开发有限公司生产的CEI-3000-YQ型烟气排放连续监测系统。该系统采用直接抽取式的方法，将被测气体从烟道中抽出后，通过取样单元、样气传输单元和预处理单元送至ABBAO2020系列红外线气体分析仪进行SO₂、NO_X、O₂的分析测量。烟尘测量采用抽取法，全程高温加热，利用光散射原理测量粉尘浓度，从而检测出固态颗粒污染物的浓度。

CEMS系统在实际运行过程中，容易出现采样探头腐蚀与堵塞、采样管线伴温度控制、蠕动泵和采样泵故障无告警、PLC及数采仪死机，以及吹扫用压缩空气质量监控不到位造成的分析仪气室腐蚀和污染，最终导致测量精度差、无效数据多等问题。CEMS系统独立运行，未与DCS系统建立实时通讯，值班员无法及时准确地获取CEMS系统各设备的运行状态及环保参数测量值的实时平均值，存在小时均值超标的环保风险。

3　解决方案

在CEMS小间增加一套基于物联网技术开发的智能诊断预警平台软件，再部署一台数据分析服务器和通讯管理服务器，负责采集CEMS系统现场设备、数采仪、PLC工控机、分析仪测控等相关数据，并进行存储处理、分析和诊断、告警信息发送等工作。现场设备增加传感器进行监测，无法增加传感器的设备更换为具有通讯功能的同型号设备，以保证现场设备的运行参数实时传输给数据分析服务器。

3.1　数据分析服务器

数据分析服务器安装一套基于WEB端组织SOA架构搭建模型的智能诊断预警平台软件，其具备信息管理、分布式的数据库管理、事件告警、图形系统、采集服务、报表服务等功能；配套安装通讯管理机、网络交换机、模拟量采集终端、短信告警模块、开关电源、转换电源及光纤收发器等设备，实现各类应用服务，如数据分析、智能预警、状态检修、故障预警、实时平均值计算等。

3.2　现场设备传感器的安装

在原采样探头温度控制单元中增加一组具有RS485通讯功能和PID控制输出功能的温控器，与通讯管理机连接，实现采样探头温度的监视与控制。更换原有伴热带温控器，采用具有RS485通讯功能和PID控制输出功能的温控器，实现伴热管温度信号的实时采集，并对伴热带加热电流进行监测，实时监测伴热带的工作情况。更换原有氮氧化物转换器的温控器，采用具有RS485通讯功能和PID控制输出功能的温控器，实现氮氧化物转换器温度信号的实时采集，并接入通讯管理机。更换原有蠕动泵，采用具有RS485通讯功能的蠕动泵，获取蠕动泵的转速并送至通讯管理机。

由于粉尘仪PLC不具备远传通讯接口，触摸屏面板与内部PLC连接为一路485通讯接口，通过加装缓存型485通讯隔离器可实现触摸屏与通讯管理机同时获取粉尘仪PLC数据。新增2套温度传感器和温控器，监视粉尘仪采样探杆的工作状态，包括加热器温度信号、烟气温度信号、箱体温度信号、取样流速、射流泵风机电流、泵速等工作状态信息数据。

通过数采仪内的通讯端口，实现对数采仪数据的实时采集。因现场配置有主、备两台数采仪，故需要将主备机分别接入一条通讯通道，通讯信号分别接入现场通讯管理机，实现对数采仪内数据进行实时监控，并可通过算法预判排放数据有小时均值超标风险，实现提前进行告警。同时，通过数采仪数据的变化状态反推CEMS系统是否处于故障或非正常工作状态，可提前进行报警通知运维人员，以免他们将无效数据上传至环保监管平台。

3.3　智能诊断预警平台软件的开发

智能诊断预警平台软件采用分布、分层的体系结构，具有灵活的可扩展性。整个软件架构分层主要包括数据接入层、数据及软件支撑层和应用软件集成层。数据接入层主要实现数据接入的处理、存储、通讯管理功能；数据及软件支撑层为各类应用系统的开发和运行提供统一的支撑平台，其主要实现对数据的分析、诊断、管理功能；应用软件集成层主要实现设备状态检修、故障告警、故障诊断等各种应用功能，并支持通过WEB方式访问和手机短信模块短信告警功能。

3.4　主要功能的实现

智能诊断预警平台通过采集CEMS系统及新增传感器的电流、温度、转速、流量等数据，进行集中存储分析、诊断，实现故障预警及状态维护指导，并提出合理检修维护建议。按照《污染物在线自动监控（监测）系统数据传输标准》HJ212-2017烟气数据处理计算方法、公式和要求计算出SO₂、NO_X、烟尘等主要污染物的实时小时均值数并与DCS系统进行实时通讯，并在每小时第45分钟时发出短信告警，提醒运行人员加强环保设备的运行调整，避免发生环保事件。

智能诊断预警平台通过采集不同负荷工况下的取样探头温度、伴热管温度和加热电流、氮氧化物转换器温度、蠕动泵转速、粉尘仪采样探杆温度、射流风机电流、数采仪数据流量等参数变化进行分析，判断出各设备的健康水平。当设备健康水平发生恶化趋势时，该平台能及时向维护人员发出短信告警，提示维护人员对设备进行维护，避免进行紧急维修，做到事前预防检修。

4　效果评价及改进方向

4.1　效果评价

基于物联网技术的诊断预警平台在CEMS系统投运以来，CEMS系统的稳定性和高效性有了很大的提高。该平台可以采集和监测CEMS系统设备的多维度信息，如设备温度、气体压力、取样流量、风机电流波形等，真正实现了CEMS系统运行状态的实时监测、CEMS处理过程的可视化、故障提前预警、趋势变化预警等内容，并可及时推送预警信息，降低了设备故障率、减少了紧急抢修和非停，实现了由原来的非计划检修到现在的预期计划维护，极大地提高了CEMS系统的可靠性，保证了环保数据的有效性，大幅度提高了设备管理的效率，降低了设备的运行及管理成本，实现了无纸化和集中管理。

4.2　改进方向

目前智能诊断预警平台仅具备在不同负荷工况下对SO₂、NO_X、烟尘等主要污染物的实时小时均值数的计算预警功能，无法对每种变化造成主要污染物指标的变化情况进行诊断预警。本研究后续将对不同负荷工况下锅炉燃烧不同热值、灰份、硫份、挥发份的煤种对SO₂、NO_X、烟尘等主要污染物的影响进行建模研究，确保智能诊断预警平台能够适应全火电厂工况的预警诊断。

5　结束语

基于物联网技术的诊断预警平台在CEMS系统的成功应用，实现了对火电厂CEMS系统各设备参数的实时监测、大数据分析、智能预警、故障诊断等功能，各级管理人员、运行和维护人员可以实时掌握CEMS系统的运行状况，为脱硫、脱硝等环保设备的运行调整和检修决策提供了技术支撑。企业可根据诊断预警平台历史数据生成科学合理生产工艺模式实现环保设施的精细控制，保证了环保指标达标排放，降低了企业运营成本，具有良好的经济效益。同时，诊断预警平台技术可推广至其他行业的污染排放监控系统，为其他行业污染源排放监测系统设备诊断预警技术开启了一个窗口，具有良好的社会效益。

作者简介：

谭志杰（1987-），男，湖南宜章人，工程师，现就职于广东华电坪石发电有限公司，主要研究方向为火电厂热工设备和技术管理。

参考文献：

[1] HJ212-2017, 污染物在线自动监控(监测)系统数据传输标准[S].

[2] 丁旭峰. 基于大数据及智能分析的设备诊断系统设计[J]. 中国钢铁业, 2016.

[3] 张晶, 吕少胜. 基于物联网云平台的电厂废气在线监测系统研究[J]. 科技风, 2019, (16) : 85,

摘自《自动化博览》2023年12月刊