煙囪污染物自動監測系統建置

蘇賀

（遼陽市環境保護宣教信息中心遼寧遼陽111000）

煙囪污染物自動監測系統建置

蘇賀

（遼陽市環境保護宣教信息中心遼寧遼陽111000）

煙囪污染物自動監測系統分別由煙囪污染物監測儀、數據擷取人機接口和通訊接口組成。（1）煙囪污染物監測儀主要監測項目：氣狀污染物SO2、NOx濃度及煙氣流速、煙氣溫度、煙氣含氧量、煙氣濕度……等。（2）數據擷取人機接口用于排放總量的計算和相關濃度的計算作數據處理。（3）通訊接口功能將煙囪污染物監測硬件信號回傳至控制端數據擷取系統計算機。控制端數據擷取系統的計算機利用調制解調器將監測數據實時傳輸到環保局。

煙囪；污染物；監測；系統

1　煙囪污染物自動監測系統架構

本研究建構的污染物自動監測系統圖1，整體架構主要分為：（1）煙囪污染物監測儀；（2）數據擷取人機接口通訊接口。藉由最前端的分析儀監測煙囪污染物信息，監測值以模擬信號輸出至現場可程式控制器的模組狀態信號輸出狀態信號輸入，經由通訊接口轉換成以太網絡TCP/IP的通訊格式，再將數據數據輸出(透過TCP/IP格式)實時回傳至前端的監控數據擷取系統。

數據擷取系統軟件使用OPCServer接口軟件，數據搜集圖控接口，監測資料轉文件軟件，數據庫，數據處理系統……等。其監測數據被產出后，經通訊接口至調制解調器利用因特網Internet或公眾撥接網絡PSTN，聯機到地方環保局。

圖1監測系統架構位置敘述：煙囪上有溫度計，流速計及不透光儀模擬訊號必頇傳以至現場貨柜中可程控制器，現場貨柜上有氣體分析儀模擬訊號也頇連接至可程控制器，現場貨柜中可程控制器數字訊號頇與控制室中計算機做鏈接。其相關距離說明如下：（1）煙囪上至現場貨柜距離：約45m。（2）現場貨柜至控制室距離：約150m。

圖1　監測系統架構

2　改善采用抽取式分析儀

NOx、SO2、CO、CO2、O2分析儀抽取式分析儀是在煙囪上設置采樣系統，將氣狀污染物自煙囪中抽出，再導入分析儀器分析。由采樣探棒、采樣加熱管、前置處理裝置、分析量測室及校正裝置所構成。

2.1采樣探棒

設置于煙囪上利用采樣探棒進入煙囪內部抽取煙氣并進行初步過濾煙氣中的粉塵。采樣探棒中的過濾器部分預加熱至120℃以防氣體凝結。

2.2采樣加熱管

設置于采樣探棒采樣氣體出口至前置處理中間。氣體傳輸中也必頇加熱至120℃以防氣體凝結。

2.3前置處理設備

直接抽取式分析儀的測值穩定性乃基于前置處理設備的好壞，前置處理主要是處理煙氣的流量、溫度、壓力、去除水含量以達到定量分析、去除粉塵避免量測室產生干擾，國內外分析儀前置處理設備商為節省成本忽略制程排放條件，設計上大多采簡便方式，只去除水氣及粉塵，并進行簡易流量控制。造成煙氣污染量測室、流量、壓力控制不足或過大、溫度控制不易、水含量控制無法低于5℃露點以下，以上皆會造成測值不穩定現象，且會提高往后維修保養上的難度及人力成本。

2.4NOx/SO2/CO/CO2分析量測室及原理

紅外線式氣體分析儀基于非擴散紅外吸收光譜(NDIR)原理，方法可應用氣體對紅外線選擇性吸收的原理，當被測氣體通過測量管時吸收紅外光源發出的特定頻率光而使光源衰減，測出光源的衰減程度即可確定被測氣體的濃度。

2.5分析量測室及原理

依被測氣體受磁場作用的壓力變化量來測量氧含量的儀器稱為磁壓力式氧分析器。測量原理：空氣作為載氣的出口有2處進入磁力場室，出口兩端壓力相等；待測氣體(O2)進入量測室即因O2的物理偏磁性，在電磁鐵處聚集而阻礙載氣排出，使二處出口產生壓力差，感知器量測壓力差來計算O2濃度值。

3　流速計

利用超聲脈波,以順流和逆流方向行經一定管路行程所產生的時間差異量測流速或流量。對超音波發射器而言稱為“電壓效應”，主要是將電氣信號轉換成壓力的信號去壓縮周圍空氣；而這些受壓縮的空氣將會壓縮接收器上的壓電材料，并產生“壓電效應”，進而將壓力信號轉換成電的信號。

4　溫度感測組件

熱電偶E-type溫度感測組件的測量原理是利用銅鎳合金/鎳鉻合金兩種不同的金屬焊接或絞合在一起，當接合點的溫度不同時，在回路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。直接用作測量介質溫度的一端為熱端，另一端為冷端，冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產生的熱電勢。

5　結語

本研究乃針對工廠煙囪污染自動監測系統設備進行改善，改善項目包含：煙囪污染物監測設備、監測系統通訊、資料擷取系統之程式軟體。改善后成果如下：提升煙囪氣體分析儀準確度及反應時間，解決校正及可追朔性問題；采用微軟先進之OPCServer技術，建立資料擷取系統，可適用各種大廠牌的可程式控制器，并可彈性調整擴充性及節省成本；采用HART及Modbus數位封包傳輸建立資料通訊介面，可解決遠距傳輸問題。本論文所改善之煙囪污染物自動監測系統，能有效擷取資料庫中之數據進行分析，可針對污染物進行防制，并提升燃燒的控制效率，進而獲得節能減碳的功效，符合當前環保需求。

[1]吳邦燦,費龍,編著.現代環境監測技術[M].中國環境科學出版社, 2005.

[2]楊衛東,編著.網絡系統集成與工程設計[M].科學出版社,2002.