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烟气在线监测系统

烟气在线监测系统

烟气在线监测系统范文第1篇

【关键词】CEMS;火电厂;重要性

1 CEMS系统的发展

国外从上个世纪五六十年代开始,就在化工厂、水泥厂和燃煤电站等装置烟气在线监测系统以监控排放的污染物的浓度。能够生产CEMS系统设备的厂家基本集中在英国、德国、美国和日本等发达国家,其生产标准也都以美国的EPA为基准。直到六十年代末,美国发现了荧光检测技术,德国设计了不透明度光学系统,以及环境分析仪和现场分析仪的发明都为CEMS技术的成熟奠定了基础。于是,第一台CEMS设备诞生于1971年的美国。1975年,美国制定了严格的系统性能技术指标,对于某些工厂的排放源头予以强制性安装CEMS的规范,就此该系统才逐渐的普及开来。随后1990年的清洁空气的法案的修整、1995年的酸雨计划、2003年的氮氧化物排污交易计划、2009年的清洁空气州际法等一系列的法案的出台或者修整都在逐步的完善了美国乃至世界的CEMS的应用。

2 CEMS系统工作原理

CEMS(烟气连续监测系统)用于连续自动监测固定污染源的污染物排放浓度。将仪器安装在污染源上,实时测量监测污染物的排放浓度和排放量,同时,将监测的数据传送到环保监控中心。该系统主要包括了4个子系统,分别是气态污染物监测系统、颗粒污染物监测系统、烟气排放参数测量系统、系统控制及数据采集系统。每一个子系统都有多种监测测量技术,技术不同,工作原理和过程不同。下面将以气态污染物和颗粒污染物的监测为例,选择一种方法作为代表进行分析。

气态污染物的监测采样方式有,抽取采样法和直接测量法,国内电厂主要使用直接测量法。直接测量法又分为点测量和线测量两种。点测量是将传感器安装在探头端部,探头直接插入烟道,使用电化学或光电传感器聿饬拷闲》段内的污染物浓度。线测量是将传感器和探头直接安装在烟道或者烟囱上,再利用光谱分析技术或者是激光技术来对被测物进行长距离直线型的在线测量。该项技术主要基于光谱学和光学,在CEMS系统中的使用占率约为10%。

颗粒污染物的监测中的方法有浊度法和光散射法,光散射法是国内主要使用的方法,光学部分包括激光光源、功率控制、光电传感、散射光接收部分。原理是激光器发出的650nm束以一个微小的角度射入排放源,激光束与烟尘粒子作用产生散射光,背向散射光通过接受系统进入传感器转变成电信号进行处理。

3 CEMS系统在各个工厂中的应用

CEMS系统的运用十分广泛,主要集中在城市的工厂。包括化工厂、水泥厂、发电厂等会产生空气污染物的单位。在石油化工厂中,CEMS系统主要安装在硫磺回收生产装置烟气排放口、动力站锅炉烟气汇总排放口、催化裂化生产装置烟气排放口和常减压生产装置烟气排放口。在这四个出口处对于污染气体进行实时的监控。在水泥厂中,CEMS系统主要安装在窑尾回转窑引风机后烟道,对于在水泥生产过程中产生的烟尘,以及会污染环境的气体进行在线监测。

CEMS(烟气在线监测系统)在火力发电厂中重要用于发电机组污染物排放的浓度的实时监控。主要是测量火电厂污染物中烟尘的浓度、二氧化硫的浓度、二氧化氮的浓度、氧的浓度等,以及烟气的温度、湿度、流量等。在火电厂中,CEMS系统主要运用在脱硫工程的监控和污染物排放过程的监控。国内的脱硫主要是湿法脱硫,是将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙,硫酸钙达到一定饱和度后,结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水,使其含水量小于10%,然后用输送机送至石膏贮仓堆放,脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴,再经过换热器加热升温后,由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触,吸收剂利用率很高,钙硫比较低,脱硫效率可大于95%。当二氧化硫的排放浓度较低时,则减少石灰石补给量。除了锅炉内,还可以用于锅炉尾部烟气的脱硫。通常安装2套CEMS系统对原烟气和净烟气分别进行监测。

4 CEMS系统在合肥第二发电厂的投运

以合肥第二发电厂为例阐述CEMS系统在火电厂的投运中的具体效果。合肥第二发电厂建于1997年,是一所中外合资投建的以燃煤为原料的火力发电厂。脱硫CEMS系统改造工程,采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺,于2008年底开工建设,2009年09月先后通过168试运,30日通过环保验收。 该发电厂除了给安徽合肥乃至周边地区提供稳定的供电之外,还屡次获得国内的重要奖项,是该行业的典范。在污染物排放的处理上依靠CEMS系统技术一直符合国家标准,对于合肥城市空气质量和环境保护起到了重要作用。合肥第二发厂一期二期工程从开始运营至今,没有在污染物的排放上遭到国家的处罚,一直都严格遵照并且符合国家火电厂废气排放标准,这其中,CEMS系统的运用具有十分重要的作用。并且运行多年一直很稳定,没有出现问题,对于污染物浓度的监控极其稳定,不会造成严重的误差。合肥多年来的空气质量一直在改善当中,这和CEMS系统在相关工厂的装配和运用有必然关系。

5 CEMS系统在火电厂中的重要性

随着我国经济的快速发展,城市化进程的不断加快,工业用电和生活用电的总需求越来越多,也就是需要更多的发电厂来发电。但是我国目前碍于能源结构的关系,传统的火力发电厂仍然占据主要地位。火力发电厂带来的最大的问题就是污染严重。我国的空气质量每况愈下,尤其是北方,以煤炭燃料为主的城市,全年空气质量不达标的天数占了绝大多数。所以这一问题已经到了必须解决的地步。CEMS(烟气在线监测系统)的运用在一定程度有助于改善这一现状。

城市CEMS系统的使用的普及和常态化,可以正确的监测火电厂在发电过程中排放的污染源中污染物的浓度和总量,从而通过烟气净化装置进行脱氮、脱硫、除尘等措施来降低乃至去除污染物浓度,达到排放标准,保护城市环境和空气状况。CEMS系统的重要作用就是监测控制,保证城市内所有的火电厂生产状况都能够在稳定的监控下进行,让管理层全面的、正确的掌握污染源的排放状况。有助于为环保单位的决策提供技术帮助和参考,为国家对排污企业的控制和收费提供依据,完全有利于生态城市的建设。

CEMS系统按照测量方式划分可以分为三类,分别是现场监测系统、抽取式监测系统和遥测系统。它打破了传统的人力监测方式带来的弊端,远程监测节省了人力物力,同时也能保证监测质量。以计算机信息技术为基础的监测系统在火电厂污染物排放浓度的监测中也规避了人力监测容易产生失误的弊端,提高了监测结果的准确性。

参考文献

[1]杨威.烟气在线监测系统(CEMS)在环境管理中的应用研究[D].大连理工大学,2013.

烟气在线监测系统范文第2篇

关键词:SCS-900型烟气排放连续监测系统;SO2数据跳变;环保超排事件

Abstract: This paper analyzes and solves the problem of the SO2 data jump of SCS-900 type flue gas emission monitoring system in Xinyang project department, which is a Limited by Share Ltd of Datang environmental industry group. Through the comprehensive analysis of SCS-900 type flue gas emission monitoring system, the factors that cause the SCS-900 type flue gas emission monitoring system to jump in the running of SO2 data are summarized, and the problem of SO2 data's jump in the running of SCS-900 type flue gas emission monitoring system is solved.

SCS-900型烟气排放连续监测气体分析系统由采样探头、取样管线、样品预处理系统、气体分析仪表、分析仪表柜等组成。超净排放改造之后,脱硫出口排放标准降由200mg/Nm3降低至35mg/Nm3,脱硫运行调控幅度大大减小。脱硫出口SO2测量数值跳变将直接影响脱硫系统正常运行和环保达标排放。

大唐环境产业集团有限公司信阳项目部#2机组脱硫烟气在线监测分析系统采用北京雪迪龙公司SCS-900型烟气排放连续监测设备,在#2机组脱硫系统超低排放改造投运之后出现脱硫出口SO2测量数值频繁跳变现象。在机组负荷无变化、烟气流量稳定、循环泵正常运行、供浆流量等各项参数均正常的情况下,脱硫出口SO2实测量值出现由正常测量值(10-30 mg/Nm3)在2分钟内上升至异常值(35-100)mg/Nm3异常现象。异常值持续3-5分钟之后缓慢降低至正常值,这种现象易造成小时均值环保超排事件。

1 系统检查

1.1 取样探头安装检查:取样探头箱安装向下倾斜5-10°,符合Q/CPXDL0002-2012 SCS-900烟气连续监测系统(烟气分析仪)安装规范。

1.2 采样加热探杆加热温度135℃:温度正常。

1.3 探头箱螺旋加热器加热温度135℃:温度正常。

1.4 取样管线加热温度140℃:温度正常。

1.5 NO-NOx转换器温度180℃:温度正常。

1.6 制冷器制冷温度2℃:温度正常。

1.7 ULTRAMAT 23仪表标气校准数据正常,仪表运行正常。

1.8 样气流量1.0~1.5L/min:样气流量正常。

1.9 烟气温度45~50℃,湿度8%~12%,样气预处理管内壁附着凝结水。

2 原因分析

在MODEL2061正常工作情况下,烟道里面的样气由取样泵(DP1)抽取,经采样加热探杆、加热探头、取样管线加热温度维持在140℃样气呈气态,当样气流经管线(L1)、电磁阀(M1)、管线(L2)时,处于管线处于室温,样气冷凝在管壁形成凝结水,样气中的SO2易溶于水(1体积水能溶解2体积二氧化硫),形成含有高浓度SO2的凝结水。当这些凝结水经MODEL2061高温加热时,SO2迅速挥发,L3管线中的SO2浓度迅速增加,ULTRAMAT 23仪表测量出的SO2浓度数值迅速增大,形成SO2浓度数值跳变现象。

3 处理措施

在管线(L1)、电磁阀(M1)本体、管线(L2)敷设伴热带并做好保温,控制加热温度在140℃。

4 处理结果

样气在管线(L1)、电磁阀(M1)、管线(L2)内壁呈高温气态,消除含有高浓度SO2的凝结水,从而消除SO2浓度数值跳变现象。

结束语

通过对以上处理,汲取经验,对其它机组做了同样处理。消除SO2浓度数值跳变现象,避免了环保超排事件,保证了脱硫稳定运行。

参考文献

[1]HJ/76-2007 固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法.

[2]HJ/75-2007 固定污染源排放烟气连续监测系统验收技术规范.

[3]HJ/T 212-2007污染源在线自动监控(监测)系统数据传输标准.

[4]GB/16157-1996 固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法.

[5]HJ/T 47-1999 烟气采样器技术条件.

烟气在线监测系统范文第3篇

关键词:CEMS 沥青混合料 有害气体 沥青烟 监测方法

中图分类号:X701 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)07(b)-0087-02

自20世纪50年代以来,我国公路建设快速发展,交通量日益增大,车速逐渐提高,对路面性能提出了更高的要求。而沥青路面凭借优越的使用性能和行车舒适性,在我国已建成的高级和次高级路面中占了相当大的比重,因此,对沥青混合料的需求量也大大增加。

但是沥青混合料的使用会产生各种的有害气体,根据国外资料[1], 沥青混合料在拌和、摊铺过程中分别会产生一氧化碳、二氧化硫、氧化氮类有害气体以及沥青烟,它们在不同程度上影响着我们的生存环境。特别需要指出的是,沥青烟中还包含着部分致癌和强致癌物质,对我们的身体健康造成了极大的威胁。

然而对于沥青混合料有害气体的排放,却没有一个系统的连续监测方法。我们依据广泛应用在火电厂气体排放连续监测的CEMS系统,结合沥青道路摊铺过程中排放的有害气体的特点,构建一个基于CEMS的沥青混合料有害气体排放连续监测体系,为不同环境下沥青混合料的排放,提供一个科学、定量的分析。

1 CEMS简介

CEMS即烟气排放连续监测系统(Continuous Emission Monitoring System,简称CEMS),主要用于火电厂的烟气有组织排放连续监测,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[7-11]。CEMS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,能够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[15]。

2 基于CEMS的沥青混合料有害气体连续监测方法

针对沥青混合料施工过程中有害气体无组织排放特性, 基于原有的CEMS系统,我们去掉信号输送通讯系统,简化控制及数据采集处理子系统、烟气排放参数测试子系统,保留气态污染物监测子系统,替换烟尘监测子系统为沥青烟监测子系统,并另行设计一套适用于无组织排放监测的采样系统,形成N-CEMS(即新型-CEMS)系统结构如图1所示。

2.1 N-CEMS采样系统

N-CEMS系统采样部分主要由一个采样罩、一个干燥和冷却结构组成。通过手动操作,在沥青混合料施工现场选取采样点进行样品气体采集

采样罩是用于采集和捕捉气体污染物的装置,将沥青在摊铺和碾压过程中排放的有害气体在扩散到大气之前吸入罩内,进入干燥和冷却系统,以减少施工现场环境对排放浓度的影响。同时,采样罩的设计和构造还考虑了操作的方便和灵活性,适合于多采样点。

2.2 N-CEMS沥青烟监测子系统

沥青烟监测子系统主要监测沥青烟浓度。在原有CEMS中,沥青烟的采样和监测没有成熟的应用,但是专门对沥青烟的采样和检测已经有一定的成果。其主要分析方法有重量法、紫外分光光度法、色谱法等。

重量法[14]是指将沥青烟收集到已恒重的收集器中,除去水分后,由采样前后收集器的增量计算沥青烟的含量。

紫外分光光度法[15-16]是用环己烷作溶剂,采用紫外分光光度计测量吸收液在固定波长处的吸光度,再通过与标准曲线的矫正,从而得出沥青烟的浓度。

色谱法是对沥青烟定性、定量分析的另一个方法,就是气相色谱质谱联用(GC/MS)技术。气质联用以其用时少、精确度高等优点备受人们青睐。气质联用可以对沥青烟准确无误的定性和定量,其测定浓度可以达到几微克。

综合以上的方法,我们采用色谱法,将其运用到运用到N-CEMS沥青烟监测子系统中,让实现连续、实时、在线监测沥青烟浓度的功能。

2.3 气态污染物监测子系统

气态污染物监测子系统采用稀释采样法,主要监测CO、SO2、NOx等气体的浓度。图3为采样状态的流程简图。

2.3.1 CO的连续监测方法

CO的连续监测方法主要有非色散红外吸收法、气相色谱法两种。

(1)非色散红外吸收法:一氧化碳对4.67 nm,4.72 nm二波长处的红外辐射具有选择性吸收,在一定波长范围内,吸收值与一氧化碳的浓度呈线性关系(遵循朗伯―比耳定律),根据吸收值确定样品中一氧化碳的浓度。

(2)气相色谱法:本方法适用于连续测定空气中的一氧化碳的浓度。采样的一氧化碳可经色谱柱分离后,进入转化炉与氢气反应生成CH4,即

CO+2H2CH4+H2O

而甲烷浓度可由仪器直接测定,从而间接得到一氧化碳浓度。

本论文中对CO的连续监测采用气相色谱法。

2.3.2 SO2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。

(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280~320 nm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(214 nm)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。

本论文中对SO2的连续监测采用紫外吸收法。

2.3.3 NOx的连续监测方法

NOx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。

(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195~230 nm附近或NO2在350~450 nm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NOx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。

本论文中对SO2的连续监测采用脉冲荧光法。

3 结语

基于CEMS系统,去掉信号输送通讯系统,简化控制及数据采集处理子系统、烟气排放参数测试子系统,保留气态污染物监测子系统,替换烟尘监测子系统为沥青烟监测子系统,并另行设计一套适用于无组织排放监测的采样系统,实现了对沥青混合料有害气体排放的连续监测。 文中以AC-20沥青混合料为例,以室内试验模拟沥青混合料生产和使用各环节中的有害气体排放实况,对N-CEMS系统的监测效果进行评价,同时总结了在拌合、摊铺、碾压各环节中各类有害气体的排放特点,发现各类有害气体在拌合工序的排放量显著高于其它工序。对于不同类型的沥青混合料,具体的排放特性宜做进一步研究。

参考文献

[1] Pinchin Environmental Limited Air & Noise Group1Report for a Combustion Gas Emission Testing Program at the Miller Aggregate Resources Facility in Brechin, Ontario [R].1Mississauga,Group, 2005.

[2] 联合国15联合国气候变化框架公约6 京都议定书[Z].日本,京都:2007.

[3] 李鸿.浅谈沥青烟的危害及几种治理方法[J].有色金属设计,2004,31(3):73- 75.

[4] 郭拥武.火电厂烟气排放连续监测系统设计[J].可编程控制器与工厂自动化(PLC FA),2006(5).

[5] 陈翠青.烟气排放连续监测系统的应用[J].发电设备,2009(1).

[6] 郜武.烟气连续监测系统(CEMS)技术及应用[J].中国仪器仪表,2009(1).

[7] 中国环境监测总站,火电厂大气污染排放标准(GB13233一1996),1996.[Z].

[8] 中国环境监测总站,锅炉大气污染物排放标准(GWPB3一1999),1999.[Z].

[9] 王刚.烟气排放连续监测系统浅议[J].科技情报开发与经济,2005(10).

[10] 常虹.烟气排放连续监测系统的分析与改进[D].华北电力大学硕士学位论文,2011.

[11] 朱法华,李辉,邱署光.烟气排放连续监测技术的发展及应用前景[J].环境监测管理与技术,2010(4).

[12] 齐文启,孙宗光,边归国.环境监测新技术[M].化学工业出版社,2004.

[13] 刘海龙.烟气在线监测系统在燃煤电厂的应用[J].节能与环保,2007(9).

烟气在线监测系统范文第4篇

关键词:火电厂烟气排放连续监测系统(cems)

1前言

我国火力发电量占总发电量80左右,而煤炭占火电机组燃料的95,随着国民经济的快速增长促使电力事业的迅猛发展,由燃煤所带来的大气污染问题日益严重。按目前的排放控制水平,到2020年,我国火电厂排放的二氧化硫、烟尘和氮氧化物将分别达到2100万吨、500万吨和1000万吨以上。如果火电厂排放的大气污染物得不到有效控制,将直接影响到我国大气环境质量的改善。为控制污染加剧,促进火电行业的技术进步和电力行业的可持续发展,国家环保部门采取了一系列严格的环保政策,如大气污染物总量控制、提高排污收费标准等(如二氧化硫收费标准将由0.2元/kg调至0.63元/kg)。新修订的《火电厂大气污染物排放标准》(gbl3223—2003)规定:“火力发电锅炉须装设符合hj/t75要求的烟气排放连续监测仪器;火电厂大气污染物的连续监测按hj/t75中的规定执行;烟气排放连续监测装置经省级以上人民政府环境保护行政主管部门验收合格后,在有效期内其监测数据为有效数据。”因此,cems已成为环境管理、环境监测、排污收费、污染物治理及实施污染物排放总量控制的科学可靠的依据及必要的技术手段。

2工程情况简介

南京协鑫热电有限公司建设规模为2×240t/h循环流化床锅炉配2×48mw机组,采用炉内投加石灰石脱硫方式,安有二台布袋除尘器,烟气由两侧烟道进入烟囱排出,烟囱高150m,由于两侧烟道工况类似,烟气的流动性好,cems采用“一拖二”系统配置,即在烟囱两侧烟道上分别安装一套采样装置,共用一套分析仪器。监测项目为so2、烟尘、nox,附带测量参数为烟气温度、烟气量、流速、压力、水分、烟气含o2量等。

3cems组成

cems由烟尘监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气排放参数监测子系统、系统控制及数据采集处理子系统组成。组成cems的设备按照安装布置可分为烟道现场部分和仪器间部分。

烟道现场仪器包括:直抽取样探头、烟尘监测仪、烟气温度、压力、湿度、流速仪。

仪器间仪器包括:烟气预处理装置、分析仪器、工控机、气瓶等。

现场仪器和仪器间通过烟气采样伴热管、电缆连接,负责气体、电源和信号的传输。

3.1取样方法

目前国内外烟气取样方法主要有两大类:直接测量法和抽取法,其中抽取法又分为直接抽取法和稀释法。

直接测量取样法是把分析部件直接安装在烟道上,结构简单,无须管线,采用差分吸收法测量,即将一束光直接照射在烟道气体中,利用分子的吸收光谱测量若干波长上的吸收,根据这些波长上分子吸收系数的差来确定吸收分子的含量。由于采用多个波长来确定一种分子的浓度,所以具有较强的抗干扰性。其主要缺点是仪器工作环境恶劣,维修不便,同时差分吸收无法实现在线校准,测量精度低,难以长期连续工作,国内已很少使用,国际市场份额仅占不足1。

稀释取样法是将除尘后的取样烟气用大量的干燥纯净空气按一定比例稀释(100~250倍)后,使样气的露点温度远低于室温(一般达到-30。c以下),再送至微量分析仪进行分析,分析结果乘以稀释比,得到检测值。稀释法通过采用临界孔技术保证稀释比。所谓临界孔指:当临界孔两端的压力比达到0.53以上时,流体经过临界孔的流速被限制在声速,因此流体流过临界孔的流量是恒定值。很容易保证稀释气的压力恒定,即稀释气的流速亦是一个恒定值,所以样气的稀释比是一个恒定值。稀释法的主要优点是:1)样气经大比例稀释后降低了烟气露点,传输管道不会出现结露和堵管现象,防止了烟气中的水汽凝结造成溶解性污染物的成分损失;2)杜绝了由于酸性凝结水腐蚀管道引起的故障,提高了系统的运行可靠性;3)烟气抽取量小(典型值50ml/min),延长了过滤器使用寿命,仪器维护量小;4)不需要烟气预处理装置,简化了操作环节;5)适用于各种场合,国际市场份额约占80。稀释法的主要缺点是:1)样气中未除去水分,为湿法测量,结果需修正;2)需用微量分析仪,精度要求高,降低灵敏度,误差增大;3)需要空气净化装置,提高了成本,增大了维护量;4)系统价格较高。

直接抽取法(加热管线法)是通过加热管对抽取的已除尘的烟气进行保温,保持烟气不结露,经细除尘干燥装置冷凝除湿预处理装置后再送至分析仪。直接抽取法由于存在脱水过程,对烟气中浓度较低且易溶于水的hcl、nh3、h3s等成分无法测量,因此不能用于垃圾焚烧发电厂的烟气监测中。若将高温高湿的烟气送入仪器中进行分析,则对分析仪的要求很高,整套系统价格昂贵,多应用于多成分、低浓度、易溶于水的气态污染物测量。直接抽取法适用于烟气除尘效果好的场合,主要优点是:1)样气中去除了水分,为干气测量;2)用常量分析仪监测,精度可靠;3)无需稀释气,维修费用低;4)一台气体分析仪可进行多种污染物监测,成本低;5)系统价格适中。直接抽取法的主要缺点是:1)需要电(或汽)伴热;2)需要采样泵和预处理装置。

经全面分析,由于本工程采用除尘效率高达99.95布袋除尘器,烟尘排放浓度仅为14.2mg/nm3,故本工程选择直接抽取取样法。

3.2.烟尘监测子系统

cems中烟尘的测量是一个相对独立的部分,根据hj/t75-2001规定,适合于烟尘连续监测的方法主要有:光散射法和浊度法。

光散射法是指用经过调制的激光或红外平行光束射向烟气时,烟气中的烟尘对光向所有方向散射,经烟尘散射的光的强弱与烟尘散射截面成正比,当烟尘浓度升高时烟尘的散射截面增大,散射光增强,即光强在一定范围内与烟尘浓度成比例,通过测量散射光强来定量烟尘浓度。根据接受器与光源所呈角度的大小可分为前散射、边散射及后散射。前散射测尘仪接受器与光源呈±60°;边散射测尘仪接受器与光源呈±(60°~120°);后散射测尘仪接受器与光源呈±(120°~180°)。

散射法的主要优点是:安装容易,灵敏度高,维护量小,测量范围广,可用于大中小各种尺寸的排放源。散射法的主要缺点是:燃料种类变化较大时需进行标定,属于新型仪器,目前在国内已安装量还比较少,该法可适用于燃煤、燃油排放源的测量,也可用于粉体加工传送过程的浓度测量。

浊度法(也称透射法,对穿法)是指光通过含有烟尘的烟气时,光强因烟尘的吸收和散射作用而减弱,通过测定光束通过烟气前后的光强比值来定量烟尘浓度。浊度法有激光光源和红外光源两种,激光光源采用半导体激光器,寿命较长,且不受水气的影响,红外光源主要受到水气含量变化的干扰,测量精度较低。浊度法的主要优点是:技术成熟,结果可靠,价格适中,目前国内使用数量较多。浊度法的主要缺点是:需双端安装,进行光路对中,安装及维护稍有不便,发射端及接收端都需要洁净空气保护。该法可用于国内的各种燃煤烟尘排放源的烟尘浓度测量。

设置烟尘监测孔时,应优先选择在垂直管段,若烟道直管段长度大于6倍烟道当量直径,则监测孔前的直管段不小于4倍当量直径、且监测孔后的直管段长度不小于2倍当量直径;若烟道直管段长度小于6倍烟道当量直径,则监测孔前的直管段长度必须大于监测孔后的直管段长度。

本工程选用浊度法烟尘测尘仪,因两台布袋除尘器来自不同厂家,一卧式,一立式,缺乏垂直管道,且每台除尘器后配两台引风机,即一炉配两段钢烟道,为减少探头安装数量,烟尘监测孔开在烟囱两侧的砖烟道上。

3.3.烟气污染物监测子系统

由于要对两台锅炉的烟气污染物进行监测,为降低成本,采用一套分析仪对两台锅炉轮流监测的方法。

烟气中so2的分析方法主要有紫外荧光法和非分散红外吸收法(ndir法),nox的分析方法主要有化学发光法(cld法)和非分散红外吸收法(ndir法)。

紫外荧光法测量so2浓度原理:烟气在190nm~230nm的紫外光照射下,其中的so2分子受激发生成激发态so2,其返回基态时发出荧光,而且荧光强度与烟气中so2的浓度成正比,通过测量荧光光强就可得到so2的浓度值。该法灵敏度高,可探测到ppb级的低浓度so2,而且动态范围和线性度好。

化学发光法测量nox浓度原理:烟气中的no与臭氧发生反应生成激发态的no2,其返回基态时放出光子,当臭氧过量时,发光强度与烟气中no浓度成正比,测量发光光强即可得到no浓度值;同时利用钼催化技术将烟气中的no2全部转化为no与臭氧发生反应,测量发光光强即可得到nox总浓度值。

紫外荧光法和化学发光法均适用于稀释取样法。

非分散红外吸收法是利用各种气体对于红外线这一光谱波段能量的吸收在波长上具有选择性这一原理构成的,可以通过一台仪器测定多组分气体,有较好的性价比、适用于直抽取样法。

3.4.烟气参数监测子系统

烟气参数监测子系统的监测项目包括温度、压力、湿度、氧量和流速,其中温度、压力、湿度、氧量的测量均为常规方法,流速监测方法的选择需注意烟道的长度是否满足安装要求。

烟气流速的监测有三种方法:压差传感法、超声波法和热传感法。

压差传感法利用压差传感器、皮托管等测出烟气的动压和静压,动压和静压与被测烟气流速成一定的比例关系,从而可定量烟气流速。

超声波法通过超声波顺着烟气流向和逆着烟气流向通过已知距离的两个点时,其传输时间不同,连续测定传输时间差可实现烟气流速的连续监测。

热传感法是指烟气通过热传感器时,带走的热量与烟气流速和热传感器的电阻阻值变化成比例,通过测量热传感器的电阻阻值变化可求得烟气流速。

当烟道长度小于6倍当量直径时,超声波法可取得较准确的测量结果,该法价格也较高。

3.5.数据采集处理子系统

数据采集处理系统目的是采集实时可靠的污染物排放数据,为运行人员提供实时的污染物排放参数,并指导机组优化运行和控制烟气污染物排放。系统可进行计算处理、记录,形成日、月、年报表,生成历史趋势图表,完成丢失数据的弥补,并可将监测数据、系统运行状态和各种报表传输到电厂dcs系统和环保管理部门.

dcs至少应存储5年以上监测小时平均值,监测参数数据,并能检索、显示各种直观的图表和打印。系统可根据环保法规在cems软件中设定烟气污染物排放报警限值,当污染物超标及仪器发生故障时,cems软件进行报警。

4南京协鑫热电有限公司cems技术方案

4.1cems方案说明

根据烟气所需测试so2、nox、o2各项指标的要求,本方案选用完全抽取法的取样方式进行取样。cem系统由加热的取样探头(对样气粗过滤)和自限热(140℃)的伴热取样管线保证气体在采样和传输过程中保持烟气的原来品质,通过预处理迅速冷凝除湿并将冷凝液通过蠕动泵排至储液罐内,除湿后的气体经再次细过滤除尘通过取样泵送至德国maihak公司的s700系列微机化模块式分析系统进行分析。其中so2、nox、选用uonr(高精度、高选择、高稳定性的多组分红外分析仪)进行分析,no2通过转换炉变成no,由no分析器测出nox。o2气选用oxor-p(高精度的磁力机械式氧气分析器,具有比电化学等原理不可比拟的长寿命、高精度等特点)进行分析。最后通过数据处理(工控机)进行取样、反吹、校验等动作执行和强大的总量计算形成报表满足环保的测试要求。提供rs485、隔离的(4—20ma)测量信号输出和量程转换、标定、故障等状态信号等多组继电器开关量输出。满足向dcs和环境监测站提供信号。完成整个测量和信号传输设置参与脱硫设备控制的要求。

cems采用“一拖二”系统配置,在烟囱两侧烟道上分别安装一套采样装置,共用一套分析仪器。即用两个取样和输气管路,一套预处理设备和分析测量仪器。与此相应,数据处理和通讯装置也共用一套。为了缩短取样时间采用两个取样泵,在取样的烟道切换前提前取样。切换时间为15分钟,每个周期的采集时间不低于10分钟。反吹程序不影响测量。

4.2cems主要设备选型及参数

4.2.1烟尘分析系统

ø仪器:烟尘分析仪

ø型号:fw-56-i

ø原理:浊度法

ø测量范围:0~1000mg/nm3(其它量程可设置)

ø零点漂移:≦±2最小量程/周

ø全幅漂移:≦±5满量程/周

ø响应时间:<10s

ø线性度:≦±1

ø输出:两路4~20ma

ø产地:德国sick

4.2.2so2、no分析仪

ø仪器:多组份气体分析器

ø型号:s710

ø原理:非分散红外吸收法

ø测量范围:0~500~2500mg/m3(量程自动切换)

ø检出下限:浓度校准后10mg/m3

ø零点漂移:≦±1最小量程/周

ø全幅漂移:≦±1满量程/周

ø响应时间:<5s

ø线性度:≦±2

ø校准:具有自动校准功能(校准周期可设定)

ø输出:两路4~20ma

ø产地:德国maihak

øno2®no转换炉

4.2.3o2分析仪:

ø仪器:氧分析器

ø型号:s710(同so2共用一台s710)

ø原理:磁力机械式

ø测量范围:0~25

ø零点漂移:≦±1最小量程/周

ø全幅漂移:≦±1满量程/周

ø响应时间:<5s

ø线性度:≦±1

ø输出:两路4~20ma

ø产地:德国maihak

4.2.4烟气压力、温度测定

ø仪器:烟气压力、温度测定仪

ø型号:smc-202(压力传感器型号:3051c;温度传感器:144)

ø原理:压差;温度(热电偶)

ø测量范围:温度:0~300℃

ø压力:-5~5kpa

ø精密度:温度:±3℃

ø压力:≦±3

ø输出:两路4~20ma

ø产地:德国

4.2.5超声波流速仪

ø型号:flowsic100

ø原理:超声波法

ø量程(高/低):0~40m/s

ø采样方法:现场直插式

ø分辨率:±0.1m/s

ø环境空气温度限制(最低/最高):-20~+55℃

ø用电量(kva):0.1

ø警报输出:无源接点(任意设置报警值)

ø产地:德国sick

4.2.6湿度测量

ø选用芬兰vaisala公司生产的hmp235a型高温电容法湿度计,因为有温度校准,精度高。但考虑到电厂的工况稳定,烟气含水量变化不大,采用短时测量取平均值输入做湿度校准计算。防止湿度计的意外损坏。hmp235a的主要技术指标如下:

ø测量变量:相对湿度

ø测量范围:0~100rh

ø最大变差:在授权的高质量校准以后,±1rh(0~90rh)

±2rh(90~100rh)

ø用盐溶液校准(astme104-85):±2rh(0~90rh)

±3rh(90~100rh)

ø响应时间(t90):在20°c时,15s

ø传感器:humicap°k

ø温度:测量范围:-40~ 180°c

ø精度:±2°c

ø传感器:pt100,rtdiec7511/3b级

ø电子线路典型温度影响:±0.005°c

ø计算变量:

ø露点:-40°c~ 100°c

ø混合比:0~500g/kgd.a.

ø绝对湿度:0~600g/m3

ø湿球温度:0~ 100°c

ø输出:两个模拟量输出可选,量程可选。0~20ma;0~1v

ø4~20ma:0~5v0~10v

ø串联数字输出:rs232c;rs485;rs422或数字电流环

ø报警继电器两个:8a/230va;24vdcspco

4.2.6数据处理单元

yq-02型,为工控机系统,具有编程\采集\存储\传输功能;软件系统主要包括动态连接、企业日报、企业月报、企业日志、参数设置、串口设置、技术支持几个部分。

4.3系统主要特点

4.3.1气体污染物采用直接抽取法测量。

4.3.2易损件少,可在地面进行维护工作。

4.3.3所有仪器均可上网传输数据,可远程诊断,早期发现征兆及时处理故障。

4.3.4用工控机对测量系统进行集中控制管理,按照环保部门要

求传送数据和报表。同时可以用作控制脱硫除尘设备。

4.3.5取样探头

为加热型取样探头,温度可调节,最大温度为180℃,在探头过墙处也加热,保证在探头处样气不降温、不冷凝。探头内部具有双级除尘过滤装置将样气大的颗粒初步滤掉,滤芯更换方便易行,建议每三个月换一次,同时探头处还有反吹气接口,反吹气的目的是吹扫气路及滤芯(加温的滤芯效果更佳),提高滤芯的寿命和取样路径的畅通。同时探头具有温度传感器,监控探头的温控效果。接触烟气内表层喷氟,防腐性强。

4.3.6取样管线

取样管线为自限热加热管线和聚四氟乙烯取样管及反吹管集成的复合管线。自限热加热管线的特点为140℃(国标),功率为40~60w/m,通过热导的形式将取样管加热,从而保证在样气传输过程中不结露,自限热加热管线为:片点状并联加热材料构成,如:本材质达到140℃恒温不再加热,当低于140℃时开始加热。即温度为整根管线的温度,可靠性强,并设有温度传感器监控温度变化。

4.3.7预处理单元

干燥除湿:为压缩机双级除湿,温控精度高,双级除湿效率高。两极间为取样泵(流量5l/min,耐腐蚀耐负压泵),双级除湿对应双级蠕动泵排水,保证冷凝水的排放。

精过滤器(第三级)更换期为半年。

4.3.8传感器

在整个气路中设有湿度、温度、压力传感器,起到检查除湿、加热、取样效果,保证样气在传输过程不冷凝或湿气不进入分析仪器。

4.3.9分析单元

采样德国sick.maihak公司的专利技术-s710红外线多组份分析仪:so2、no、co采用红外法;o2采用磁力机械式(寿命长、精度高)。该仪器具有湿度交叉干扰的修正,温度、压力、流速的自动补偿技术使仪器具有很高的精度和长期稳定性。对仪器的校准采用“校准气室”内置的方法,比其它等效方法(滤光片等)更符合实际的气体标定。实现不用标准气的前提下任意设定校准周期实现自动校准,同时系统具有手动校准功能。

4.3.10反吹单元

定时和不定时吹扫取样管路,保证取样畅通。

4.4设备清单

序号设备名称型号规格单位数量生产厂产地

1气体污染物分析系统gxh-9021套1sick/maihak(德国)

分析主机s710so2/nox/o2台1sick/maihak(德国)

no2®no转换炉smb-204台1smc

加热型取样探头及双侧法兰sp2000套2m&c(德国)

伴热取样管线30m根2加热带为美国thermon

机柜2000×600×800个1sick/maihak

气体采样泵knf个2德国knf

压缩机制冷器(两级冷凝)jct个1奥地利jct

蠕动泵sr25个2m&c(德国)

plc可编程控制器plc个1日本松下

储水罐smc7001个1sick/maihak

气动球阀scy220-04个4德国原装

连接件及电磁阀swagelok个4美国swagelok

储气罐smc8001个1smc

2尘测定仪(每套包含:双侧法兰/发射单元/接收单元/计算单元/反吹泵/清洗空气单元/防护罩)fw-56-i套2sick/maihak(德国原装)

3超声波流速仪flowsic100套2sick/maihak(德国)

4压力变送器(包括压力传感器/变送单元/取样探头及双侧法兰)3051c套2rosement(美国)

5温度变送器(包括温度传感器/变送单元)144套2rosement(美国)

6湿度测量仪及双侧法兰hmp235a套2visala芬兰

7工控机、数据采集处理(包括:采集卡、处理器、15”液晶显示器、打印机、ups、中文软件)yq-02(p41.8g/256m/30g/52x)套1sick/maihak(北京)

5结语

南京协鑫热电有限公司2×48mw机组烟气排放连续监测系统已投入运行,对控制烟气污染物排放和提高电厂经济效益起到了重要作用。

参考文献:

[1]《火电厂大气污染物排放标准》(gb13223-2003)

[2]《火电厂烟气排放连续监测技术规范》(hj/t75-2001)

烟气在线监测系统范文第5篇

关键词: 无线传感器; ZigBee; 火情探测器; 火情定位

中图分类号: TN926?34; TN99 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2016)24?0034?05

Fire location method based on wireless sensor network

SI Xiayan, SONG Dan, L? Xiaoling, FU Yanqing

(College of Optical and Electronic Information, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130012, China)

Abstract: Since the available fire monitoring system can′t locate the fire position accurately, its prediction accuracy is low, and the fire hidden trouble in places with high visitor flow rate is especially serious, the fire positioning method based on wireless sensor network is put forward. This method is composed of the fire detector, monitoring terminal and wireless communication system. The temperature sensor and meteorological sensor in fire detector are used to acquire the fire data, and then the ZigBee wireless sensor network (WSN) is used to feed the fire data back to the monitoring terminal to accomplish the fire detection. The fire detector includes the array sensor module, information management module and ZigBee wireless communication module, which can realize the acquisition, analysis and transmission of fire data. In the process of software design, the code of temperature and humidity acquisition program is given, and the fire location method based on wireless sensor network is analyzed. The fire source position can be located accurately. The experimental results indicate that the method can detect the temperature, humidity and smoke information accurately, and realize the accurate fire positioning.

Keywords: wireless sensor; ZigBee; fire detector; fire positioning

火情隐患突发性强,由于传统的火情监控体系无法准确定位燃火点,因此消防员并没有完善的灭火方案,常常主观猜测着火点位置[1?4]。据不完全统计:在以往的火情案例中,由于无法有效确定着火点导致扑灭不及时的占80%以上。并且现有的火情监控体系无法准确定位燃火点,预测精度低下,人流量较多的场所火情隐患尤其严重。因此,寻求一种有效的火情定位方法,对于确保人民群众的生命和财产具有重要意义[5?6]。现有的火情定位方法都存在一定缺陷,文献[7]提出了利用总线制的感烟探测器预测火情的方式,将探测到的异常火情信号进行统一报警,但这种方式只能单方面进行烟雾探测,无法对火情中的其他异常因素进行检测,预测效果不理想。文献[8]提出了分散线制的电气火情探测器,通过检测用电器的用电安全对火情隐患进行预警,但这种方法结构单一,实用性低。为了解决上述问题,本文提出了基于无线传感网络的火情定位方法,该火情定位方法由火情探测器、监控端和无线通信系统构成。

1 基于无线传感器网络火情定位系统

1.1 基于无线传感器网络火情定位系统的总体设计

无线传感器网络火情定位系统由火情探测器、监控端和无线通信系统构成,如图1所示。火情探测器是火情定位系统的关键。

首先,系统利用火情探测器中的电子鼻进行火情预报,电子鼻是一种模拟动物嗅觉器官开发出的高科技产品,该产品可以有效防止火情定位误差的发生,能够辨识火情类别,使得系统能够在火情发生前便完成分类并通信;其次,系统配置了火情无线通信系统,其发送系统使用了一种短距离、低功耗的ZigBee无线通信手段,以缩减系统运营成本、完成火情的有效定位。无线通信系统通过ZigBee无线通信手段将火情探测器的输出信号传递到监控端进行分析,实现火情预警。

1.2 火情定位系统硬件设计

火情定位系统硬件构成主要包括监控端和火情探测器。无线传感器网络输出值保存在监控端,监控端呈现出火情探测器的运行状态。火情探测器利用电子鼻进行火情预报与类别检测,再经由无线传感系统将火情信息传递出去。

1.2.1 火情探测器硬件设计

图2描述的是火情探测器模块结构图,其由阵列传感器模块、信息管理模块和ZigBee无线通信模块构成,完成火情数据的获取、分析和传输。

(1) 阵列传感器模块

采用某公司研发的温度传感器并配备一系列气象传感器接口,构成了一个运行平稳的阵列传感器模块,图3为该阵列传感器模块构成图。

图3中的PT100是一种精确的智能温度传感器,其实际工作电压同环境温度呈完全正相关性,在已知环境温度的情况下,即可输出传感器的实际工作电压,设备拥有一键精确校准以及变压器独立运行等优点,符合火情定位的参数要求。

图4为阵列传感器模块电路图,数字1代表电路接地端;数字2代表传感器检测到的气体;数字3代表电源;数字4代表开关输出;SW代表传感器加热信号。图4中气象传感器的类型有:CO气象传感器、CO2气象传感器以及有机气体气象传感器。这些气象传感器能够辨识出所有火灾中易产生的气体物质,并可对这些气体进行有效分类。

(2) 信息管理模块

数据输入模块、数据输出模块、数据增减模块、电路开关输出模块构成了一个完整的信息管理模块,其结构如图5所示。信息管理模块用于管理传感器的仿真输入,对数据进行必要的增减。

图6是数据增减模块和电路开关输出模块的信号接点电路图,由图6可知,传感器数据由M3接口输入,调控R1~R4的电阻值可控制气体信号的电压变化。Q1和Q2是气象传感器的两个开关。输入脉冲管控着气体信号的加热频率和和读取频率。若图6中的温度开关输出高于1.25 V,则需进行信号的调整管控;输出低于1.25 V时,将M3接口的输出值集合到M2接口,经由一系列调整后接入P1接口,交由ZigBee无线通信体系进行管控。

(3) ZigBee无线通信模块

信息管理模块中传感器输出的数据将汇集于ZigBee无线通信模块,再利用CC2530主芯片进行管控,其中的CC2530主芯片结构图如图7所示,主芯片先将数据进行火情类型分辨,再由天线远程传递到监控端进行分析。

采用的CC2530芯片是基于2.4 GHz IEEE 802.15.4,ZigBee 以及RF4CE研发的片上系统,可满足各类ZigBee无线通信体系设施的网络节点要求。该芯片提供了无线电频率前端、内存以及数据管控设备,采用8位单片微型计算机、128 KB随机存取存储器的可编程只读存储器、模拟数字转换器、看门狗定时器、给电回位电路和21种芯片的输入输出管脚。CC2530芯片运用6 mm ×6 mm的QFN40封装。CC2530芯片可以用低成本建设功能完善的无线传感网络节点,即可通过较少的零件便可以完成火情信息的输入和输出。

1.2.2 监控端硬件设计

ZigBee无线通信模块、串口转接电路和主机构成了监控端的硬件模块,如图8所示。利用ZigBee通信模块完成无线传感网络的管控与数据的收发。因为CC2530芯片串口M2和M3为非反向电压,故应转换电压后再开始连通主机串口,进而收集ZigBee通信模块中的数据,完成人机互动。把CC2530芯片接于转接电路中的M2和M3延伸面板串口,同主机中的计算机相连,完成串口通信。

2 火情定位系统软件设计

2.1 温湿度采集的软件设计

火情定位系统根据获取到的温湿度值能够合理推测火情隐患是否存在。系统中的PT100温湿度传感器借助于串行线LM3S811与SHT11输出温湿度数值。因SHT11串口不满足[I2C]总线协议,则LM3S811应经由输入/输出端口进行SHT11仿真传输时序。系统的温湿度传感器PT100对SHT11串口进行管控。设计的温湿度采集流程图,如图9所示。

2.2 基于无线传感网络的火情定位方法

火情监控无线网络拓扑结构图如图10所示。可通过分析无线传感网络中节点数据判断是否存在火情隐患,监控端分析正在进行预警的节点状态,可对火情的发生位置进行预先定位,使得工作人员能够提出更加有效的方案,提高安全系数。

在火情还未开始大面积蔓延前,可燃物燃烧会产生大量烟雾但整体温度不会很快上升,因此利用气象传感器能够快速监测到烟雾异常并进行准确定位。图11是一定范围内无风状态下烟雾扩散图。

分析图11可得,烟雾浓度随着火点距离的增大而减少,推导出节点与火源间的距离差[Δr]同烟雾浓度差[Δp]的数学表达式为:

[Δr=Δpv] (1)

图12是火源定位算法原理图。分别放置于3面侧壁与顶壁的4个传感器节点,用来检测位于底壁的火源,根据无风状态下的烟雾扩散图,给定烟雾扩散速率值v,4个传感器的检测数据值为[pi],火源的烟雾浓度为[p0],则可得出火源的距离[ri]的数学表达式为:

[ri=p0-piv] (2)

利用定位法,给定图中节点的坐标为[(xi,yi,zi)],推断整理可得出火源处的坐标为:

[O=(xO,yO,zO)] (3)

3 实验分析

3.1 实验布置

实验在标准火情燃烧试验室进行,火源设在燃烧室地面中心处,火情探测器部署在以顶棚中心为圆心、半径为3 m的圆环上,详细的部署图如图13所示。燃烧试验室的顶棚表面部署6个无线探测器节点,试验室中部署基站,通过对比2号光电感烟探测器和4号光电感烟探测器,完成烟雾数据的检测,采用热电偶数据检测温度数据,验证本文提出的基于无线传感器网络的火情定位方法的准确性。

3.2 实验结果分析

采用本文提出的基于无线传感器网络的火情定位方法探测光电感烟结果如图14所示,曲线2与曲线4是光电传感器输出值,曲线1与曲线3是本文方法节点上的烟雾传感器输出值。将实验结果代入实际生活中进行分析比对后发现,二者的数值几乎无差异,且实验中的烟雾量可以被传感器准确捕捉,实现无线传感器对火情的有效定位。说明本文提出的基于无线传感器网络火情定位方法是有效的。

本文方法的温度监控结果如图15所示,S1与S2是温度传感器输出值,由图15可知,烟雾暴露在空气中一定时间后会自动消散,而随时间增长温度传感器感应到的温度值渐渐提高。实验中节点温湿度变化趋势曲线如图16和图17所示,实验室内的实际温湿度并不恒定,且探测器感应到的温湿度数值也与其安装地点有关。虽影响因素较多,但本文方法检测到的温度增减区间相差不大,如表1所示。

综合分析以上实验结果得知:本文设计的基于无线传感网络的火情定位方法,采用了对温度、湿度、烟雾实施实时自动智能监控手段。当检测到有可能发生火情时,通过传感器节点及时将火情信息上传至监控端,经由监控端火情定位方法分析定位后输出预警,保障了火情定位的准确预测。

4 结 论

本文提出基于无线传感器网络火情定位方法,该火情定位方法由火情探测器、监控端和无线通信系统构成,采用火情探测器中的温度传感器和气象传感器获取火情数据,利用ZigBee无线传感网络将火情数据反馈给监控端,完成火情检测。实验结果表明,所提方法能够准确检测到温度、湿度、烟雾信息,实现火情的准确定位。

参考文献

[1] 李正周,缪鹏飞,刘勇,等.基于无线传感器网络的大型场所火情检测与定位算法[J].数据采集与处理,2014,29(6):964?969.

[2] 张丰伟,李英娜,彭庆军,等.无线传感器网络在电力铁塔山火监测中的应用[J].传感器与微系统,2014,33(9):158?160.

[3] 杨静丽,李静,陈佳.基于人工蜂群算法的双目标节点定位的研究[J].武汉理工大学学报,2014,36(4):144?148.

[4] 刘永星,赵涓涓,常晓敏.基于数据融合的无线传感器网络林火监控算法[J].计算机科学,2015,42(11):158?163.

[5] 高德民,林海峰,刘云飞,等.基于无线传感网的森林火灾FWI系统分析[J].林业科技开发,2015,29(1):105?109.

[6] 余大海,吴文荣,沈飞,等.点火靶半腔套装实验系统设计[J].强激光与粒子束,2014,26(2):158?163.

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