本發(fā)明涉及環(huán)境工程煙氣脫硫智能控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)及赤泥控制燃煤脫硫的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國(guó)是以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)的國(guó)家，是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，煤炭資源探明可采儲(chǔ)量為1842億噸，蘊(yùn)藏量位居世界第3位，年產(chǎn)量達(dá)12億噸以上，約占世界煤炭產(chǎn)量的25％。目前，我國(guó)一次能源以煤炭為主，約占一次能源消費(fèi)量的2/3，預(yù)計(jì)2020年約占3/5，2050年也占1/2左右。

然而，煤炭的大量使用也對(duì)我國(guó)的大氣環(huán)境帶來(lái)了很大的壓力，燃煤造成的大氣污染主要有煙塵、SO₂、NO_X、CO₂等，隨著我國(guó)燃煤量的不斷增加，燃煤排放的SO₂也在不斷增加，連續(xù)多年超過(guò)2000萬(wàn)噸，已居世界首位，其中，2008年SO₂排放量為2321.2萬(wàn)噸。由于SO₂的大量排放，致使我國(guó)出現(xiàn)大面積的酸雨，它不僅危及人體健康，還對(duì)生態(tài)環(huán)境和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成極大的危害。在2007年國(guó)家監(jiān)控的500個(gè)市(縣)中，出現(xiàn)酸雨的有281個(gè)，占56.2％，降水平均pH值小于5.6的城市有196個(gè)，占39.2％。中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院、清華大學(xué)等單位的研究結(jié)果表明，由SO₂等導(dǎo)致的酸雨污染給我國(guó)造成的損失每年超過(guò)1100億元，即每排放1噸SO₂將造成超過(guò)5000元的損失，大氣污染所造成的損失每年約占我國(guó)GDP的2％～3％。因此，對(duì)SO₂的污染控制已成為我國(guó)亟待解決的環(huán)境問(wèn)題。

潔凈煤技術(shù)(Clean Coal Technology，CCT)是當(dāng)前世界各國(guó)解決環(huán)境問(wèn)題的主導(dǎo)技術(shù)之一，也是高技術(shù)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的重要領(lǐng)域，潔凈煤技術(shù)涉及到煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)化、污染控制等領(lǐng)域，其核心技術(shù)是煤炭高效潔凈燃燒技術(shù)。目前，控制燃煤SO₂污染的主要技術(shù)可分為4類：燃燒前脫硫，如物理洗選煤法、化學(xué)洗選煤法等；燃燒中脫硫，如爐內(nèi)噴鈣、型煤固硫、循環(huán)流化床燃燒等；燃燒后脫硫，如煙氣脫硫(FGD)；煤轉(zhuǎn)化過(guò)程中脫硫，如煤炭氣化、煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等。目前，國(guó)外控制燃煤SO₂污染的最有效手段是煤炭洗選和FGD，但其基建投資及運(yùn)行費(fèi)用較高。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，采用成本低廉、工藝簡(jiǎn)便的燃燒中脫硫技術(shù)是控制污染的有效手段之一。石灰石因其資源豐富，廉價(jià)易得，被廣泛用作燃燒中脫硫的脫硫劑。石灰石在850℃～950℃時(shí)具有較高的脫硫效率，但從目前實(shí)際運(yùn)行結(jié)果看，石灰石在循環(huán)流化床內(nèi)的脫硫效率較低，鈣轉(zhuǎn)化率不高，在其他燃燒方式下，效 率更低，一般不超過(guò)40％。部分學(xué)者研究了單一組分化學(xué)物質(zhì)對(duì)石灰石燃燒脫硫的效果，但因其價(jià)格昂貴且脫硫效果并不理想，難以產(chǎn)業(yè)化。

文獻(xiàn)《赤泥的固硫特性及其機(jī)理研究》(趙改菊、路春美、田園等，《燃料化學(xué)學(xué)報(bào)》2008年第36卷第3期)指出，工業(yè)生產(chǎn)中目前有大量廢棄物堆積，這些廢棄物既占據(jù)一定可用地，又造成嚴(yán)重污染，給環(huán)境治理帶來(lái)極大不便。部分廢棄物如堿廠廢渣、高錳酸鉀廠廢渣、煤渣、鋁礦渣(赤泥)、鐵礦渣、鹽廠廢渣等，內(nèi)部有些成分(CaO、MgO、K₂O、Na₂O、NaOH、Na₂CO₃)可與SO₂直接發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鹽或復(fù)鹽；有些成分(Fe、Ba與Mn的化合物及NaCl)對(duì)CaO的硫化反應(yīng)過(guò)程可起強(qiáng)化/催化作用，使鈣的硫化反應(yīng)速度加快、鈣利用率提高。若能用其代替石灰石進(jìn)行燃燒固硫，可以使兩種對(duì)環(huán)境十分有害的廢棄物得以中和，達(dá)到“以廢治廢”的目的。

我國(guó)從1954年開(kāi)始用燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁，赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的最大廢棄物，也是氧化鋁廠最大的污染源，赤泥為一般性固體廢物，不屬于放射性廢渣，屬于強(qiáng)堿廢渣，是一種嚴(yán)重的堿性污染源，其附液的PH值大于12.5。由于生產(chǎn)方法、技術(shù)水平以及鋁土礦品位的不同，每生產(chǎn)1噸氧化鋁同時(shí)產(chǎn)出1.0噸～1.8噸赤泥。2000年國(guó)內(nèi)氧化鋁產(chǎn)量為700萬(wàn)噸，排出赤泥約700萬(wàn)噸以上；2005年國(guó)內(nèi)氧化鋁產(chǎn)量為850萬(wàn)噸，排出赤泥約850萬(wàn)噸以上；預(yù)計(jì)2010年國(guó)內(nèi)氧化鋁產(chǎn)量為3000萬(wàn)噸，排出赤泥約4500萬(wàn)噸以上。目前，我國(guó)赤泥主要采用濕法露天筑壩堆存處理，大量的赤泥由于未得到充分的利用和處理，不僅占用土地資源，耗費(fèi)大量堆場(chǎng)建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用(每堆存1噸赤泥的管理費(fèi)為50元～100元)，大大增加了氧化鋁的生產(chǎn)成本。此外，強(qiáng)堿性、高鹽基度的赤泥廢液造成水體、土壤堿化，污染地下水源，導(dǎo)致環(huán)保壓力劇增。赤泥問(wèn)題嚴(yán)重制約著氧化鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及三廢治理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，如何限制赤泥的環(huán)境危害以及多渠道的綜合利用赤泥，已成為氧化鋁工業(yè)亟待解決的課題。

赤泥可分為燒結(jié)法、拜耳法和聯(lián)合法赤泥，主要成分是SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃等。中國(guó)鋁業(yè)山東分公司產(chǎn)生的赤泥主要是燒結(jié)法、拜耳法赤泥，主要成分為CaO及水合物，含水量約為70％～80％，其PH值約為12.5～13，與SO₂、SO₃等酸性氣體反應(yīng)具有很強(qiáng)的活性，且含有較多的CaO、SiO₂以及2CaO·Si₂O₃·CaCO₃·3CaO·Al₂O₃存在，利用其CaO·MgO的含量特性以及少量的TiO₂·MnO對(duì)赤泥進(jìn)行綜合利用，作為脫硫劑用于燃煤鍋爐爐內(nèi)干法脫硫，具有節(jié)能、節(jié)水、減少石灰石資源消耗等多種現(xiàn)實(shí)意義，從而達(dá)到“以廢治廢、變廢為寶”的目的。

中國(guó)專利ZL200810246590.0公開(kāi)了利用赤泥進(jìn)行燃煤固硫的方法，屬于燃煤鍋爐爐內(nèi)干法脫硫范疇；中國(guó)專利ZL200610098706.1、ZL200610098705.7和ZL200610200499.6均

公開(kāi)了采用赤泥作為脫硫劑處理或吸收燃煤煙氣中的SO₂的方法，但僅屬于FGD范疇，其運(yùn)行、維護(hù)成本高，工藝過(guò)程較為復(fù)雜，且易造成二次污染。上述中國(guó)專利僅公開(kāi)了赤泥作為脫硫劑進(jìn)行爐內(nèi)或爐外脫硫的工藝，但在燃煤鍋爐脫硫系統(tǒng)構(gòu)建方面未見(jiàn)報(bào)道。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸量小、通信距離短、傳輸時(shí)延及功耗低的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象信息中，是信息感知與采集的一場(chǎng)革命。因此，結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及監(jiān)測(cè)方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用赤泥作為脫硫劑，對(duì)現(xiàn)有的燃煤鍋爐脫硫系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，對(duì)進(jìn)一步推進(jìn)我國(guó)節(jié)能減排、建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)及赤泥控制燃煤脫硫的系統(tǒng)，構(gòu)建一套低成本、自組織、低功耗的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，避免傳統(tǒng)有線方式系統(tǒng)成本高、安裝維護(hù)難度大的缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，采用赤泥作為脫硫劑，構(gòu)建一種穩(wěn)定可靠、配置靈活的赤泥粉輸送智能管控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐爐內(nèi)干法脫硫。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)及赤泥控制燃煤脫硫的系統(tǒng)，其特征在于：包括燃煤鍋爐系統(tǒng)、SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、赤泥粉輸送智能管控系統(tǒng)，所述的

(1)燃煤鍋爐系統(tǒng)：

包括煤粉爐或循環(huán)流化床鍋爐連接除塵器，除塵器通過(guò)煙道連接引風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)連接煙囪；燃燒溫度為+850℃～+980℃；

(2)SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：

由無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為核心組網(wǎng)構(gòu)架，所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括SO₂采樣傳感器節(jié)點(diǎn)、sink節(jié)點(diǎn)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)及無(wú)線收發(fā)模塊與數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)相連接；

(3)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)；

a、獲取和處理來(lái)自SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、識(shí)別無(wú)效數(shù)據(jù)；

b、控制SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的日常運(yùn)行，提供認(rèn)證測(cè)試和檢查所需資料，打印出測(cè)量的SO₂煙氣流量值、排放濃度值及排放量數(shù)據(jù)，與企業(yè)環(huán)保行政主管部門遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 連接、PLC系統(tǒng)通信；

(4)赤泥粉輸送智能管控系統(tǒng)；

采用PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)赤泥粉給料電機(jī)轉(zhuǎn)速的智能控制，采用模糊PID控制實(shí)現(xiàn)赤泥粉給料量與SO₂排放濃度值間的動(dòng)態(tài)平衡，所述模糊PID控制包括模糊PID系統(tǒng)、PID控制器、A/D轉(zhuǎn)換模塊，并與赤泥粉輸送系統(tǒng)有線連接。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述SO₂采樣傳感器節(jié)點(diǎn)包括采樣探頭、SO₂煙氣預(yù)處理模塊、SO₂煙氣分析模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、處理器模塊、存儲(chǔ)器模塊、無(wú)線通信模塊、智能電源模塊：所述SO₂采樣傳感器節(jié)點(diǎn)安裝在燃煤鍋爐系統(tǒng)中除塵器(21)出口的煙道(22)垂直管段上，監(jiān)測(cè)位置處煙道不漏風(fēng)，所述SO₂采樣傳感器節(jié)點(diǎn)的采樣方法為直接抽取法，采樣流量為3L/min，流量誤差小于±0.1L/min，環(huán)境溫度為+5℃～+45℃，測(cè)量煙氣排放濃度值范圍為0mg/Nm³～5000mg/Nm³，對(duì)SO₂煙氣測(cè)定分析方法為非分散紅外吸收法。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述采樣探頭為電加熱不銹鋼探頭，探頭內(nèi)置有對(duì)SO₂煙氣中的顆粒物進(jìn)行過(guò)濾的表面過(guò)濾器和對(duì)SO₂加熱的拌熱管。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述SO₂煙氣分析模塊采用壓差法測(cè)定SO₂煙氣流量值、排放濃度值及SO₂煙氣排放量；差壓法的處理單元包括皮托管單元和差壓變送器單元，皮托管有兩個(gè)測(cè)壓孔，為總壓測(cè)量孔和靜壓測(cè)量孔，總壓測(cè)量孔對(duì)準(zhǔn)氣體流動(dòng)方向，測(cè)量的是總壓，總壓測(cè)量孔與流動(dòng)方向垂直，測(cè)量的是靜壓，差壓變送器測(cè)量?jī)芍档牟睿磩?dòng)壓，流速與動(dòng)壓的平方根成正比；

所述的SO₂煙氣排放量按以下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中，G_h為SO₂煙氣小時(shí)排放量(kg/h)，c為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下SO₂煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)小時(shí)平均濃度(mg/m³)，Q_m為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干SO₂煙氣小時(shí)平均流量(m³/h)，G_d為SO₂煙氣日排放量(t/d)，為該天中第i小時(shí)SO₂煙氣排放量(kg/h)，G_m為SO₂煙氣月排放量(t/m)， G_y為SO₂煙氣年排放量(t/y)。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述sink節(jié)點(diǎn)包括傳感器模塊、可擴(kuò)展接口、處理器模塊、存儲(chǔ)器模塊、無(wú)線通信模塊，采用有線供電模式。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述赤泥粉輸送系統(tǒng)連接燃煤鍋爐系統(tǒng)，赤泥粉輸送系統(tǒng)包括赤泥粉粉倉(cāng)，赤泥粉粉倉(cāng)下方設(shè)有給料倉(cāng)，給料倉(cāng)與赤泥粉粉倉(cāng)之間設(shè)有去進(jìn)料密封電磁閥，所述給料倉(cāng)入口設(shè)有進(jìn)料閥和位料計(jì)，赤泥粉粉倉(cāng)上方與給料倉(cāng)上方連接有線纜，線纜上設(shè)有平衡閥和密封壓力開(kāi)關(guān)，給料倉(cāng)下端設(shè)有噴吹系統(tǒng)，連接接燃煤鍋爐系統(tǒng)的管道上設(shè)有噴吹系統(tǒng)排堵閥和入爐快關(guān)閥，管道另一端連接空壓機(jī)，之間設(shè)有進(jìn)氣閥和進(jìn)氣管壓力開(kāi)關(guān)。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述噴吹系統(tǒng)包括羅茨風(fēng)機(jī)、管路、彎頭、噴射器、混合器、葉輪式旋轉(zhuǎn)給料閥、插板門、旋轉(zhuǎn)給料閥控制柜，葉輪式旋轉(zhuǎn)給料閥與羅茨風(fēng)機(jī)采用聯(lián)鎖控制。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述赤泥粉粉倉(cāng)布置在零米層，下部設(shè)有止赤泥粉結(jié)塊的流化裝置防，頂部設(shè)有除塵器及壓力真空釋放閥。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述的給料倉(cāng)采用兩級(jí)給料倉(cāng)，由上給料倉(cāng)和下給料倉(cāng)組成。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述的模糊PID系統(tǒng)采用兩輸入三輸出的結(jié)構(gòu)，輸入變量為系統(tǒng)SO₂設(shè)定值與實(shí)際監(jiān)測(cè)值之間的偏差e和偏差變化率e_c，經(jīng)模糊化后輸入變量e變?yōu)镋，偏差變化率e_c變?yōu)镋_C，輸出量為PID參數(shù)K_p、K_i、K_d，根據(jù)不同的偏差和偏差變化率對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：

借助無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)，首先呈現(xiàn)出自組織、自治、自適應(yīng)等無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特色，同時(shí)，具有成本低廉、功耗低、穩(wěn)定可靠、配置簡(jiǎn)單靈活、實(shí)施便捷等特點(diǎn)。本發(fā)明適用于電力、冶金、有色、化工等行業(yè)的燃煤鍋爐爐內(nèi)干法脫硫，既減少了赤泥堆積帶來(lái)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了資源的重復(fù)利用，又有效降低了燃煤鍋爐煙氣中SO₂氣體的排放量，減輕酸雨及大氣污染，達(dá)到了“以廢治廢，變廢為寶”的目的。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采樣傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)sink節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的燃煤鍋爐脫硫工藝的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的赤泥粉輸送智能管控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1-赤泥粉粉倉(cāng)，2a-上給料倉(cāng)，2b-下給料倉(cāng)，3-去進(jìn)料密封電磁閥，4-進(jìn)料閥，5-位料計(jì)，6-平衡閥，7-密封壓力開(kāi)關(guān)，8-排堵閥，9-入爐快關(guān)閥，10-管道，11-進(jìn)氣閥，12-進(jìn)氣管壓力開(kāi)關(guān)，21-除塵器，22-煙道，23-引風(fēng)機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。

如圖1所示，本發(fā)明包括燃煤鍋爐系統(tǒng)、SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、赤泥粉輸送智能管控系統(tǒng)4個(gè)功能結(jié)構(gòu)。

如圖2所示，燃煤鍋爐系統(tǒng)包括煤粉爐或循環(huán)流化床鍋爐連接除塵器21，除塵器21通過(guò)煙道22連接引風(fēng)機(jī)23，引風(fēng)機(jī)23連接煙囪；燃燒溫度為+850℃～+980℃。

SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為核心組網(wǎng)構(gòu)架，所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括SO₂采樣傳感器節(jié)點(diǎn)、sink節(jié)點(diǎn)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)及無(wú)線收發(fā)模塊與數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)相連接。

數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)：a、獲取和處理來(lái)自SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、識(shí)別無(wú)效數(shù)據(jù)；b、控制SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的日常運(yùn)行，提供認(rèn)證測(cè)試和檢查所需資料，打印出測(cè)量的SO₂煙氣流量值、排放濃度值及排放量數(shù)據(jù)，與企業(yè)環(huán)保行政主管部門遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接、PLC系統(tǒng)通信。

如圖3所示，本發(fā)明的SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采樣傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)由采樣探頭、SO₂煙氣預(yù)處理模塊、SO₂煙氣分析模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、處理器模塊、存儲(chǔ)器模塊、無(wú)線 通信模塊、智能電源模塊組成。

采樣探頭為電加熱不銹鋼探頭，探頭內(nèi)置大表面過(guò)濾器，對(duì)SO₂煙氣中的顆粒物進(jìn)行有效過(guò)濾，SO₂進(jìn)入探頭后即被加熱。傳輸SO₂的拌熱管具有溫度調(diào)節(jié)作用，使得SO₂在整個(gè)傳輸過(guò)程中均保持一定高溫，從而消除了任何SO₂因可能的溶解而帶來(lái)的測(cè)量誤差。

SO₂煙氣預(yù)處理模塊對(duì)采樣得到的SO₂進(jìn)行冷卻脫水、過(guò)濾處理、氣液分離、流量調(diào)節(jié)操作。SO₂煙氣分析模塊采用壓差法測(cè)定SO₂煙氣流量值、排放濃度值及排放量。差壓法的主要處理單元由皮托管單元和差壓變送器單元2部分組成。皮托管有2個(gè)測(cè)壓孔，一個(gè)孔對(duì)準(zhǔn)氣體流動(dòng)方向，測(cè)量的是總壓，另一孔與流動(dòng)方向垂直，測(cè)量的是靜壓。差壓變送器測(cè)量它們的差，即動(dòng)壓。流速與動(dòng)壓的平方根成正比。因此，其測(cè)量精度在量程上半部較高，在量程下半部較低。所述的SO₂煙氣排放量按以下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中，G_h為SO₂煙氣小時(shí)排放量(kg/h)，c為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下SO₂煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)小時(shí)平均濃度(mg/m³)，Q_m為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干SO₂煙氣小時(shí)平均流量(m³/h)，G_d為SO₂煙氣日排放量(t/d)，為該天中第i小時(shí)SO₂煙氣排放量(kg/h)，G_m為SO₂煙氣月排放量(t/m)，G_y為SO₂煙氣年排放量(t/y)。

處理器模塊采用美國(guó)Microchip公司的PIC18F4620單片機(jī)，具有功耗低、集成度高、體積小和成本低的特點(diǎn)，PIC18F4620具有豐富的資源：片內(nèi)64KB Flash程序存儲(chǔ)器，4KB的數(shù)據(jù)SRAM，1024Byte的EEPROM及豐富的I/O端口：10bit 13通道模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，支持自動(dòng)采集功能，且在睡眠狀態(tài)可進(jìn)行轉(zhuǎn)換；1個(gè)8bit和3個(gè)16bit硬件定時(shí)/計(jì)數(shù)器；2個(gè)CCP模塊，可編程看門狗定時(shí)器和片上模擬比較器，片上電壓基準(zhǔn)電路；10種可選晶體振蕩模式；此外，還有主同步串行口(MSSP)模塊和增強(qiáng)型可尋址USART模塊，MSSP模塊支持3線SPI和I2C主/從模式，USART模塊支持RS-485、RS-232和LIN 1.2。

無(wú)線通信模塊采用挪威Chipcon公司的CC2420射頻芯片，其工作頻率為2.4GHz，具 有完整的Zigbee協(xié)議棧(IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn))。CC2420射頻收發(fā)器包含了物理層(PHY)層與媒體訪問(wèn)控制(MAC)層，可組建一個(gè)具備65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，并可隨時(shí)擴(kuò)充。CC2420芯片傳輸速率為250kb/s，具有低功耗、較低的快速喚醒時(shí)間(小于30ms)、CSMA/CA信道狀態(tài)偵測(cè)等特性。CC2420可以通過(guò)4線SPI總線設(shè)置芯片的工作模式，實(shí)現(xiàn)讀/寫(xiě)緩存數(shù)據(jù)及讀/寫(xiě)狀態(tài)寄存器等；通過(guò)控制FIFO和FIFOP管腳接口的狀態(tài)可設(shè)置發(fā)射/接收緩存器；通過(guò)CCA管腳狀態(tài)的設(shè)置可以控制清除信道估計(jì)：通過(guò)SFD管腳狀態(tài)的設(shè)置可以控制時(shí)鐘/定時(shí)信息的輸入。

智能電源模塊由單節(jié)鋰電池(容量1200mA·h)、智能電池檢測(cè)器件(DS2438)、電池保護(hù)電路(R54210)、充電芯片(MAX1551)、電源處理電路及外圍接口電路組成，為節(jié)點(diǎn)提供智能充電和電路短路保護(hù)等功能。

如圖4所示，本發(fā)明的SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)sink節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)由傳感器模塊、可擴(kuò)展接口、處理器模塊、存儲(chǔ)器模塊、無(wú)線通信模塊組成，采用有線供電模式，各功能模塊與SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采樣傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)相同。

如圖2，圖5，圖6所示，本發(fā)明的燃煤鍋爐脫硫工藝由赤泥粉輸送系統(tǒng)和燃煤鍋爐系統(tǒng)2部分組成。赤泥粉輸送智能管控系統(tǒng)，采用PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)赤泥粉給料電機(jī)轉(zhuǎn)速的智能控制，從而實(shí)時(shí)調(diào)整赤泥粉給料量的輸送，采用模糊PID控制實(shí)現(xiàn)赤泥粉給料量與SO₂排放濃度值間的動(dòng)態(tài)平衡，以達(dá)到赤泥粉給料量輸送的最優(yōu)值，包括模糊PID系統(tǒng)、PID控制器、A/D轉(zhuǎn)換模塊，并與赤泥粉輸送系統(tǒng)有線連接。

所述赤泥粉輸送系統(tǒng)連接燃煤鍋爐系統(tǒng)，赤泥粉輸送系統(tǒng)包括赤泥粉粉倉(cāng)1，赤泥粉粉倉(cāng)1下方設(shè)有給料倉(cāng)，給料倉(cāng)與赤泥粉粉倉(cāng)1之間設(shè)有去進(jìn)料密封電磁閥3，所述給料倉(cāng)入口設(shè)有進(jìn)料閥4和位料計(jì)5，赤泥粉粉倉(cāng)1上方與給料倉(cāng)上方連接有線纜，線纜上設(shè)有平衡閥6和密封壓力開(kāi)關(guān)7，給料倉(cāng)下端設(shè)有噴吹系統(tǒng)，連接接燃煤鍋爐系統(tǒng)的管道10上設(shè)有排堵閥8和入爐快關(guān)閥9，管道10另一端連接空壓機(jī)，之間設(shè)有進(jìn)氣閥11)和進(jìn)氣管壓力開(kāi)關(guān)12。

所述噴吹系統(tǒng)包括羅茨風(fēng)機(jī)、管路、彎頭、噴射器、混合器、葉輪式旋轉(zhuǎn)給料閥、插板門、旋轉(zhuǎn)給料閥控制柜，葉輪式旋轉(zhuǎn)給料閥與羅茨風(fēng)機(jī)采用聯(lián)鎖控制。

所述赤泥粉粉倉(cāng)1布置在零米層，下部設(shè)有止赤泥粉結(jié)塊的流化裝置防，頂部設(shè)有除塵器及壓力真空釋放閥。

所述的給料倉(cāng)采用兩級(jí)給料倉(cāng)，由上給料倉(cāng)2a和下給料倉(cāng)2b組成。

赤泥粉輸送系統(tǒng)正常循環(huán)流程為：系統(tǒng)內(nèi)所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，按下“啟動(dòng)按鈕”，延時(shí)5s，判斷上給料倉(cāng)的上進(jìn)料閥是否關(guān)到位，若關(guān)不到位，停系統(tǒng)報(bào)警；若是，打開(kāi)上 給料倉(cāng)密封閥(密封圈沖壓，壓力開(kāi)關(guān)設(shè)定0.45MPa)。延時(shí)5s，判斷密封壓力到否，若沒(méi)到，停系統(tǒng)報(bào)警；若到了，判斷下給料倉(cāng)的下進(jìn)料閥是否關(guān)到位，若關(guān)不到位，停系統(tǒng)報(bào)警；若是，打開(kāi)下給料倉(cāng)密封閥(密封圈沖壓，壓力開(kāi)關(guān)設(shè)定0.45MPa)。延時(shí)5s，判斷密封壓力到否，若沒(méi)到，停系統(tǒng)報(bào)警；若到了，開(kāi)入爐快關(guān)閥，延時(shí)5s，判斷入爐快關(guān)閥是否開(kāi)到位，若開(kāi)不到位，停系統(tǒng)報(bào)警；若開(kāi)到位，開(kāi)進(jìn)氣閥，延時(shí)10s，判斷管道輸送壓力開(kāi)關(guān)是否高報(bào)警(壓力開(kāi)關(guān)設(shè)定0.07MPa)，若報(bào)警，證明管道已堵管，應(yīng)停系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)吹堵。若不報(bào)警，開(kāi)旋轉(zhuǎn)給料機(jī)，延時(shí)10s，判斷旋轉(zhuǎn)給料機(jī)是否有運(yùn)行指示，若沒(méi)有，停系統(tǒng)報(bào)警；若有，延時(shí)4s，判斷下給料倉(cāng)是否有低料位報(bào)警，若有，下給料倉(cāng)不進(jìn)料執(zhí)行上給料倉(cāng)進(jìn)料循環(huán)直到上給料倉(cāng)高料位，若無(wú)料位報(bào)警，則下給料倉(cāng)密封圈泄壓，延時(shí)5s，判斷下給料倉(cāng)密封圈壓力是否已泄完，若還有密封壓力，停系統(tǒng)等待，若沒(méi)有密封壓力，打開(kāi)下給料倉(cāng)的下進(jìn)料閥及下平衡閥，延時(shí)ns或下給料倉(cāng)低料位到并延時(shí)30s，關(guān)閉下給料倉(cāng)的下進(jìn)料閥及下平衡閥，下給料倉(cāng)的下進(jìn)料閥關(guān)到位后延時(shí)4s，下給料倉(cāng)密封閥沖壓。當(dāng)下給料倉(cāng)密封閥沖壓壓力到達(dá)設(shè)定值后，判斷上給料倉(cāng)是否有高料位？若有，循環(huán)下給料倉(cāng)進(jìn)料循環(huán)；若無(wú)高料位，上給料倉(cāng)密封圈泄壓，延時(shí)5s，判斷上給料倉(cāng)密封圈壓力是否已泄完，若還有密封壓力，停系統(tǒng)等待，若沒(méi)有密封壓力，打開(kāi)上給料倉(cāng)的上進(jìn)料閥及上平衡閥，延時(shí)ns或上給料倉(cāng)高料位到，關(guān)上給料倉(cāng)的上進(jìn)料閥及上平衡閥，延時(shí)5s，上給料倉(cāng)的上進(jìn)料閥關(guān)到位后延時(shí)4s，上給料倉(cāng)的上進(jìn)料閥密封圈沖壓。系統(tǒng)在上給料倉(cāng)和下給料倉(cāng)進(jìn)行上下進(jìn)料循環(huán)。赤泥粉輸送系統(tǒng)停止循環(huán)流程為：關(guān)閉上給料倉(cāng)的上進(jìn)料閥及上平衡閥，延時(shí)5s，上給料倉(cāng)的上進(jìn)料閥關(guān)到位后進(jìn)料密封閥進(jìn)行密封，延時(shí)20s，上給料倉(cāng)的上進(jìn)料閥密封壓力到后，關(guān)閉下給料倉(cāng)的下進(jìn)料閥及下平衡閥，延時(shí)5s，下給料倉(cāng)的下進(jìn)料閥關(guān)到位后進(jìn)料密封閥進(jìn)行密封，延時(shí)35s，停旋轉(zhuǎn)給料機(jī)，旋轉(zhuǎn)給料機(jī)停止后延時(shí)25s，停進(jìn)氣閥，延時(shí)10s，停入爐快關(guān)閥，延時(shí)3s，上給料倉(cāng)及下給料倉(cāng)的進(jìn)料密封閥泄壓。

本發(fā)明的赤泥粉輸送智能管控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)采用模糊PID控制實(shí)現(xiàn)赤泥粉給料量與SO₂排放濃度值間的動(dòng)態(tài)平衡，以達(dá)到赤泥粉給料量輸送的最優(yōu)值。模糊PID控制系統(tǒng)采用兩輸入三輸出的結(jié)構(gòu)，輸入變量為系統(tǒng)SO₂設(shè)定值與實(shí)際監(jiān)測(cè)值之間的偏差e和偏差變化率e_c，經(jīng)模糊化后輸入變量e變?yōu)镋，偏差變化率e_c變?yōu)镋_C，輸出量為PID參數(shù)K_p、K_i、K_d。根據(jù)不同的偏差和偏差變化率對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，以滿足不同時(shí)刻對(duì)控制參數(shù)的不同要求，從而使被控對(duì)象有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。

假設(shè)監(jiān)測(cè)的SO₂排放濃度值為v，赤泥粉給料量為u，給定的SO₂排放濃度值標(biāo)準(zhǔn)值為 x(即SO₂排放濃度設(shè)定值)，則根據(jù)模糊控制原理，利用常用的數(shù)學(xué)軟件建立輸出量v與輸入量u和x的數(shù)學(xué)模型v＝Φ(u，x)。經(jīng)SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)得到的SO₂排放濃度值的數(shù)字量，然后與SO₂濃度設(shè)定值進(jìn)行比較，按照模糊PID控制算法對(duì)誤差值進(jìn)行計(jì)算，將運(yùn)算結(jié)果(數(shù)字量)送給模擬量輸出模塊，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡娏餍盘?hào)，由此通過(guò)PLC智能調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)給料閥電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的給料量，實(shí)現(xiàn)赤泥粉給料量的自動(dòng)控制功能。PID參數(shù)K_p、K_i、K_d是表征PID控制器在控制過(guò)程中的比例、積分和微分作用程度的參數(shù)，運(yùn)用模糊規(guī)則集推理進(jìn)行PID參數(shù)自校正的模糊算法步驟為：

步驟1：將E、E_C以及K_p、K_i、K_d變量模糊化，確定各自的模糊子集的隸屬度。

步驟2：用K_p、K_i、K_d得到模糊校正模型來(lái)表達(dá)參數(shù)的校正過(guò)程。

步驟2：應(yīng)用模糊合成推理計(jì)算出K_p、K_i和K_d的模糊校正矩陣表。

由E、E_C以及K_p、K_i、K_d的模糊子集的隸屬度，在根據(jù)各模糊子集的隸屬度賦值表和各參數(shù)的模糊調(diào)整規(guī)則模型，運(yùn)用模糊合成推理設(shè)計(jì)出的PID參數(shù)模糊調(diào)整矩陣表，這是整定系統(tǒng)模糊控制算法的核心，并且將其存入程序存儲(chǔ)器中供查詢。定義K_p、K_i、K_d參數(shù)調(diào)整算式為：

K_p＝K′_p+{E，EC}K_p＝K′_p+ΔK_p

K_i＝K′_i+{E，EC}K_i＝K′_i+ΔK_i

K_d＝K′_d+{E，EC}K_d＝K′_d+ΔK_d

其中，K_p、K_i、K_d參數(shù)是PID控制器的參數(shù)，K′_p、K′_i、K′_d是K_p、K_i、K_d的初始參數(shù)，可通過(guò)常規(guī)方法得到，在線運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)SO₂無(wú)線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不斷地監(jiān)測(cè)SO₂濃度的輸出響應(yīng)值，并實(shí)時(shí)計(jì)算偏差和偏差變化率，然后將其模糊化得到E、E_C，通過(guò)查詢模糊調(diào)整矩陣即可得到K_p、K_i、K_d三個(gè)參數(shù)的調(diào)整量，完成對(duì)控制器參數(shù)的調(diào)整。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。