Pavilion8 CEM軟件是一種預(yù)測(cè)排放監(jiān)視系統(tǒng)(PEMS)，是在Pavilion8平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的，他能夠?qū)Φ趸?NOx)、一氧化碳(CO)、氧(O2)和其他排放氣體進(jìn)行高精度測(cè)量，是一種替代昂貴、基于硬件連續(xù)排放監(jiān)測(cè)(CEM)系統(tǒng)的解決方案。
軟件CEM
軟件CEM系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了一種在線模式，利用現(xiàn)有工廠傳感器的歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，連續(xù)監(jiān)視排放。Pavilion的混合建模技術(shù)集成了非線性經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如神?jīng)網(wǎng)絡(luò)以及第一原則模型，在工業(yè)領(lǐng)域提供了最準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型。這些模型通過(guò)Pavilion8模型分析引擎的在線執(zhí)行，提供了對(duì)熱源和燃料排放的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)。
模型驗(yàn)證是一種常見(jiàn)規(guī)程，即使用已知傳感器輸入值，對(duì)已知輸出值進(jìn)行驗(yàn)證。把預(yù)定的輸入值施加到PEMS，然后計(jì)算得出輸出值。這些值與已知輸入值對(duì)應(yīng)的已知輸出值(在建模過(guò)程中開(kāi)發(fā))進(jìn)行比較，確定軟件CEM應(yīng)用是否準(zhǔn)確與合規(guī)。這個(gè)過(guò)程相當(dāng)于環(huán)保局(EPA)規(guī)定的每季度審計(jì)規(guī)范。
軟件CEM模型的開(kāi)發(fā)
已認(rèn)證的軟件CEM已在美國(guó)200多個(gè)熱源點(diǎn)使用，連續(xù)對(duì)NOx、CO、O2和其他排放氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)。軟件CEM已被證明可以滿足EPA在鍋爐、窯爐、往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪機(jī)和其他排放源對(duì)PEMS系統(tǒng)的要求。
在任何現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)開(kāi)始前，都要舉行討論軟件CEM項(xiàng)目范圍的開(kāi)工會(huì)。會(huì)議中要建立軟件CEM的功能設(shè)計(jì)，并確定必要的過(guò)程傳感器。后面“過(guò)程傳感器舉例”一節(jié)將介紹使用木材、石油或天然氣為燃料燃燒器的典型傳感器。
如果沒(méi)有現(xiàn)成的系統(tǒng)(即硬件CEMS或其他監(jiān)控系統(tǒng))，可以從過(guò)程的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)或Pavilion的數(shù)據(jù)記錄器(Data Logger)獲得過(guò)程數(shù)據(jù)。如果現(xiàn)有硬件CEMS沒(méi)有排放數(shù)據(jù)，可以使用環(huán)境檢測(cè)公司當(dāng)時(shí)收集的累計(jì)排放數(shù)據(jù)。排放單位可以按照2至7天的運(yùn)行周期(取決于單位的復(fù)雜性)收集數(shù)據(jù)。在這個(gè)過(guò)程中處理和累計(jì)數(shù)據(jù)，由此構(gòu)建高精確度的排放模型。
傳感器驗(yàn)證系統(tǒng)
軟件CEM 可以為過(guò)程傳感器構(gòu)建一個(gè)傳感器驗(yàn)證系統(tǒng)。此系統(tǒng)可用于確定可變的輸入(例如空氣流量、過(guò)程O(píng)2等)和排放輸出(NOX、CO、O2和CO2)。
傳感器驗(yàn)證系統(tǒng)由多個(gè)模型組成，模型中包含了能檢出故障(或漂移)的儀器，當(dāng)儀器出現(xiàn)故障時(shí)，軟件CEM會(huì)自動(dòng)重建適當(dāng)值來(lái)代替，確定準(zhǔn)確的排放。如果在正常運(yùn)行期間輸入傳感器出現(xiàn)故障，傳感器驗(yàn)證系統(tǒng)有能力使用來(lái)自其他傳感器的信息，重建發(fā)生故障傳感器的值。
除了準(zhǔn)確連續(xù)預(yù)測(cè)排放，軟件CEM也能發(fā)出報(bào)警，提醒操作員出現(xiàn)故障的傳感器。
預(yù)測(cè)排放監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)由排放模型構(gòu)成，反映了過(guò)程運(yùn)行和環(huán)境條件與排放之間的關(guān)系。
對(duì)于大多數(shù)PEMS系統(tǒng)的一個(gè)重要監(jiān)管要求是要有95%的正常運(yùn)行時(shí)間。通過(guò)使用Pavilion的傳感器驗(yàn)證系統(tǒng)，本軟件CEM通常能達(dá)到> 99%的正常運(yùn)行時(shí)間。
使用軟件CEM和傳感器驗(yàn)證系統(tǒng)模型開(kāi)發(fā)的在線預(yù)測(cè)排放，在系統(tǒng)開(kāi)始上線時(shí)，就具有連接過(guò)程分布式控制系統(tǒng)或數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的接口。軟件CEM獲取當(dāng)前的過(guò)程數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)傳輸給模型執(zhí)行，然后以標(biāo)簽值的形式返回排放量預(yù)測(cè)。
這種方法可以讓現(xiàn)有的操作員界面為操作或工程人員提供信息。該軟件CEM可以與市售的報(bào)告軟件套件相集成。
環(huán)保法規(guī)和軟件CEM
EPA和政府機(jī)構(gòu)已經(jīng)批準(zhǔn)了軟件CEM執(zhí)行NOX、CO、O2和其他排放氣體的連續(xù)監(jiān)測(cè)，已在美國(guó)200多個(gè)單位實(shí)施。加拿大環(huán)境部和臨時(shí)機(jī)構(gòu)也接受軟件CEM可以作為預(yù)測(cè)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(PEMS)使用。
EPA排放測(cè)量中心的PEMS評(píng)估
EPA排放測(cè)量中心已開(kāi)發(fā)了5種PEMS協(xié)議和性能規(guī)范，基于使用5種軟件CEM的數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)布到EPA的Web網(wǎng)站()。EPA聘請(qǐng)了一家獨(dú)立顧問(wèn)公司評(píng)估PEMS，根據(jù)這家公司提議，EPA已決定要求PEMS具有傳感器驗(yàn)證，消除了由于傳感器故障造成錯(cuò)誤預(yù)測(cè)的可能性。
EPA還決定專家人員必須構(gòu)建一個(gè)傳感器驗(yàn)證系統(tǒng)。排放測(cè)量中心現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)可軟件CEM可作為硬件PEMS的一種可替代方案，大多數(shù)州也遵從EPA的建議。
EPA對(duì)PEMS 的基本要求是：
開(kāi)始運(yùn)行相對(duì)精度測(cè)試審計(jì)(RATA)的9個(gè)測(cè)試：
? 在低排放率的3個(gè)測(cè)試運(yùn)行;
? 在正常排放率的3個(gè)測(cè)試運(yùn)行;
? 在高排放率的3個(gè)測(cè)試運(yùn)行。
傳感器驗(yàn)證系統(tǒng)的示范;
· 檢測(cè)故障和漂流傳感器的能力;
· 調(diào)節(jié)錯(cuò)誤傳感器值的能力;
· 季度“金磁片”檢查;
· 每年9次測(cè)試運(yùn)行RATA。
具有專利的傳感器驗(yàn)證系統(tǒng)確保預(yù)測(cè)排放數(shù)據(jù)的精確性
減排與過(guò)程優(yōu)化
除了?降低成本和遵從法規(guī)，軟件CEM還提供了另一個(gè)收益 -- 用強(qiáng)大的過(guò)程控制減少排放，同時(shí)優(yōu)化生產(chǎn)改善運(yùn)行。下圖描述了燃?xì)廨啓C(jī)中的NOX和CO之間的反比關(guān)系。在開(kāi)發(fā) CEM軟件的同時(shí)，工程師使用Pavilion8中的一個(gè)“甜點(diǎn)(sweet-spot)”，這時(shí)的NOx和CO較低，運(yùn)行優(yōu)化，達(dá)到減少排放和改進(jìn)生產(chǎn)的目的。
過(guò)程傳感器舉例
過(guò)程傳感器
下面的傳感器可用于燃?xì)?、石油和木材燃燒器的軟件CEM應(yīng)用輸入。所有的傳感器可用性已經(jīng)完成評(píng)估，可以在軟件CEM中使用。
鍋爐傳感器：
? 給水流量;
? 爐排溫度;
? 蒸汽流量;
? 空氣流量;
? 進(jìn)氣口溫度;
? 節(jié)能器出口煙氣溫度;
? 節(jié)能器入口煙氣溫度;
? 節(jié)能器出口水溫;
? 節(jié)能器進(jìn)口水溫。
燃料條件：
? 天然氣流量;
? 2號(hào)油流量;
? 木材給進(jìn)率。
環(huán)境條件：
? 相對(duì)濕度;
? 大氣壓;
? 溫度(空氣預(yù)熱溫度或煙氣再循環(huán)后溫度)。
用軟件CEM優(yōu)化燃燒器
工業(yè)/商業(yè)/科研機(jī)構(gòu)(I/C/I)的燃燒器和過(guò)程加熱器(P/H)都使用基于碳的燃料，如天然氣、石油、煤或某種生物質(zhì)形式，連續(xù)地送入燃燒室燃燒。在此過(guò)程中，燃料進(jìn)行著完全燃燒。 然而，可以通過(guò)優(yōu)化燃燒器的效率使這些燃料的用量最小化，從而減少燃料消耗和排放輸出。
效率與來(lái)自煙氣溫度和氧(O2)測(cè)量的數(shù)據(jù)直接相關(guān)。工業(yè)/商業(yè)鍋爐的燃燒室內(nèi)主要引入的是空氣和燃料，燃料通過(guò)燃燒器噴嘴引入，在整個(gè)范圍內(nèi)產(chǎn)生火焰的運(yùn)行條件。完全燃燒是氧氣和溫度的函數(shù)：過(guò)氧量越大，鍋爐的燃料效率就越低。所以減少過(guò)量氧量可以提高效率。
相反，隨著氧減少，一氧化碳就開(kāi)始形成。CO的超量表示了燃燒不完全和排放增加。監(jiān)控CO可以確保排放水平保持在有限的范圍內(nèi)，并使燃燒器的運(yùn)行效率最大化。在燃燒器/鍋爐控制的應(yīng)用中監(jiān)測(cè)O2和CO，已被公共設(shè)施和工業(yè)市場(chǎng)所廣泛接受，在優(yōu)化燃燒器/鍋爐效率中起到了強(qiáng)有力的作用。下圖表示了O2和CO與效率之間關(guān)系。
圖：NOX、CO、O2和效率
燃燒優(yōu)化
圖中顯示了在一個(gè)典型燃燒應(yīng)用中，過(guò)氧與NOx和CO的關(guān)系。也顯示了效率與過(guò)氧之間的關(guān)系。由于過(guò)氧減少，NOx減少，而CO和效率提高。為了盡量減少NOx的產(chǎn)生和最大限度地提高效率，應(yīng)盡量減少過(guò)氧。然而，設(shè)備的安全和環(huán)境法規(guī)的限制了可以產(chǎn)生的CO量。結(jié)果，過(guò)氧只能降低到CO所約束的量。從這個(gè)角度看，燃燒已經(jīng)優(yōu)化，運(yùn)行在最大允許的CO生產(chǎn)量對(duì)應(yīng)于最低的NOx生產(chǎn)量和最大的效率。
諸如燃料成分、設(shè)備條件、環(huán)境條件和負(fù)載變化引起的干擾使這些變量轉(zhuǎn)移。其結(jié)果是，不可能決定根據(jù)負(fù)載的最佳過(guò)氧的曲線。大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商使用保證不超過(guò)CO限值的輸入，雖然保證了CO的約束，但不能最小化NOx或最大化效率。燃燒優(yōu)化采用了實(shí)時(shí)CO指示和燃燒過(guò)程不斷更新過(guò)氧的模型。軟件應(yīng)用每次運(yùn)行(每15至30秒)都重新計(jì)算最佳曲線。
在更復(fù)雜的情況下，除了過(guò)氧還有其他變量，顯著影響了NOx和CO的形成，可能對(duì)最小化NOx和最大化效率有用。這些被控變量的例子包括：燃燒器和過(guò)燃空氣擋板，燃燒器和過(guò)燃空氣傾斜，風(fēng)箱至爐子的差壓。此外，對(duì)燃燒優(yōu)化被控變量的調(diào)整可能影響其他重要的變量，如煙氣出口溫度、蒸汽溫??度，或調(diào)節(jié)噴射流量。重要的是，燃燒優(yōu)化系統(tǒng)要遵從這些變量的限制。
模塊化應(yīng)用良好定義的運(yùn)行參數(shù)和可證實(shí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以施加到燃燒源實(shí)時(shí)運(yùn)行，無(wú)需額外的硬件和維護(hù)成本，最大化效率。典型的(但不限于)的運(yùn)行參數(shù)(傳感器)是：
? 運(yùn)行O2值;
? 出口溫度;
? 環(huán)境空氣溫度;
? 風(fēng)箱差壓;
? 燃油流量。
? 進(jìn)氣風(fēng)板位置;
? 進(jìn)氣風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。
軟件CEM的應(yīng)用
羅克韋爾自動(dòng)化的軟件CEM已經(jīng)在眾多國(guó)家的300多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)得到應(yīng)用，這些國(guó)家包括：中國(guó)、新西蘭、挪威、巴林、沙特阿拉伯、阿拉伯酋長(zhǎng)國(guó)和美國(guó)。
數(shù)據(jù)源
·鍋爐;
·汽輪機(jī);
·涵道燃燒室;
·烘干機(jī);
·熱力氧化系統(tǒng);
·往復(fù)式引擎;
·蓄熱式熱力氧化系統(tǒng);
·過(guò)程加熱器;
·烯烴爐;
·原油加熱器。
燃料類型
·天然氣;
·2號(hào)燃油;
·其它燃油;
·煉廠氣;
·工藝氣體;
·組合燃料。
（轉(zhuǎn)載）
