1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 热电厂锅炉排放烟尘监测 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要 随着现代工业和科学技术的迅速发展 ,在众多的热电厂中都会遇到各式各样的烟尘浓度的测量问题。这不仅关系到环境问题 ,而且直接危害人们身 体的健康。因此烟尘浓度的测量越来越重要。 烟道烟尘浓度监测是基于消光法原理 ,依据朗伯 比耳定律和米散射理论 ,测量激光透过烟道后的衰减 ,通过计算转换为烟尘的浓度。 设计以 AT89C51 单片机为处理核心；以光敏传感器为主要部件，外加几个电阻构成的测量红外激光光强度的测量电路；测量后的信号经过
2、放大器放大后传给由 ADC574 组成的 A/D 转换器，经过模 -数转换后上传给主芯片 AT89C51 单片机处理测量信息；处理后的信息最后传送给数码管数字显示器显示测量结果。 关键词： 烟尘浓度；散射法； AT89C51； ADC574 Abstract With modern industry and the rapid development of science and technology, Among the many thermal power plant in the dust concentration will encounter a variety of measure
3、ment problems。 This is not only related to environmental issues, but also directly harm people for good health.Therefore, more and more important measurement of dust concentration.Online flue dust concentration monitor is based on the principle of extinction method.According to the Lambert - Beer la
4、w and the Mie scattering theory, the measurement of the decay after the laser through the flue, converted by calculating the concentration of dust. AT89C51 microcontroller design to address the core; the light sensors as the main component, plus a few resistors in the measurement of infrared laser l
5、ight intensity measurement circuit; measuring the signal after pass through the amplifier after the composition of the ADC574 A/D converter, After mold - digital conversion and upload to the main processing chip microcontroller AT89C51 measurement information; information after the last transmitted
6、to the digital display digital display measurement results. Key Words： Smoke concentration； Transmission method； AT89C51； ADC574 目 录 1 引言 . 1 目前烟尘浓度测量的方法 . 1 2 烟尘浓度测量原理及总体结构设计 . 3 2.1 微粒散射理论 . 3 2.1.1 烟尘简介 . 3 2.1.2 粉尘的分类 . 3 2.2 烟尘浓度测量原理 . 3 2.3 烟尘浓度测量总体结构设计 . 4 2.4 本章小结 . 5 3 硬件设计 . 7 3.1 测量系统硬件总体
7、框图 . 7 3.2 总设计电路图 . 8 3.3 AT89C51 单片机模块 . 9 3.4 时钟模块 . 10 3.5 上电按钮复位电路模块 . 12 3.6 A/D 转化模块 . 13 3.7 光敏传感器模块 . 14 3.8 放大器模块 . 15 3.9 数码管显示模块 . 16 5 软件设计 . 18 5.1 软件流程图及模块构成 . 18 5.2 AT89C51 单片机初始化 . 19 5.2.1 初始化的作用 . 19 5.2.2 振荡器的配置 . 20 5.3 模数转换 . 20 5.4 保存测量数据 . 22 5.4.1 擦除一个 FLASH 页 . 23 5.4.2 写一个
8、 FLASH 页 . 23 6 结论 . 25 致 谢 .错误 !未定义书签。 参考文献 . 26 附录 1 实验原理图 . 27 1 引言 我国 的 火力发电量占总发电量 80 左右， 其中 煤炭 燃料就 占火电机组燃料的 95 ，随着国民 经济 的快速增长 ， 促使 了 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
9、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 。 因此， 烟尘监测 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 1。 烟尘危害日益严重，大气中过多的吸入烟尘对 人体的健康会照成不良的影响，除了刺激性气体对人体的危害外，一些可燃性烟尘还具有爆炸性，对烟尘浓度进行监测是防止烟尘爆炸的一项重要措施，也是研究烟尘爆炸时必须测定的参量。对烟尘浓度的测量十分重要。 锅炉燃烧过程中，喷燃器出口煤粉浓度不均将会导致炉膛火焰中心偏斜，从而引起炉膛气流冲刷后墙及右墙，出现局部超温、结焦现象。
10、因此准确测量各风管中的煤粉浓度并指导调节对锅炉的安全、经济运行非常重要。为此，必须寻找一种简单、高效、实用而且适合工程应用的烟尘浓度测量的方法。 测定烟道气粒状污染物的浓度、粒径分布及其化学成分， 观察、分析其变化和对环境的影响的过程，是烟道气监测的主要监测项目。 目前烟尘浓度测量的方法 质 量法是 目前烟尘浓度测量 广泛 采用 的可靠方法。使一定体积的含尘烟气通过已知质量的滤筒，烟气中的尘粒被阻留，根据滤筒在采样前后的质量差和采样时的烟气体积计算出烟尘浓度。 光学法。烟尘颗粒对光线有吸收、反射和散射现象，用光电器件测定透射光的光密度或散射光的强度，通过实验建立各类尘粒浓度与光密度和散射光强度
11、的数学关系，或与质量法对比，建立相关方程。即可通过测定光密度或散射光 强度，测定烟尘质量浓度。 电测法。常用的无需预先沉降 烟尘的电测法有两种。一种是电接触法，其原理是当尘粒与活性材料制作的隔栅接触时即可带电，该仪器的测量转换元件有：充电器，其作用是使尘粒带电；和集电极，用以接受尘粒传来的电荷，烟尘质量浓度与集电极电路中的电流强度呈线性关系。另一种为电容法。其原理是当烟尘通过电容器时，电容有所改变，将电容接入振荡回路，并将回路的固有振荡频率与校准频率比较，根据频率差来确定烟尘质量浓度。 声波法。根据烟尘对声波能量的吸收，进行烟尘浓度的测定。 射线吸收法。根据尘粒对 射线的吸收作用，先用放射性核
12、素所放射出 射线照射空白滤纸，测出 空白滤纸对卢射线的吸收程度，然后通过采样管将烟尘捕集在滤纸上，再测其对 射线的吸收程度。因烟尘对 射线的吸收程度与烟尘质量成比例，所以可根据采样前后的吸收程度确定烟尘质量浓度 2。 2 烟尘浓度测量原理及总体结构设计 综合当前各种烟尘浓度测量的方法，本文确定选用微粒散射理论进行烟尘浓度测量。下面介绍散射理论与烟尘浓度测量的总体设计。但在介绍散射理论之前，先介绍散射理论相关的粉尘等一些基本概念和粉尘的分类等。 2.1 微粒散射理论 2.1.1 烟尘简介 粉 尘是指在燃料的燃烧、高温熔融和 化学反应等过程中形成的漂浮于空中的颗粒物。典型的烟尘是烟筒里冒出的黑色烟
13、雾，即燃烧不完全的小小黑色碳粒。烟尘的粒径很小，一般小于 100m3。 2.1.2 粉尘的分类 按粉尘颗粒的大小分类： 灰尘：粉尘粒子的直径大于 10 微米，在静止的空气，以加速沉降，不扩散。 尘雾：粉尘粒子的直径在 10到 0.1 微米之间，在静止的空气中，以等速降落，不易扩散。 烟尘：粉尘粒子直径为 0.1 0.001 微米，因其大小接近于空气分子，受空气分子的冲撞呈布朗运动，几乎不沉降或是非常慢而曲折的降落。由于粉尘颗粒的大小不同，在空气中滞 留的时间长短也不同，直接影响操作人员的接尘时间 4。 2.2 烟尘浓度测量原理 对于单个粒子，设射入光光强为 I0，距离粒子 t 处的散射光强度为
14、 I， K 为波数（ K=2 / ），则： rkI FI 220 /),( （ 3-7） 根据 Mie 理论可得： ),( 2),( SF （ 3-8） 设颗粒总数为，散射光强度为 I，则： rkI FNI 220 /),( （ 3-9） 实际上烟尘颗粒是具有一定的尺寸分布的，而不同粒子的粒径 ),( F 不同 对于独立的散射系，有： i iFF ),(),( （ 3-10） 转化后有： ),(i022 F iIrkNvVI（ 3-11） 式中 V 为含尘气流的空气。 设 )(Dnr 为粒子群的归一化频数分布函数，即可推出烟尘的颗粒的粒子数浓度： i iirv DDnii IrN iv I )
15、()()( /8 212 022 （ 3-12） 换算质量浓度： i iiiri DD DniiI IrVMv32023)(2134)()( （ 3-13） 由以上可知，在知道了颗粒的经粒分布及散射光强和入射光强的比以及算出 Mie 散射参数后，就可以求出颗粒的浓度 5。 在上述的讨论中，都是假设为非相干散射，即每个散射粒子都是相互独立的，所以每个独立的粒子的辐射波强度的相加得到的总和为总的散射强度。 2.3 烟尘浓度测量总体结构设计 设计的测量系统框图如图 2-1 所示，烟尘浓度测量系统由以下装置构成：红外激光发射装 置；红外接受装置（光敏传感器）；处理信息系统（ AT89C51）；空气轻吹
16、装置。由于烟道的烟尘比较多，环境比较恶劣，因此需要安装一个空气轻吹装置保持激光发射装置和接受装置的清洁度。 测量部分用到的主要芯片有 AT89C51、 AD574、数码管。 AT89C51 是核心部分，主要的是用来处理信息的。 AD574 是 AD转换器，其功能是把模拟信号转换为数字信号。数码管是显示部分，它是用来显示 AT89C51 处理后的数字信息的。 红外激光发射装置；红外接受装置安装在烟道两侧的法兰中（测试孔中），红外激光发射装置发射的激光穿过充 满烟尘的烟道，照射到安装在烟道另一侧装有光敏传感器的接受装置上。 传感器输出的信号不能直接传送给输出设备进行显示或者记录，需要先进行一下处理
17、。信号的处理由两部分组成，模拟信号和数字信号，数字信号由数码管显示， AD574 转换器转换以前的信号都是模拟信号，其中 A/D 转换是关键。它的作用是将模拟信号转换为数字信号以方便 AT89C51 单片机工作以及处理信息。 测量结果由 AT89C51 单片机通过接口电路先送给 74LS164，再传送给数码管显示器。显示测量的信息 ，再记录监测的结果。 2.4 本章小结 本章介绍了光透射测量浓度的方法以及有关散射测量烟尘浓度的基本理红外激光 空气轻吹 烟尘 空气轻吹 透镜 2 光敏传感器 AT89C51 图 2-1 总体测量系统图 数码管 AD574 转换 论。并且简单的介绍了烟尘浓度测量的总体结构设计的主要组成部分和所用的元器件以及总体的设计框图。
