火電廠環(huán)保設(shè)施運行狀態(tài)及性能評價技術(shù)研究

許月陽,薛建明,管一明,王小明

(國電科學(xué)技術(shù)研究院,江蘇南京 210031)

火電廠環(huán)保設(shè)施運行狀態(tài)及性能評價技術(shù)研究

許月陽,薛建明,管一明,王小明

(國電科學(xué)技術(shù)研究院,江蘇南京 210031)

介紹了火電廠環(huán)保設(shè)施運行狀態(tài)及性能評價技術(shù)的創(chuàng)新性研究,包括研究方法、評價方法、評價技術(shù)及實際應(yīng)用情況。該研究是繼火電廠工程減排、結(jié)構(gòu)減排后的重要管理技術(shù)創(chuàng)新,為進一步促進火電廠環(huán)保設(shè)施安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟運行,確保達標排放,推進火電行業(yè)管理減排和技術(shù)監(jiān)督提供了技術(shù)支持。

環(huán)保設(shè)施;運行狀態(tài);性能;評價技術(shù)

環(huán)保設(shè)施是實現(xiàn)電力行業(yè)清潔發(fā)展的措施之一。在火電廠電力生產(chǎn)過程中,環(huán)保設(shè)施是控制污染物排放的閘門,其運行狀態(tài)的好環(huán)直接影響到火電廠的安全生產(chǎn)。近年來,日益嚴格的環(huán)保法規(guī)加快了環(huán)保設(shè)施納入火電廠主設(shè)備管理范疇、與機電爐一起成為必不可少的生產(chǎn)設(shè)備的進程。為了減少環(huán)保設(shè)施對主設(shè)備運行的影響,提高其與主設(shè)備運行的同步性,實現(xiàn)污染物的達標排放,國電科學(xué)技術(shù)研究院在消化吸收國內(nèi)外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)了環(huán)保設(shè)施運行狀態(tài)及性能評價技術(shù)并國電集團下屬17個電廠進行了應(yīng)用。結(jié)果表明,利用該評價技術(shù)可掌握環(huán)保設(shè)施的實際運行狀態(tài)及污染物控制水平,并通過狀態(tài)檢修診斷、運行優(yōu)化指導(dǎo)、減排考核管理等分析存在問題,消除隱患,對實現(xiàn)與主設(shè)備同步可靠運行具有一定的促進作用。

1 火電廠環(huán)保設(shè)施概況

近年來,火電廠環(huán)保設(shè)施建設(shè)得到了快速發(fā)展。截至 2009年底,火電廠已建高效除塵設(shè)備、脫硫設(shè)施、低氮燃燒設(shè)備分別占裝機容量的 98%、70%、65%,但環(huán)保設(shè)施的運行狀態(tài)并不理想。以脫硫設(shè)施為例,2008年調(diào)查發(fā)現(xiàn),脫硫設(shè)施的投用率較低,脫硫系統(tǒng)普遍存在對機組復(fù)雜工況適應(yīng)性差、GGH腐蝕堵塞嚴重、故障率高、旁路運行等現(xiàn)象,難于長期、穩(wěn)定運行。隨著《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223-2003)的修訂,現(xiàn)有的除塵、脫硫、脫硝等環(huán)保設(shè)施均需進一步提高污染物的控制性能和運行的可靠性。

2 管理減排在火電廠污染物控制中的作用

“十一五”期間,我國政府在強力推進工程減排和結(jié)構(gòu)減排的同時,在管理減排方面的力度也日益加強。以脫硫設(shè)施為例,不僅將脫硫產(chǎn)業(yè)化納入國家自主創(chuàng)新體系,并作為加強環(huán)保工作的重要基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性措施,而且原國家發(fā)改委先后頒布或聯(lián)合環(huán)保部等其他部委頒布了《關(guān)于加快火電廠煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的若干意見》、《燃煤機組脫硫電價及脫硫設(shè)施運行管理辦法》、《火電廠煙氣脫硫工程后評估管理暫行辦法》、《關(guān)于開展煙氣脫硫特許經(jīng)營試點工作的通知》等文件,建立了涵蓋設(shè)計、施工、驗收、運行維護和檢修等各方面的脫硫標準體系。火電廠 SO2工程減排的迅猛發(fā)展,使得“十一五”SO2的控制目標提前完成,其所產(chǎn)生的鎖定效應(yīng)使得“十二五”期間工程減排空間大大減少,要滿足新標準的要求,進一步減排 SO2,管理減排的作用將日益突出。一方面需要政府部門從管理層面提出SO2控制機制和脫硫設(shè)施高性能運行的約束條件;另一方面要積極開發(fā)相關(guān)診斷評價技術(shù),根據(jù)運行狀態(tài)及時調(diào)整或檢修,由被動環(huán)保向主動環(huán)保轉(zhuǎn)化,不斷提高環(huán)保設(shè)施的運行狀態(tài),實現(xiàn)在穩(wěn)定達標前提下的高可用率、高節(jié)能和經(jīng)濟優(yōu)化運行。

3 環(huán)保設(shè)施運行狀態(tài)及性能評價技術(shù)研究

3.1 研究方法

環(huán)保設(shè)施的運行狀態(tài)涉及環(huán)保政策、約束性因子、環(huán)保技術(shù)及裝備、監(jiān)督管理、運行維護、技術(shù)進步、運行人員等諸多因素,其技術(shù)評價是一個涉及多因素、多目標且互相關(guān)聯(lián)、復(fù)雜多變的工程系統(tǒng)。它既是一個有許多不確定性的灰色系統(tǒng),又是一個沒有明確界限劃分的模糊系統(tǒng),具有規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、耦合度高、透明度低等特點。我們提出了將軟科學(xué)研究人員與領(lǐng)域?qū)＜?、定性分析與定量分析、政策研究與約束性分析、理論研究與試驗研究、經(jīng)驗決策與計算機輔助決策融為一體的模糊決策分析法。

3.2 評價方法

模糊決策分析法是在層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)分析法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,以模糊集合論為基礎(chǔ),將評價目標樹、特爾斐法和模糊矩陣的合成運算融為一體的技術(shù)評價方法。它以評價目標樹的建立為根本,通過特爾斐法對模糊環(huán)境中的模糊信息進行量化及模糊矩陣的合成運算,將無序的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻纳蓴?shù)據(jù),達到綜合評判、模糊決策的目的,即根據(jù)已知的原像—權(quán)分配矩陣和映射→單因素評價矩陣來求出像→綜合評價結(jié)果的過程。

3.2.1 物理模型

評價目標樹法是多目標問題分析評價的一種方法,是模糊決策分析法的第一步。它采用系統(tǒng)分析的方法對目標系統(tǒng)進行分解并圖示,即根據(jù)多目標問題的性質(zhì)和總的目標,把問題按層次進行分解,構(gòu)成一個由上而下的遞階層次結(jié)構(gòu)。最高層是評價目標,其次是評價準則,底層是評價設(shè)施。

3.2.2 量化方法

模糊決策分析法的關(guān)鍵是將評價設(shè)施按評價準則的重要性進行量化,其量化的方法采用特爾斐法。特爾斐法是專家會議法的一種發(fā)展,是系統(tǒng)分析方法在意見和價值判斷領(lǐng)域內(nèi)的一種有益延伸,其本質(zhì)是利用專家的知識、經(jīng)驗、智慧等無法數(shù)量化的帶有很大模糊性的信息,通過一系列簡明扼要的征詢表和征得意見,有控制的反饋進行信息交換等手段進行量化,為數(shù)值計算提供數(shù)據(jù)。

3.2.3 數(shù)學(xué)模型

模糊矩陣的合成運算是決策分析法中重要的階段。它以模糊集合論為基礎(chǔ),主要包括:以量化結(jié)果為基礎(chǔ)建立評價矩陣和權(quán)重矩陣;以評價矩陣為基準建立分類標準矩陣;建立分類標準對基準點和評價設(shè)施對基準點的隸屬函數(shù)矩陣;建立標準權(quán)矩陣;利用方案樣本隸屬度對標準隸屬度向量的加權(quán)模糊貼近度,建立評價結(jié)果的綜合決策矩陣。

3.2.4 綜合決策

由于以模糊矩陣合成運算結(jié)果建立的綜合決策矩陣仍屬于模糊集合,用它不能直接得到結(jié)論。因此,采用“最大值”法則將模糊集合中的模糊數(shù)據(jù)還原為確定的數(shù)據(jù),即非模糊化,亦即從模糊集合中抽取有代表性的數(shù)據(jù),使之成為非模糊的確定數(shù)據(jù),并以此確定設(shè)施的運行狀態(tài)。

3.3 評價技術(shù)

3.3.1 評價目標

環(huán)保設(shè)施運行狀態(tài)評價方針為“預(yù)防為主,防治結(jié)合”,評價對象為健康水平及安全、質(zhì)量、經(jīng)濟運行方面的參數(shù)、性能指標和污染物排放,評價依據(jù)是環(huán)境保護標準,評價手段是環(huán)境監(jiān)測、檢查、調(diào)整、改進、監(jiān)督、管理和評價?？茖W(xué)、客觀、準確地評價設(shè)施的運行狀態(tài)和污染物的排放狀況,真正掌握現(xiàn)狀和存在問題,有針對性地提出整改建議和實施方案,消除環(huán)保隱患,持續(xù)提高環(huán)保設(shè)施的運行狀態(tài)和對污染物的控制水平,確保安全可靠穩(wěn)定運行,實現(xiàn)達標排放和總量控制的目標。

3.3.2 評價設(shè)施

根據(jù)適用、實用、可操作的原則,并結(jié)合當(dāng)前環(huán)保政策、約束性控制和電廠的實際情況,開展運行狀態(tài)及性能評價的環(huán)保設(shè)施共有 7項:脫硫設(shè)施、脫硝設(shè)施、除塵設(shè)施、各種廢水處理設(shè)施、固廢綜合利用設(shè)施、各種噪聲治理設(shè)施和環(huán)境在線監(jiān)測設(shè)施。

3.3.3 評價準則

環(huán)保設(shè)施運行狀態(tài)及性能評價選用最有代表性的 3個評價準則,即性能指標、生產(chǎn)管理和主要設(shè)備的運行狀況。以脫硫設(shè)施為例,脫硫設(shè)施性能指標為脫硫效率、脫硫系統(tǒng)投運率、SO2排放達標狀況、電能消耗、水量消耗和吸收劑消耗。生產(chǎn)管理包括即管理體系包括制度與規(guī)程、組織機構(gòu)、人員培訓(xùn)、應(yīng)急預(yù)案;運行管理包括運行、檢修臺帳及記錄、監(jiān)測分析報告、化學(xué)分析記錄、設(shè)備臺帳、技術(shù)資料、安全文明生產(chǎn)、技術(shù)改進和運行優(yōu)化。主要設(shè)備運行狀況包括即煙氣系統(tǒng)包括增壓風(fēng)機、GGH、擋板門及配套設(shè)備、旁路擋板門控制;吸收塔系統(tǒng)包括吸收塔、循環(huán)泵、氧化風(fēng)機、其他;漿液制備系統(tǒng)包括磨機及配套、漿液輸送、石灰石儲存和輸送設(shè)備;石膏脫水系統(tǒng)包括石膏旋流器、真空皮帶脫水機和真空泵、石膏輸送設(shè)備;工藝、工業(yè)水系統(tǒng);壓縮空氣系統(tǒng);事故漿液系統(tǒng);電氣系統(tǒng)包括系統(tǒng)供電方式、低壓變壓器、開關(guān)柜、UPS、保安電源;儀控系統(tǒng)包括自動投入率、就地儀表、保護措施、閉環(huán)控制、在線監(jiān)測系統(tǒng)。

3.3.4 評價狀態(tài)

評價狀態(tài)分為 A、B、C三類,其中:A環(huán)保設(shè)施正常運行,相對得分率不小于 85%,投運率不低于95%且污染物脫除效率滿足環(huán)保要求;B環(huán)保設(shè)施可運行,相對得分率在 70%～85%之間,投運率不低于 90%且污染物脫除效率滿足設(shè)計要求;C環(huán)保設(shè)施可運行,單項相對得分率低于 70%,系統(tǒng)投運率和污染物脫除效率均達不到設(shè)計要求。

3.3.5 評價目標樹

在明確了評價目標、評價設(shè)施、評價準則和評價狀態(tài)后,建立評價目標樹(見圖 1)。

圖1 評價目標樹

3.3.6 評價結(jié)果

根據(jù)數(shù)學(xué)模型的計算結(jié)果,與不同評價狀態(tài)的定義進行比對,確定被評價環(huán)保設(shè)施的運行狀態(tài),并對其性能狀況進行客觀評價,指出其存在問題,并提出整改建議。

4 實際應(yīng)用

環(huán)保設(shè)施運行狀態(tài)及性能評價技術(shù)研究部分成果已轉(zhuǎn)化為《中國國電集團公司火電廠環(huán)境保護評價工作管理規(guī)定 (試行)》和電力行業(yè)標準《燃煤電廠環(huán)保設(shè)施運行狀況評價技術(shù)規(guī)范》(DL/T 362-2010)以及環(huán)境保護部標準《火電廠煙氣治理設(shè)施運行環(huán)境管理技術(shù)規(guī)范》。2009年 3月,按照《中國國電集團公司火電廠環(huán)境保護評價工作管理規(guī)定(試行)》的精神,國電集團公司首次在電力行業(yè)對其所屬的 17個電廠開展環(huán)保設(shè)施運行狀態(tài)的技術(shù)評價,是環(huán)境保護監(jiān)督管理的重要機制創(chuàng)新。

5 結(jié)語

火電廠環(huán)保設(shè)施運行狀態(tài)及性能技術(shù)評價是加強環(huán)保設(shè)施運行過程的監(jiān)督管理、有效提高可靠穩(wěn)定運行的重要措施。通過對火電廠環(huán)保設(shè)施運行狀態(tài)及性能進行評價分析,可有效地掌握電廠環(huán)境保護的管理水平、環(huán)保設(shè)施的運行狀態(tài)和對污染物的控制水平。

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Evaluation technique on operation and performance of environmental protection facilities for thermal power plants

The innovation research of the evaluation technique on operation and perfo r m ance of environmental protect ion facilities,including the research m ethod,evaluation m ethod and evaluation technology and its application were introduced.The study was the important managem ent techno logy innovation after the structural and engineering em ission reduction of thermal power plant,in o rder to further promo te the thermal environmental protect ion facilities safe,stable and reliable,econom ic operation,and p rovides technical support for thermalpower industry management reduction and technical supervision.

environm entalprotection facilities;operation;performance;evaluation technique.〗

X51

B

1674-8069(2011)05-016-03

國家環(huán)境保護部科技標準司項目(1453.17)

2011-06-20;

2011-09-04

許月陽 (1979-),男,江蘇泰州人,主要從事火電廠SO2、NOx、粉塵、重金屬等污染物控制技術(shù)開發(fā)、工程應(yīng)用及政策標準研究。E-mail:xyy-gdhb@126.com