火電廠環(huán)保實時監(jiān)控系統(tǒng)研究與開發(fā)

張 冉，陳 光

發(fā)電技術(shù)

火電廠環(huán)保實時監(jiān)控系統(tǒng)研究與開發(fā)

張 冉，陳 光

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州 310030）

增強環(huán)保設(shè)施運行可靠性、加強大氣污染物排放監(jiān)督控制，是落實火電廠環(huán)保技術(shù)監(jiān)督工作，實現(xiàn)火電廠節(jié)能減排目標的必要手段。本課題以火電廠環(huán)保實時監(jiān)控系統(tǒng)作為火電廠環(huán)保技術(shù)監(jiān)督的抓手，以期為火電廠環(huán)保監(jiān)督管理提供決策依據(jù)。文章探討了該系統(tǒng)的功能實現(xiàn)辦法、報警條件設(shè)置以及日常運維管理的關(guān)鍵問題。

環(huán)境； 火電廠； 環(huán)保設(shè)施； 煙氣排放； 實時監(jiān)控

0 引言

近幾年，我國霧霾現(xiàn)象日漸嚴重，不但威脅人們的身體健康、妨礙正常生活，而且不利于社會的和諧發(fā)展。火電廠排放的二氧化硫、氮氧化物、煙塵等大氣污染物是霧霾的重要來源[1]，因此國家相繼頒布了一系列法律、法規(guī)，出臺“史上最嚴”環(huán)保法并提高排放限值執(zhí)行標準，督促火電廠加強對煙氣污染物排放的監(jiān)控工作，把控制火電廠大氣污染物排放是我國環(huán)境保護工作的重點。目前CEMS（煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)）[2，3]已在火電廠普遍安裝，并聯(lián)網(wǎng)地方環(huán)保部門[4]，但對于大型發(fā)電集團，電廠多而分散，統(tǒng)一管理難度大，為進一步落實好國家環(huán)保政策，發(fā)電企業(yè)自身應(yīng)做好環(huán)保設(shè)施和大氣污染物排放監(jiān)控工作，特別是發(fā)電集團需開發(fā)環(huán)保

實時監(jiān)控系統(tǒng)遠程監(jiān)督并統(tǒng)一管理[5]下屬電廠的環(huán)保實時情況，為降低火電廠環(huán)保風(fēng)險以及促進節(jié)能減排工作提供技術(shù)支持。本文就實時監(jiān)控系統(tǒng)的功能實現(xiàn)、條件設(shè)置以及運維關(guān)鍵進行研究討論。

1 功能實現(xiàn)

1.1 數(shù)據(jù)獲取與處理

1.1.1 數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層安裝于各企業(yè)監(jiān)測點的現(xiàn)場，是整個監(jiān)控系統(tǒng)最基本的部分。其主要組成部分是煙氣監(jiān)測子站及電廠的CEMS在線監(jiān)測設(shè)備、脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)以及機組的DCS系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)的接口。

煙氣監(jiān)測子站負責(zé)采集電廠的CEMS在線監(jiān)測設(shè)備、脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、機組DCS系統(tǒng)的各種污染物數(shù)據(jù)和主機、環(huán)保設(shè)備運行狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)。

1.1.2 數(shù)據(jù)存儲

煙氣監(jiān)測子站存儲數(shù)據(jù)庫采用體積小、操作系統(tǒng)無關(guān)的嵌入式小型數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫支持數(shù)據(jù)的快速檢索、寫入及讀取等操作。數(shù)據(jù)的存儲周期根據(jù)主站所要求的周期而定，本項目要求數(shù)據(jù)儲存時間至少為一年。

1.1.3 數(shù)據(jù)傳輸

煙氣監(jiān)測子站將采集到的數(shù)據(jù)通過專用網(wǎng)絡(luò)電纜傳送至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心端與電廠側(cè)監(jiān)測子站均安裝有縱向加密認證裝置，以保證網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)的安全性。

1.1.4 數(shù)據(jù)監(jiān)控中心

監(jiān)控中心層是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分。其主要作用為：采集各監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，存儲各種原始數(shù)據(jù)并進行統(tǒng)計、計算，實現(xiàn)各種相關(guān)的應(yīng)用功能，并進行最終的數(shù)據(jù)展現(xiàn)，供環(huán)保監(jiān)管人員使用。

該中心收集并處理所有監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)督脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)的運行狀況以及大氣污染物排放情況。系統(tǒng)通過專業(yè)的數(shù)據(jù)處理辦法，給出脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)的投運率，脫硫、脫硝、除塵效率，煙塵入口污染物排放濃度小時均值、日均值、排放總量等專業(yè)分析所需的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從而為監(jiān)管人員客觀展示出電廠脫硫、脫硝、除塵系統(tǒng)的運行狀態(tài)，為環(huán)保監(jiān)管提供了量化依據(jù)。

1.2 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

環(huán)保實時監(jiān)控系統(tǒng)與電廠相關(guān)控制系統(tǒng)對接時，嚴格按照國家能源局等有關(guān)部門對系統(tǒng)安全防護的規(guī)定，確保機組控制系統(tǒng)不受外部病毒的影響。環(huán)保信息化平臺網(wǎng)絡(luò)拓撲方案如圖1所示。

電廠側(cè)部署相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集接口機和接口軟件，用于采集來自環(huán)保相關(guān)控制系統(tǒng)（脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊瘓F側(cè)實時數(shù)據(jù)庫中，完成數(shù)據(jù)的采集上傳。

2 報警條件設(shè)置

2.1 主機退出運行

所有脫硫、脫硝設(shè)施退出運行以及SO2、NOx、煙塵超標報警的前提是機組正常運行，因此，首先需對主機是否退出運行做出判斷。

（1）機爐對應(yīng)

機組負荷小于2%裝機容量，持續(xù)時間達10分鐘，判斷為主機退出運行。

（2）母管制機組

鍋爐蒸發(fā)量小于10%額定蒸發(fā)量，持續(xù)時間達10分鐘，判斷為主機退出運行。

2.2 脫硫系統(tǒng)退出運行

2.2.1 已拆除旁路機組

（1）濕法脫硫機組

對于拆除煙氣旁路（無論是否引增合一）的機組，通過漿液循環(huán)泵運行臺數(shù)確定脫硫系統(tǒng)運行情況。主機運行，漿液循環(huán)泵電流大于10A的臺數(shù)小于1臺，判斷為脫硫系統(tǒng)退出運行。

（2）海水脫硫機組

對于拆除旁路的機組，通過噴淋泵運行及噴淋母管壓力確定脫硫系統(tǒng)運行情況。機組運行，機組對應(yīng)噴淋泵和公用噴淋泵電流都小于10A且噴淋母管出口壓力低于0.05MPa，判斷為脫硫系統(tǒng)退出運行。

2.2.2 未拆除旁路機組

（1）有增壓風(fēng)機機組

濕法脫硫/海水脫硫工藝，未拆除旁路且有增壓風(fēng)機的機組，通過增壓風(fēng)機電流判斷脫硫運行情況。機組運行，最大增壓風(fēng)機電流小于等于50A，判斷為脫硫系統(tǒng)退出運行。

（2）引增合一機組

濕法脫硫/海水脫硫工藝，未拆除旁路且引增合一的機組，通過旁路擋板門開度確定脫硫運行情況。主機運行，旁路擋板門開度大于3%，持續(xù)15min，判斷為脫硫系統(tǒng)退出運行。

2.2.3 循環(huán)流化床機組

循環(huán)流化床機組通過石灰石風(fēng)機電流判斷脫硫是否運行。主機運行，最大石灰石風(fēng)機電流小于5A，判斷為脫硫系統(tǒng)退出運行。

2.2.4 其他條件

對于串塔機組，兩種處理工藝同時退出則判斷退出為退出。

對于多爐一塔機組，如判斷為脫硫退出，則所有的運行機組進行脫硫退出報警。

2.3 脫硝系統(tǒng)退出運行

機組運行，所有稀釋風(fēng)機中最大電流小于5A，或單側(cè)的噴氨量（統(tǒng)一單位為kg/h）低于5kg/h，持續(xù)10min，如果有一側(cè)退出則判斷為脫硝系統(tǒng)退出運行。

同時應(yīng)注意，氨氣供應(yīng)量單位統(tǒng)一為kg/h，否則容易造成系統(tǒng)誤判。轉(zhuǎn)換公式：噴氨量（Nm3/h）×0.759=噴氨量（kg/h）。

2.4 主要污染物小時均值超標

機組單位時間內(nèi)，三大污染物排放濃度（指排放口的折算濃度）小時均值超過排放限值，則判斷為超標。（若其中脫硫系統(tǒng)運行，氧量大于17%，且持續(xù)時間不超過10min，將該段時間的污染物排放濃度剔除，不進行計算，即只統(tǒng)計剩余時間的均值）。

3 運維關(guān)鍵

系統(tǒng)進入試運行后，統(tǒng)計一個月內(nèi)的系統(tǒng)誤報情況，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)錯誤報警的原因主要有：電廠側(cè)到集團PI數(shù)據(jù)傳輸故障導(dǎo)致的數(shù)據(jù)異常（下文簡稱為“數(shù)據(jù)傳輸故障”）、CEMS故障、儀表吹掃/校驗、電廠測點變動未及時重新配置、集團側(cè)數(shù)據(jù)庫故障、鏡像服務(wù)器故障、平臺調(diào)試系統(tǒng)不穩(wěn)定、電廠側(cè)SIS系統(tǒng)故障。

因此，環(huán)保實時監(jiān)控系統(tǒng)在日常運維時應(yīng)注意：

（1）集團與電廠定期檢查數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備與線路是否運行良好，提高數(shù)據(jù)傳輸有效率。

（2）注意CEMS選型時選擇運行穩(wěn)定性好的設(shè)備，并做好CEMS測點的日常運維工作，備品備件數(shù)量符合要求，故障后及時修理、更換。

（3）電廠側(cè)測點變動后，及時與系統(tǒng)運維人員聯(lián)系，盡快更換連接配置。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立環(huán)保實時監(jiān)控系統(tǒng)，使“互聯(lián)網(wǎng)+”成為大數(shù)據(jù)時代開展環(huán)境監(jiān)管的有力抓手和考核依據(jù)。實現(xiàn)了火電廠環(huán)保設(shè)備主要參數(shù)以及大氣污染物排放情況的長期實時在線監(jiān)視，并能夠方便環(huán)保技術(shù)監(jiān)督負責(zé)人員利用歷史數(shù)據(jù)進行分析，從而為發(fā)電集團環(huán)保事業(yè)的發(fā)展提供科學(xué)、準確、及時的支持，為環(huán)保監(jiān)督工作、環(huán)保技術(shù)管理提供決策依據(jù)，極大程度上減少發(fā)電企業(yè)環(huán)保設(shè)備管理成本、提高機組環(huán)保設(shè)備運行的安全性和經(jīng)濟性、降低設(shè)備檢修成本。開創(chuàng)了發(fā)電企業(yè)環(huán)保監(jiān)督工作的新模式，具有巨大的經(jīng)濟意義、社會效益和推廣價值。

[1]王錦，吉奕康.北京市主要大氣污染源清單及火電廠排放污染物對霧霾天氣的影響[J].北京交通大學(xué)學(xué)報，2015，39（1）：78～82.

[2]王源景，陸繼東，莫超.煙氣排放在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的改進[J].中國電力，2002，35（11）：15～18.

[3]莫超，陸繼東，華玉龍.火電廠安裝煙氣排放在線監(jiān)測系統(tǒng)探討[J].中國電力，2001，34（6）：15～18.

[4]陳秋，李振海，張國強，等.火電廠環(huán)保設(shè)施及煙氣污染物排放實時監(jiān)控系統(tǒng)研究與建設(shè)[J].電力建設(shè)，2010，31（11）：80～83.

[5]陳立定，秦亞輝.遠程環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2011，19（6）：1377～1379.

Research and Development of Real-time Environment Monitoring System for Thermal Power Plant

ZHANG Ran， CHEN Guang
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Toimplementtechnological supervisionof environmental protectionandget theenergy-savingandemission-reductiontargetsforthermal powerplant，it'snecessarytostrengthenthereliabilityofenvironmental protectionfacilitiesandthesupervisionandcontrol of air pollutantemissions.Thissubjecttakereal-timeenvironmental monitoringsystem asatool tothework ofthermal powerplant'senvironmental andtechnical supervision，inordertothermal powerplantenvironmental protection supervision and management providebasis for decision making.Thefunction implementation，Alarm conditionandproblemsofDailyoperationandmaintenancemanagementofthissystemisdiscussedinthispaper.

environment； thermal powerplant； environmental protectionfacilities；fluegasemission； real-timemonitoring

TM621.6

B

2095-3429（2016）03-0034-03

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.03.007

2016-03-16

修回日期：2016-05-11

張 冉（1989-），女，山東滕州人，碩士，助理工程師，從事火電廠環(huán)保技術(shù)監(jiān)督工作。