安徽省燃煤火電機(jī)組脫硝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)

王正風(fēng)，陳 實(shí)，馬大衛(wèi)

(1. 國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司， 安徽 合肥 230022；2. 國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院， 安徽 合肥 230601)

其 它

安徽省燃煤火電機(jī)組脫硝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)

王正風(fēng)1，陳 實(shí)1，馬大衛(wèi)2

(1. 國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司， 安徽 合肥 230022；2. 國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院， 安徽 合肥 230601)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)火電機(jī)組NOx排放在線監(jiān)測(cè)，建成燃煤火電機(jī)組脫硝排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)火電機(jī)組脫硝進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)從調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)Ⅱ區(qū)直接采集和從調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)Ⅰ區(qū)間接采集兩種方式傳送至調(diào)度主站，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組脫硝排放量的監(jiān)測(cè)和脫硝電價(jià)的執(zhí)行。應(yīng)用實(shí)踐表明其效果良好，提升了安徽省燃煤電廠減排效果。

脫硝在線監(jiān)測(cè)；采樣裝置；煙氣免罰；節(jié)能減排

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，也付出了巨大的資源和環(huán)境代價(jià)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳，群眾對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題反應(yīng)強(qiáng)烈，這種狀況與經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理、增長(zhǎng)方式粗放直接相關(guān)。為此，國(guó)家環(huán)保部、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合下發(fā)了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011) ，對(duì)不同地區(qū)、不同燃煤機(jī)組的氮氧化物(NOx)進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定[1]。2014年國(guó)家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合下發(fā)了《燃煤發(fā)電機(jī)組環(huán)保電價(jià)及環(huán)保設(shè)施運(yùn)行監(jiān)管辦法》(發(fā)改價(jià)格〔2014〕536號(hào))對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)組脫硝電價(jià)以及脫硝設(shè)施管理給出了明確要求[2]。

目前，安徽省火電裝機(jī)占總裝機(jī)容量的91.7%(含皖電東送機(jī)組)，且比重在逐年提高。由于安徽省內(nèi)一次能源以煤炭為主，火電裝機(jī)中絕大多數(shù)為燃煤類機(jī)組。NOx是大氣主要污染物之一，也是造成光化學(xué)煙霧、霧霾和酸雨的主要原因[3]，火電機(jī)組的NOx等煙氣污染物排放將直接影響到安徽省環(huán)境。安徽省電力公司高度重視燃煤火電機(jī)組的的節(jié)能減排工作，根據(jù)皖能源電力 《關(guān)于加快推進(jìn)全省 “十二五”燃煤機(jī)組脫硝減排工程建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》精神，加快推進(jìn)全省“十二五”燃煤機(jī)組脫硝減排工程建設(shè)，確保實(shí)現(xiàn)全省NOx排放總量控制目標(biāo)，在前期充分調(diào)研的基礎(chǔ)上[4-8]，于2013年開(kāi)展了燃煤火電機(jī)組脫硝工作，2014年完成全省58臺(tái)300 MW以上機(jī)組的脫硝改造并全面建成環(huán)保煙氣排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[9-10],實(shí)現(xiàn)了對(duì)全省大型燃煤發(fā)電企業(yè)NOx污染物排放的監(jiān)測(cè)分析及電廠脫硝設(shè)備運(yùn)行狀況的網(wǎng)絡(luò)化管理，同時(shí)也為政府職能部門提供污染物排放統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和監(jiān)管依據(jù)，也對(duì)改善全省大氣質(zhì)量、保護(hù)全省的生態(tài)環(huán)境發(fā)揮著積極的作用[11]。

1 燃煤火電機(jī)組脫硝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

安徽電網(wǎng)燃煤火電機(jī)組脫硝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由省調(diào)側(cè)主站與電廠側(cè)子站2部分組成，其中省調(diào)側(cè)結(jié)合智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)(D5000)的建設(shè)，在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)非實(shí)時(shí)控制區(qū)開(kāi)發(fā)部署火電機(jī)組環(huán)保在線監(jiān)測(cè)模塊，具備對(duì)燃煤火電機(jī)組環(huán)保數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)功能；電廠側(cè)部署發(fā)電機(jī)組環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)子站，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集裝置和遠(yuǎn)動(dòng)通信終端經(jīng)通信網(wǎng)關(guān)將環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)绞≌{(diào)側(cè)主站。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

省調(diào)側(cè)主站火電機(jī)組脫硝在線監(jiān)測(cè)模塊主要實(shí)現(xiàn)脫硝相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、處理與分析，進(jìn)行污染物排放超限時(shí)段所對(duì)應(yīng)的電量統(tǒng)計(jì)；對(duì)火電機(jī)組脫硝相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，并對(duì)脫硝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；為數(shù)據(jù)指標(biāo)提供歷史數(shù)據(jù)查詢功能，實(shí)現(xiàn)SO2、NOx、煙塵排放超限時(shí)段統(tǒng)計(jì)以及污染物排放超限時(shí)段對(duì)應(yīng)電量統(tǒng)計(jì)等功能。

電廠側(cè)環(huán)保監(jiān)測(cè)子站采集收集CEMS測(cè)量的實(shí)時(shí)環(huán)保數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)電廠通信網(wǎng)關(guān)，通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)時(shí)控制區(qū)(Ⅰ區(qū))或非實(shí)時(shí)控制區(qū)(Ⅱ區(qū))，向省調(diào)側(cè)主站實(shí)時(shí)傳輸煙氣中的SO2、NOx、顆粒物等污染物濃度數(shù)據(jù)以及環(huán)保設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)信息。子站從電廠CEMS、DCS、SIS的數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

主站和電廠測(cè)子站的通信方式，根據(jù)火電機(jī)組環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取途徑不同，相關(guān)數(shù)據(jù)接入可分為D5000調(diào)控主站從調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)Ⅱ區(qū)直接采集和從調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)Ⅰ區(qū)間接采集兩種方式。

2 電廠側(cè)子站

2.1子站功能結(jié)構(gòu)

脫硝子站軟件功能包括系統(tǒng)功能性需求和非功能性需求，其中功能性需求主要是能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)特定的業(yè)務(wù)處理，非功能性需求是指依一些條件判斷系統(tǒng)運(yùn)作情形或其特性，而不是針對(duì)系統(tǒng)特定行為的需求。非功能性需求包括安全性、可靠性、互操作性、健壯性、易使用性、可維護(hù)性、可移植性、可重用性、可擴(kuò)充性。

脫硝子站在發(fā)電企業(yè)與電網(wǎng)公司之間的網(wǎng)絡(luò)通道基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)脫硝設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)，如熱解爐電流、稀釋風(fēng)機(jī)電流、稀釋風(fēng)機(jī)流量、尿素溶液噴射器流量以及煙氣進(jìn)口NOx、O2濃度、煙氣出口NOx、O2濃度的監(jiān)控。分析協(xié)議報(bào)文，獲取上述參數(shù)，根據(jù)政府相關(guān)部門制定的脫硝加價(jià)政策，計(jì)算考核指標(biāo)，提供脫硝加價(jià)費(fèi)用的結(jié)算，子站功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 子站功能結(jié)構(gòu)

脫硝子站類似于調(diào)度電能量管理系統(tǒng)，跨越電力公司、電廠的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，保證7×24 h不間斷監(jiān)控，利用所采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出每臺(tái)機(jī)組煙氣脫硝裝置的投運(yùn)率和脫硝效率，同時(shí)匯總計(jì)算每臺(tái)機(jī)組脫硝時(shí)段的發(fā)電量。

主要功能如下：

a. 脫硝設(shè)施運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控；

b. 脫硝電費(fèi)結(jié)算子系統(tǒng)；

c. 網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)；

d. 系統(tǒng)維護(hù)子系統(tǒng)；

e. 報(bào)表系統(tǒng)；

f. 基于web的數(shù)據(jù)發(fā)布。

2.2CEMS監(jiān)測(cè)

電廠端CEMS 數(shù)據(jù)由新增工控機(jī)使用 TCP/IP 協(xié)議，接入調(diào)度Ⅱ區(qū)網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)上傳至省調(diào)脫硝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。脫硝進(jìn)出口煙氣溫度是否從RTU通道采集，根據(jù) CEMS 數(shù)據(jù)中是否存在溫度參數(shù)決定，若 CEMS 無(wú)溫度參數(shù)則直接從RTU 傳輸。

對(duì)于電廠脫硝設(shè)施的 CEMS 連接方式，所需參數(shù)從采集原點(diǎn)直接采集通過(guò)和 CEMS小室的PLC設(shè)備進(jìn)行通信，從而采集到相關(guān)的數(shù)據(jù)，拓?fù)涫疽鈭D如圖3所示。

圖3 機(jī)組CEMS拓?fù)鋱D

3 主站建設(shè)及其應(yīng)用

3.1數(shù)據(jù)信息管理

安徽省燃煤火電機(jī)組脫硝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供機(jī)組脫硝在線監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)發(fā)布和數(shù)據(jù)展示功能，以及電廠對(duì)異常數(shù)據(jù)，包括新機(jī)組接入、異常數(shù)據(jù)處理、環(huán)保設(shè)施檢修的申請(qǐng)、省調(diào)審批功能和數(shù)據(jù)處理功能。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)2個(gè)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算功能，2個(gè)數(shù)據(jù)源分別是Ⅲ區(qū)和Ⅱ區(qū)，是燃煤發(fā)電企業(yè)的2條不同數(shù)據(jù)傳輸通道。系統(tǒng)框架如圖4所示。

圖4 主站結(jié)構(gòu)

3.1.1 數(shù)據(jù)校核及告警

所有監(jiān)測(cè)模擬量都有數(shù)據(jù)質(zhì)量碼，以反映數(shù)據(jù)的可靠程度。數(shù)據(jù)質(zhì)量碼在數(shù)據(jù)庫(kù)中用1個(gè)整型值(32位)存儲(chǔ)，按位使用，每1位表示1種狀態(tài)，圖形顯示界面可根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量碼顯示相應(yīng)的顏色。

系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)合理性檢查和數(shù)據(jù)過(guò)濾功能，每個(gè)模擬量可以設(shè)置合理范圍，數(shù)據(jù)越過(guò)合理范圍認(rèn)為該數(shù)據(jù)不合理，會(huì)被濾除，不進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，最后的合理值被保留在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。對(duì)于數(shù)據(jù)不更新和異常變化等多種壞數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷并告警。當(dāng)模擬量在指定時(shí)間段內(nèi)的變化超過(guò)指定范圍時(shí)，給出越限告警，在畫面上數(shù)據(jù)用顏色區(qū)分，數(shù)據(jù)狀態(tài)標(biāo)志為“越上限/越下限”狀態(tài)。

3.1.2 機(jī)組信息數(shù)據(jù)管理

機(jī)組基本信息數(shù)據(jù)包括機(jī)組名稱、所屬電廠、機(jī)組容量、是否省調(diào)機(jī)組、投運(yùn)時(shí)間和退役時(shí)間、機(jī)組出力采集遙測(cè)、上網(wǎng)電量采集遙測(cè)、是否用煙囪入口濃度替代設(shè)施出口濃度和是否是爐內(nèi)脫硝設(shè)施。機(jī)組信息數(shù)據(jù)管理頁(yè)面展示中提供查詢、增加、刪除和修改功能。

3.2數(shù)據(jù)分析及統(tǒng)計(jì)

系統(tǒng)每日公布燃煤火電機(jī)組脫硝情況，并對(duì)其原因進(jìn)行說(shuō)明，如圖5所示。

圖5 脫硝考核數(shù)據(jù)

圖5中以安慶廠1號(hào)機(jī)組2014年12月數(shù)據(jù)為例，其中2014年12月1日，安慶廠1號(hào)機(jī)組平均排放NOx濃度為22.43 mg/m3，綜合脫硝效率為86.14%，脫硝設(shè)施投運(yùn)率為100%，當(dāng)日機(jī)組發(fā)電時(shí)長(zhǎng)為24 h，機(jī)組上網(wǎng)電量為4 584.36 MW，脫硝合格電量為4 584.36 MW，當(dāng)日無(wú)扣罰電量。又如2014年12月11日安慶廠1號(hào)機(jī)組平均排放NOx濃度為27.18 mg/m3，綜合脫硝效率為82.21%，脫硝設(shè)施投運(yùn)率為100%，當(dāng)日機(jī)組發(fā)電時(shí)長(zhǎng)為24 h，機(jī)組上網(wǎng)電量為5 888.19 MW，脫硝合格電量為3 208.59 MW，當(dāng)日有11 h機(jī)組NOx排放濃度超標(biāo)1倍以內(nèi)，不合格電量共計(jì)2 679.6 MW，超標(biāo)原因?yàn)锳、B側(cè)出口NOx及O2濃度數(shù)據(jù)不刷新。

4 結(jié)束語(yǔ)

安徽燃煤火電機(jī)組脫硝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立，為電網(wǎng)公司實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)火電機(jī)組NOx排放水平及脫硝電價(jià)的執(zhí)行提供了依據(jù)，也為政府職能部門提供污染物排放有效監(jiān)管。工作不僅得到上級(jí)主管部門、安徽省政府相關(guān)部門的認(rèn)可，也得到燃煤發(fā)電企業(yè)的認(rèn)可。相關(guān)媒體及網(wǎng)站都對(duì)安徽省電力公司安徽電網(wǎng)火電大機(jī)組在全國(guó)率先完成脫硝以及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)成效進(jìn)行了報(bào)道。

[1] 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：GB13223—2011[S].

[2] 燃煤發(fā)電機(jī)組環(huán)保電價(jià)及環(huán)保設(shè)施運(yùn)行監(jiān)管辦法：發(fā)改價(jià)格〔2014〕536號(hào)[S].

[3] 黃詩(shī)堅(jiān). NOx的危害及其排放控制[J]. 電力環(huán)境保護(hù)，2004，20(1)：24-25.

[4] 孫拴柱，代家元，高 進(jìn)，等. 江蘇省火電機(jī)組節(jié)能減排在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[J]. 電力科技與環(huán)保，2014，30(1)：50-53.

[5] 陳 秋， 李振海，張國(guó)強(qiáng)，等. 火電廠環(huán)保設(shè)施及煙氣污染物排放實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)研究與建設(shè)[J]. 電力建設(shè)，2010，31(11)：80-83.

[6] 王文慶， 劉超飛， 王忠杰，等. 省級(jí)電網(wǎng)節(jié)能減排在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J]. 電力信息與通信技術(shù)，2014，12(5):97-101.

[7] 武紀(jì)原. 燃煤發(fā)電機(jī)組脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行影響因素分析[J]. 江蘇電機(jī)工程， 2016，35(4) :95-100.

[8] 彭祖輝. 江蘇省燃煤機(jī)組脫硝裝置運(yùn)行現(xiàn)狀分析[J]. 江蘇電機(jī)工程，2013，32(6) :77-80.

[9] 馬殊瑞. 安徽完成火電大機(jī)組脫硫脫硝改造推進(jìn)“清潔火電”[N]. 新華網(wǎng)，2014，8.

[10] 王正風(fēng). 安徽火電節(jié)能減排信息平臺(tái)建成[N]. 國(guó)家電網(wǎng)報(bào)，2014，8.

[11] 國(guó)家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家能源局.煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014～2020)[R].2014.

Construction of on-line Denitration Monitoring System for Coal-fired Generator in Anhui

WANG Zhengfeng1，CHEN Shi1，MA Dawei2

(1. State Grid Anhui Electric Power Company, Hefei，Anhui 230022，China； 2. State Grid Anhui Electric Power Research Institute, Hefei，Anhui 230601，China)

In order to realize NOxon-line monitoring for coal-fired generator, on-line monitoring system on denitration for coal-fired generator has been constructed. Based on on-line monitoring and transmission for coal-fired generator denitration, the monitoring for NOxemission and denitration price of coal-fired generator can be achieved. The transmission can be realized by through dispatch network of Ⅱ area and Ⅰ area. The practice shows that effect is good, and the effect of reducing the emission of coal fired power plants in Anhui province is improved.

Denitration on-line monitoring; sampling device; the flue gas impunity; energy conservation and emission reduction

X773

A

1004-7913(2017)09-0054-03

王正風(fēng)(1976)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度運(yùn)行及調(diào)度計(jì)劃。

2017-03-25)