火電廠環保設施運行狀態及性能評價技術研究

許月陽,薛建明,管一明,王小明

(國電科學技術研究院,江蘇南京 210031)

火電廠環保設施運行狀態及性能評價技術研究

許月陽,薛建明,管一明,王小明

(國電科學技術研究院,江蘇南京 210031)

介紹了火電廠環保設施運行狀態及性能評價技術的創新性研究,包括研究方法、評價方法、評價技術及實際應用情況。該研究是繼火電廠工程減排、結構減排后的重要管理技術創新,為進一步促進火電廠環保設施安全、穩定、可靠、經濟運行,確保達標排放,推進火電行業管理減排和技術監督提供了技術支持。

環保設施;運行狀態;性能;評價技術

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

1 火電廠環保設施概況

近年來,火電廠環保設施建設得到了快速發展。截至 2009年底,火電廠已建高效除塵設備、脫硫設施、低氮燃燒設備分別占裝機容量的 98%、70%、65%,但環保設施的運行狀態并不理想。以脫硫設施為例,2008年調查發現,脫硫設施的投用率較低,脫硫系統普遍存在對機組復雜工況適應性差、GGH腐蝕堵塞嚴重、故障率高、旁路運行等現象,難于長期、穩定運行。隨著《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223-2003)的修訂,現有的除塵、脫硫、脫硝等環保設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構減排的同時,在管理減排方面的力度也日益加強。以脫硫設施為例,不僅將脫硫產業化納入國家自主創新體系,并作為加強環保工作的重要基礎性和關鍵性措施,而且原國家發改委先后頒布或聯合環保部等其他部委頒布了《關于加快火電廠煙氣脫硫產業化發展的若干意見》、《燃煤機組脫硫電價及脫硫設施運行管理辦法》、《火電廠煙氣脫硫工程后評估管理暫行辦法》、《關于開展煙氣脫硫特許經營試點工作的通知》等文件,建立了涵蓋設計、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工程減排的迅猛發展,使得“十一五”SO2的控制目標提前完成,其所產生的鎖定效應使得“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控制機制和脫硫設施高性能運行的約束條件;另一方面要積極開發相關診斷評價技術,根據運行狀態及時調整或檢修,由被動環保向主動環保轉化,不斷提高環保設施的運行狀態,實現在穩定達標前提下的高可用率、高節能和經濟優化運行。

3 環保設施運行狀態及性能評價技術研究

3.1 研究方法

環保設施的運行狀態涉及環保政策、約束性因子、環保技術及裝備、監督管理、運行維護、技術進步、運行人員等諸多因素,其技術評價是一個涉及多因素、多目標且互相關聯、復雜多變的工程系統。它既是一個有許多不確定性的灰色系統,又是一個沒有明確界限劃分的模糊系統,具有規模大、結構復雜、耦合度高、透明度低等特點。我們提出了將軟科學研究人員與領域專家、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聯分析法的基礎上發展起來的,以模糊集合論為基礎,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,將無序的原始數據轉變為有序的生成數據,達到綜合評判、模糊決策的目的,即根據已知的原像—權分配矩陣和映射→單因素評價矩陣來求出像→綜合評價結果的過程。

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。它采用系統分析的方法對目標系統進行分解并圖示,即根據多目標問題的性質和總的目標,把問題按層次進行分解,構成一個由上而下的遞階層次結構。最高層是評價目標,其次是評價準則,底層是評價設施。

3.2.2 量化方法

模糊決策分析法的關鍵是將評價設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展,是系統分析方法在意見和價值判斷領域內的一種有益延伸,其本質是利用專家的知識、經驗、智慧等無法數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,為數值計算提供數據。

3.2.3 數學模型

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,主要包括:以量化結果為基礎建立評價矩陣和權重矩陣;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施對基準點的隸屬函數矩陣;建立標準權矩陣;利用方案樣本隸屬度對標準隸屬度向量的加權模糊貼近度,建立評價結果的綜合決策矩陣。

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論。因此,采用“最大值”法則將模糊集合中的模糊數據還原為確定的數據,即非模糊化,亦即從模糊集合中抽取有代表性的數據,使之成為非模糊的確定數據,并以此確定設施的運行狀態。

3.3 評價技術

3.3.1 評價目標

環保設施運行狀態評價方針為“預防為主,防治結合”,評價對象為健康水平及安全、質量、經濟運行方面的參數、性能指標和污染物排放,評價依據是環境保護標準,評價手段是環境監測、檢查、調整、改進、監督、管理和評價。科學、客觀、準確地評價設施的運行狀態和污染物的排放狀況,真正掌握現狀和存在問題,有針對性地提出整改建議和實施方案,消除環保隱患,持續提高環保設施的運行狀態和對污染物的控制水平,確保安全可靠穩定運行,實現達標排放和總量控制的目標。

3.3.2 評價設施

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

3.3.3 評價準則

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

3.3.4 評價狀態

評價狀態分為 A、B、C三類,其中:A環保設施正常運行,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保要求;B環保設施可運行,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計要求;C環保設施可運行,單項相對得分率低于 70%,系統投運率和污染物脫除效率均達不到設計要求。

3.3.5 評價目標樹

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

圖1 評價目標樹

3.3.6 評價結果

根據數學模型的計算結果,與不同評價狀態的定義進行比對,確定被評價環保設施的運行狀態,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 實際應用

環保設施運行狀態及性能評價技術研究部分成果已轉化為《中國國電集團公司火電廠環境保護評價工作管理規定 (試行)》和電力行業標準《燃煤電廠環保設施運行狀況評價技術規范》(DL/T 362-2010)以及環境保護部標準《火電廠煙氣治理設施運行環境管理技術規范》。2009年 3月,按照《中國國電集團公司火電廠環境保護評價工作管理規定(試行)》的精神,國電集團公司首次在電力行業對其所屬的 17個電廠開展環保設施運行狀態的技術評價,是環境保護監督管理的重要機制創新。

5 結語

火電廠環保設施運行狀態及性能技術評價是加強環保設施運行過程的監督管理、有效提高可靠穩定運行的重要措施。通過對火電廠環保設施運行狀態及性能進行評價分析,可有效地掌握電廠環境保護的管理水平、環保設施的運行狀態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開發、工程應用及政策標準研究。E-mail:xyy-gdhb@126.com