火電廠環保實時監控系統研究與開發

張 冉，陳 光

發電技術

火電廠環保實時監控系統研究與開發

張 冉，陳 光

（華電電力科學研究院，浙江杭州 310030）

增強環保設施運行可靠性、加強大氣污染物排放監督控制，是落實火電廠環保技術監督工作，實現火電廠節能減排目標的必要手段。本課題以火電廠環保實時監控系統作為火電廠環保技術監督的抓手，以期為火電廠環保監督管理提供決策依據。文章探討了該系統的功能實現辦法、報警條件設置以及日常運維管理的關鍵問題。

環境； 火電廠； 環保設施； 煙氣排放； 實時監控

0 引言

近幾年，我國霧霾現象日漸嚴重，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，出臺“史上最嚴”環保法并提高排放限值執行標準，督促火電廠加強對煙氣污染物排放的監控工作，把控制火電廠大氣污染物排放是我國環境保護工作的重點。目前CEMS（煙氣在線監測系統）[2，3]已在火電廠普遍安裝，并聯網地方環保部門[4]，但對于大型發電集團，電廠多而分散，統一管理難度大，為進一步落實好國家環保政策，發電企業自身應做好環保設施和大氣污染物排放監控工作，特別是發電集團需開發環保

實時監控系統遠程監督并統一管理[5]下屬電廠的環保實時情況，為降低火電廠環保風險以及促進節能減排工作提供技術支持。本文就實時監控系統的功能實現、條件設置以及運維關鍵進行研究討論。

1 功能實現

1.1 數據獲取與處理

1.1.1 數據采集

現場數據采集層安裝于各企業監測點的現場，是整個監控系統最基本的部分。其主要組成部分是煙氣監測子站及電廠的CEMS在線監測設備、脫硫系統、脫硝系統、除塵系統以及機組的DCS系統、SIS系統的接口。

煙氣監測子站負責采集電廠的CEMS在線監測設備、脫硫系統、脫硝系統、除塵系統、機組DCS系統的各種污染物數據和主機、環保設備運行狀態的實時數據。

1.1.2 數據存儲

煙氣監測子站存儲數據庫采用體積小、操作系統無關的嵌入式小型數據庫，數據庫支持數據的快速檢索、寫入及讀取等操作。數據的存儲周期根據主站所要求的周期而定，本項目要求數據儲存時間至少為一年。

1.1.3 數據傳輸

煙氣監測子站將采集到的數據通過專用網絡電纜傳送至監控中心。監控中心端與電廠側監測子站均安裝有縱向加密認證裝置，以保證網絡傳送數據的安全性。

1.1.4 數據監控中心

監控中心層是整個監控系統的核心部分。其主要作用為：采集各監測點的監測數據，存儲各種原始數據并進行統計、計算，實現各種相關的應用功能，并進行最終的數據展現，供環保監管人員使用。

該中心收集并處理所有監測點的監測數據，監督脫硫系統、脫硝系統、除塵系統的運行狀況以及大氣污染物排放情況。系統通過專業的數據處理辦法，給出脫硫系統、脫硝系統的投運率，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、排放總量等專業分析所需的統計數據，從而為監管人員客觀展示出電廠脫硫、脫硝、除塵系統的運行狀態，為環保監管提供了量化依據。

1.2 系統的網絡拓撲圖

環保實時監控系統與電廠相關控制系統對接時，嚴格按照國家能源局等有關部門對系統安全防護的規定，確保機組控制系統不受外部病毒的影響。環保信息化平臺網絡拓撲方案如圖1所示。

電廠側部署相應的數據采集接口機和接口軟件，用于采集來自環保相關控制系統（脫硫系統、脫硝系統和除塵系統）的數據，并將數據傳輸到集團側實時數據庫中，完成數據的采集上傳。

2 報警條件設置

2.1 主機退出運行

所有脫硫、脫硝設施退出運行以及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

機組負荷小于2%裝機容量，持續時間達10分鐘，判斷為主機退出運行。

（2）母管制機組

鍋爐蒸發量小于10%額定蒸發量，持續時間達10分鐘，判斷為主機退出運行。

2.2 脫硫系統退出運行

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，通過漿液循環泵運行臺數確定脫硫系統運行情況。主機運行，漿液循環泵電流大于10A的臺數小于1臺，判斷為脫硫系統退出運行。

（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運行情況。機組運行，機組對應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，判斷為脫硫系統退出運行。

2.2.2 未拆除旁路機組

（1）有增壓風機機組

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

（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15min，判斷為脫硫系統退出運行。

2.2.3 循環流化床機組

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

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 脫硝系統退出運行

機組運行，所有稀釋風機中最大電流小于5A，或單側的噴氨量（統一單位為kg/h）低于5kg/h，持續10min，如果有一側退出則判斷為脫硝系統退出運行。

同時應注意，氨氣供應量單位統一為kg/h，否則容易造成系統誤判。轉換公式：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，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。（若其中脫硫系統運行，氧量大于17%，且持續時間不超過10min，將該段時間的污染物排放濃度剔除，不進行計算，即只統計剩余時間的均值）。

3 運維關鍵

系統進入試運行后，統計一個月內的系統誤報情況，發現系統錯誤報警的原因主要有：電廠側到集團PI數據傳輸故障導致的數據異常（下文簡稱為“數據傳輸故障”）、CEMS故障、儀表吹掃/校驗、電廠測點變動未及時重新配置、集團側數據庫故障、鏡像服務器故障、平臺調試系統不穩定、電廠側SIS系統故障。

因此，環保實時監控系統在日常運維時應注意：

（1）集團與電廠定期檢查數據庫、數據傳輸設備與線路是否運行良好，提高數據傳輸有效率。

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

（3）電廠側測點變動后，及時與系統運維人員聯系，盡快更換連接配置。

4 結語

本系統利用互聯網技術，建立環保實時監控系統，使“互聯網+”成為大數據時代開展環境監管的有力抓手和考核依據。實現了火電廠環保設備主要參數以及大氣污染物排放情況的長期實時在線監視，并能夠方便環保技術監督負責人員利用歷史數據進行分析，從而為發電集團環保事業的發展提供科學、準確、及時的支持，為環保監督工作、環保技術管理提供決策依據，極大程度上減少發電企業環保設備管理成本、提高機組環保設備運行的安全性和經濟性、降低設備檢修成本。開創了發電企業環保監督工作的新模式，具有巨大的經濟意義、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].北京交通大學學報，2015，39（1）：78～82.

[2]王源景，陸繼東，莫超.煙氣排放在線監測系統結構設計的改進[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測系統探討[J].中國電力，2001，34（6）：15～18.

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

[5]陳立定，秦亞輝.遠程環保監控系統的設計與實現[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，從事火電廠環保技術監督工作。