薛志強(qiáng)

【摘 要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)于環(huán)境的關(guān)注日益提高。而在2015年出臺(tái)并執(zhí)行的新《環(huán)保法》也對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的排污提出了更高的要求。火力發(fā)電是民生建設(shè)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是污染產(chǎn)生的大戶。在其生產(chǎn)發(fā)電的過(guò)程中煙氣中的煙塵、二氧化硫、氮氧化物等污染物為周邊環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響。為了消除此種污染帶來(lái)的環(huán)境隱患，電廠進(jìn)行了一系列的環(huán)保設(shè)備建設(shè)與改造。本文基于這個(gè)背景對(duì)環(huán)保設(shè)備監(jiān)控平臺(tái)的建設(shè)及其電氣支持體系的構(gòu)建進(jìn)行研究。希望通過(guò)本文的研究能夠?yàn)楹罄m(xù)電廠環(huán)保體系建設(shè)提供必要的理論基礎(chǔ)，并為在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)的具體應(yīng)用提供實(shí)踐指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】電廠 環(huán)保設(shè)備 監(jiān)控平臺(tái) 電氣支持

1 引言

電廠的建設(shè)是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障，也是提高民生建設(shè)的重要基礎(chǔ)。為了保障城市生活與生產(chǎn)用電，我國(guó)各個(gè)地區(qū)加大了電廠基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度。雖然隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，基于新型能源如核能、風(fēng)能、水能等一系列清潔能源電廠已經(jīng)建成并投產(chǎn)。但是，由于受到資源類型與建設(shè)規(guī)模的限制，更多的區(qū)域電廠依舊以火力發(fā)電為主。在火力發(fā)電的過(guò)程中，由于機(jī)組產(chǎn)生的煙氣內(nèi)存在大量的煙塵、二氧化硫以及氮氧化物等大氣污染物，火力發(fā)電廠已經(jīng)成為了現(xiàn)階段我國(guó)大氣污染以及霧霾等環(huán)境問(wèn)題的重要因素。針對(duì)這個(gè)背景，我們有理由，也有義務(wù)做好電廠生產(chǎn)區(qū)域的環(huán)保設(shè)備建設(shè)，最大程度上保障電廠的清潔生產(chǎn)，并達(dá)到國(guó)家的相關(guān)環(huán)境要求。

自2015年1月1日，新《環(huán)保法》實(shí)施以來(lái)，我國(guó)對(duì)于火力發(fā)電的污染物排放有了更高的標(biāo)準(zhǔn)，煙塵排放量從原有的100㎎/m3降低到30㎎/m3；其他環(huán)境指標(biāo)也進(jìn)行了大幅度提標(biāo)工作。這就要求電廠自身在做好環(huán)保設(shè)備的提標(biāo)改造的基礎(chǔ)上，完善監(jiān)管與監(jiān)控措施，在設(shè)備、管理、責(zé)任、原料、工藝等多個(gè)方面共同努力，為我們的環(huán)境做出積極的貢獻(xiàn)。

從現(xiàn)有的電廠環(huán)保設(shè)備管理上來(lái)看，更多的是采用PLC一體化集成管理設(shè)備來(lái)進(jìn)行中控管制，此種方法能夠有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)工段以及排污節(jié)點(diǎn)污染物排放量的監(jiān)控。但是，此種方法造價(jià)較高，對(duì)于個(gè)別規(guī)模相對(duì)較小的電廠造成沉重負(fù)擔(dān)，同時(shí)由于此種方法與電廠生產(chǎn)直接聯(lián)系，在工作重心分配上不利于環(huán)保設(shè)備監(jiān)控體系的展開，也無(wú)法進(jìn)行清晰的責(zé)任認(rèn)定，進(jìn)而無(wú)法做到定崗定人的管理模式實(shí)現(xiàn)。再這樣的背景，本文以電廠環(huán)保設(shè)備為研究對(duì)象，對(duì)其具體的監(jiān)控平臺(tái)建立必要性以及配套的電氣支持進(jìn)行研究。希望通過(guò)本文的研究能夠?yàn)榻窈箅姀S開展相關(guān)的建設(shè)與施工提供必要的理論基礎(chǔ)與實(shí)踐指導(dǎo)。

2 電廠環(huán)保設(shè)備概述及監(jiān)控平臺(tái)要求

為了達(dá)到國(guó)家的相關(guān)要求，電廠在設(shè)計(jì)以及施工的過(guò)程中應(yīng)該滿足環(huán)保設(shè)備的“三同時(shí)”原則，即“同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投產(chǎn)”按照環(huán)保設(shè)備的功能與工序來(lái)進(jìn)行分類其大致可以分為除塵設(shè)備、脫硫與脫硝設(shè)備等三套系統(tǒng)，及其配備的電力動(dòng)力保障系統(tǒng)等范疇，在具體的設(shè)備建設(shè)方面主要分為如下幾點(diǎn)：

第一，除塵設(shè)備：電廠在生產(chǎn)的過(guò)程中由于需要采用壓縮空氣爐內(nèi)通風(fēng)的方式來(lái)提高燃煤的轉(zhuǎn)化效率，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵，煙塵如果不經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚韺?huì)對(duì)周邊空氣造成嚴(yán)重的污染。在煙塵的處理過(guò)程中主要工藝采用布袋除塵、靜電除塵以及電袋除塵等三種方式，其中布袋除塵以及靜電除塵在單獨(dú)使用的過(guò)程中除塵效率在70%-90%之間，很難滿足電廠煙塵的排放標(biāo)準(zhǔn)，因此在實(shí)際的建設(shè)過(guò)程中更多的電廠選擇電袋法對(duì)煙塵進(jìn)行綜合治理，此種復(fù)合除塵方式能夠有效去除煙氣中的煙塵，去除效率超過(guò)98%。

第二，脫硫設(shè)備：我國(guó)煤炭硫份相對(duì)較高，一般在2%-4%之間，受到我國(guó)煤炭組分的影響，煤炭在燃燒的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的二氧化硫。而二氧化硫是大氣的主要污染物，是酸雨形成的主要原因。因此，在電廠生產(chǎn)的過(guò)程中脫硫處理是煙氣處理的主要環(huán)節(jié)。在具體的處理過(guò)程中多采用石灰石噴霧—石膏法來(lái)進(jìn)行。此種方式能夠有效的去除煙氣中的二氧化硫并形成石膏，為后續(xù)的生產(chǎn)提供一定的經(jīng)濟(jì)收益。在具體的設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中我們需要對(duì)溫度等參數(shù)進(jìn)行控制才能夠收到較好的脫硫效果。

第三，脫硝設(shè)備：煤炭中的氮元素在燃燒的過(guò)程中會(huì)以氮氧化物的形式對(duì)外進(jìn)行排放，氮氧化物也是大氣的主要污染物，同時(shí)是酸雨形成的主要因素。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中采用脫硝設(shè)備對(duì)煙氣中的氮氧化物進(jìn)行去除。其采用的工藝多為SCR法（選擇性催化還原法）與SNCR（非催化還原法）等兩種，去除效率均能夠達(dá)到國(guó)家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，SNCR在一次性投入方面較大，設(shè)備較為負(fù)責(zé)，而SCR則由于催化劑的更換在后續(xù)的維護(hù)與使用費(fèi)用方面較高。由于此種方法在反應(yīng)溫度上有著較高的要求，需要煙氣溫度達(dá)到300-400度之間，因此往往是煙氣處置的第一道工序。需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，否則會(huì)影響脫硝效率，甚至使得催化劑失活而造成生產(chǎn)成本損耗。

第四，輔助設(shè)備：除了上述的主要設(shè)備之外，我們還需要對(duì)其他的配套設(shè)備進(jìn)行建設(shè)與管理。如在除塵設(shè)備中集中采集的煙塵則需要通過(guò)封存的方式予以后續(xù)處置，封存后的煙塵可以通過(guò)水泥的生產(chǎn)、混凝土拌料等方面進(jìn)行消耗，并為電廠創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；脫硫設(shè)備中產(chǎn)生的石膏也是一種重要的工業(yè)原料，通過(guò)后續(xù)加工以及銷售能夠?yàn)殡姀S的運(yùn)營(yíng)提供更大的利潤(rùn)空間。此外，電廠環(huán)保設(shè)備的運(yùn)營(yíng)需要消耗大量的電力，其運(yùn)營(yíng)效果也可以通過(guò)電流或者電功率的損耗來(lái)進(jìn)行表征，相關(guān)的電力配套設(shè)施也在監(jiān)控的范圍之內(nèi)。

3 環(huán)保設(shè)備監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)及其電氣構(gòu)建

3.1環(huán)保設(shè)備監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)要點(diǎn)

上文系統(tǒng)的對(duì)電廠環(huán)保設(shè)備進(jìn)行了分類討論，探討了其去除污染物的主要原理以及輔助依據(jù)，為后續(xù)的實(shí)際監(jiān)控奠定了理論基礎(chǔ)。而在監(jiān)控平臺(tái)的建設(shè)方面我們需要通過(guò)中央集中數(shù)據(jù)收集、處理以及控制的功能集約，來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)保設(shè)備運(yùn)行的集中管制與遠(yuǎn)程控制?；诒O(jiān)控平臺(tái)的建設(shè)目的我們可以將其建設(shè)分為檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)集中處理模塊、控制模塊以及反饋模塊等四個(gè)部分。在具體的建設(shè)過(guò)程中需要從如下幾個(gè)方面來(lái)予以重視：

第一，監(jiān)控模塊。利用傳感器以及自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備對(duì)相關(guān)的信息進(jìn)行收集。在收集的過(guò)程中主要分為如下幾方面：首先，爐內(nèi)狀態(tài)，包括爐內(nèi)溫度、爐內(nèi)吹氧量等；其次，進(jìn)口煙氣狀態(tài)，由于燃燒充分度以及燃煤的質(zhì)量等因素，入口處的污染物存在一定的波動(dòng)差異，對(duì)入口處的污染物進(jìn)行監(jiān)控能夠有效的提高環(huán)保設(shè)備的效能；再次，環(huán)保設(shè)備內(nèi)相關(guān)信息，包括下料狀況、設(shè)備內(nèi)溫度、催化劑穩(wěn)定度等；最后，出口煙氣，對(duì)出口煙氣進(jìn)行檢測(cè)能夠?qū)μ幚硇ЧM(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而制定相應(yīng)的處理對(duì)策。

第二，中央集中數(shù)據(jù)處理模塊。通過(guò)監(jiān)控模塊對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集，并采用中央控制器與服務(wù)器的方式來(lái)對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中與處置，并建立固定時(shí)間段的數(shù)據(jù)刷新（一般是5s-15s）；并采用可視化平臺(tái)的方式來(lái)進(jìn)行展現(xiàn)，一般的實(shí)現(xiàn)方式是對(duì)整體的工藝流程與設(shè)備進(jìn)行模擬，并采用模擬訊號(hào)的方式來(lái)進(jìn)行監(jiān)控平臺(tái)的可視化建設(shè)。另外，需要做好數(shù)據(jù)的保存，便于查閱歷史數(shù)據(jù)。

第三，控制模塊?？刂颇K主要可以分為兩個(gè)方面，一方面是人機(jī)互動(dòng)層面，可以實(shí)現(xiàn)人員與電腦設(shè)備的互動(dòng)，通過(guò)上文構(gòu)建的可視化系統(tǒng)，不僅能夠完成相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄與分析，還可以通過(guò)同一系統(tǒng)對(duì)相關(guān)的指標(biāo)參數(shù)設(shè)備體系進(jìn)行有效的控制操作；另一方面則是機(jī)—機(jī)通訊系統(tǒng)，利用一級(jí)機(jī)對(duì)二級(jí)機(jī)的訊號(hào)發(fā)送來(lái)達(dá)到對(duì)二級(jí)機(jī)控制的目的，并通過(guò)對(duì)電流控制、設(shè)備開關(guān)、物料流量等控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的綜合控制。

第四，反饋模塊。是指在對(duì)計(jì)算機(jī)下達(dá)指令后，通訊是否暢通、設(shè)備動(dòng)作是否完成進(jìn)行檢測(cè)。并反饋相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果，以備工作人員對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌握。

3.2電廠環(huán)保設(shè)備電氣構(gòu)建要點(diǎn)

在監(jiān)控設(shè)備建設(shè)的過(guò)程中還需要進(jìn)行必要的電氣構(gòu)建才能夠保障整體平臺(tái)與設(shè)備的運(yùn)行。在具體的構(gòu)建過(guò)程中主要分為兩個(gè)方面：

一方面是通過(guò)基礎(chǔ)的電氣布線設(shè)計(jì)將不同的組間之間的通訊系統(tǒng)建設(shè)完善，并利用終端對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)處理，如此建設(shè)能夠有效的降低服務(wù)器的負(fù)載，進(jìn)而使得其運(yùn)行效率更高。

另一方面則需要通過(guò)PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)來(lái)完成相關(guān)的二級(jí)機(jī)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)控制，如發(fā)現(xiàn)污染物負(fù)載相對(duì)較高時(shí)，需要通過(guò)提高設(shè)備使用量，增加電流與提高設(shè)備的實(shí)際功率等方式進(jìn)行處置，而此種處置需要相關(guān)的配套設(shè)施進(jìn)行輔助，比如物料的投放、出口端流量控制、溫度控制等。這些操作需要二級(jí)機(jī)對(duì)相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)來(lái)進(jìn)行，在降低了人員操作難度的基礎(chǔ)上，提高了設(shè)備監(jiān)控的效能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)電廠環(huán)保設(shè)備監(jiān)控平臺(tái)的建設(shè)以及相關(guān)配套電氣構(gòu)建體系進(jìn)行了概述，希望通過(guò)本文的研究能夠?yàn)榻窈蟮南嚓P(guān)施工與操作提供必要的理論基礎(chǔ)與實(shí)踐指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]余佳琳.上海吳涇第二發(fā)電廠脫硫工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和研究[D].上海交通大學(xué)，2008.

[2]鄭飛.火電廠生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[D].華北電力大學(xué)，2012.

[3]陳永冉，張義星.基于PCC的綜采工作面輸送設(shè)備監(jiān)控平臺(tái)開發(fā)[J].煤炭工程，2014，02：130-132+135.

[4]田有糧.鍋爐環(huán)保設(shè)備利用及改造研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，33：62.

[5]李顯鵬.燃煤電廠脫硫脫硝電價(jià)補(bǔ)償機(jī)制研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2009.