張巍　金鵬　馮濤

摘要：本文介紹了火電廠煙氣脫硫設(shè)施工況監(jiān)控系統(tǒng)，研究了系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。通過建立數(shù)學模型，對火電廠煙氣脫硫設(shè)施主要參數(shù)進行數(shù)據(jù)有效性范圍校驗、關(guān)聯(lián)度判斷、邏輯判斷，實現(xiàn)對脫硫設(shè)施運行異常狀態(tài)的報警，最后通過實例說明了工況監(jiān)控系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)管中的應用。

關(guān)鍵詞：火電廠；煙氣脫硫；工況監(jiān)控

中圖分類號：X851 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2016）04-0077-04

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2016.04.019

Abstract：Condition monitoring system for flue gas desulfurization facilities of thermal power plant was introduced in this paper， the key technology of the system was studied. Through the establishment of mathematical model， by checking the data validity， association judgment and logic judgment on the main parameters of flue gas desulfurization facilities of thermal power plant， the abnormal state of desulfurization facilities was warned. In the end， the application of condition monitoring system in the environment regulation was illustrated through the examples.

Key words：Thermal power plant；Flue gas desulfurization；Condition monitoring

引言

“十一五”期間，我國大規(guī)模地開展了污染源自動監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，目前，我國已建成國控重點污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對一萬多家國家重點監(jiān)控企業(yè)主要污染物排放情況的自動監(jiān)控。為加強國控重點污染源監(jiān)管，深化污染源自動監(jiān)控建設(shè)和自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的應用，提高污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)的準確性和可信度，在2008～2009年開始提出對污染源治理全過程實施監(jiān)控，實現(xiàn)環(huán)境管理從“末端監(jiān)控”向“全過程監(jiān)控”的精細化管理轉(zhuǎn)變。內(nèi)蒙古自治區(qū)最早于2009年開展火電廠煙氣脫硫設(shè)施工況監(jiān)控系統(tǒng)研究建設(shè)，通過多年的運行，積累了大量的工況監(jiān)控數(shù)據(jù)分析應用經(jīng)驗。

1 火電廠煙氣脫硫設(shè)施工況監(jiān)控系統(tǒng)簡介

火電廠工況監(jiān)控的基本原理是根據(jù)工藝設(shè)計，對影響污染物排放的生產(chǎn)設(shè)施、污染物治理設(shè)施運行的關(guān)鍵參數(shù)，包括工藝參數(shù)（如：流量、溫度、pH值、濃度等）和電氣參數(shù)（電流、電壓、頻率）進行的監(jiān)測；結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)工藝和末端監(jiān)測數(shù)據(jù)，全面監(jiān)控企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)施和治理設(shè)施的運行、污染物治理效果和排放量情況，輔助判定污染物排放監(jiān)測數(shù)據(jù)的合理性、真實性和可接受性。

火電廠煙氣脫硫設(shè)施工況監(jiān)控系統(tǒng)是通過現(xiàn)場采集設(shè)備從生產(chǎn)控制系統(tǒng)中采集工況過程數(shù)據(jù)，包括主機DCS和CEMS數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)或者環(huán)保專網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的工況過程數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)對脫硫設(shè)施運行全過程進行實時監(jiān)控、分析、預警、核查和管理[1]。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

工況監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)一般分為四層：采集層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層及應用層。采集層位于工況前端（電廠側(cè)），主要負責工況數(shù)據(jù)的采集存儲和轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)層位于工況前端（電廠側(cè)）與監(jiān)控中心（環(huán)保機構(gòu)側(cè)）之間，主要負責工況前端的數(shù)據(jù)發(fā)送及監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)層位于監(jiān)控中心（環(huán)保機構(gòu)側(cè)），由工況過程數(shù)據(jù)庫和工況統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)庫兩部分組成，其中過程數(shù)據(jù)庫是專門用于存儲連續(xù)工況數(shù)據(jù)的專用數(shù)據(jù)庫，是保障工況數(shù)據(jù)連續(xù)存儲及快速調(diào)取的關(guān)鍵。工況統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)庫是用于存放分析結(jié)果數(shù)據(jù)通用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。工況應用層位于監(jiān)控中心（環(huán)保機構(gòu)側(cè)），主要負責對工況數(shù)據(jù)的綜合應用。

其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：

2.2 數(shù)據(jù)采集

2.2.1 數(shù)據(jù)采集與接入

火電廠煙氣脫硫設(shè)施工況監(jiān)控系統(tǒng)涉及的采集數(shù)據(jù)源較多也較復雜，包括單元機組系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)、其它環(huán)保相關(guān)控制系統(tǒng)等，涉及到的控制系統(tǒng)包括分布式集散控制系統(tǒng)DCS、可編程控制器（PLC）程控系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、其它智能設(shè)備等。前端采集軟件既要滿足目前主流DCS、PLC等控制系統(tǒng)的接口，也能通過二次開發(fā)支持一些特殊的接口協(xié)議[2]。內(nèi)蒙古自治區(qū)火電廠煙氣脫硫設(shè)施工況系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集采用OPC（OLE for Process Control）和DDC（直接數(shù)字信號控制）兩種接入方式，OPC應用于主機DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集，而DDC應用于脫硫DCS/PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。企業(yè)端采集網(wǎng)絡(luò)根據(jù)工況采集單元的安放地點不同，采用光纖或六類線連接。工況采集單元一般包含單向隔離器、接口機、采集交換機及前端工況過程數(shù)據(jù)服務器等設(shè)備，采集單元需要配備雙電源切換器，保障設(shè)備連續(xù)運轉(zhuǎn)。

2.2.2 采集參數(shù)指標

根據(jù)脫硫設(shè)施工藝的原理不同，工況監(jiān)控系統(tǒng)采集的關(guān)鍵監(jiān)控參數(shù)也有所區(qū)別。內(nèi)蒙古自治區(qū)火電廠煙氣脫硫工況監(jiān)控系統(tǒng)接入的脫硫工藝包括：石灰石-石膏濕法、循環(huán)流化床爐內(nèi)噴鈣、氨法。針對應用最廣泛的石灰石-石膏濕法脫硫，工況在線監(jiān)測系統(tǒng)需要采集的參數(shù)包括：增壓風機、GGH、石灰石供漿泵、循環(huán)漿液泵、石膏排除泵、氧化風機、煙道中各個CEMS的測量參數(shù)、生產(chǎn)系統(tǒng)及擴充煙氣系統(tǒng)重要設(shè)備及重要生產(chǎn)經(jīng)營參數(shù)（發(fā)電量、燃煤量、機組總送風量、引風機、電除塵器）等。

2.3 軟件設(shè)計

火電廠煙氣脫硫設(shè)施工況監(jiān)控系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對工況監(jiān)控數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計及應用，其主要功能包括：實時圖型監(jiān)視、歷史趨勢分析、工況統(tǒng)計分析、工況報警系統(tǒng)、報表系統(tǒng)等功能。

（1）實時圖形監(jiān)視將工況的實時數(shù)據(jù)真實準確的反映在工況實時圖形界面上，如圖3。

（2）歷史趨勢分析即調(diào)閱一個或多個參數(shù)歷史數(shù)據(jù)變化趨勢曲線，通過調(diào)取與環(huán)保相關(guān)的參數(shù)曲線，如機組負荷、增壓風機電流、脫硫效率、煙氣流量、SO2濃度、吸收塔pH等進行相關(guān)性分析，可發(fā)現(xiàn)企業(yè)不正常運行脫硫設(shè)施的行為。

（3）工況統(tǒng)計即對工況監(jiān)控指標，如發(fā)電負荷、發(fā)電量、耗煤量、煙氣流量、煙氣SO2濃度、SO2排放量、脫硫投運率、脫硫效率、綜合脫硫效率、發(fā)電原煤耗、煤炭推算硫分等進行統(tǒng)計。

（4）工況報警主要分為三類：系統(tǒng)報警、參數(shù)報警、網(wǎng)絡(luò)報警，系統(tǒng)報警反映治污設(shè)施啟停狀態(tài)；參數(shù)報警是通過建立模型反映設(shè)施運行的不正?，F(xiàn)象；網(wǎng)絡(luò)報警反映因網(wǎng)絡(luò)異常而導致數(shù)據(jù)傳輸不正常。通過工況報警，系統(tǒng)可自動進行參數(shù)相關(guān)性分析，主動識別企業(yè)異常行為。

（5）報表系統(tǒng)即定制開發(fā)工況相關(guān)報表，實現(xiàn)各設(shè)施不同時期數(shù)據(jù)縱向?qū)Ρ?、同類設(shè)施的數(shù)據(jù)橫向?qū)Ρ取?/p>

3 數(shù)據(jù)應用分析

截至2015年底，內(nèi)蒙古自治區(qū)已實現(xiàn)了61家火電廠167臺機組的脫硫工況數(shù)據(jù)接入，工況監(jiān)控火電廠的裝機容量達到了5850萬千瓦。經(jīng)過多年的工況運維和數(shù)據(jù)分析工作，總結(jié)和歸納出火電廠煙氣脫硫設(shè)施運行多類典型問題，并將分析成果應用于環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法和總量核查等管理工作中。

3.1 異常工況分類

工況監(jiān)控系統(tǒng)通過建立數(shù)學模型，對火電廠煙氣脫硫設(shè)施主要參數(shù)進行數(shù)據(jù)有效性范圍校驗、關(guān)聯(lián)度判斷、邏輯判斷，實現(xiàn)對脫硫設(shè)施運行異常狀態(tài)的報警[3]，共歸納為3大類、14小類異常報警，如表1。

3.2 異常工況分析案例

2015年，內(nèi)蒙古自治區(qū)火電廠通過工況監(jiān)控發(fā)現(xiàn)的異常以流量關(guān)聯(lián)度異常為主，占異常總數(shù)的45.5%。煙氣流量關(guān)聯(lián)度異常主要表征為煙氣流量不隨機組負荷的規(guī)律變化，主要是由于監(jiān)測設(shè)備安裝位置不當或儀表測量精度不夠造成的，經(jīng)過統(tǒng)計，使用矩陣流量計的機組煙氣流量與機組負荷的相關(guān)性較好。本文以數(shù)據(jù)缺失、設(shè)限值、邏輯異常為例，說明工況監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的異常情況。

3.2.1 數(shù)據(jù)缺失

圖3為某機組主機與脫硫設(shè)施運行參數(shù)曲線圖，紅色曲線為機組負荷，綠色為入口SO2濃度，藍色為出口SO2濃度，淡藍色為增壓風機電流，天藍色為旁路擋板狀態(tài)。該機組5月1日12時至5月3日1時主機運行，脫硫停運（旁路打開，增壓風機停運），自動監(jiān)控數(shù)據(jù)全部缺失，初步判斷為脫硫停運，人為中斷超標數(shù)據(jù)，逃避環(huán)保監(jiān)管。

3.2.2 設(shè)限值

發(fā)電機組運行，脫硫系統(tǒng)停運，出口煙氣SO2濃度設(shè)定限值。

圖4為某機組主機脫硫運行曲線圖，紅色曲線為機組負荷，藍色為出口SO2濃度，紫色為增壓風機電流，天藍色為旁路擋板狀態(tài)。該機組2月27日1時至2月27日7時30分，脫硫停運時出口SO2濃度設(shè)定限值，限值在2057mg/m3左右。

出口煙氣流量設(shè)定限值。

圖5中紅色曲線為機組負荷，綠色為出口煙氣流量， 1月1日至1月16日出口煙氣流量設(shè)限值為2000km3/h。而限值解除后，其平均負荷在450MW，其出口煙氣流量均值在1200km3/h，其流量明顯偏低。

3.2.3 邏輯異常

圖6中紅色曲線為機組負荷，綠色為入口SO2濃度，藍色為出口SO2濃度，淡藍色為增壓風機電流，灰為旁路擋板狀態(tài)。4月1日23時至4月4日0時脫硫停運，旁路打開（一直為開），增壓風機停運，出口SO2濃度在脫硫設(shè)施停運前后無明顯變化一直保持200mg/m3左右，初步判斷為出口煙氣SO2濃度作假。

4 結(jié)論

火電廠煙氣脫硫設(shè)施工況監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了從主機運行狀態(tài)、脫硫運行狀態(tài)、污染物排放的全過程監(jiān)控，即污染物產(chǎn)生、治理、排放的全過程監(jiān)控。通過分類、歸納和總結(jié)機組和脫硫設(shè)施運行的典型異常情況，并建立數(shù)學模型，工況監(jiān)控系統(tǒng)可自動判定機組和脫硫設(shè)施運行狀況及排放數(shù)據(jù)的真實性和準確性，為環(huán)境監(jiān)管提供依據(jù)。

參考文獻

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[2]李志勇，蔡新波，韓亞鳳.工況在線監(jiān)測及分析系統(tǒng)在大型火電廠的應用[J].電力安全技術(shù)，2013，15（9）：35-38.

[3]孫海林，賀鵬，朱媛媛，馬立學.燃煤電廠煙氣排放過程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應用[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2014，26（6）：22-25.

收稿日期：2016-07-18

作者簡介：張?。?984-），女，工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)控以及環(huán)境信息化工作.