蘭演明

燃煤電廠環(huán)保監(jiān)測平臺設(shè)計與應(yīng)用

蘭演明

本文結(jié)合某燃煤電廠環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)儀器儀表實際配置，利用電廠超低排放改造機會，通過網(wǎng)絡(luò)平臺設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)超標(biāo)和數(shù)據(jù)傳輸異常的報警，為判斷環(huán)保數(shù)據(jù)實際超標(biāo)或煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)異常提供有效及時信息，便于及時采取處理措施，從而減少環(huán)保數(shù)據(jù)因儀表異常超標(biāo)。

燃煤電廠；儀器儀表；環(huán)保監(jiān)測；網(wǎng)絡(luò)平臺

1 前言

燃煤電廠大氣排放污染物防治是國家環(huán)保工程重點領(lǐng)域之一，大氣固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱CEMS系統(tǒng)）是考核火電廠脫硫脫硝電除塵是否投運以及投運效果如何、是否達(dá)標(biāo)，并用于排放總量的核查核算，重要性顯而易見。

目前各個燃煤電廠中使用的污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測儀器儀表和數(shù)據(jù)傳輸采集存儲系統(tǒng)的種類雖然統(tǒng)一，可是品牌及其穩(wěn)定性、故障率、可維護性等卻參差不齊；另外有些電廠監(jiān)測用的儀器儀表選用的是性能可靠的產(chǎn)品，但數(shù)據(jù)傳輸采集存儲的上位機和數(shù)采儀及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性差。不管哪個環(huán)節(jié)出問題，或之間的銜接未做好，整個系統(tǒng)的可靠性將降低，導(dǎo)致環(huán)保數(shù)據(jù)異常，所以燃煤電廠環(huán)保監(jiān)測平臺的整體設(shè)計和單個子系統(tǒng)的可靠性都非常重要。

2 環(huán)保監(jiān)測平臺體系結(jié)構(gòu)

這兩年全國各地燃煤電廠開展脫硫脫硝除塵超低排放改造，不只是簡單的對脫硝、脫硫、除塵主體設(shè)備改造達(dá)到國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求，煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)等熱控系統(tǒng)改造也同步進行，燃煤電廠環(huán)保監(jiān)測平臺整體設(shè)計重要性顯得更加突出。

本案例整個環(huán)保監(jiān)測平臺具體由以下幾個子系統(tǒng)組成：在線監(jiān)測儀器儀表、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、傳省廳數(shù)采儀、廠級監(jiān)控中心以及它們之間的信號傳輸網(wǎng)絡(luò)。

3 環(huán)保監(jiān)測平臺設(shè)計實施

3.1 在線監(jiān)測儀器儀表

在線監(jiān)測儀器儀表是環(huán)保數(shù)據(jù)的源泉，所有的原始數(shù)據(jù)只有經(jīng)過準(zhǔn)確可靠的測量儀表測量之后方能獲得，所以儀表合理選型至關(guān)重要。除了環(huán)保監(jiān)測儀器儀表外，如果不是煙道直接測量式分析儀，大部分與之關(guān)聯(lián)的還有煙氣取樣和預(yù)處理系統(tǒng)，這是把煙道煙氣抽取至測量儀表。

主要包括兩部分：①脫硫系統(tǒng)的氣態(tài)污染物CEMS儀表（SO2、NOx），顆粒物CEMS儀表（煙塵濃度），煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)（煙氣溫度、壓力、濕度、氧量、流量等）[1]；②脫硝系統(tǒng)的NOx、O2、煙氣溫度、煙氣流量、供氨量等。

本案例燃煤電廠基建時，脫硫系統(tǒng)主要氣態(tài)污染物CEMS儀表采用賽默飛世爾生產(chǎn)成套儀表，其他煙氣參數(shù)和粉塵濃度均采用主流品牌儀表。脫硝系統(tǒng)CEMS儀表主要是ABB生產(chǎn)的型號為EL3020的NOx和O2一體化分析儀。另外根據(jù)煙道布置A、B兩側(cè)出入口各設(shè)有小型PLC用于煙氣取樣預(yù)處理系統(tǒng)反吹、參數(shù)設(shè)置等。

在未進行超低排放改造前，在環(huán)保監(jiān)測平臺設(shè)計時，脫硫脫硝系統(tǒng)所有環(huán)保監(jiān)測儀表利舊。改造后品牌基本不變，為了適應(yīng)超低排放改造要求只更換少數(shù)品牌儀表，大部分升級為精度及量程滿足要求的原品牌CEMS儀表，另外對部分測點的取樣和預(yù)處理部分進行升級改造，凈煙氣二氧化硫、氮氧化物、粉塵實現(xiàn)高低量程自動切換，以滿足燃煤電廠超低排放改造要求。

3.2 數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)

3.2.1 功能實現(xiàn)

各臺機組脫硫脫硝小間都配置一臺工業(yè)計算機，稱為就地數(shù)采儀，四臺爐脫硫脫硝共八個小間配置八臺，并設(shè)置儀表柜和網(wǎng)絡(luò)柜。用于CEMS系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)查詢，顯示實時數(shù)據(jù)；對需要折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的SO2、NOx、粉塵、流量設(shè)置計算公式，完成計算；把所有采集到的數(shù)據(jù)存盤保存；按照環(huán)保規(guī)范要求可調(diào)閱歷史數(shù)據(jù)，輸出固定數(shù)據(jù)報表，包括分鐘數(shù)、小時均值、日均值、月均值報表；將需要傳送至環(huán)保國控平臺的數(shù)據(jù)傳輸至傳省廳數(shù)據(jù)采集儀。

傳省廳數(shù)采儀也可以納入數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，四臺機組各設(shè)置一臺傳省廳數(shù)采儀，將各臺機組數(shù)據(jù)通過獨立網(wǎng)絡(luò)傳輸至工控平臺。

3.2.2 硬件配置

計算機：工控型計算機，CPU：主頻600MHz或更高；內(nèi)存：1G或更高；硬盤：500G以上的可用空間；裝多串口采集卡。

控制網(wǎng)絡(luò)柜：在各CEMS小間，本系統(tǒng)設(shè)計生產(chǎn)專用的現(xiàn)場控制柜。

穩(wěn)壓冗余無擾切換電源：由于燃煤電廠大型用電設(shè)備多，容易造成現(xiàn)場供電需求大、尖峰干擾多，所以現(xiàn)場應(yīng)安裝穩(wěn)壓電源，且必須雙路冗余無擾切換，以保證設(shè)備的持續(xù)穩(wěn)定用電需要。

另外各個CEMS小間配置一臺打印機。

3.2.3 軟件配置

操作系統(tǒng)：采用Windows2007操作系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)庫軟件：Mircrosoft的MSDE。

通訊軟件：本軟件通訊底層用C++Builder開發(fā)。

圖形界面軟件：圖形界面采用Delphi實現(xiàn)。

污染源在線監(jiān)測軟件：根據(jù)實際配置站點服務(wù)臺、測點數(shù)據(jù)采集服務(wù)、數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

3.3 廠級監(jiān)控中心

3.3.1 功能實現(xiàn)

廠級監(jiān)控中心是本設(shè)計的重點，通過廠級監(jiān)控中心將全廠四臺機組脫硫脫硝所有環(huán)保數(shù)據(jù)統(tǒng)一起來，把獨立于就地各個角落的環(huán)保監(jiān)測儀器儀表和數(shù)據(jù)整合在一起，便于分析、統(tǒng)一管理，不用奔波于各個分散的煙氣小間就可以了解全廠環(huán)保數(shù)據(jù)情況，并且完成實時數(shù)據(jù)狀態(tài)故障報警。通過短信功能，實現(xiàn)環(huán)保數(shù)據(jù)超標(biāo)和數(shù)據(jù)上傳中斷等異常實時短信報警提醒。

3.3.2 硬件配置

除了增加網(wǎng)絡(luò)安全防火墻、工業(yè)級無線MODEM傳輸設(shè)備，硬盤存儲采用1TG以上可用空間外，其余和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)硬件配置相同。

3.3.3 軟件配置

除了增加用于遠(yuǎn)程反控的WEB技術(shù)功能、超標(biāo)留樣及短信報警功能外，其余和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)軟件配置相同。

3.3.4 短信報警功能

目前GSM移動通信廠商除了生產(chǎn)普通的手機外，通常還提供GSM通信模塊供其他產(chǎn)品配套使用。在國內(nèi)比較常見的GSM模塊主要有Wavecom的Wismo2C和西門子公司的TC35[2]。本系統(tǒng)采用的是西門子公司的TC35，通過超標(biāo)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)上傳丟失轉(zhuǎn)換成一個觸發(fā)信號，再通過一定通訊結(jié)構(gòu)的短消息發(fā)至設(shè)定好的固定手機號碼的手機上。

3.4 環(huán)保監(jiān)測平臺網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從環(huán)保在線監(jiān)測儀器儀表輸出的信號經(jīng)過隔離器后分別至電廠DCS、省電力中心調(diào)度RTU、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，至數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)經(jīng)過ADM4520和ADM4117轉(zhuǎn)換匯總獲得。

各臺機組脫硫和脫硝CEMS小間數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)工控機的數(shù)據(jù)本身存儲外，一路經(jīng)過MODBUS通訊至傳省廳數(shù)采儀；另一路經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)過光纖至局域網(wǎng)交換機匯總，再通過通訊網(wǎng)關(guān)到廠級監(jiān)控中心服務(wù)器，另外同時通過局域網(wǎng)防火墻將數(shù)據(jù)送至辦公局域網(wǎng)。具體整個網(wǎng)絡(luò)配置及其數(shù)據(jù)傳輸路徑和設(shè)備見圖1。

圖1 環(huán)保監(jiān)測平臺網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)束語

目前在全國各地燃煤電廠超低排放改造大背景下，環(huán)保數(shù)據(jù)需要更加精準(zhǔn)及時測量，異常情況必須及時發(fā)現(xiàn)并果斷采取措施。本案例論述的環(huán)保監(jiān)測平臺投入運行將近一年，經(jīng)過實踐證明，效果非常明顯，大大縮減了之前靠運行人員監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)異常再通知檢修人員，或檢修維護人員巡檢發(fā)現(xiàn)異常后再采取措施這一中間環(huán)節(jié)的時間，小時均值異常超標(biāo)被考核電價的次數(shù)明顯減少。除了燃煤電廠環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)，本平臺對于儀器儀表測點分散而出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時需及時發(fā)現(xiàn)、及時處理的其他數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)可提供借鑒。

[1]國家環(huán)境保護總局.中華人民共和國環(huán)境保護行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T75-2007）（試行）.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007，07.

[2]袁飛，程恩，歐曉麗.基于GSM短信息的遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).計算機運用研究，2005（5）：0171～0172.

TP277

A

1004-7344（2016）28-0271-02

2016-9-22

蘭演明（1987-），男，助理工程師，本科，研究方向為電力。