鄧永強，劉曉磊，林福海

（國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

為充分監(jiān)督和鼓勵江西省電網(wǎng)火電機組不斷提高環(huán)保設(shè)施的運行水平和大氣污染物的脫除效率，降低火電廠大氣污染物的排放量，江西省依據(jù)國家發(fā)改委、環(huán)境保護部《燃煤發(fā)電機組環(huán)保電價及環(huán)保設(shè)施運行監(jiān)管辦法》（發(fā)改價格2014〔536〕號）和《國家電網(wǎng)公司關(guān)于加強火電機組煙氣排放監(jiān)測功能平臺建設(shè)的指導意見》（國家電網(wǎng)調(diào)2014〔824〕號）要求，建立了省級電網(wǎng)火電機組煙氣排放監(jiān)測平臺（以下簡稱監(jiān)測平臺）。

監(jiān)測平臺將火電機組的脫硫、脫硝、除塵等環(huán)保設(shè)施的全部工藝過程和主機系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)納入監(jiān)控范圍，對這些設(shè)施的運行情況進行連續(xù)在線監(jiān)測，全面評估污染物排放情況，為節(jié)能減排監(jiān)測工作提供技術(shù)支撐。

1 監(jiān)測平臺具備的功能

火電機組煙氣排放監(jiān)測平臺具備如下功能[1]：

1）每臺燃煤機組脫硫、脫硝、除塵設(shè)施運行狀態(tài)及煙氣排放實時監(jiān)測功能。

在線監(jiān)測每臺機組脫硫、脫硝、除塵設(shè)施實時運行狀態(tài)，脫硝、除塵設(shè)施進、出運行參數(shù)以及煙氣排放實時狀況。

2）每臺燃煤機組脫硫、脫硝、除塵設(shè)施運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

根據(jù)國家環(huán)保部的相關(guān)規(guī)定，計算機組煙氣SO2、NOX、煙塵排放濃度小時均值；統(tǒng)計以上3項污染物排放濃度小時均值超過國家排放標準的時間；同時對機組脫硫、脫硝、除塵設(shè)施投運率進行統(tǒng)計分析。在小時均值統(tǒng)計結(jié)果的基礎(chǔ)上，進行日、周、月、季度、全年的統(tǒng)計分析。

3）每臺燃煤機組SO2、NOX、煙塵超標時段電量統(tǒng)計。

依據(jù)機組煙氣SO2、NOX、煙塵排放濃度小時均值超限時間數(shù)據(jù)，省公司電能量計費系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的每臺機組上網(wǎng)電量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計、計算每臺機組、每個電廠3種污染物排放濃度超限所對應(yīng)時段的上網(wǎng)電量，自動生成扣減或扣罰金額。

4）報表處理打印。

具備獨立完備的報表系統(tǒng)，能夠完成各類分析報表的制作、生成和發(fā)布查詢；能根據(jù)用戶需求，組態(tài)生成各種統(tǒng)計報表功能；報表系統(tǒng)要求支持類Excel的電子表格，具有Excel表格的各種功能、數(shù)學統(tǒng)計時間和日期函數(shù)，從而能夠制作各種需求的報表；系統(tǒng)能夠提供時報表、日報表、月報表等不同周期的報表，并可以提供用戶指定時段之間數(shù)據(jù)的報表。

5）歷史數(shù)據(jù)管理。

對采集到燃煤機組的各種運行信息能夠自動存儲到歷史數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)方便的歷史數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)編碼要統(tǒng)一規(guī)范，便于大規(guī)模處理、分析，減少系統(tǒng)維護和數(shù)據(jù)處理難度。能對采集到的每一個信息點數(shù)據(jù)，按照1 min、5 min、15 min、60 min等時間間隔選定存儲周期，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲記錄，歷史數(shù)據(jù)庫應(yīng)具備定時存儲和在異常狀態(tài)下存儲歷史數(shù)據(jù)的功能；具有訪問歷史數(shù)據(jù)庫的接口并可隨時檢索和使用；保存的數(shù)據(jù)可用報表、畫面以及曲線的方式顯示；對于存儲的修改過的數(shù)據(jù)應(yīng)具有修改標志；歷史數(shù)據(jù)修改后應(yīng)具有重新統(tǒng)計分析的功能；歷史數(shù)據(jù)保存的時間至少應(yīng)滿足5年的需要。

6）報警信息發(fā)布。

在機組監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸過程中，如出現(xiàn)全局通信中斷或機組級數(shù)據(jù)中斷的情況，系統(tǒng)將以短消息的形式在第一時間通知相關(guān)人員，以便及時處理。從發(fā)電企業(yè)傳來的監(jiān)測數(shù)據(jù)，有時會出現(xiàn)數(shù)據(jù)超上限或超下限等異常情況，通過發(fā)布這些異常數(shù)據(jù)給發(fā)電企業(yè)，讓發(fā)電企業(yè)能夠及時地處理數(shù)據(jù)采集、傳輸中存在的問題，并能通過網(wǎng)站上報必要的輔助數(shù)據(jù)。

7）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

根據(jù)采集的機組運行數(shù)據(jù)、脫硫、脫硝和除塵設(shè)施的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，對采集數(shù)據(jù)的合理性進行校核，對異常數(shù)據(jù)和不合理數(shù)據(jù)做了提示或警告，并設(shè)置異常標志，并將異常數(shù)據(jù)反饋給相關(guān)人員。

2 系統(tǒng)的組成及功能實現(xiàn)

煙氣排放監(jiān)測平臺包括國網(wǎng)江西省電力有限公司主站和省內(nèi)各電廠端子站，平臺主站設(shè)在國網(wǎng)江西省電力有限公司電力調(diào)度控制中心?；痣姀S各燃煤機組脫硫、脫硝、除塵設(shè)施的運行參數(shù)、煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱CEMS）數(shù)據(jù)和煙囪入口CEMS數(shù)據(jù)，由電廠端子站的采集網(wǎng)關(guān)處理后，通過國網(wǎng)江西省電力有限公司電力調(diào)度控制中心調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)傳送到煙氣排放監(jiān)測平臺主站，這些信息經(jīng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、計算服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器的計算、統(tǒng)計、分析處理后，確定每臺機組脫硫、脫硝、除塵設(shè)施運行時段，每臺機組SO2、NOX、煙塵排放濃度等小時均值不達標時段數(shù)據(jù)，為環(huán)保電價支付提供可靠依據(jù)；對已達到煙氣超低排放要求的機組，同時統(tǒng)計SO2、NOX、煙塵排放濃度等小時均值達標時段數(shù)據(jù)，并形成各種報表，提供給相關(guān)部門。

2.1 每臺火電機組需要采集的相關(guān)運行參數(shù)

相關(guān)運行參數(shù)包括機組脫硝、除塵、脫硫和煙氣排放口處的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，具體如下：

1）煙氣排放口采集參數(shù)包括SO2、NOX、煙塵濃度、含氧量、濕度、煙溫和流量等[2]。

2）脫硫設(shè)施采集參數(shù)，對于濕法脫硫系統(tǒng)，包括脫硫設(shè)施進出口SO2濃度、脫硫設(shè)施進出口煙氣含氧量、煙氣溫度、煙氣流量、氧化風機電流、漿液循環(huán)泵電流、漿液PH值等歷史數(shù)據(jù)。對于循環(huán)流化床爐內(nèi)噴鈣脫硫系統(tǒng)，包括自動添加脫硫劑系統(tǒng)輸送風機電流、SO2排放濃度、煙氣含氧量、煙氣溫度、煙氣流量、石灰石倉料位等歷史數(shù)據(jù)[3]。

3）脫硝設(shè)施采集參數(shù)包括脫硝設(shè)施進出口NOX濃度、脫硝設(shè)施進出口煙氣含氧量、還原劑流量、稀釋風機電流、氨逃逸濃度等。

4）除塵設(shè)施采集參數(shù)主要為靜電除塵器、布袋除塵器、電袋除塵器運行過程控制參數(shù)信號。采用電除塵方式包括除塵一次電壓、一次電流、二次電壓、二次電流等歷史數(shù)據(jù)；采用袋式除塵器進出口壓差、消灰壓力等數(shù)據(jù)。

2.2 衡量環(huán)保電價扣減和超低排放電價補貼的主要技術(shù)指標

衡量環(huán)保電價扣減和超低排放電價補貼的主要技術(shù)指標具體如下：

1）煙氣中污染因子排放濃度。

煙氣中污染因子排放濃度是指煙囪入口處煙氣中SO2、NOX或煙塵的濃度。

取煙囪進口CEMS系統(tǒng)測量折算后的SO2、NOX和煙塵濃度（燃煤鍋爐過量空氣系數(shù)取1.4）。

式（1）中，k指SO2、NOX或煙塵的小時平均濃度（小時濃度統(tǒng)計時段指整點時間段，比如1:00~2:00，2:00~3:00）。

2）機組上網(wǎng)電量。

機組發(fā)電上網(wǎng)電量統(tǒng)計與煙氣中污染因子排放濃度小時值相對應(yīng)，以小時統(tǒng)計為單位，小時電量值以整點時間為區(qū)間的每次采集當前功率值的積分累計量，比如統(tǒng)計以1∶00從零開始計，瞬時上網(wǎng)電量積累至2∶00為止，從2∶00又重新從零開始下一個小時段的統(tǒng)計。

式（2）中，Q為機組上網(wǎng)電量，kW·h；P為機組當前功率值（每10秒累計值），kW。

3）污染物排放濃度超標倍數(shù)。

超標倍數(shù)β是指污染物因子濃度值超過相應(yīng)標準值的倍數(shù)，比如SO2小時平均濃度值為240 mg/m3，SO2標準值200 mg/m3，則：

4）環(huán)保電價扣減統(tǒng)計。

環(huán)保電價扣減（元）=k1×k2×相應(yīng)考核電量，其中相應(yīng)考核電量是與SO2、NOX或煙塵的小時平均折算后的濃度超過標準時段濃度的機組上網(wǎng)電量值。

k1是污染因子超標倍數(shù)，當超標倍數(shù)小于1時，k1取1.0；當k1不小于1時，由政府部門決定取值。

當超標污染因子為煙塵時，k2=0.002元/kW·h；當超標污染因子為SO2時，k2=0.015元/kW·h；當超標污染因子為NOx時，k2=0.01 元/kW·h。

5）超低電價統(tǒng)計。

超低電價補貼（元）=k1×k2×相應(yīng)考核電量，其中相應(yīng)考核電量是與SO2、NOX和煙塵的小時平均折算后的濃度均同時滿足煙氣超低排放標準要求時段濃度的機組上網(wǎng)電量值。

k1：按季度統(tǒng)計，對符合超低限值的時間比率達到或高于99%的機組，k1取1.0；對符合超低限值的時間比率達到或超過80%的機組，k1取0.9；對符合超低限值的時間比率低于80%的機組，k1取0。

k2：對2016年1月1日以前已經(jīng)并網(wǎng)運行的現(xiàn)役機組，k2=0.01元/kW·h；對2016年1月1日以后并網(wǎng)運行的新建機組，k2=0.005元/kW·h。

2.3 系統(tǒng)構(gòu)成及實現(xiàn)方法[4]

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司關(guān)于加強火電機組煙氣排放監(jiān)測功能平臺建設(shè)的指導意見》的要求，火電機組煙氣排放監(jiān)測信息屬于電廠實時生產(chǎn)信息，需連續(xù)傳輸，按照功能劃分平臺部署在安全Ⅱ區(qū)，通道采用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，主站配置2臺前置服務(wù)器兼作數(shù)據(jù)服務(wù)器，實現(xiàn)信息的采集與存儲。新建煙氣排放監(jiān)測平臺應(yīng)在D5000平臺上集成，在Ⅱ區(qū)部署相關(guān)應(yīng)用?；痣姀S子站數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)送到調(diào)控中心，數(shù)據(jù)處在安全Ⅱ區(qū)，在D5000平臺上集成煙氣排放監(jiān)測平臺，電科院設(shè)置工作站，作為1個節(jié)點在Ⅱ區(qū)部署相關(guān)應(yīng)用，也可同步調(diào)閱相關(guān)煙氣排放監(jiān)測平臺信息。該主站系統(tǒng)構(gòu)架，需購置的硬件設(shè)備少、無需另外購置數(shù)據(jù)庫，組網(wǎng)簡單快捷，省時、省力、省錢，安全有保證。

圖1 主站總體架構(gòu)圖

2.3.1 電廠側(cè)構(gòu)架[5]

電廠側(cè)系統(tǒng)部署在安全Ⅱ區(qū)，通過電廠側(cè)部署采集網(wǎng)關(guān)與主站通信。電廠側(cè)每2臺機組設(shè)置3臺測控裝置，采集每臺機組脫硫、脫硝、除塵等環(huán)保設(shè)施的煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)和設(shè)備運行參數(shù)，經(jīng)采集網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)送到調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)。

圖2 電廠站內(nèi)架構(gòu)圖

以某廠4臺機組為例，在電廠1、2號機電子間和3、4號機電子間各配置1面采集屏，每面屏中配置3臺測控裝置通過硬接線采集脫硫、脫硝數(shù)據(jù)，并計算相應(yīng)的脫硫、脫硝效率；1、2號機電子間采集屏中配置1臺脫硫脫硝除塵監(jiān)測采集網(wǎng)關(guān)，通過網(wǎng)絡(luò)與各裝置通訊，接收相關(guān)脫硫、脫硝數(shù)據(jù)；同時通過串口MODBUS規(guī)約與各機組DCS通訊，接收相關(guān)除塵信息。采集網(wǎng)關(guān)將所有信息匯總后根據(jù)調(diào)度要求，將相關(guān)信息通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上送省調(diào)主站，通訊規(guī)約采用IEC60870-5-104。在1、2號機集控室配置1臺當?shù)乇O(jiān)視后臺，通過網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)，顯示所有采集的信息，并形成相應(yīng)的報表。若1、2號機電子間與3、4號機電子間之間距離較遠，通過光纜連接。

2.3.2 通信方式

主站與廠站間采用網(wǎng)絡(luò)通信方式，煙氣排放信息通過電廠Ⅱ區(qū)通信網(wǎng)關(guān)機匯集煙氣排放數(shù)據(jù)，經(jīng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至調(diào)度主站。調(diào)度端D5000中新建1條鏈路與電廠Ⅱ區(qū)通信網(wǎng)關(guān)機進行通信，通信規(guī)約采用IEC60870-5-104。

圖3 子站與主站通訊方式圖

3 平臺建成后的監(jiān)測情況

監(jiān)測平臺與江西省內(nèi)13家燃煤電廠的33臺火電機組實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)測平臺從2016年6月起投運，為江西省燃煤電廠排放煙氣中污染物的控制情況提供了真實、可靠的依據(jù)。監(jiān)測平臺具有實時數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計報表、系統(tǒng)管理共計四大功能。其中的部分功能展示見圖4、5、6。

圖4 豐城二期電廠5號機組環(huán)保設(shè)施運行實時數(shù)據(jù)

圖5 豐城二期電廠5號機組實時數(shù)據(jù)曲線

圖6 機組電價考核情況統(tǒng)計報表

從以上3圖可以看出本系統(tǒng)能實時監(jiān)測到燃煤火電廠燃煤機組的環(huán)保設(shè)施運行情況，掌握運行機組排放煙氣中污染物實時排放狀況，從而起到有效的監(jiān)督作用。事實證明，本系統(tǒng)投運后，江西燃煤火電廠燃煤機組的污染物排放濃度明顯降低。

4 結(jié)語

通過建設(shè)火電機組煙氣在線監(jiān)測平臺，將燃煤電廠機組煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，實時監(jiān)控各燃煤機組運行排放煙氣的情況，避免了許多火電企業(yè)在享受電價優(yōu)惠的同時，不運行或不按環(huán)保部門批復(fù)的要求投運環(huán)保設(shè)備；并有效地督促了已獲得煙氣超低排放批復(fù)的燃煤機組按超低排放標準要求運行環(huán)保設(shè)備。

參考文獻：

[1]孫栓柱，周春蕾.燃煤電廠環(huán)保全工況在線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].中國電力，2015，（10）∶54-59.

[2]HJ/T75-2007，固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

[3]林福海，梅重民.江西省燃煤機組脫硫在線實時監(jiān)測系統(tǒng)工程的開發(fā)與實施[J].儀器儀表與分析監(jiān)測，2010，（03）∶14-17.

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