江西電網(wǎng)火電機(jī)組煙氣排放監(jiān)測(cè)平臺(tái)的研發(fā)與運(yùn)行

鄧永強(qiáng)，劉曉磊，林福海

（國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

為充分監(jiān)督和鼓勵(lì)江西省電網(wǎng)火電機(jī)組不斷提高環(huán)保設(shè)施的運(yùn)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(guó)家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部《燃煤發(fā)電機(jī)組環(huán)保電價(jià)及環(huán)保設(shè)施運(yùn)行監(jiān)管辦法》（發(fā)改價(jià)格2014〔536〕號(hào)）和《國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于加強(qiáng)火電機(jī)組煙氣排放監(jiān)測(cè)功能平臺(tái)建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》（國(guó)家電網(wǎng)調(diào)2014〔824〕號(hào)）要求，建立了省級(jí)電網(wǎng)火電機(jī)組煙氣排放監(jiān)測(cè)平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱監(jiān)測(cè)平臺(tái)）。

監(jiān)測(cè)平臺(tái)將火電機(jī)組的脫硫、脫硝、除塵等環(huán)保設(shè)施的全部工藝過(guò)程和主機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)納入監(jiān)控范圍，對(duì)這些設(shè)施的運(yùn)行情況進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，全面評(píng)估污染物排放情況，為節(jié)能減排監(jiān)測(cè)工作提供技術(shù)支撐。

1 監(jiān)測(cè)平臺(tái)具備的功能

火電機(jī)組煙氣排放監(jiān)測(cè)平臺(tái)具備如下功能[1]：

1）每臺(tái)燃煤機(jī)組脫硫、脫硝、除塵設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)及煙氣排放實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。

在線監(jiān)測(cè)每臺(tái)機(jī)組脫硫、脫硝、除塵設(shè)施實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，脫硝、除塵設(shè)施進(jìn)、出運(yùn)行參數(shù)以及煙氣排放實(shí)時(shí)狀況。

2）每臺(tái)燃煤機(jī)組脫硫、脫硝、除塵設(shè)施運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

根據(jù)國(guó)家環(huán)保部的相關(guān)規(guī)定，計(jì)算機(jī)組煙氣SO2、NOX、煙塵排放濃度小時(shí)均值；統(tǒng)計(jì)以上3項(xiàng)污染物排放濃度小時(shí)均值超過(guò)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間；同時(shí)對(duì)機(jī)組脫硫、脫硝、除塵設(shè)施投運(yùn)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。在小時(shí)均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行日、周、月、季度、全年的統(tǒng)計(jì)分析。

3）每臺(tái)燃煤機(jī)組SO2、NOX、煙塵超標(biāo)時(shí)段電量統(tǒng)計(jì)。

依據(jù)機(jī)組煙氣SO2、NOX、煙塵排放濃度小時(shí)均值超限時(shí)間數(shù)據(jù)，省公司電能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的每臺(tái)機(jī)組上網(wǎng)電量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)、計(jì)算每臺(tái)機(jī)組、每個(gè)電廠3種污染物排放濃度超限所對(duì)應(yīng)時(shí)段的上網(wǎng)電量，自動(dòng)生成扣減或扣罰金額。

4）報(bào)表處理打印。

具備獨(dú)立完備的報(bào)表系統(tǒng)，能夠完成各類分析報(bào)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(jì)報(bào)表功能；報(bào)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(xué)統(tǒng)計(jì)時(shí)間和日期函數(shù)，從而能夠制作各種需求的報(bào)表；系統(tǒng)能夠提供時(shí)報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表等不同周期的報(bào)表，并可以提供用戶指定時(shí)段之間數(shù)據(jù)的報(bào)表。

5）歷史數(shù)據(jù)管理。

對(duì)采集到燃煤機(jī)組的各種運(yùn)行信息能夠自動(dòng)存儲(chǔ)到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)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(hù)和數(shù)據(jù)處理難度。能對(duì)采集到的每一個(gè)信息點(diǎn)數(shù)據(jù)，按照1 min、5 min、15 min、60 min等時(shí)間間隔選定存儲(chǔ)周期，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)記錄，歷史數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)具備定時(shí)存儲(chǔ)和在異常狀態(tài)下存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)的功能；具有訪問(wèn)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的接口并可隨時(shí)檢索和使用；保存的數(shù)據(jù)可用報(bào)表、畫面以及曲線的方式顯示；對(duì)于存儲(chǔ)的修改過(guò)的數(shù)據(jù)應(yīng)具有修改標(biāo)志；歷史數(shù)據(jù)修改后應(yīng)具有重新統(tǒng)計(jì)分析的功能；歷史數(shù)據(jù)保存的時(shí)間至少應(yīng)滿足5年的需要。

6）報(bào)警信息發(fā)布。

在機(jī)組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，如出現(xiàn)全局通信中斷或機(jī)組級(jí)數(shù)據(jù)中斷的情況，系統(tǒng)將以短消息的形式在第一時(shí)間通知相關(guān)人員，以便及時(shí)處理。從發(fā)電企業(yè)傳來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)超上限或超下限等異常情況，通過(guò)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(shí)地處理數(shù)據(jù)采集、傳輸中存在的問(wèn)題，并能通過(guò)網(wǎng)站上報(bào)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(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)、脫硫、脫硝和除塵設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)采集數(shù)據(jù)的合理性進(jìn)行校核，對(duì)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(biāo)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(shí)現(xiàn)

煙氣排放監(jiān)測(cè)平臺(tái)包括國(guó)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(tái)主站設(shè)在國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力調(diào)度控制中心。火電廠各燃煤機(jī)組脫硫、脫硝、除塵設(shè)施的運(yùn)行參數(shù)、煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)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(guò)國(guó)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(cè)平臺(tái)主站，這些信息經(jīng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、計(jì)算服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器的計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、分析處理后，確定每臺(tái)機(jī)組脫硫、脫硝、除塵設(shè)施運(yùn)行時(shí)段，每臺(tái)機(jī)組SO2、NOX、煙塵排放濃度等小時(shí)均值不達(dá)標(biāo)時(shí)段數(shù)據(jù)，為環(huán)保電價(jià)支付提供可靠依據(jù)；對(duì)已達(dá)到煙氣超低排放要求的機(jī)組，同時(shí)統(tǒng)計(jì)SO2、NOX、煙塵排放濃度等小時(shí)均值達(dá)標(biāo)時(shí)段數(shù)據(jù)，并形成各種報(bào)表，提供給相關(guān)部門。

2.1 每臺(tái)火電機(jī)組需要采集的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)

相關(guān)運(yùn)行參數(shù)包括機(jī)組脫硝、除塵、脫硫和煙氣排放口處的在線監(jiān)測(cè)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(duì)于濕法脫硫系統(tǒng)，包括脫硫設(shè)施進(jìn)出口SO2濃度、脫硫設(shè)施進(jìn)出口煙氣含氧量、煙氣溫度、煙氣流量、氧化風(fēng)機(jī)電流、漿液循環(huán)泵電流、漿液PH值等歷史數(shù)據(jù)。對(duì)于循環(huán)流化床爐內(nèi)噴鈣脫硫系統(tǒng)，包括自動(dòng)添加脫硫劑系統(tǒng)輸送風(fēng)機(jī)電流、SO2排放濃度、煙氣含氧量、煙氣溫度、煙氣流量、石灰石倉(cāng)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(jìn)出口NOX濃度、脫硝設(shè)施進(jìn)出口煙氣含氧量、還原劑流量、稀釋風(fēng)機(jī)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(yùn)行過(guò)程控制參數(shù)信號(hào)。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(jìn)出口壓差、消灰壓力等數(shù)據(jù)。

2.2 衡量環(huán)保電價(jià)扣減和超低排放電價(jià)補(bǔ)貼的主要技術(shù)指標(biāo)

衡量環(huán)保電價(jià)扣減和超低排放電價(jià)補(bǔ)貼的主要技術(shù)指標(biāo)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(jìn)口CEMS系統(tǒng)測(cè)量折算后的SO2、NOX和煙塵濃度（燃煤鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)取1.4）。

式（1）中，k指SO2、NOX或煙塵的小時(shí)平均濃度（小時(shí)濃度統(tǒng)計(jì)時(shí)段指整點(diǎn)時(shí)間段，比如1:00~2:00，2:00~3:00）。

2）機(jī)組上網(wǎng)電量。

機(jī)組發(fā)電上網(wǎng)電量統(tǒng)計(jì)與煙氣中污染因子排放濃度小時(shí)值相對(duì)應(yīng)，以小時(shí)統(tǒng)計(jì)為單位，小時(shí)電量值以整點(diǎn)時(shí)間為區(qū)間的每次采集當(dāng)前功率值的積分累計(jì)量，比如統(tǒng)計(jì)以1∶00從零開(kāi)始計(jì)，瞬時(shí)上網(wǎng)電量積累至2∶00為止，從2∶00又重新從零開(kāi)始下一個(gè)小時(shí)段的統(tǒng)計(jì)。

式（2）中，Q為機(jī)組上網(wǎng)電量，kW·h；P為機(jī)組當(dāng)前功率值（每10秒累計(jì)值），kW。

3）污染物排放濃度超標(biāo)倍數(shù)。

超標(biāo)倍數(shù)β是指污染物因子濃度值超過(guò)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值的倍數(shù)，比如SO2小時(shí)平均濃度值為240 mg/m3，SO2標(biāo)準(zhǔn)值200 mg/m3，則：

4）環(huán)保電價(jià)扣減統(tǒng)計(jì)。

環(huán)保電價(jià)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(shí)平均折算后的濃度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段濃度的機(jī)組上網(wǎng)電量值。

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

當(dāng)超標(biāo)污染因子為煙塵時(shí)，k2=0.002元/kW·h；當(dāng)超標(biāo)污染因子為SO2時(shí)，k2=0.015元/kW·h；當(dāng)超標(biāo)污染因子為NOx時(shí)，k2=0.01 元/kW·h。

5）超低電價(jià)統(tǒng)計(jì)。

超低電價(jià)補(bǔ)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(shí)平均折算后的濃度均同時(shí)滿足煙氣超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)段濃度的機(jī)組上網(wǎng)電量值。

k1：按季度統(tǒng)計(jì)，對(duì)符合超低限值的時(shí)間比率達(dá)到或高于99%的機(jī)組，k1取1.0；對(duì)符合超低限值的時(shí)間比率達(dá)到或超過(guò)80%的機(jī)組，k1取0.9；對(duì)符合超低限值的時(shí)間比率低于80%的機(jī)組，k1取0。

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

2.3 系統(tǒng)構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)方法[4]

根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于加強(qiáng)火電機(jī)組煙氣排放監(jiān)測(cè)功能平臺(tái)建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》的要求，火電機(jī)組煙氣排放監(jiān)測(cè)信息屬于電廠實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息，需連續(xù)傳輸，按照功能劃分平臺(tái)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(tái)前置服務(wù)器兼作數(shù)據(jù)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)信息的采集與存儲(chǔ)。新建煙氣排放監(jiān)測(cè)平臺(tái)應(yīng)在D5000平臺(tái)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(tái)上集成煙氣排放監(jiān)測(cè)平臺(tái)，電科院設(shè)置工作站，作為1個(gè)節(jié)點(diǎn)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(cè)平臺(tái)信息。該主站系統(tǒng)構(gòu)架，需購(gòu)置的硬件設(shè)備少、無(wú)需另外購(gòu)置數(shù)據(jù)庫(kù)，組網(wǎng)簡(jiǎn)單快捷，省時(shí)、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(guò)電廠側(cè)部署采集網(wǎng)關(guān)與主站通信。電廠側(cè)每2臺(tái)機(jī)組設(shè)置3臺(tái)測(cè)控裝置，采集每臺(tái)機(jī)組脫硫、脫硝、除塵等環(huán)保設(shè)施的煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)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(tái)機(jī)組為例，在電廠1、2號(hào)機(jī)電子間和3、4號(hào)機(jī)電子間各配置1面采集屏，每面屏中配置3臺(tái)測(cè)控裝置通過(guò)硬接線采集脫硫、脫硝數(shù)據(jù)，并計(jì)算相應(yīng)的脫硫、脫硝效率；1、2號(hào)機(jī)電子間采集屏中配置1臺(tái)脫硫脫硝除塵監(jiān)測(cè)采集網(wǎng)關(guān)，通過(guò)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(shí)通過(guò)串口MODBUS規(guī)約與各機(jī)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(guò)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(hào)機(jī)集控室配置1臺(tái)當(dāng)?shù)乇O(jiān)視后臺(tái)，通過(guò)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(bào)表。若1、2號(hào)機(jī)電子間與3、4號(hào)機(jī)電子間之間距離較遠(yuǎn)，通過(guò)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(guò)電廠Ⅱ區(qū)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)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(jī)進(jìn)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(tái)建成后的監(jiān)測(cè)情況

監(jiān)測(cè)平臺(tái)與江西省內(nèi)13家燃煤電廠的33臺(tái)火電機(jī)組實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)從2016年6月起投運(yùn)，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(shí)、可靠的依據(jù)。監(jiān)測(cè)平臺(tái)具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、系統(tǒng)管理共計(jì)四大功能。其中的部分功能展示見(jiàn)圖4、5、6。

圖4 豐城二期電廠5號(hào)機(jī)組環(huán)保設(shè)施運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

圖5 豐城二期電廠5號(hào)機(jī)組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線

圖6 機(jī)組電價(jià)考核情況統(tǒng)計(jì)報(bào)表

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

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)建設(shè)火電機(jī)組煙氣在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)，將燃煤電廠機(jī)組煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)控各燃煤機(jī)組運(yùn)行排放煙氣的情況，避免了許多火電企業(yè)在享受電價(jià)優(yōu)惠的同時(shí)，不運(yùn)行或不按環(huán)保部門批復(fù)的要求投運(yùn)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(jī)組按超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求運(yùn)行環(huán)保設(shè)備。

參考文獻(xiàn)：

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