火电机组环保监控系统开发及应用

张海燕，徐劲松，李乐丰（.华电国际技术服务中心，济南　5004；.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南　50003）

火电机组环保监控系统开发及应用

张海燕1，徐劲松1，李乐丰2
（1.华电国际技术服务中心，济南250014；2.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003）

“十二五”以来，国家环保政策日益严格，火电企业污染治理设施快速建设和新工艺不断应用，对火电机组环保监管提出了更高的要求。针对环保现状，设计开发了集团级火电机组环保监管系统，实现对环保异常的实时报警及分析诊断，环保统计数据的集成化管理。该系统通过数据处理系统、异常条件库、分析诊断模型，对环保设施异常实现实时报警和提前预警，通过专家库实现远程分析诊断，实现环保数据的智能化应用。通过两年的应用，实现了对集团级火电机组环保的有效监管和技术指导，对企业环保工作的高效管理、达标排放、安全运行、指标优化发挥了积极的作用。

环保监控系统；火电机组；报警

0　引言

随着火电机组大气污染物排放标准的不断提高，国家对火电企业环保设施运行和达标排放［1］的监管和处罚力度越来越大，达标排放直接影响火电企业的社会形象和经济效益，环保管理成为关系企业健康生存和可持续发展的重要工作。而当前环保管理缺乏可靠有效的管理工具，主要通过现场检查或者企业汇报来了解掌握企业的环保信息，无法实现全过程和即时管理。同时，十二五以来，企业环保技改工程进展快速，新的环保工艺不断应用，企业缺少经验积累，在环保设施的异常处理及经济运行方面存在不足。而 “火电机组集团级环保监控系统”（以下简称“环保监控系统”）主要是为了满足以上两方面的环保要求而设计开发的。

环保监控系统使用PI数据库，实现对数据的实时读取，通过数据处理系统、异常条件库、分析诊断模型，实现对环保台账的自动管理，对环保设施异常的实时报警和提前预警；通过数据库管理，实现异常的远程分析诊断，实现环保数据的智能化应用。通过近两年的应用，实现了对集团级火电机组环保的有效监管和技术指导，对企业环保工作的高效管理、达标排放、安全运行、指标优化发挥了积极的作用。

1　环保监控系统设计

1.1整体结构

环保监控系统与节能监控系统一起布置，实现基础数据共享，软、硬件系统公用。监控平台的功能以业务需求为主线配置软硬件系统，对近百台发电机组的海量实时数据进行分类收集、分析筛选，利用异常报警、分析诊断模型和数据分析工具进行深度数据挖掘，实现对机组环保异常报警，参数预警判断，异常分析诊断及环保统计数据的自动化管理。图1列出了环保监控系统各部分组成及主要功能模块。

环保监控系统数据采集基于自动化和智能化两个要求，所有生产数据通过数据处理，全部取自PI系统数据库，取消人工数据干预，实现所有的生产参数自动读取和处理。

图1　环保监控平台整体结构

1.2数据构架

系统实时数据采用PI系统进行构建，下属单位实时数据传输到公司实时数据库，公司采用双机热备，并同步到公司镜像PI。关系型数据库仅用于存放计算完以日、月、年为周期汇总后的统计指标，以及系统配置、权限设置等结构化数据，见图2。

需要填录的信息，通过基础数据填报和实时数据处理流程满足平台基础数据录入。基础数据填报流程见图3（以设备台账填报为例）。

图2　环保监控平台数据构架

图3　基础数据填报流程

1.3业务构架

环保监控平台主要分为4部分：设备台账、异常报警、分析诊断和报表应用，相互关联，数据共享，实现环保全流程管理。设备台账模块提供环保基础信息管理、环保管理综合评价等综合环保管理功能；异常报警模块实现异常报警及预警，通过对设备台账及基础数据进行计算，建立条件库，实现报警和预警；分析诊断模块用于对异常的分析诊断和闭环管控，与异常报警直接关联，对报警内容进行分析，分析结果反馈到异常报警库中，校核报警功能，丰富分析诊断数据；报表应用模块实现对环保数据的自动管理、报表生成及数据的分析应用，数据来源于其他模块，又输入到其他模块。业务构建见图4。

图4　环保监控系统业务构架

2　环保监控平台功能

环保监控平台主要功能是实现对分管火电企业全流程环保管理，同时提升公司的环保指标。主要实现以下功能需求：一是分级条件库+分析诊断模型，建立42项异常报警，对脱硫、脱硝和除尘环保设施进行实时监管，并对监督发现的异常实现在线分析及整改情况跟踪；二是模板+评价模型，对环保设备、环境事件等台账进行管理，实现环保台账的持续管理，对环保设备、环境风险等指标的分析，评价、评比；三是统计数据库+报表定制模板，对216个环保统计数据进行自动统计，并根据不同的要求，实现固定报表及临时报表的编制工作，实现环保统计数据集约化、选择性和自动化统计和管理。

2.1异常报警功能

对整个环保系统设置监控点，模拟实际运行条件，区别于国家重点企业自动监控系统的排放参数监控和电厂DCS的生产参数报警，侧重实现对环保指标异常和逻辑不符等隐患的监督［2-3］，实现对污染物排放、环保风险指标等42项指标的分级实时（预）报警。其中，污染物排放异常报警包括污染物时均浓度超标、环保设施退出运行、脱硫废水超标等，主要对环保部门监督的指标进行重点报警；环保存在隐患报警包括污染物排放浓度异常，烟气量与实际负荷不匹配，机组停机参数异常等，主要对环保参数逻辑存在异常进行报警；环保设施异常报警包括脱硫系统效率低（低于当前负荷设计值）、脱硝效率低（低于当前负荷设计值）、氨气供应量不足（低于理论应供应量）等环保设施出现异常的报警；其他类型包括数据终端、数据故障、烟气温度报警等报警，主要为分析诊断提供判断依据。

针对不同的工艺，确定不同的条件，选定不同的判断参数，设定不同的判断公式，建立不同的报警分类。例如：对于脱硫效率低的报警［4］，按照石灰石-湿法单塔、循环流化床、海水脱硫、石灰石-湿法双塔、海水脱硫+双塔等不同的脱硫工艺，确定不同的判断参数，通过判断参数对运行条件进行模拟计算，实现对不同工艺脱硫设施的脱硫效率低报警。

通过条件倒推，确定需要关注的异常问题，分析影响因素，增加筛选条件，实现异常的准确判断。仍然以脱硫效率低报警为例，通过报警模型计算出来的脱硝效率，与实际排放浓度、实际脱硫效率进行对比，再通过与运行调整、实际运行工况等边界条件分析条件筛选，实现对脱硫效率低的准确报警。

环保监控系统对监督发现的异常实现分级管理。环保监控系统对所有的异常通过条件自动触发，及时报警。根据异常的性质、污染强度设置了监督通知单、调整通知单及联系单三种不同响应等级的分类报警，对应从运行调整、技术管理、环保监督直至单位负责人不同层面的报警对象和管理流程，各厂根据流程要求对异常进行反馈闭环。

2.2分析诊断功能

环保监控系统通过建立分析诊断模型，设置分析诊断流程，实现异常自动分析诊断。首先设置逻辑条件关联实现初步分析。通过逻辑条件、关联模型、台账信息，实现异常原因的初步分析，并对原因比较直接的异常，系统自动给出诊断结果。第二，建立系统自动分析模块。建立关联参数模型并自动生成异常对应的相关参数、对应时段的历史趋势，通过各参数的逻辑关系，详细分析异常原因。系统分析后，发送监督通知单对异常进一步判断印证。对于重要的、需要进一步分析的异常，系统自动发送监督通知单，被通知单位对异常原因进行确认和反馈，进一步确定异常原因。

开发脱硝喷氨量、催化剂压差趋势诊断模块。建立折算喷氨量和催化剂比较压差等概念［5］，由于实际喷氨量、催化剂压差受机组负荷、脱硝效率、氨逃逸浓度等实际工况的影响，通过建立折算喷氨量计算模型，剔除机组负荷和脱硝效率对喷氨量的影响，建立理论值、设计值、实际值、修订值等不同状态下的数据曲线，通过对曲线趋势及变化幅度的分析，对喷氨量等脱硝催化剂性能开展提前诊断和分析［6］。

建立统计分析功能，对异常原因及分类进行自动管理。一是通过平台实现闭环管理，对环保设施重要隐患、重复报警和长期整改不力等情况进行统计分析和排名；二是对于重要隐患或重复报警等发起隐患整改通知单，督促企业在规定时间内整改；三是建立“日监控、周通报、月分析”的工作模式，自动生成日、周、月监管报表，实现环保日汇总、周通报、月分析，并且在公司的周例会安全情况中进行通报，通过环保监督月报，分析环保指标同比环比情况，及时发布交流信息，对改进措施跟踪落实情况。

2.3环保数据应用功能

建立统一环保统计指标体系和计算口径。编写了火电企业环境保护监督管理指标统计标准，对国家环保指标填报体系、总量核查细则等文件进行科学解读和研究，按照不同的统计要求规定不同的环保统计口径，建立了216个统计数据和计算公式。

实现环保统计数据智能化统计。建立指标与数据读取规则，对排放浓度超标、环保设施非计划退出等异常进行直接计算，实现对环保设施可靠性指标、超标电量、排放绩效等指标自动统计，保证了指标与生产情况的根本一致。同时建立设备台账关联规则，对统计的指标进行应用和分析，对于需要的报表自动读取相关台账信息，生成完整的环保统计报表。

建立固定模板加报表灵活定制，满足当前环保管理的实际需求，减少人工统计成本，提高环保统计绩效。建立固定报表模板，实现现有报表的自动生成，建立报送流程和下载窗口，实现自动上报和模板下载。根据需求条件生成需要的各类临时报表，通过报警、台账等信息，自主选择确定数据统计种类并进行统计、汇总，实现临时报表的灵活定制和自动生成。目前环保监控平台作为日常环保管理的主要数据库，基本满足环保报表自动上报工作要求，大大提高了环保统计工作的效率和质量。

2.4设备台账功能

2.4.1环保设施台账

建立完整规范的环保设施台账。按照治污流程，建立完整的环保设施信息，包括环保设施建设信息、设计参数、报警参数等有关信息的台账模板，实现对环保设施技改、升级改造、催化剂更换等不同类型的台账填报模板。建立自动审核功能，对于各参数从单位、数据基数、指标实际等进行校核，例如对机组的灰渣比、设计硫分及入口二氧化硫浓度等进行自动校核，然后实现人工确认，保证环保设施数据规范。

实现设施台账数据的灵活应用。建立设备台账数据分析，对于环保技改频次、单位费用及投资成本等进行统计，与排放情况、统计报表进行结合，实现进一步的分析和应用，对环保管理提出有价值的环保指标数据。

2.4.2环保管理台账

结合环保不安全事件管理办法，实现对不安全事件的管理。建立不安全事件分级条件，按照事件性质（例如：突发环境事件、总量减排、环保通报处罚、环保罚款处罚等）不同，下发部门（例如：各级环保部门、不同上级部门等）不同，按照不同的处罚手段（罚款、停产治理、限期整改等），进行管理。并且实现与移动设备的联网，实现信息及时发布和即时管理。

2.4.3分级评价功能

建立科学的环保评价细则，合理的评分标准，实现环保管理分级评价功能。结合国家有关环境信用评价文件和华电集团责任兑现办法的要求条件，建立相关的评价规则，基本实现相关的评价和考评。按照环保设施、指标和管理三方面内容的自动评价，建立起可独立评价或综合评价的评价体系，设置否决项，实现对企业环保工作的自动评价，实现环保工作能追溯、可预测。

所有的条件、模型保留修改途径和条件，满足当前环保改造和环保技改后的设置要求，保证平台的可维护性。所有的数据、台账保留修改痕迹，便于追溯。

3　应用效果

环保监控系统自2013年开始开发，2013年10月份进入分步调试，运行以来，实现对近百台机组环保设施的实时监管，对SO2、NOx、烟尘排放浓度超标等重点异常进行重点监管，闭环管理，平均每台机组发出监督通知单上百份，完成年度环保数据的自动统计，完成了70余期环保异常周报及35期环保月报，下发隐患整改通知单8份。例如在监控中，系统对某电厂某台315万kW机组脱硫运行效率低进行了报警，分析该机组在满足设计条件及设备当前运行状况下，脱硫效率低于当前工况的设计值，通过厂里检查，确认GGH在小修后，存在低泄漏风机缺陷，造成原烟气泄漏量增加，从而造成脱硫效率低；例如：系统对某60万kW机组喷氨量进行报警，分析机组近期折算喷氨量偏高，即去除负荷、氨逃逸、脱除效率等边界条件的影响，机组实际喷氨量高于当前工况下的理论喷氨量，通过现场分析，发现喷氨流量计出现故障，进行了消缺。环保监控平台通过每周、月度报表功能，编制下发了百余期环保异常周报和25期环保监督月报，分析存在问题，并提出改进建议和措施，同时，开展定期分析诊断功能，对于存在的共性和特性的问题，通过下发隐患通知单或制定技术措施的方式，提出整改建议，大大提升了环保设施的可靠性。

同时，随着环保监控系统的应用，系统的数据、信息不断积累丰富，对异常分析诊断、数据应用方面提供更全面可靠的支持数据。环保监控系统将对设备状态评估分析、环保宏观数据分析等方面提供更为有价值的作用。

4　结语

建立可靠的实时数据采集系统是保证平台准确可靠运行的前提。环保监控平台采用PI数据系统实现与厂里数据的实时传输，通过增加数据准确性的判断，实现平台数据传输同步，对于异常数据及时报警，保证了实时数据的准确连贯，各项功能才能有效实现。

环保统计工作在企业长远规划甚至社会、国家的可持续发展中都发挥不可忽视的价值，并且随着社会整体对环保工作的重视，环保统计的价值将越来越大。而环保监控系统通过对火电企业环保的全过程管理，自动形成科学的环保统计数据体系，在企业的发展中发挥价值。环保监控系统具备大量、大区域、全面的环保数据，但这些大量的环保数据只是作为简单的统计和分析。随着众多企业在发展过程中所积累的数据量不断放大，数据分析软件和技术的不断深入应用，通过深度智能分析和建模，环保监控系统将不仅作为环保监督和技术服务的工具，更多的是环保规划和发展的智库，为环保绩效评价、环保远期规划，为社会提供有价值的环保方案。

［1］GB 13223—2011火电厂大气污染物排放标准［S］.

［2］DL/T 1149—2010火电厂石灰石/石灰-石膏湿法烟气脱硫系统运行导则［S］.

［3］HJ 562—2010火电厂烟气脱硝工程技术规范——选择性催化还原法［S］.

［4］曾庭华，杨华，廖永进，等.湿法烟气脱硫系统的调试、试验及运行［M］.北京：中国电力出版社，2008.

［5］梁川，沈越.1 000MW机组SCR烟气脱硝系统优化运行［J］.中国电力，2012，45（1）：41-44.

［6］李德波，廖永进、陆继东，等.燃煤电站SCR催化剂更换周期及策略优化数学模型［J］.中国电力，2013，46（12）：118-121.

Development and App lication of Environmental M onitoring System in Thermal Power Plants

ZHANG Haiyan1，XU Jinsong1，LILefeng2
（1.Tecnicital S ervice C enter of Huadian I nternational E lectric P ower Co.，Ltd.，Jinan 250014，China；2.Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

During the twelfth five-year plan，the increasingly stringent environment policy calls for higher requirements to the pollution control facilities in thermal power plants.In order to realize real-time alarm，analysis and diagnosis themalfunction of the pollution control facilities，and enhance the supervision level of environmental protect statistical data in the power industry，a group environmental protectionmonitoring system is researched and constructed.The real-time alarming and early warning of the malfunction of pollution control facilities can be achieved through the data processing system，abnormal condition database，analysis and diagnosismodel，environmental data can be intelligently applied through the remote analysis and diagnosis of the expert database.In the past two years，the group environmental protection has been effectively administrated and directed by this system.It has played a positive role in the management，emission-reduction，safety operation and index optimization of the environmental protection in thermal power plants.

environmentalmonitoring system；thermal power plants；alarm

TM611；X830.3

A

1007－9904（2016）04－0034－05

2015-10-17

张海燕（1977）女，高级工程师，从事火电厂环保管理及设备管理工作；

徐劲松（1979）男，高级工程师，从事火电厂环保管理及设备管理工作。