火电厂环保实时监控系统研究与开发

张 冉，陈 光

发电技术

火电厂环保实时监控系统研究与开发

张 冉，陈 光

（华电电力科学研究院，浙江杭州 310030）

增强环保设施运行可靠性、加强大气污染物排放监督控制，是落实火电厂环保技术监督工作，实现火电厂节能减排目标的必要手段。本课题以火电厂环保实时监控系统作为火电厂环保技术监督的抓手，以期为火电厂环保监督管理提供决策依据。文章探讨了该系统的功能实现办法、报警条件设置以及日常运维管理的关键问题。

环境； 火电厂； 环保设施； 烟气排放； 实时监控

0 引言

近几年，我国雾霾现象日渐严重，不但威胁人们的身体健康、妨碍正常生活，而且不利于社会的和谐发展。火电厂排放的二氧化硫、氮氧化物、烟尘等大气污染物是雾霾的重要来源[1]，因此国家相继颁布了一系列法律、法规，出台“史上最严”环保法并提高排放限值执行标准，督促火电厂加强对烟气污染物排放的监控工作，把控制火电厂大气污染物排放是我国环境保护工作的重点。目前CEMS（烟气在线监测系统）[2，3]已在火电厂普遍安装，并联网地方环保部门[4]，但对于大型发电集团，电厂多而分散，统一管理难度大，为进一步落实好国家环保政策，发电企业自身应做好环保设施和大气污染物排放监控工作，特别是发电集团需开发环保

实时监控系统远程监督并统一管理[5]下属电厂的环保实时情况，为降低火电厂环保风险以及促进节能减排工作提供技术支持。本文就实时监控系统的功能实现、条件设置以及运维关键进行研究讨论。

1 功能实现

1.1 数据获取与处理

1.1.1 数据采集

现场数据采集层安装于各企业监测点的现场，是整个监控系统最基本的部分。其主要组成部分是烟气监测子站及电厂的CEMS在线监测设备、脱硫系统、脱硝系统、除尘系统以及机组的DCS系统、SIS系统的接口。

烟气监测子站负责采集电厂的CEMS在线监测设备、脱硫系统、脱硝系统、除尘系统、机组DCS系统的各种污染物数据和主机、环保设备运行状态的实时数据。

1.1.2 数据存储

烟气监测子站存储数据库采用体积小、操作系统无关的嵌入式小型数据库，数据库支持数据的快速检索、写入及读取等操作。数据的存储周期根据主站所要求的周期而定，本项目要求数据储存时间至少为一年。

1.1.3 数据传输

烟气监测子站将采集到的数据通过专用网络电缆传送至监控中心。监控中心端与电厂侧监测子站均安装有纵向加密认证装置，以保证网络传送数据的安全性。

1.1.4 数据监控中心

监控中心层是整个监控系统的核心部分。其主要作用为：采集各监测点的监测数据，存储各种原始数据并进行统计、计算，实现各种相关的应用功能，并进行最终的数据展现，供环保监管人员使用。

该中心收集并处理所有监测点的监测数据，监督脱硫系统、脱硝系统、除尘系统的运行状况以及大气污染物排放情况。系统通过专业的数据处理办法，给出脱硫系统、脱硝系统的投运率，脱硫、脱硝、除尘效率，烟尘入口污染物排放浓度小时均值、日均值、排放总量等专业分析所需的统计数据，从而为监管人员客观展示出电厂脱硫、脱硝、除尘系统的运行状态，为环保监管提供了量化依据。

1.2 系统的网络拓扑图

环保实时监控系统与电厂相关控制系统对接时，严格按照国家能源局等有关部门对系统安全防护的规定，确保机组控制系统不受外部病毒的影响。环保信息化平台网络拓扑方案如图1所示。

电厂侧部署相应的数据采集接口机和接口软件，用于采集来自环保相关控制系统（脱硫系统、脱硝系统和除尘系统）的数据，并将数据传输到集团侧实时数据库中，完成数据的采集上传。

2 报警条件设置

2.1 主机退出运行

所有脱硫、脱硝设施退出运行以及SO2、NOx、烟尘超标报警的前提是机组正常运行，因此，首先需对主机是否退出运行做出判断。

（1）机炉对应

机组负荷小于2%装机容量，持续时间达10分钟，判断为主机退出运行。

（2）母管制机组

锅炉蒸发量小于10%额定蒸发量，持续时间达10分钟，判断为主机退出运行。

2.2 脱硫系统退出运行

2.2.1 已拆除旁路机组

（1）湿法脱硫机组

对于拆除烟气旁路（无论是否引增合一）的机组，通过浆液循环泵运行台数确定脱硫系统运行情况。主机运行，浆液循环泵电流大于10A的台数小于1台，判断为脱硫系统退出运行。

（2）海水脱硫机组

对于拆除旁路的机组，通过喷淋泵运行及喷淋母管压力确定脱硫系统运行情况。机组运行，机组对应喷淋泵和公用喷淋泵电流都小于10A且喷淋母管出口压力低于0.05MPa，判断为脱硫系统退出运行。

2.2.2 未拆除旁路机组

（1）有增压风机机组

湿法脱硫/海水脱硫工艺，未拆除旁路且有增压风机的机组，通过增压风机电流判断脱硫运行情况。机组运行，最大增压风机电流小于等于50A，判断为脱硫系统退出运行。

（2）引增合一机组

湿法脱硫/海水脱硫工艺，未拆除旁路且引增合一的机组，通过旁路挡板门开度确定脱硫运行情况。主机运行，旁路挡板门开度大于3%，持续15min，判断为脱硫系统退出运行。

2.2.3 循环流化床机组

循环流化床机组通过石灰石风机电流判断脱硫是否运行。主机运行，最大石灰石风机电流小于5A，判断为脱硫系统退出运行。

2.2.4 其他条件

对于串塔机组，两种处理工艺同时退出则判断退出为退出。

对于多炉一塔机组，如判断为脱硫退出，则所有的运行机组进行脱硫退出报警。

2.3 脱硝系统退出运行

机组运行，所有稀释风机中最大电流小于5A，或单侧的喷氨量（统一单位为kg/h）低于5kg/h，持续10min，如果有一侧退出则判断为脱硝系统退出运行。

同时应注意，氨气供应量单位统一为kg/h，否则容易造成系统误判。转换公式：喷氨量（Nm3/h）×0.759=喷氨量（kg/h）。

2.4 主要污染物小时均值超标

机组单位时间内，三大污染物排放浓度（指排放口的折算浓度）小时均值超过排放限值，则判断为超标。（若其中脱硫系统运行，氧量大于17%，且持续时间不超过10min，将该段时间的污染物排放浓度剔除，不进行计算，即只统计剩余时间的均值）。

3 运维关键

系统进入试运行后，统计一个月内的系统误报情况，发现系统错误报警的原因主要有：电厂侧到集团PI数据传输故障导致的数据异常（下文简称为“数据传输故障”）、CEMS故障、仪表吹扫/校验、电厂测点变动未及时重新配置、集团侧数据库故障、镜像服务器故障、平台调试系统不稳定、电厂侧SIS系统故障。

因此，环保实时监控系统在日常运维时应注意：

（1）集团与电厂定期检查数据库、数据传输设备与线路是否运行良好，提高数据传输有效率。

（2）注意CEMS选型时选择运行稳定性好的设备，并做好CEMS测点的日常运维工作，备品备件数量符合要求，故障后及时修理、更换。

（3）电厂侧测点变动后，及时与系统运维人员联系，尽快更换连接配置。

4 结语

本系统利用互联网技术，建立环保实时监控系统，使“互联网+”成为大数据时代开展环境监管的有力抓手和考核依据。实现了火电厂环保设备主要参数以及大气污染物排放情况的长期实时在线监视，并能够方便环保技术监督负责人员利用历史数据进行分析，从而为发电集团环保事业的发展提供科学、准确、及时的支持，为环保监督工作、环保技术管理提供决策依据，极大程度上减少发电企业环保设备管理成本、提高机组环保设备运行的安全性和经济性、降低设备检修成本。开创了发电企业环保监督工作的新模式，具有巨大的经济意义、社会效益和推广价值。

[1]王锦，吉奕康.北京市主要大气污染源清单及火电厂排放污染物对雾霾天气的影响[J].北京交通大学学报，2015，39（1）：78～82.

[2]王源景，陆继东，莫超.烟气排放在线监测系统结构设计的改进[J].中国电力，2002，35（11）：15～18.

[3]莫超，陆继东，华玉龙.火电厂安装烟气排放在线监测系统探讨[J].中国电力，2001，34（6）：15～18.

[4]陈秋，李振海，张国强，等.火电厂环保设施及烟气污染物排放实时监控系统研究与建设[J].电力建设，2010，31（11）：80～83.

[5]陈立定，秦亚辉.远程环保监控系统的设计与实现[J].计算机测量与控制，2011，19（6）：1377～1379.

Research and Development of Real-time Environment Monitoring System for Thermal Power Plant

ZHANG Ran， CHEN Guang
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Toimplementtechnological supervisionof environmental protectionandget theenergy-savingandemission-reductiontargetsforthermal powerplant，it'snecessarytostrengthenthereliabilityofenvironmental protectionfacilitiesandthesupervisionandcontrol of air pollutantemissions.Thissubjecttakereal-timeenvironmental monitoringsystem asatool tothework ofthermal powerplant'senvironmental andtechnical supervision，inordertothermal powerplantenvironmental protection supervision and management providebasis for decision making.Thefunction implementation，Alarm conditionandproblemsofDailyoperationandmaintenancemanagementofthissystemisdiscussedinthispaper.

environment； thermal powerplant； environmental protectionfacilities；fluegasemission； real-timemonitoring

TM621.6

B

2095-3429（2016）03-0034-03

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.03.007

2016-03-16

修回日期：2016-05-11

张 冉（1989-），女，山东滕州人，硕士，助理工程师，从事火电厂环保技术监督工作。