江西电网火电机组烟气排放监测平台的研发与运行

邓永强，刘晓磊，林福海

（国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

为充分监督和鼓励江西省电网火电机组不断提高环保设施的运行水平和大气污染物的脱除效率，降低火电厂大气污染物的排放量，江西省依据国家发改委、环境保护部《燃煤发电机组环保电价及环保设施运行监管办法》（发改价格2014〔536〕号）和《国家电网公司关于加强火电机组烟气排放监测功能平台建设的指导意见》（国家电网调2014〔824〕号）要求，建立了省级电网火电机组烟气排放监测平台（以下简称监测平台）。

监测平台将火电机组的脱硫、脱硝、除尘等环保设施的全部工艺过程和主机系统的关键参数纳入监控范围，对这些设施的运行情况进行连续在线监测，全面评估污染物排放情况，为节能减排监测工作提供技术支撑。

1 监测平台具备的功能

火电机组烟气排放监测平台具备如下功能[1]：

1）每台燃煤机组脱硫、脱硝、除尘设施运行状态及烟气排放实时监测功能。

在线监测每台机组脱硫、脱硝、除尘设施实时运行状态，脱硝、除尘设施进、出运行参数以及烟气排放实时状况。

2）每台燃煤机组脱硫、脱硝、除尘设施运行数据统计分析。

根据国家环保部的相关规定，计算机组烟气SO2、NOX、烟尘排放浓度小时均值；统计以上3项污染物排放浓度小时均值超过国家排放标准的时间；同时对机组脱硫、脱硝、除尘设施投运率进行统计分析。在小时均值统计结果的基础上，进行日、周、月、季度、全年的统计分析。

3）每台燃煤机组SO2、NOX、烟尘超标时段电量统计。

依据机组烟气SO2、NOX、烟尘排放浓度小时均值超限时间数据，省公司电能量计费系统转发的每台机组上网电量数据，统计、计算每台机组、每个电厂3种污染物排放浓度超限所对应时段的上网电量，自动生成扣减或扣罚金额。

4）报表处理打印。

具备独立完备的报表系统，能够完成各类分析报表的制作、生成和发布查询；能根据用户需求，组态生成各种统计报表功能；报表系统要求支持类Excel的电子表格，具有Excel表格的各种功能、数学统计时间和日期函数，从而能够制作各种需求的报表；系统能够提供时报表、日报表、月报表等不同周期的报表，并可以提供用户指定时段之间数据的报表。

5）历史数据管理。

对采集到燃煤机组的各种运行信息能够自动存储到历史数据库中，实现方便的历史数据管理。数据编码要统一规范，便于大规模处理、分析，减少系统维护和数据处理难度。能对采集到的每一个信息点数据，按照1 min、5 min、15 min、60 min等时间间隔选定存储周期，实现历史数据的存储记录，历史数据库应具备定时存储和在异常状态下存储历史数据的功能；具有访问历史数据库的接口并可随时检索和使用；保存的数据可用报表、画面以及曲线的方式显示；对于存储的修改过的数据应具有修改标志；历史数据修改后应具有重新统计分析的功能；历史数据保存的时间至少应满足5年的需要。

6）报警信息发布。

在机组监测数据传输过程中，如出现全局通信中断或机组级数据中断的情况，系统将以短消息的形式在第一时间通知相关人员，以便及时处理。从发电企业传来的监测数据，有时会出现数据超上限或超下限等异常情况，通过发布这些异常数据给发电企业，让发电企业能够及时地处理数据采集、传输中存在的问题，并能通过网站上报必要的辅助数据。

7）数据转发。

根据采集的机组运行数据、脱硫、脱硝和除尘设施的运行状态数据，对采集数据的合理性进行校核，对异常数据和不合理数据做了提示或警告，并设置异常标志，并将异常数据反馈给相关人员。

2 系统的组成及功能实现

烟气排放监测平台包括国网江西省电力有限公司主站和省内各电厂端子站，平台主站设在国网江西省电力有限公司电力调度控制中心。火电厂各燃煤机组脱硫、脱硝、除尘设施的运行参数、烟气在线监测系统（以下简称CEMS）数据和烟囱入口CEMS数据，由电厂端子站的采集网关处理后，通过国网江西省电力有限公司电力调度控制中心调度数据网传送到烟气排放监测平台主站，这些信息经数据库服务器、计算服务器、应用服务器的计算、统计、分析处理后，确定每台机组脱硫、脱硝、除尘设施运行时段，每台机组SO2、NOX、烟尘排放浓度等小时均值不达标时段数据，为环保电价支付提供可靠依据；对已达到烟气超低排放要求的机组，同时统计SO2、NOX、烟尘排放浓度等小时均值达标时段数据，并形成各种报表，提供给相关部门。

2.1 每台火电机组需要采集的相关运行参数

相关运行参数包括机组脱硝、除尘、脱硫和烟气排放口处的在线监测数据，具体如下：

1）烟气排放口采集参数包括SO2、NOX、烟尘浓度、含氧量、湿度、烟温和流量等[2]。

2）脱硫设施采集参数，对于湿法脱硫系统，包括脱硫设施进出口SO2浓度、脱硫设施进出口烟气含氧量、烟气温度、烟气流量、氧化风机电流、浆液循环泵电流、浆液PH值等历史数据。对于循环流化床炉内喷钙脱硫系统，包括自动添加脱硫剂系统输送风机电流、SO2排放浓度、烟气含氧量、烟气温度、烟气流量、石灰石仓料位等历史数据[3]。

3）脱硝设施采集参数包括脱硝设施进出口NOX浓度、脱硝设施进出口烟气含氧量、还原剂流量、稀释风机电流、氨逃逸浓度等。

4）除尘设施采集参数主要为静电除尘器、布袋除尘器、电袋除尘器运行过程控制参数信号。采用电除尘方式包括除尘一次电压、一次电流、二次电压、二次电流等历史数据；采用袋式除尘器进出口压差、消灰压力等数据。

2.2 衡量环保电价扣减和超低排放电价补贴的主要技术指标

衡量环保电价扣减和超低排放电价补贴的主要技术指标具体如下：

1）烟气中污染因子排放浓度。

烟气中污染因子排放浓度是指烟囱入口处烟气中SO2、NOX或烟尘的浓度。

取烟囱进口CEMS系统测量折算后的SO2、NOX和烟尘浓度（燃煤锅炉过量空气系数取1.4）。

式（1）中，k指SO2、NOX或烟尘的小时平均浓度（小时浓度统计时段指整点时间段，比如1:00~2:00，2:00~3:00）。

2）机组上网电量。

机组发电上网电量统计与烟气中污染因子排放浓度小时值相对应，以小时统计为单位，小时电量值以整点时间为区间的每次采集当前功率值的积分累计量，比如统计以1∶00从零开始计，瞬时上网电量积累至2∶00为止，从2∶00又重新从零开始下一个小时段的统计。

式（2）中，Q为机组上网电量，kW·h；P为机组当前功率值（每10秒累计值），kW。

3）污染物排放浓度超标倍数。

超标倍数β是指污染物因子浓度值超过相应标准值的倍数，比如SO2小时平均浓度值为240 mg/m3，SO2标准值200 mg/m3，则：

4）环保电价扣减统计。

环保电价扣减（元）=k1×k2×相应考核电量，其中相应考核电量是与SO2、NOX或烟尘的小时平均折算后的浓度超过标准时段浓度的机组上网电量值。

k1是污染因子超标倍数，当超标倍数小于1时，k1取1.0；当k1不小于1时，由政府部门决定取值。

当超标污染因子为烟尘时，k2=0.002元/kW·h；当超标污染因子为SO2时，k2=0.015元/kW·h；当超标污染因子为NOx时，k2=0.01 元/kW·h。

5）超低电价统计。

超低电价补贴（元）=k1×k2×相应考核电量，其中相应考核电量是与SO2、NOX和烟尘的小时平均折算后的浓度均同时满足烟气超低排放标准要求时段浓度的机组上网电量值。

k1：按季度统计，对符合超低限值的时间比率达到或高于99%的机组，k1取1.0；对符合超低限值的时间比率达到或超过80%的机组，k1取0.9；对符合超低限值的时间比率低于80%的机组，k1取0。

k2：对2016年1月1日以前已经并网运行的现役机组，k2=0.01元/kW·h；对2016年1月1日以后并网运行的新建机组，k2=0.005元/kW·h。

2.3 系统构成及实现方法[4]

根据《国家电网公司关于加强火电机组烟气排放监测功能平台建设的指导意见》的要求，火电机组烟气排放监测信息属于电厂实时生产信息，需连续传输，按照功能划分平台部署在安全Ⅱ区，通道采用调度数据网，主站配置2台前置服务器兼作数据服务器，实现信息的采集与存储。新建烟气排放监测平台应在D5000平台上集成，在Ⅱ区部署相关应用。火电厂子站数据经调度数据网送到调控中心，数据处在安全Ⅱ区，在D5000平台上集成烟气排放监测平台，电科院设置工作站，作为1个节点在Ⅱ区部署相关应用，也可同步调阅相关烟气排放监测平台信息。该主站系统构架，需购置的硬件设备少、无需另外购置数据库，组网简单快捷，省时、省力、省钱，安全有保证。

图1 主站总体架构图

2.3.1 电厂侧构架[5]

电厂侧系统部署在安全Ⅱ区，通过电厂侧部署采集网关与主站通信。电厂侧每2台机组设置3台测控装置，采集每台机组脱硫、脱硝、除尘等环保设施的烟气在线监测系统数据和设备运行参数，经采集网关将数据送到调度数据网。

图2 电厂站内架构图

以某厂4台机组为例，在电厂1、2号机电子间和3、4号机电子间各配置1面采集屏，每面屏中配置3台测控装置通过硬接线采集脱硫、脱硝数据，并计算相应的脱硫、脱硝效率；1、2号机电子间采集屏中配置1台脱硫脱硝除尘监测采集网关，通过网络与各装置通讯，接收相关脱硫、脱硝数据；同时通过串口MODBUS规约与各机组DCS通讯，接收相关除尘信息。采集网关将所有信息汇总后根据调度要求，将相关信息通过调度数据网上送省调主站，通讯规约采用IEC60870-5-104。在1、2号机集控室配置1台当地监视后台，通过网络接入系统，显示所有采集的信息，并形成相应的报表。若1、2号机电子间与3、4号机电子间之间距离较远，通过光缆连接。

2.3.2 通信方式

主站与厂站间采用网络通信方式，烟气排放信息通过电厂Ⅱ区通信网关机汇集烟气排放数据，经调度数据网上传至调度主站。调度端D5000中新建1条链路与电厂Ⅱ区通信网关机进行通信，通信规约采用IEC60870-5-104。

图3 子站与主站通讯方式图

3 平台建成后的监测情况

监测平台与江西省内13家燃煤电厂的33台火电机组实现了联网，监测平台从2016年6月起投运，为江西省燃煤电厂排放烟气中污染物的控制情况提供了真实、可靠的依据。监测平台具有实时数据监控、数据查询、统计报表、系统管理共计四大功能。其中的部分功能展示见图4、5、6。

图4 丰城二期电厂5号机组环保设施运行实时数据

图5 丰城二期电厂5号机组实时数据曲线

图6 机组电价考核情况统计报表

从以上3图可以看出本系统能实时监测到燃煤火电厂燃煤机组的环保设施运行情况，掌握运行机组排放烟气中污染物实时排放状况，从而起到有效的监督作用。事实证明，本系统投运后，江西燃煤火电厂燃煤机组的污染物排放浓度明显降低。

4 结语

通过建设火电机组烟气在线监测平台，将燃煤电厂机组烟气排放连续监测系统（CEMS）联成网络，实时监控各燃煤机组运行排放烟气的情况，避免了许多火电企业在享受电价优惠的同时，不运行或不按环保部门批复的要求投运环保设备；并有效地督促了已获得烟气超低排放批复的燃煤机组按超低排放标准要求运行环保设备。

参考文献：

[1]孙栓柱，周春蕾.燃煤电厂环保全工况在线监控系统的设计与应用[J].中国电力，2015，（10）∶54-59.

[2]HJ/T75-2007，固定污染源烟气排放连续监测技术规范[S].

[3]林福海，梅重民.江西省燃煤机组脱硫在线实时监测系统工程的开发与实施[J].仪器仪表与分析监测，2010，（03）∶14-17.

[4]HJ/T212-2005，污染物在线监控（监测）系统数据传输标准[S].

[5]林世隆.电厂端现场数据采集模块的研究与设计[J].华电技术，2012，（02）∶28-30.