环保在线监测系统在电网中的应用
环保在线监测系统在电网中的应用
（该文引用于《自动化技术与应用》20l5年第34卷第1期）
1 引言
火电厂烟囱排放出的固体颗粒物、S02、氮氧化物 (NOx)是火电厂主要的污染源，也是造成酸雨和雾霾的 重要原因。为了减少火电厂大气污染物排放对周边环 境的负面影响，我国动用了很多行政手段。如2003年 7月1日实施了《排污费征收使用管理条例》，对企业征收排污费，对于超标排放部分加倍收费，并几度修改 了《火电厂大气污染物排放标准》，对大气污染物排放 要求越来越严。同时，对于积极参与节能减排的发电企 业，也给予了相关政策优惠，鼓励满足环保排放标准的发电企业多发电，并对采取了除尘、脱硫、脱硝措施的发电企业进行电价补贴…。为贯彻落实“十二五”节能减排规划，加强对燃煤机组除尘、脱硫、脱硝设施的运行监管，确保环保电价补贴公平、公正、公开，建设环保在线监测系统将显得越发重要。
2 系统简介
环保在线监测系统首先实时采集火力发电企业D CS 或CEMS系统中的环保数据(如：烟囱入口的烟尘浓度、 S02浓度、NOx浓度及烟气流量等)，然后对采集到的数 据进行深度加工和处理，最后统计出各火力发电机组的 环保设施运行状态、合格标志及污染物排放情况，并自 动计算出指定时段的环保电量，以达到对火力发电机组 环保设施在线监测及减少污染物排放的目的。同时，它 也为电提供了一个方便快捷计算环保电量补贴的工具。 从上述定义中可以看出系统的主要任务之一是环保在线 监测即实时监测除尘设施、脱硫设施、脱硝设施的运行 状态。由于各火力发电企业采取减少污染物排放的措施 多种多样，所以它也是系统建设的难点。为了保证环保在线监测系统数据计算的准确性、科学性，环保在线监测的计算原理均基于火力发电机组的生产工艺。下面就分别介绍一下除尘、脱硫、脱硝工艺及其工作原理。
2．1除尘
火电厂常用的除尘方式为电除尘和布袋除尘。随 着烟尘排放浓度限值越来越低，催生了电一袋除尘器、 湿式电除尘器、采用高压高频电源或软稳电源的电除尘器等除尘设备，并得到了较广泛的应用。但其工作原 理大部分都基于电除尘器或布袋除尘器。电除尘的基本原理就是电晕放电使粉尘荷电，荷了 电的粉尘在静电引力的作用下，被集尘极捕集，从而达 到废气净化的目的。布袋除尘的工作原理：含尘气体在负压气流的作用下，从电除尘器的出口进入袋区。通过滤袋过滤作用，粉尘从气流中分离出来，被净化了的干净气体从滤袋内部进入净气室排出。
2．2脱硫
由于石灰石一石膏湿法脱硫效率高(—般在90％以上)，能满足日益严格的S02环保排放要求，所以得到了广泛应用。脱硫的主要化学反应发生在吸收塔及循环浆槽内。一定浓度的石灰石或石灰洗涤浆液连续从吸收塔顶部喷入，与经气一气换热器降温后进入吸收塔的烟气发生接触。在烟气被洗涤的过程中，烟气中的S02被浆液中脱硫剂吸收， 生成亚硫酸钙(C舶3)和硫酸钙(CaSCl4)结晶物，然后再通过氧化、脱水等工艺生成有价值的副产品，即石膏。另外一种应用较广泛的就是针对循环流化床锅炉的干法脱硫。脱硫剂(一般为石灰石)被送人炉膛后，迅速被炉膛内存在的大量惰性高温物料(床料)包围。石灰石中的CaO与烟气中的S02、S03等起化学反应，生成固态的CaS03、CaS04(即石膏)，从而减少了空气中的硫酸类的酸性气体的污染。另外，由于流化床锅炉的燃烧温度被控制在800—900℃范围内，煤粉燃烧后产生 的NOx气体也会大大减少硝酸类酸性气体。若仍不能 满足环保要求，一般再通过改造燃烧器及调整配风方案等方式来减少S02排放浓度及排放量。
2．3脱硝
主流的脱硝方式有选择性催化还原法(SCR法)及选 择性非催化还原法(SN CR法)。选择性催化还原法一般 以氨或尿素为还原剂，在催化剂的存在下，将烟气中的 NOx还原成N2，脱氮率一般在75％以上。选择性非催 化还原法是将还原剂直接喷入炉膛出口合适的温度范 围内的烟气中，将NOx还原成N2和H20。其脱氮效率 在50％左右，而且对反应处的温度较敏感。一般广泛应用于循环流化床锅炉。
3 主要功能
3．1数据采集
电网从电厂采集环保数据有两种方式，一种是基于 RTU的数据采集方式，即通过从电厂DPU柜中拉硬接线，将数据接到电厂端RTU，然后电厂端RTU通过专 用网络将数据发送至电网端RTU。另一种是基于DCS 或CEMS的数据采集方式，即在电厂部署数据采集接口 机，其从DCS厂商提供的对外接口机或CEMS通讯接口 机采集数据，然后再给通信的方式传给电网端的数据采集接口机。为满足电力系统二次防护要求，在电厂端接口机与DCS或CEMS系统接口机之间应安装正向隔离装置。数据采集拓扑图如下。
3．2数据准确性甄别
数据的准确性和完整性是电网公司和发电企业都比 较关心的问题，因为数据的完整性、准确性直接影响环 保电价补贴甚至以后排污费的核算。为保证数据的完整 性，要求厂站端RT U或厂站端环保数据通讯服务器具备 数据缓存功能。这个目前实现起来比较容易，但对于数 据准确性一直困扰着电网公司。为此，环保在线监测系 统提供了一种数据准确性甄别方法，主要包括粗范围检验、53H法、标准差等。通过粗范围法、53H法可检查 出检测仪表故障数据或受干扰产生的突变数据，通过冗余检验法可检查出冗余测点的健康状态，通过标准差检 验法可检验拉直线等故障数据，并引入热力生产过程经验对数据准确性做甄别，最后将数据的准确性检验信息 进行实时告警提示和统计，以便相关发电企业及时处理。数据准确性甄别对异常测点数据进行了过滤，并及时将异常信息进行告警，为发电企业做好异常测点的维护工作起到了提示和督促作用。另外，数据准确性甄别模块提供一种异常测点数据的替代功能，此功能可利用历史工况中的正常值来替代异常值，为保证环保监测及考核的数据准确性又提供了一道屏障。
3．3数据计算和统计
数据计算主要通过后台的计算引擎来实现，主要完成 运行状态判断、投运率、各类污染物排放量的计算和统计。 运行状态判断比较简单，只要采取了减少污染物排放 的措施，则认为处于运行状态，如脱硝运行状态的判断，只 要脱硝剂流量大于最小流量，则认为脱硝处于运行状态。 对于投运率，近年来除尘及脱硫系统的旁路挡板均已 取消，只要除尘设备未出现故障就会投入，为保障脱硫塔 的安全，一旦并网，脱硫系统即投入运行，若脱硫系统出现 严重故障，则请求MFT，所以对于除尘和脱硫系统，投运率 均为100％。脱硝的投运涉及催化剂的窗口温度，一般在负 荷率在50％附近时，排烟温度才能达到催化剂的最低反应 温度，所以脱硝设施投运率一般采用负荷率在5 0％以上 时，脱硝实际运行小时除以机组累计运行小时来计算。 各类污染物的排放量计算通常通过积分来实现。
3．4环保电量核算
环保电量核算直接关系到电网或电厂的经济利益，所以环保电量以发变组高压侧关口电量表每l 5分钟的电量数据为基础。若采集间隔时间段内，环保排放合格标志一直保持一种状态即均为合格或不合格，则此段时间内的环保合格或不合格电量直接取采集来的电量数据即可，以减少乘除、四舍五入等引起的误差。
4 应用效果
为了充分说明环保在线监测系统的应用效果，本文 将环保监测数据和煤耗在线监测系统中的煤耗数据进 行了有机整合，以2014年某月某电网公司下属电厂环保 排放状况及煤耗率排名为例来进行说明。 上表主要展现了环保排放合格且煤耗率排名前5 名的机组及环保不合格且煤耗率排名末5名的机组，并 且列出了各机组的除尘电网j’脱硫电量及脱硝电量。对 于环保排放不合格的机组，通过电量显示为红色来表征 环保排放不合格的原因，如D厂#2机是由于除尘设施 运行不达标导致环保考核不合格。 通过上表可以看出：
1)环保在线监测系统很好地发挥了环保监测和电量统计的作用。
2)它可共享其它系统的数据，使其发挥更重要的作用。
5 结束语
环保在线监测系统功能齐全，实时在线监测了火力 发电机组环保设施的运行状况，为电网公司公平、公 正、公开落实环保电价补贴提供了便利。厂站端环保在线监测系统的建设更增加了环保电价补贴的透明度和 明细度，并为环保数据异常测点得到及时检修起到了提示和督促作用。 环保在线监测系统与其它系统如煤耗在线监测系统结合应用即让环保排放合格且煤耗率低的机组多发电，让环保排放不达标且煤耗率较高的机组少发电甚至不发电，真正让国家的节能减排政策落到了实处，也使环保在线监测系统发挥了更积极的作用。
