火電機組環保監控系統開發及應用

張海燕，徐勁松，李樂豐（.華電國際技術服務中心，濟南　5004；.國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南　50003）

火電機組環保監控系統開發及應用

張海燕1，徐勁松1，李樂豐2
（1.華電國際技術服務中心，濟南250014；2.國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南250003）

“十二五”以來，國家環保政策日益嚴格，火電企業污染治理設施快速建設和新工藝不斷應用，對火電機組環保監管提出了更高的要求。針對環保現狀，設計開發了集團級火電機組環保監管系統，實現對環保異常的實時報警及分析診斷，環保統計數據的集成化管理。該系統通過數據處理系統、異常條件庫、分析診斷模型，對環保設施異常實現實時報警和提前預警，通過專家庫實現遠程分析診斷，實現環保數據的智能化應用。通過兩年的應用，實現了對集團級火電機組環保的有效監管和技術指導，對企業環保工作的高效管理、達標排放、安全運行、指標優化發揮了積極的作用。

環保監控系統；火電機組；報警

0　引言

隨著火電機組大氣污染物排放標準的不斷提高，國家對火電企業環保設施運行和達標排放［1］的監管和處罰力度越來越大，達標排放直接影響火電企業的社會形象和經濟效益，環保管理成為關系企業健康生存和可持續發展的重要工作。而當前環保管理缺乏可靠有效的管理工具，主要通過現場檢查或者企業匯報來了解掌握企業的環保信息，無法實現全過程和即時管理。同時，十二五以來，企業環保技改工程進展快速，新的環保工藝不斷應用，企業缺少經驗積累，在環保設施的異常處理及經濟運行方面存在不足。而 “火電機組集團級環保監控系統”（以下簡稱“環保監控系統”）主要是為了滿足以上兩方面的環保要求而設計開發的。

環保監控系統使用PI數據庫，實現對數據的實時讀取，通過數據處理系統、異常條件庫、分析診斷模型，實現對環保臺賬的自動管理，對環保設施異常的實時報警和提前預警；通過數據庫管理，實現異常的遠程分析診斷，實現環保數據的智能化應用。通過近兩年的應用，實現了對集團級火電機組環保的有效監管和技術指導，對企業環保工作的高效管理、達標排放、安全運行、指標優化發揮了積極的作用。

1　環保監控系統設計

1.1整體結構

環保監控系統與節能監控系統一起布置，實現基礎數據共享，軟、硬件系統公用。監控平臺的功能以業務需求為主線配置軟硬件系統，對近百臺發電機組的海量實時數據進行分類收集、分析篩選，利用異常報警、分析診斷模型和數據分析工具進行深度數據挖掘，實現對機組環保異常報警，參數預警判斷，異常分析診斷及環保統計數據的自動化管理。圖1列出了環保監控系統各部分組成及主要功能模塊。

環保監控系統數據采集基于自動化和智能化兩個要求，所有生產數據通過數據處理，全部取自PI系統數據庫，取消人工數據干預，實現所有的生產參數自動讀取和處理。

圖1　環保監控平臺整體結構

1.2數據構架

系統實時數據采用PI系統進行構建，下屬單位實時數據傳輸到公司實時數據庫，公司采用雙機熱備，并同步到公司鏡像PI。關系型數據庫僅用于存放計算完以日、月、年為周期匯總后的統計指標，以及系統配置、權限設置等結構化數據，見圖2。

需要填錄的信息，通過基礎數據填報和實時數據處理流程滿足平臺基礎數據錄入。基礎數據填報流程見圖3（以設備臺賬填報為例）。

圖2　環保監控平臺數據構架

圖3　基礎數據填報流程

1.3業務構架

環保監控平臺主要分為4部分：設備臺賬、異常報警、分析診斷和報表應用，相互關聯，數據共享，實現環保全流程管理。設備臺賬模塊提供環保基礎信息管理、環保管理綜合評價等綜合環保管理功能；異常報警模塊實現異常報警及預警，通過對設備臺賬及基礎數據進行計算，建立條件庫，實現報警和預警；分析診斷模塊用于對異常的分析診斷和閉環管控，與異常報警直接關聯，對報警內容進行分析，分析結果反饋到異常報警庫中，校核報警功能，豐富分析診斷數據；報表應用模塊實現對環保數據的自動管理、報表生成及數據的分析應用，數據來源于其他模塊，又輸入到其他模塊。業務構建見圖4。

圖4　環保監控系統業務構架

2　環保監控平臺功能

環保監控平臺主要功能是實現對分管火電企業全流程環保管理，同時提升公司的環保指標。主要實現以下功能需求：一是分級條件庫+分析診斷模型，建立42項異常報警，對脫硫、脫硝和除塵環保設施進行實時監管，并對監督發現的異常實現在線分析及整改情況跟蹤；二是模板+評價模型，對環保設備、環境事件等臺賬進行管理，實現環保臺賬的持續管理，對環保設備、環境風險等指標的分析，評價、評比；三是統計數據庫+報表定制模板，對216個環保統計數據進行自動統計，并根據不同的要求，實現固定報表及臨時報表的編制工作，實現環保統計數據集約化、選擇性和自動化統計和管理。

2.1異常報警功能

對整個環保系統設置監控點，模擬實際運行條件，區別于國家重點企業自動監控系統的排放參數監控和電廠DCS的生產參數報警，側重實現對環保指標異常和邏輯不符等隱患的監督［2-3］，實現對污染物排放、環保風險指標等42項指標的分級實時（預）報警。其中，污染物排放異常報警包括污染物時均濃度超標、環保設施退出運行、脫硫廢水超標等，主要對環保部門監督的指標進行重點報警；環保存在隱患報警包括污染物排放濃度異常，煙氣量與實際負荷不匹配，機組停機參數異常等，主要對環保參數邏輯存在異常進行報警；環保設施異常報警包括脫硫系統效率低（低于當前負荷設計值）、脫硝效率低（低于當前負荷設計值）、氨氣供應量不足（低于理論應供應量）等環保設施出現異常的報警；其他類型包括數據終端、數據故障、煙氣溫度報警等報警，主要為分析診斷提供判斷依據。

針對不同的工藝，確定不同的條件，選定不同的判斷參數，設定不同的判斷公式，建立不同的報警分類。例如：對于脫硫效率低的報警［4］，按照石灰石-濕法單塔、循環流化床、海水脫硫、石灰石-濕法雙塔、海水脫硫+雙塔等不同的脫硫工藝，確定不同的判斷參數，通過判斷參數對運行條件進行模擬計算，實現對不同工藝脫硫設施的脫硫效率低報警。

通過條件倒推，確定需要關注的異常問題，分析影響因素，增加篩選條件，實現異常的準確判斷。仍然以脫硫效率低報警為例，通過報警模型計算出來的脫硝效率，與實際排放濃度、實際脫硫效率進行對比，再通過與運行調整、實際運行工況等邊界條件分析條件篩選，實現對脫硫效率低的準確報警。

環保監控系統對監督發現的異常實現分級管理。環保監控系統對所有的異常通過條件自動觸發，及時報警。根據異常的性質、污染強度設置了監督通知單、調整通知單及聯系單三種不同響應等級的分類報警，對應從運行調整、技術管理、環保監督直至單位負責人不同層面的報警對象和管理流程，各廠根據流程要求對異常進行反饋閉環。

2.2分析診斷功能

環保監控系統通過建立分析診斷模型，設置分析診斷流程，實現異常自動分析診斷。首先設置邏輯條件關聯實現初步分析。通過邏輯條件、關聯模型、臺賬信息，實現異常原因的初步分析，并對原因比較直接的異常，系統自動給出診斷結果。第二，建立系統自動分析模塊。建立關聯參數模型并自動生成異常對應的相關參數、對應時段的歷史趨勢，通過各參數的邏輯關系，詳細分析異常原因。系統分析后，發送監督通知單對異常進一步判斷印證。對于重要的、需要進一步分析的異常，系統自動發送監督通知單，被通知單位對異常原因進行確認和反饋，進一步確定異常原因。

開發脫硝噴氨量、催化劑壓差趨勢診斷模塊。建立折算噴氨量和催化劑比較壓差等概念［5］，由于實際噴氨量、催化劑壓差受機組負荷、脫硝效率、氨逃逸濃度等實際工況的影響，通過建立折算噴氨量計算模型，剔除機組負荷和脫硝效率對噴氨量的影響，建立理論值、設計值、實際值、修訂值等不同狀態下的數據曲線，通過對曲線趨勢及變化幅度的分析，對噴氨量等脫硝催化劑性能開展提前診斷和分析［6］。

建立統計分析功能，對異常原因及分類進行自動管理。一是通過平臺實現閉環管理，對環保設施重要隱患、重復報警和長期整改不力等情況進行統計分析和排名；二是對于重要隱患或重復報警等發起隱患整改通知單，督促企業在規定時間內整改；三是建立“日監控、周通報、月分析”的工作模式，自動生成日、周、月監管報表，實現環保日匯總、周通報、月分析，并且在公司的周例會安全情況中進行通報，通過環保監督月報，分析環保指標同比環比情況，及時發布交流信息，對改進措施跟蹤落實情況。

2.3環保數據應用功能

建立統一環保統計指標體系和計算口徑。編寫了火電企業環境保護監督管理指標統計標準，對國家環保指標填報體系、總量核查細則等文件進行科學解讀和研究，按照不同的統計要求規定不同的環保統計口徑，建立了216個統計數據和計算公式。

實現環保統計數據智能化統計。建立指標與數據讀取規則，對排放濃度超標、環保設施非計劃退出等異常進行直接計算，實現對環保設施可靠性指標、超標電量、排放績效等指標自動統計，保證了指標與生產情況的根本一致。同時建立設備臺賬關聯規則，對統計的指標進行應用和分析，對于需要的報表自動讀取相關臺賬信息，生成完整的環保統計報表。

建立固定模板加報表靈活定制，滿足當前環保管理的實際需求，減少人工統計成本，提高環保統計績效。建立固定報表模板，實現現有報表的自動生成，建立報送流程和下載窗口，實現自動上報和模板下載。根據需求條件生成需要的各類臨時報表，通過報警、臺賬等信息，自主選擇確定數據統計種類并進行統計、匯總，實現臨時報表的靈活定制和自動生成。目前環保監控平臺作為日常環保管理的主要數據庫，基本滿足環保報表自動上報工作要求，大大提高了環保統計工作的效率和質量。

2.4設備臺賬功能

2.4.1環保設施臺賬

建立完整規范的環保設施臺賬。按照治污流程，建立完整的環保設施信息，包括環保設施建設信息、設計參數、報警參數等有關信息的臺賬模板，實現對環保設施技改、升級改造、催化劑更換等不同類型的臺賬填報模板。建立自動審核功能，對于各參數從單位、數據基數、指標實際等進行校核，例如對機組的灰渣比、設計硫分及入口二氧化硫濃度等進行自動校核，然后實現人工確認，保證環保設施數據規范。

實現設施臺賬數據的靈活應用。建立設備臺賬數據分析，對于環保技改頻次、單位費用及投資成本等進行統計，與排放情況、統計報表進行結合，實現進一步的分析和應用，對環保管理提出有價值的環保指標數據。

2.4.2環保管理臺賬

結合環保不安全事件管理辦法，實現對不安全事件的管理。建立不安全事件分級條件，按照事件性質（例如：突發環境事件、總量減排、環保通報處罰、環保罰款處罰等）不同，下發部門（例如：各級環保部門、不同上級部門等）不同，按照不同的處罰手段（罰款、停產治理、限期整改等），進行管理。并且實現與移動設備的聯網，實現信息及時發布和即時管理。

2.4.3分級評價功能

建立科學的環保評價細則，合理的評分標準，實現環保管理分級評價功能。結合國家有關環境信用評價文件和華電集團責任兌現辦法的要求條件，建立相關的評價規則，基本實現相關的評價和考評。按照環保設施、指標和管理三方面內容的自動評價，建立起可獨立評價或綜合評價的評價體系，設置否決項，實現對企業環保工作的自動評價，實現環保工作能追溯、可預測。

所有的條件、模型保留修改途徑和條件，滿足當前環保改造和環保技改后的設置要求，保證平臺的可維護性。所有的數據、臺賬保留修改痕跡，便于追溯。

3　應用效果

環保監控系統自2013年開始開發，2013年10月份進入分步調試，運行以來，實現對近百臺機組環保設施的實時監管，對SO2、NOx、煙塵排放濃度超標等重點異常進行重點監管，閉環管理，平均每臺機組發出監督通知單上百份，完成年度環保數據的自動統計，完成了70余期環保異常周報及35期環保月報，下發隱患整改通知單8份。例如在監控中，系統對某電廠某臺315萬kW機組脫硫運行效率低進行了報警，分析該機組在滿足設計條件及設備當前運行狀況下，脫硫效率低于當前工況的設計值，通過廠里檢查，確認GGH在小修后，存在低泄漏風機缺陷，造成原煙氣泄漏量增加，從而造成脫硫效率低；例如：系統對某60萬kW機組噴氨量進行報警，分析機組近期折算噴氨量偏高，即去除負荷、氨逃逸、脫除效率等邊界條件的影響，機組實際噴氨量高于當前工況下的理論噴氨量，通過現場分析，發現噴氨流量計出現故障，進行了消缺。環保監控平臺通過每周、月度報表功能，編制下發了百余期環保異常周報和25期環保監督月報，分析存在問題，并提出改進建議和措施，同時，開展定期分析診斷功能，對于存在的共性和特性的問題，通過下發隱患通知單或制定技術措施的方式，提出整改建議，大大提升了環保設施的可靠性。

同時，隨著環保監控系統的應用，系統的數據、信息不斷積累豐富，對異常分析診斷、數據應用方面提供更全面可靠的支持數據。環保監控系統將對設備狀態評估分析、環保宏觀數據分析等方面提供更為有價值的作用。

4　結語

建立可靠的實時數據采集系統是保證平臺準確可靠運行的前提。環保監控平臺采用PI數據系統實現與廠里數據的實時傳輸，通過增加數據準確性的判斷，實現平臺數據傳輸同步，對于異常數據及時報警，保證了實時數據的準確連貫，各項功能才能有效實現。

環保統計工作在企業長遠規劃甚至社會、國家的可持續發展中都發揮不可忽視的價值，并且隨著社會整體對環保工作的重視，環保統計的價值將越來越大。而環保監控系統通過對火電企業環保的全過程管理，自動形成科學的環保統計數據體系，在企業的發展中發揮價值。環保監控系統具備大量、大區域、全面的環保數據，但這些大量的環保數據只是作為簡單的統計和分析。隨著眾多企業在發展過程中所積累的數據量不斷放大，數據分析軟件和技術的不斷深入應用，通過深度智能分析和建模，環保監控系統將不僅作為環保監督和技術服務的工具，更多的是環保規劃和發展的智庫，為環保績效評價、環保遠期規劃，為社會提供有價值的環保方案。

［1］GB 13223—2011火電廠大氣污染物排放標準［S］.

［2］DL/T 1149—2010火電廠石灰石/石灰-石膏濕法煙氣脫硫系統運行導則［S］.

［3］HJ 562—2010火電廠煙氣脫硝工程技術規范——選擇性催化還原法［S］.

［4］曾庭華，楊華，廖永進，等.濕法煙氣脫硫系統的調試、試驗及運行［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［5］梁川，沈越.1 000MW機組SCR煙氣脫硝系統優化運行［J］.中國電力，2012，45（1）：41-44.

［6］李德波，廖永進、陸繼東，等.燃煤電站SCR催化劑更換周期及策略優化數學模型［J］.中國電力，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

張海燕（1977）女，高級工程師，從事火電廠環保管理及設備管理工作；

徐勁松（1979）男，高級工程師，從事火電廠環保管理及設備管理工作。