江西電網火電機組煙氣排放監測平臺的研發與運行

鄧永強，劉曉磊，林福海

（國網江西省電力有限公司電力科學研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

為充分監督和鼓勵江西省電網火電機組不斷提高環保設施的運行水平和大氣污染物的脫除效率，降低火電廠大氣污染物的排放量，江西省依據國家發改委、環境保護部《燃煤發電機組環保電價及環保設施運行監管辦法》（發改價格2014〔536〕號）和《國家電網公司關于加強火電機組煙氣排放監測功能平臺建設的指導意見》（國家電網調2014〔824〕號）要求，建立了省級電網火電機組煙氣排放監測平臺（以下簡稱監測平臺）。

監測平臺將火電機組的脫硫、脫硝、除塵等環保設施的全部工藝過程和主機系統的關鍵參數納入監控范圍，對這些設施的運行情況進行連續在線監測，全面評估污染物排放情況，為節能減排監測工作提供技術支撐。

1 監測平臺具備的功能

火電機組煙氣排放監測平臺具備如下功能[1]：

1）每臺燃煤機組脫硫、脫硝、除塵設施運行狀態及煙氣排放實時監測功能。

在線監測每臺機組脫硫、脫硝、除塵設施實時運行狀態，脫硝、除塵設施進、出運行參數以及煙氣排放實時狀況。

2）每臺燃煤機組脫硫、脫硝、除塵設施運行數據統計分析。

根據國家環保部的相關規定，計算機組煙氣SO2、NOX、煙塵排放濃度小時均值；統計以上3項污染物排放濃度小時均值超過國家排放標準的時間；同時對機組脫硫、脫硝、除塵設施投運率進行統計分析。在小時均值統計結果的基礎上，進行日、周、月、季度、全年的統計分析。

3）每臺燃煤機組SO2、NOX、煙塵超標時段電量統計。

依據機組煙氣SO2、NOX、煙塵排放濃度小時均值超限時間數據，省公司電能量計費系統轉發的每臺機組上網電量數據，統計、計算每臺機組、每個電廠3種污染物排放濃度超限所對應時段的上網電量，自動生成扣減或扣罰金額。

4）報表處理打印。

具備獨立完備的報表系統，能夠完成各類分析報表的制作、生成和發布查詢；能根據用戶需求，組態生成各種統計報表功能；報表系統要求支持類Excel的電子表格，具有Excel表格的各種功能、數學統計時間和日期函數，從而能夠制作各種需求的報表；系統能夠提供時報表、日報表、月報表等不同周期的報表，并可以提供用戶指定時段之間數據的報表。

5）歷史數據管理。

對采集到燃煤機組的各種運行信息能夠自動存儲到歷史數據庫中，實現方便的歷史數據管理。數據編碼要統一規范，便于大規模處理、分析，減少系統維護和數據處理難度。能對采集到的每一個信息點數據，按照1 min、5 min、15 min、60 min等時間間隔選定存儲周期，實現歷史數據的存儲記錄，歷史數據庫應具備定時存儲和在異常狀態下存儲歷史數據的功能；具有訪問歷史數據庫的接口并可隨時檢索和使用；保存的數據可用報表、畫面以及曲線的方式顯示；對于存儲的修改過的數據應具有修改標志；歷史數據修改后應具有重新統計分析的功能；歷史數據保存的時間至少應滿足5年的需要。

6）報警信息發布。

在機組監測數據傳輸過程中，如出現全局通信中斷或機組級數據中斷的情況，系統將以短消息的形式在第一時間通知相關人員，以便及時處理。從發電企業傳來的監測數據，有時會出現數據超上限或超下限等異常情況，通過發布這些異常數據給發電企業，讓發電企業能夠及時地處理數據采集、傳輸中存在的問題，并能通過網站上報必要的輔助數據。

7）數據轉發。

根據采集的機組運行數據、脫硫、脫硝和除塵設施的運行狀態數據，對采集數據的合理性進行校核，對異常數據和不合理數據做了提示或警告，并設置異常標志，并將異常數據反饋給相關人員。

2 系統的組成及功能實現

煙氣排放監測平臺包括國網江西省電力有限公司主站和省內各電廠端子站，平臺主站設在國網江西省電力有限公司電力調度控制中心。火電廠各燃煤機組脫硫、脫硝、除塵設施的運行參數、煙氣在線監測系統（以下簡稱CEMS）數據和煙囪入口CEMS數據，由電廠端子站的采集網關處理后，通過國網江西省電力有限公司電力調度控制中心調度數據網傳送到煙氣排放監測平臺主站，這些信息經數據庫服務器、計算服務器、應用服務器的計算、統計、分析處理后，確定每臺機組脫硫、脫硝、除塵設施運行時段，每臺機組SO2、NOX、煙塵排放濃度等小時均值不達標時段數據，為環保電價支付提供可靠依據；對已達到煙氣超低排放要求的機組，同時統計SO2、NOX、煙塵排放濃度等小時均值達標時段數據，并形成各種報表，提供給相關部門。

2.1 每臺火電機組需要采集的相關運行參數

相關運行參數包括機組脫硝、除塵、脫硫和煙氣排放口處的在線監測數據，具體如下：

1）煙氣排放口采集參數包括SO2、NOX、煙塵濃度、含氧量、濕度、煙溫和流量等[2]。

2）脫硫設施采集參數，對于濕法脫硫系統，包括脫硫設施進出口SO2濃度、脫硫設施進出口煙氣含氧量、煙氣溫度、煙氣流量、氧化風機電流、漿液循環泵電流、漿液PH值等歷史數據。對于循環流化床爐內噴鈣脫硫系統，包括自動添加脫硫劑系統輸送風機電流、SO2排放濃度、煙氣含氧量、煙氣溫度、煙氣流量、石灰石倉料位等歷史數據[3]。

3）脫硝設施采集參數包括脫硝設施進出口NOX濃度、脫硝設施進出口煙氣含氧量、還原劑流量、稀釋風機電流、氨逃逸濃度等。

4）除塵設施采集參數主要為靜電除塵器、布袋除塵器、電袋除塵器運行過程控制參數信號。采用電除塵方式包括除塵一次電壓、一次電流、二次電壓、二次電流等歷史數據；采用袋式除塵器進出口壓差、消灰壓力等數據。

2.2 衡量環保電價扣減和超低排放電價補貼的主要技術指標

衡量環保電價扣減和超低排放電價補貼的主要技術指標具體如下：

1）煙氣中污染因子排放濃度。

煙氣中污染因子排放濃度是指煙囪入口處煙氣中SO2、NOX或煙塵的濃度。

取煙囪進口CEMS系統測量折算后的SO2、NOX和煙塵濃度（燃煤鍋爐過量空氣系數取1.4）。

式（1）中，k指SO2、NOX或煙塵的小時平均濃度（小時濃度統計時段指整點時間段，比如1:00~2:00，2:00~3:00）。

2）機組上網電量。

機組發電上網電量統計與煙氣中污染因子排放濃度小時值相對應，以小時統計為單位，小時電量值以整點時間為區間的每次采集當前功率值的積分累計量，比如統計以1∶00從零開始計，瞬時上網電量積累至2∶00為止，從2∶00又重新從零開始下一個小時段的統計。

式（2）中，Q為機組上網電量，kW·h；P為機組當前功率值（每10秒累計值），kW。

3）污染物排放濃度超標倍數。

超標倍數β是指污染物因子濃度值超過相應標準值的倍數，比如SO2小時平均濃度值為240 mg/m3，SO2標準值200 mg/m3，則：

4）環保電價扣減統計。

環保電價扣減（元）=k1×k2×相應考核電量，其中相應考核電量是與SO2、NOX或煙塵的小時平均折算后的濃度超過標準時段濃度的機組上網電量值。

k1是污染因子超標倍數，當超標倍數小于1時，k1取1.0；當k1不小于1時，由政府部門決定取值。

當超標污染因子為煙塵時，k2=0.002元/kW·h；當超標污染因子為SO2時，k2=0.015元/kW·h；當超標污染因子為NOx時，k2=0.01 元/kW·h。

5）超低電價統計。

超低電價補貼（元）=k1×k2×相應考核電量，其中相應考核電量是與SO2、NOX和煙塵的小時平均折算后的濃度均同時滿足煙氣超低排放標準要求時段濃度的機組上網電量值。

k1：按季度統計，對符合超低限值的時間比率達到或高于99%的機組，k1取1.0；對符合超低限值的時間比率達到或超過80%的機組，k1取0.9；對符合超低限值的時間比率低于80%的機組，k1取0。

k2：對2016年1月1日以前已經并網運行的現役機組，k2=0.01元/kW·h；對2016年1月1日以后并網運行的新建機組，k2=0.005元/kW·h。

2.3 系統構成及實現方法[4]

根據《國家電網公司關于加強火電機組煙氣排放監測功能平臺建設的指導意見》的要求，火電機組煙氣排放監測信息屬于電廠實時生產信息，需連續傳輸，按照功能劃分平臺部署在安全Ⅱ區，通道采用調度數據網，主站配置2臺前置服務器兼作數據服務器，實現信息的采集與存儲。新建煙氣排放監測平臺應在D5000平臺上集成，在Ⅱ區部署相關應用。火電廠子站數據經調度數據網送到調控中心，數據處在安全Ⅱ區，在D5000平臺上集成煙氣排放監測平臺，電科院設置工作站，作為1個節點在Ⅱ區部署相關應用，也可同步調閱相關煙氣排放監測平臺信息。該主站系統構架，需購置的硬件設備少、無需另外購置數據庫，組網簡單快捷，省時、省力、省錢，安全有保證。

圖1 主站總體架構圖

2.3.1 電廠側構架[5]

電廠側系統部署在安全Ⅱ區，通過電廠側部署采集網關與主站通信。電廠側每2臺機組設置3臺測控裝置，采集每臺機組脫硫、脫硝、除塵等環保設施的煙氣在線監測系統數據和設備運行參數，經采集網關將數據送到調度數據網。

圖2 電廠站內架構圖

以某廠4臺機組為例，在電廠1、2號機電子間和3、4號機電子間各配置1面采集屏，每面屏中配置3臺測控裝置通過硬接線采集脫硫、脫硝數據，并計算相應的脫硫、脫硝效率；1、2號機電子間采集屏中配置1臺脫硫脫硝除塵監測采集網關，通過網絡與各裝置通訊，接收相關脫硫、脫硝數據；同時通過串口MODBUS規約與各機組DCS通訊，接收相關除塵信息。采集網關將所有信息匯總后根據調度要求，將相關信息通過調度數據網上送省調主站，通訊規約采用IEC60870-5-104。在1、2號機集控室配置1臺當地監視后臺，通過網絡接入系統，顯示所有采集的信息，并形成相應的報表。若1、2號機電子間與3、4號機電子間之間距離較遠，通過光纜連接。

2.3.2 通信方式

主站與廠站間采用網絡通信方式，煙氣排放信息通過電廠Ⅱ區通信網關機匯集煙氣排放數據，經調度數據網上傳至調度主站。調度端D5000中新建1條鏈路與電廠Ⅱ區通信網關機進行通信，通信規約采用IEC60870-5-104。

圖3 子站與主站通訊方式圖

3 平臺建成后的監測情況

監測平臺與江西省內13家燃煤電廠的33臺火電機組實現了聯網，監測平臺從2016年6月起投運，為江西省燃煤電廠排放煙氣中污染物的控制情況提供了真實、可靠的依據。監測平臺具有實時數據監控、數據查詢、統計報表、系統管理共計四大功能。其中的部分功能展示見圖4、5、6。

圖4 豐城二期電廠5號機組環保設施運行實時數據

圖5 豐城二期電廠5號機組實時數據曲線

圖6 機組電價考核情況統計報表

從以上3圖可以看出本系統能實時監測到燃煤火電廠燃煤機組的環保設施運行情況，掌握運行機組排放煙氣中污染物實時排放狀況，從而起到有效的監督作用。事實證明，本系統投運后，江西燃煤火電廠燃煤機組的污染物排放濃度明顯降低。

4 結語

通過建設火電機組煙氣在線監測平臺，將燃煤電廠機組煙氣排放連續監測系統（CEMS）聯成網絡，實時監控各燃煤機組運行排放煙氣的情況，避免了許多火電企業在享受電價優惠的同時，不運行或不按環保部門批復的要求投運環保設備；并有效地督促了已獲得煙氣超低排放批復的燃煤機組按超低排放標準要求運行環保設備。

參考文獻：

[1]孫栓柱，周春蕾.燃煤電廠環保全工況在線監控系統的設計與應用[J].中國電力，2015，（10）∶54-59.

[2]HJ/T75-2007，固定污染源煙氣排放連續監測技術規范[S].

[3]林福海，梅重民.江西省燃煤機組脫硫在線實時監測系統工程的開發與實施[J].儀器儀表與分析監測，2010，（03）∶14-17.

[4]HJ/T212-2005，污染物在線監控（監測）系統數據傳輸標準[S].

[5]林世隆.電廠端現場數據采集模塊的研究與設計[J].華電技術，2012，（02）∶28-30.