张巍金鹏冯涛
火电厂烟气脱硫设施工况监控系统研究与应用
火电厂烟气脱硫设施工况监控系统研究与应用
张巍，金鹏，冯涛
(内蒙古自治区环境在线监控中心，呼和浩特010011)
摘要：本文介绍了火电厂姻气脱硫设施工况监控系统,研究了系统关键技术。通过建立数学模型，对火电
厂姻气脱硫设施主要参数进行数据有效性范围校验、关联度判断、逻辑判断，实现对脱硫设施运行异常状 态的报警，最后通过实例说明了工况监控系统在环境监管中的应用。关键词：火电厂；姻气脱硫；工况监控中图分类号:X851
文献标识码:A
文章编号:2095-672X(2016)04-0077-04
DQI：10.167/j.cnki.cn15-1369/X.2016.04.019
Study and application on condition monitoring system for flue gas
desulfurization facilities of thermal power plant
Zhang Wei,Jin Peng,Feng Tao
(InnerMongolia Environment Auto Monitoring Center H〇hhot 010011)Abstract； Condition monitoring system for flue gas desulfurization facilities of thermal power plant was introduced in this paper, the key technology of the system was studied. Through the establishment of mathematical model, by checking the data validity, association judgment and logic judgment on the main parameters of flue gas desulfurization facilities of ther^nal power plant, the abnormal state of desulfurization facilities was warned. In the end, the application of condition monitoring system in the environment regulation was illustrated through the examples.
Key WOrdsiThermal power plant;Flue gas desulfurization;Condition monitoring
引言
\"十_五\"期间，我国大规模地开展了污染源自 动监控网络的建设，目前，我国已建成国控重点污染 源自动监控系统，实现了对一万多家国家重点监控 企业主要污染物排放情况的自动监控。为加强国控 重点污染源监管，深化污染源自动监控建设和自动 监测数据的应用，提高污染源自动监控系统的准确 性和可信度，在2008~2009年开始提出对污染源治理 全过程实施监控，实现环境管理从\"末端监控\"向\"全
过程监控\"的精细化管理转变。内蒙古自治区最早 于2009年开展火电厂烟气脱硫设施工况监控系统研 究建设，通过多年的运行，积累了大量的工况监控数 据分析应用经验。1
火电厂烟气脱硫设施工况监控系统简介 火电厂工况监控的基本原理是根据工艺设计， 对影响污染物排放的生产设施、污染物治理设施运 行的关键参数,包括工艺参数(如:流量、温度、pH值、 浓度等)和电气参数（电流、电压、频率）进行的监测；
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监测与分析
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结合企业生产工艺和末端监测数据,全面监控企业 的生产设施和治理设施的运行、污染物治理效果和 排放量情况，辅助判定污染物排放监测数据的合理 2.2数据采集2.2.1数据采集与接入
火电厂烟气脱硫设施工况监控系统涉及的采集 性、真实性和可接受性。
火电厂烟气脱硫设施工况监控系统是通过现场 采集设备从生产控制系统中采集工况过程数据，包 括主机DCS和CEMS数据，通过无线网络或者环保专 网传输到监控中心的工况过程数据库中，实现对脱 硫设施运行全过程进行实时监控、分析、预警、核查 和管理[1]。2
关键技术研究
2.1系统架构
工况监控系统架构一般分为四层：采集层、网络 层、数据层及应用层。采集层位于工况前端（电厂 侧），主要负责工况数据的采集存储和转发。网络层 位于工况前端（电厂侧）与监控中心(环保机构侧）之 间，主要负责工况前端的数据发送及监控中心的数 据接收。数据层位于监控中心（环保机构侧），由工 况过程数据库和工况统计分析数据库两部分组成， 其中过程数据库是专门用于存储连续工况数据的专 用数据库，是保障工况数据连续存储及快速调取的 关键。工况统计分析数据库是用于存放分析结果数 据通用关系型数据库。工况应用层位于监控中心 (环保机构侧），主要负责对工况数据的综合应用。
其结构示意图如图1所示：
图1系统总体架构
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数据源较多也较复杂，包括单元机组系统、脱硫系统、 烟气在线监测系统、其它环保相关控制系统等，涉及 到的控制系统包括分布式集散控制系统DCS、可编程 控制器(PLCC程控系统、SCADA系统、其它智能设备 等。前端采集软件既要满足目前主流DCS、PLC等控 制系统的接口，也能通过二次开发支持一些特殊的接 口协议[2]。内蒙古自治区火电厂烟气脱硫设施工况系 统的数据米集米用OPC (OLE for Process Control)和
DDC (直接数字信号控制）两种接入方式,OPC应用于
主机DCS系统数据采集，而DDC应用于脱硫DCS/PLC 系统的数据采集。企业端采集网络根据工况采集单 元的安放地点不同，采用光纤或六类线连接。工况采 集单元一般包含单向隔离器、接口机、采集交换机及 前端工况过程数据服务器等设备，采集单元需要配备 双电源切换器,保障设备连续运转。
电源切换器 单向隔离器单向隔离器
工况采集交换器 工况数据服务器显示套件
CEMS接口机FGD接机口 #2DCS接口机 #1DCS接口机
图2工况采集单元机柜立面布置图
2.2.2采集参数指标
根据脱硫设施工艺的原理不同，工况监控系统 采集的关键监控参数也有所区别。内蒙古自治区火 电厂烟气脱硫工况监控系统接入的脱硫工艺包括：
石灰石-石膏湿法、循环流化床炉内喷钙、氨法。针
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对应用最广泛的石灰石-石膏湿法脱硫，工况在线监 测系统需要采集的参数包括：增压风机、GGH、石灰 石供浆泵、循环浆液泵、石膏排除泵、氧化风机、烟道 中各个CEMS的测量参数、生产系统及扩充烟气系统 重要设备及重要生产经营参数（发电量、燃煤量、机 组总送风量、引风机、电除尘器)等。2.3软件设计
火电厂烟气脱硫设施工况监控系统采用B/S结 构，实现对工况监控数据分析统计及应用，其主要功 能包括：实时图型监视、历史趋势分析、工况统计分 析、工况报警系统、报表系统等功能。
⑴实时图形监视将工况的实时数据真实准确 的反映在工况实时图形界面上，如图3。
@历史趋势分析即调阅一个或多个参数历史 数据变化趋势曲线，通过调取与环保相关的参数曲 线，如机组负荷、增压风机电流、脱硫效率、烟气流 量、SO2浓度、吸收塔pH等进行相关性分析，可发现企 业不正常运行脱硫设施的行为。
⑶工况统计即对工况监控指标，如发电负荷、 发电量、耗煤量、烟气流量、烟气SO2浓度、SO2排放 量、脱硫投运率、脱硫效率、综合脱硫效率、发电原煤
表1
3大类异常
耗、煤炭推算硫分等进行统计。
(4)
工况报警主要分为三类：系统报警、参数报
警、网络报警，系统报警反映治污设施启停状态；参 数报警是通过建立模型反映设施运行的不正常现 象；网络报警反映因网络异常而导致数据传输不正 常。通过工况报警，系统可自动进行参数相关性分 析，主动识别企业异常行为。
(5)
报表系统即定制开发工况相关报表，实现各设
施不同时期数据纵向对比、同类设施的数据横向对比。3
数据应用分析
截至2015年底，内蒙古自治区已实现了 61家火 电厂167台机组的脱硫工况数据接入,工况监控火电 厂的装机容量达到了 5850万千瓦。经过多年的工况 运维和数据分析工作，总结和归纳出火电厂烟气脱 硫设施运行多类典型问题，并将分析成果应用于环 境监察执法和总量核查等管理工作中。3.1异常工况分类
工况监控系统通过建立数学模型，对火电厂烟 气脱硫设施主要参数进行数据有效性范围校验、关 联度判断、逻辑判断，实现对脱硫设施运行异常状态 的报警'共归纳为3大类、14小类异常报警，如表1。
工况异常分类
14小类异常
机组和脱硫设施的运行异常 工况监控数据表征异常 工况监控数据逻辑关系异常
机组停运、启炉未起机、脱硫停运数据缺失、恒定值、满屏跳、数据超范围、超标
停机后数据异常、设限值、模型切换、关联度异常、逻辑异常、重播
3.2异常工况分析案例
2015年，内蒙古自治区火电厂通过工况监控发 现的异常以流量关联度异常为主，占异常总数的 45.5%。烟气流量关联度异常主要表征为烟气流量 不随机组负荷的规律变化，主要是由于监测设备安 装位置不当或仪表测量精度不够造成的，经过统计, 使用矩阵流量计的机组烟气流量与机组负荷的相关 性较好。本文以数据缺失、设限值、逻辑异常为例，
说明工况监控系统发现的异常情况。3.2.1 数据缺失
图3为某机组主机与脱硫设施运行参数曲线图， 红色曲线为机组负荷，绿色为入口 S02浓度，蓝色为 出口 SO2浓度，淡蓝色为增压风机电流，天蓝色为旁 路挡板状态。该机组5月1日12时至5月3日1时主 机运行，脱硫停运（旁路打开，增压风机停运），自动 监控数据全部缺失,初步判断为脱硫停运，人为中断
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环境与发展
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超标数据，逃避环保监管。图3人为中断自动监控数据传输
3.2.2设限值
发电机组运行，脱硫系统停运，出口烟气S〇2浓 度设定限值。
图4出口姻气S〇2浓度设定限值图
图4为某机组主机脱硫运行曲线图，红色曲线为 机组负荷，蓝色为出口 S〇2浓度，紫色为增压风机电 流，天蓝色为旁路挡板状态。该机组2月27日1时至 2月27日7时30分，脱硫停运时出口 S〇2浓度设定限 值,限值在2057mg/m3左右。
出口烟气流量设定限值。
帽，丨_
图5中红色曲线为机组负荷，绿色为出口烟气流 量，1月1曰至1月16曰出口烟气流量设限值为
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2000km3/h。而限值解除后，其平均负荷在450MW, 其出口烟气流量均值在1200km3/h,其流量明显偏低。 3.2.3逻辑异常
图6出口姻气S〇2浓度逻辑异常
图6中红色曲线为机组负荷，绿色为入口 SO2浓 度，蓝色为出口 S02浓度，淡蓝色为增压风机电流，灰 为旁路挡板状态。4月1日23时至4月4日0时脱硫 停运，旁路打开1直为开)，增压风机停运，出口 S〇2 浓度在脱硫设施停运前后无明显变化_直保持 200mg/m3左右,初步判断为出口烟气S〇2浓度作假。4
结论
火电厂烟气脱硫设施工况监控系统实现了从主
机运行状态、脱硫运行状态、污染物排放的全过程监
控，即污染物产生、治理、排放的全过程监控。通过 分类、归纳和总结机组和脱硫设施运行的典型异常 情况，并建立数学模型,工况监控系统可自动判定机 组和脱硫设施运行状况及排放数据的真实性和准确 性，为环境监管提供依据。
参考文献
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杜斌，冯琨，彭林，李凌，谢明，张丽琴.火电厂烟气脱
硫设施运行工况实时监控系统判定标准的设计与实现J].工 业安全与环保，2015,41(6):90-94.
[2]
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[3]
孙海林，贺鹏，朱嫒嫒，马立学.燃煤电厂烟气排放过程监
控系统设计与应用J].环境监测管理与技术，2014,26(6):22-25.
收稿曰期：016-07-18
作者简介：张巍（1984-),女，工程师，主要从事环境监控 以及环境信息化工作.
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