武忠仁

（華能新疆吉木薩爾發(fā)電有限公司，新疆吉木薩爾，831500）

1 火電廠(chǎng)煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)應(yīng)用意義

在火電廠(chǎng)運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)期間，受到能量轉(zhuǎn)換方式、工藝技術(shù)的限制，將會(huì)持續(xù)釋放粉煤灰和硫煙氣等有毒氣體，對(duì)火電廠(chǎng)周邊生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染破壞，進(jìn)而影響到動(dòng)植物生長(zhǎng)與人體健康。針對(duì)這一問(wèn)題，多數(shù)火電廠(chǎng)陸續(xù)采取增加脫硫除塵處理工序、使用空氣冷卻汽輪機(jī)、應(yīng)用壓力轉(zhuǎn)換技術(shù)、提高沸水能量利用率等措施，在直接與間接層面上起到一定程度的節(jié)能環(huán)保效果，但實(shí)際效果未達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，仍舊會(huì)排放少量有毒煙氣，粉塵污染、空氣污染問(wèn)題時(shí)有出現(xiàn)。與此同時(shí)，對(duì)煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立與應(yīng)用，將在火電廠(chǎng)生產(chǎn)期間持續(xù)采集流量、壓力、溫度、粉塵濃度、凈煙氣排放量等現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，幫助工作人員全面掌握火電廠(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況與煙氣排放控制情況，在出現(xiàn)有毒煙氣過(guò)量排放等問(wèn)題時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)正確了解問(wèn)題產(chǎn)生原因，并采取調(diào)整工藝控制參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等方法手段來(lái)解決這類(lèi)問(wèn)題。同時(shí)，系統(tǒng)還將起到“查缺補(bǔ)漏”作用，幫助火電廠(chǎng)與工作人員掌握煙氣排放控制與生產(chǎn)活動(dòng)中的薄弱環(huán)節(jié)，持續(xù)改進(jìn)原有工藝技術(shù)。

1.2 系統(tǒng)類(lèi)型及比選

目前來(lái)看，在各項(xiàng)火電廠(chǎng)項(xiàng)目中，由于火電廠(chǎng)建設(shè)規(guī)模、煙氣排放控制需求、工藝技術(shù)種類(lèi)存在差異性，并未建立完全一致的煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)類(lèi)型包括直接測(cè)量式、稀釋式與直接抽取式三種，各類(lèi)煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量方式、工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)不一致，需要根據(jù)項(xiàng)目情況加以慎重選擇。

首先，直接測(cè)量式煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采取在煙道內(nèi)部安裝分析儀與信息傳感裝置的測(cè)量方法，裝置設(shè)備和火電廠(chǎng)生產(chǎn)期間產(chǎn)生的含硫煙氣保持直接接觸狀態(tài)，可以獲得相對(duì)較為準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)，并直接將監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)送到系統(tǒng)后臺(tái)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，這類(lèi)煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較好的優(yōu)勢(shì)，但在所安裝分析儀與信息傳感裝置持續(xù)受到含硫煙氣腐蝕，實(shí)際使用壽命較短，時(shí)常出現(xiàn)運(yùn)行故障，并需要定期更換全新的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，總體使用成本相對(duì)較高。

其次，稀釋式煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采取安裝探頭裝置來(lái)收集現(xiàn)場(chǎng)煙氣樣本，按順序執(zhí)行煙氣除水、除塵、配氣稀釋等操作步驟，最終完成樣本分析任務(wù)，向系統(tǒng)后臺(tái)發(fā)送樣本分析結(jié)果的測(cè)量方法，多用于完成高濕度環(huán)境的煙氣現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)任務(wù)，監(jiān)測(cè)精度并不會(huì)受到環(huán)境干擾，但其成本較高、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，僅在特定場(chǎng)景中得到應(yīng)用。

最后，直接抽取式煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采取安裝預(yù)處理設(shè)備和探頭裝置，在火電廠(chǎng)生產(chǎn)期間開(kāi)展煙氣采樣和預(yù)處理操作，再控制分析儀設(shè)備分析樣本組成成分來(lái)獲取現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的測(cè)量方式。在火電廠(chǎng)項(xiàng)目中，此類(lèi)系統(tǒng)多用于高塵環(huán)境與高濕度環(huán)境，有著設(shè)備裝置運(yùn)行穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、不易出現(xiàn)故障問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)，但現(xiàn)場(chǎng)裝置設(shè)備的操作流程較為繁瑣，系統(tǒng)后臺(tái)所獲取現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)效性缺乏保障，且系統(tǒng)運(yùn)行能耗較大。

1.3 系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景

在火電廠(chǎng)項(xiàng)目中，煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)分析處理場(chǎng)景。其中，在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)采集場(chǎng)景，通過(guò)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安裝信息傳感裝置、探頭裝置和分析儀等設(shè)備，持續(xù)采集粉塵、煙氣、流量、壓力、溫度等參數(shù)，再將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行初步分類(lèi)整理，上傳至系統(tǒng)后臺(tái)。要求火電廠(chǎng)根據(jù)煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)需求來(lái)選擇現(xiàn)場(chǎng)裝置的種類(lèi)型號(hào)，如配置采樣探討、氣體分析器、取樣管線(xiàn)來(lái)分析SO2、O2與NOx等煙氣氣體，配置SITRANS P壓差/溫度變送器分別測(cè)量壓力值與溫度值。而在數(shù)據(jù)分析處理場(chǎng)景，在系統(tǒng)中安裝PLC可編程邏輯控制器，自動(dòng)對(duì)所收集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)執(zhí)行信號(hào)轉(zhuǎn)換、邏輯分析等操作，將其轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單、直觀的數(shù)據(jù)信息，以及自動(dòng)生成曲線(xiàn)對(duì)比圖和統(tǒng)計(jì)報(bào)表。此外，可選擇預(yù)先在煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)的警戒值，系統(tǒng)運(yùn)行期間持續(xù)對(duì)比所采集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)與對(duì)應(yīng)警戒值，如果出現(xiàn)數(shù)值超限情況，系統(tǒng)將自動(dòng)執(zhí)行預(yù)先導(dǎo)入的控制方案。例如，在系統(tǒng)中預(yù)設(shè)過(guò)濾器浮塵警戒值，在系統(tǒng)運(yùn)行期間檢測(cè)到過(guò)濾器表面浮塵厚度超標(biāo)時(shí)，自動(dòng)下達(dá)控制指令，使用壓縮空氣，將過(guò)濾器表面浮塵吹掃至煙道內(nèi)部。

1.4 煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化措施

在火電廠(chǎng)采取稀釋式或直接測(cè)量式煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，受到復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響，系統(tǒng)設(shè)備在運(yùn)行期間將會(huì)頻繁出現(xiàn)運(yùn)行故障，進(jìn)而影響到系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和煙氣排放控制效果。因此，火電廠(chǎng)必須同步開(kāi)展系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)與故障檢修工作。

首先，在系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)環(huán)節(jié)，建立起長(zhǎng)效的系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)制度，明確維護(hù)保養(yǎng)內(nèi)容、操作步驟、標(biāo)準(zhǔn)要求和注意事項(xiàng)，定期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置與儀器設(shè)備開(kāi)展日常維護(hù)保養(yǎng)工作，清理設(shè)備裝置表面附著與內(nèi)部堵塞的灰塵雜質(zhì)，更換老化磨損元件、觀測(cè)制冷器溫度等運(yùn)行參數(shù)，檢查測(cè)塵儀風(fēng)機(jī)、保護(hù)過(guò)濾器等裝置設(shè)備運(yùn)行工況，并對(duì)維護(hù)保養(yǎng)過(guò)程加以記錄。同時(shí)，在維護(hù)保養(yǎng)期間發(fā)現(xiàn)裝置設(shè)備隱性故障和異常運(yùn)行情況時(shí)，及時(shí)將問(wèn)題上報(bào)反饋，組織開(kāi)展故障診斷與設(shè)備檢修工作。例如，使用潔凈水體反復(fù)清洗制冷腔表面附著的灰塵污漬、每隔半年更換全新的制冷器下蠕動(dòng)泵機(jī)、更換破損的取樣管、疏通取樣管內(nèi)部堵塞物。

其次，在故障檢修環(huán)節(jié)，要求工作人員掌握各類(lèi)型故障問(wèn)題的產(chǎn)生原因、客觀發(fā)生規(guī)律和正確處理方法。例如，在采取稀釋式煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，偶爾出現(xiàn)采樣管路進(jìn)水故障，問(wèn)題產(chǎn)生原因包括伴熱管線(xiàn)堵塞、主氣路負(fù)壓超標(biāo)、探頭過(guò)濾筒堵塞等，工作人員應(yīng)分別檢查各處管路裝置情況，鎖定堵塞部位，使用清水多次沖洗堵塞灰塵，再將管路與探頭過(guò)濾筒的殘留水分吹干。

2 火電廠(chǎng)煙氣排放控制的有效措施

2.1 確定煙氣排放控制總體思路

現(xiàn)階段，在部分火電廠(chǎng)項(xiàng)目中，尚未樹(shù)立起清晰、明確的煙氣排放控制思路，所采取各項(xiàng)控制措施缺乏關(guān)聯(lián)性，沒(méi)有形成完整的煙氣排放控制體系，實(shí)際控制效果并不理想。因此，要求火電廠(chǎng)積極借鑒國(guó)內(nèi)外成熟項(xiàng)目的案例經(jīng)驗(yàn)，以煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為煙氣排放控制體系的核心，及早構(gòu)建完善的煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，配置高效靜電除塵器、移動(dòng)極板靜電除塵器、WESP濕式靜電除塵器等裝置，以及采取石灰石-石膏濕法脫硫等工藝技術(shù)。如此，在火電廠(chǎng)生產(chǎn)活動(dòng)中，操作人員根據(jù)系統(tǒng)所采集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)與數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為靜電除塵器裝置啟動(dòng)運(yùn)行、煙塵脫塵技術(shù)參數(shù)的制定調(diào)整提供信息支持，實(shí)現(xiàn)煙氣排放控制效果的最優(yōu)化目標(biāo)。

2.2 進(jìn)一步擴(kuò)大煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)覆蓋范圍

目前來(lái)看，火電廠(chǎng)所建立的煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際監(jiān)測(cè)范圍有限，并未完全覆蓋火電廠(chǎng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與全部環(huán)節(jié)，存在煙氣排放控制盲區(qū)與薄弱環(huán)節(jié)。例如，受到煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)限制，工作人員無(wú)法全面掌握火電廠(chǎng)各區(qū)域的實(shí)時(shí)煙氣排放量、煙氣組成成分等參數(shù)，偶爾出現(xiàn)少量未經(jīng)處理有毒煙氣排入大氣環(huán)境的問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，需要火電廠(chǎng)持續(xù)擴(kuò)大煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際覆蓋范圍，具體措施包括安裝新一代PLC裝置、增加生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息傳感裝置的安裝數(shù)量及分布密度、在煙氣產(chǎn)生和處理排放等區(qū)域均安裝現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置、根據(jù)工藝技術(shù)選擇性增加監(jiān)測(cè)裝置種類(lèi)。例如，在某火電廠(chǎng)項(xiàng)目中，為控制煙氣中二氧化硫氣體的排放量，選擇采取石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，同步更新現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置的種類(lèi)，煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以采集液氣比、石灰石粉顆粒粒度、脫硫吸收塔進(jìn)出口煙氣溫度、煙氣含氧量等參數(shù)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整工藝控制參數(shù)，如將進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度始終維持在96℃左右，從而將煙氣脫硫效率保持在90-95%區(qū)間范圍內(nèi)，如果煙氣溫度得不到有效控制，將會(huì)直接影響到煙氣脫硫效率，如在煙氣溫度到達(dá)103℃時(shí)煙氣脫硫效率將會(huì)降低至84.8%。

2.3 排放數(shù)據(jù)預(yù)處理

以上提及，煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是煙氣排放控制體系的核心，系統(tǒng)運(yùn)行情況直接影響到煙氣總體排放效果，以及間接影響到石灰石-石膏濕法煙氣脫硫、靜電除塵等煙氣污染物排放控制措施的實(shí)施效果。然而，部分所建立煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力較差，雖然可以在短時(shí)間內(nèi)完成海量數(shù)據(jù)的處理任務(wù)，但卻無(wú)法保證數(shù)據(jù)處理結(jié)果的真實(shí)性與準(zhǔn)確性，進(jìn)而對(duì)煙氣排放控制方案、策略的制定起到誤導(dǎo)作用，難以取得理想的煙氣排放控制效果。因此，為突破煙氣控制排放體系的局限性，應(yīng)在煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中增加排放數(shù)據(jù)預(yù)處理環(huán)節(jié)，系統(tǒng)依次執(zhí)行數(shù)據(jù)清理、集成處理和規(guī)約處理操作，從而簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理流程，在保證數(shù)據(jù)結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確的前提下，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理效率。其中，在數(shù)據(jù)清理步驟，執(zhí)行數(shù)據(jù)識(shí)別、離群點(diǎn)刪除、缺失值填寫(xiě)等操作，從海量數(shù)據(jù)中篩除重復(fù)數(shù)據(jù)，并對(duì)異常數(shù)據(jù)加以糾正處理。在數(shù)據(jù)集成處理步驟，根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)源、關(guān)聯(lián)分析結(jié)果與屬性狀態(tài)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)類(lèi)型的文件內(nèi)進(jìn)行歸檔保存。而在數(shù)據(jù)規(guī)約處理步驟，從所收集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中提取高價(jià)值數(shù)據(jù)，以規(guī)約形式加以呈現(xiàn)，從而起到提高數(shù)據(jù)處理效率、保證數(shù)據(jù)時(shí)效性、減少數(shù)據(jù)處理量的作用。

2.4 完善煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用功能

根據(jù)火電廠(chǎng)煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)早期使用情況來(lái)看，普遍存在系統(tǒng)使用功能單一的問(wèn)題，僅能做到對(duì)火電廠(chǎng)生產(chǎn)期間煙氣排放量、流量、粉塵量等參數(shù)的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用作用主要體現(xiàn)在提供生產(chǎn)方案決策建議方面，并無(wú)法幫助工作人員在煙氣排放量超標(biāo)等問(wèn)題出現(xiàn)的第一時(shí)間采取有效處理措施，簡(jiǎn)單來(lái)講，則是煙氣排放的事中控制力度不足。因此，火電廠(chǎng)需要根據(jù)煙氣排放控制需求，對(duì)當(dāng)前的煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)加以補(bǔ)充完善。例如，考慮到現(xiàn)代火電廠(chǎng)有著規(guī)模龐大、工藝流程復(fù)雜的特征，可以在系統(tǒng)中增加區(qū)域定位、實(shí)時(shí)查詢(xún)、自動(dòng)預(yù)警等使用功能。例如，對(duì)區(qū)域定位和自動(dòng)預(yù)警功能的設(shè)置，在系統(tǒng)運(yùn)行期間檢測(cè)到參數(shù)超限問(wèn)題時(shí)，將自動(dòng)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，向值班人員發(fā)送詳盡的報(bào)警報(bào)告，內(nèi)容包括煙氣超標(biāo)排放位置、具體排放量、問(wèn)題發(fā)生前一段時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及曲線(xiàn)圖表等，幫助工作人員更好的分析問(wèn)題產(chǎn)生原因、制定合理的煙氣排放控制方案。此外，在煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立之初，可選擇應(yīng)用PLC技術(shù)，所構(gòu)建PLC系統(tǒng)有著擴(kuò)展性強(qiáng)、升級(jí)維護(hù)簡(jiǎn)單、編程方便的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由若干保持獨(dú)立狀態(tài)的模塊單元組成，工作人員僅需根據(jù)系統(tǒng)升級(jí)需求，對(duì)特定模塊單元進(jìn)行增減處理，即可完成系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)展任務(wù)，調(diào)整系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)。