物聯(lián)網(wǎng)技術下的工況監(jiān)控應用

引 言

環(huán)境保護中的工況監(jiān)控系統(tǒng)是對污染源治理設施工作狀況進行實時監(jiān)控的計算機信息系統(tǒng)，它把污染源在線監(jiān)控系統(tǒng)的末端監(jiān)控方式提高到了全過程監(jiān)控方式，是污染源物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的必要補充。工況系統(tǒng)的設計，匯集了環(huán)保行業(yè)、污染源治理行業(yè)、計算機軟件開發(fā)和信息集成等眾多專家理論， 結(jié)合海量的工況數(shù)據(jù)累積，形成了一套具有科學性和權(quán)威性的分析判斷規(guī)則。通過幾年來的實際應用，這套規(guī)則的準確性得到了不斷地驗證，并在內(nèi)蒙古污染源監(jiān)管過程中得到了進一步完善。本文以石灰石- 石膏濕法脫硫工藝過程為例，根據(jù)工藝原理，針對工藝過程各類參數(shù)范圍及相關關系，探討了幾種工況監(jiān)控檢查方法，用于檢查脫硫裝置非正常運行、工況數(shù)據(jù)不符合邏輯等工況異常現(xiàn)象。

1 內(nèi)蒙古工況監(jiān)控

內(nèi)蒙古自治區(qū)污染源在線監(jiān)控起步較晚，在汲取全國先進省份監(jiān)管經(jīng)驗的基礎上，于 2009 年實現(xiàn)了對排污企業(yè)“三位一體”的監(jiān)管模式，這也標志著在全國率先開展了工況監(jiān)控。工況監(jiān)控系統(tǒng)致力于對污染源的全過程監(jiān)控，對加強環(huán)境管理與環(huán)境執(zhí)法，提高污染治理水平，監(jiān)督消減污染物排放具有積極作用，同時由于過程參數(shù)的引入，工況監(jiān)控系統(tǒng)在提高污染源在線監(jiān)控數(shù)據(jù)的使用率上也發(fā)揮著重要作用，成為完成“十二五”環(huán)境保護規(guī)劃任務的重要手段之一。經(jīng)過多年運行，內(nèi)蒙古逐步建立了完整的工況監(jiān)控系統(tǒng)應用體系，通過對電廠機組和脫硫設施過程數(shù)據(jù)的分析和對脫硫設施運行的分析，實現(xiàn)了對在線監(jiān)控數(shù)據(jù)真實性、可靠性的判斷，同時也實現(xiàn)了工況監(jiān)控與環(huán)?，F(xiàn)場監(jiān)督檢查的有效結(jié)合。在長期對污染源工況監(jiān)控的過程中，逐步總結(jié)出針對石灰石- 石膏濕法脫硫工藝的幾種工況檢查方法，利用該檢查方法可以有效判斷監(jiān)控數(shù)據(jù)是否準確和電廠脫硫設施是否正常運轉(zhuǎn)。

2 工況監(jiān)控檢查方法

2.1 工藝圖檢查法

工況監(jiān)控中的工藝流程圖是電廠全周期生產(chǎn)過程最直觀的展示，利用以下幾點規(guī)則通過對工藝流程圖的檢查，能及時了解各工藝子系統(tǒng)的運行狀態(tài)是否正常，及主要環(huán)保管理參數(shù)是否合理。

(1) 吸收塔漿液 pH值正常范圍應該在 5.0～5.8之間；

(2) 氧化風機一般有 3臺，滿負荷時二開一備；

(3) 循環(huán)漿液泵一般一臺備用，其余全開 ；

(4) 脫硫效率的極限值不應超過 98.7% ；

(5) 根據(jù)入口二氧化硫濃度和脫硫效率可以判斷出口二氧化硫濃度是否超標。

2.2 趨勢檢查法

該方法主要是根據(jù)各相關參數(shù)的趨勢變化是否一致，主要檢查 FGD 出口煙氣流量是否正常。比如負荷、FGD 入口煙氣流量、增壓風機電流、燃煤量、機組總送風量，這些參數(shù)的變化趨勢應該與出口煙氣流量的變化參數(shù)保持一致。圖 1 中機組負荷是一條變化的動態(tài)曲線，而出口煙氣流量變化幅度非常小，基本與機組負荷的變化沒有任何關聯(lián)。圖 2 中幾條曲線分別代表機組負荷、機組總送風量、FGD入口煙氣流量、FGD 出口煙氣流量，可以看到機組總送風量和FGD 入口煙氣流量都隨著負荷的調(diào)整而變化，而出口煙氣流量卻是基本保持一條直線。以上兩種情況都可以判定出口煙氣流量數(shù)據(jù)異常。

2.3 風量比較法

風量比較法主要是通過檢查機組總送風量、FGD入口煙氣流量、FGD 出口煙氣流量的大小關系，理論上這三個值應該相差不大，F(xiàn)GD 出口煙氣流量是略大一些。通過對這三個參數(shù)的變化趨勢比較，可以判定流量數(shù)據(jù)是否異常。圖 3 中三條曲線分別代表機組總送風量、FGD 入口煙氣流量、FGD 出口煙氣流量，將這三條曲線 20 天的數(shù)據(jù)對分析，可以明顯看出，F(xiàn)GD入口煙氣流量隨機組總送風量成正相關變化趨勢， 但 FGD 出口煙氣流量不隨機組總送風量變化而變化 ；另外， 機組總送風量的值總是大于FGD 入口和出口煙氣流量，這也不符合規(guī)律，從而可以判斷出FGD 出口煙氣流量異常。

2.4 pH 關聯(lián)檢查法 

該方法分為兩種，一種是 pH 值正相關聯(lián)檢查法，另一 種是 pH 值反相關聯(lián)檢查法，都是用來檢查脫硫效率參數(shù)是 否正常。pH 值正相關聯(lián)檢查法主要是對 pH 值與脫硫效率進 行相關性分析，理論上當 pH 值在正常范圍 5 ～ 6 之間時，脫 硫效率的變化趨勢應該與 pH 值變化成正相關趨勢。pH 值反 相關聯(lián)檢查法主要是對 pH 值、循環(huán)漿液泵電流、FGD入口煙 氣流量、脫硫效率進行相關性分析，當循環(huán)漿液泵電流及 pH 平穩(wěn)時，入口煙氣流量與脫硫效率變化應該成反相關聯(lián)趨勢。 圖 4 中有 2 條曲線代表兩臺循環(huán)漿液泵的電流，還有 3 條曲線 分別代表脫硫效率、入口二氧化硫濃度、入口煙氣流量。當兩 臺循環(huán)漿液泵電流穩(wěn)定時，pH 值也基本平穩(wěn)，此時入口煙氣流量和入口二氧化硫濃度有一定的波動，但脫硫效率的變化趨勢卻與其無太大關聯(lián)性，不符合邏輯。

2.5 脫硫設施停運檢查法

該方法主要是選取脫硫停運時段（旁路打開，增壓風機停運），通過對 FGD入口和出口煙氣流量和二氧化硫濃度的分析，來判斷測點位置是否正確，或確認測點位置正確時，監(jiān)測數(shù)據(jù)是否真實。理論上當脫硫停運時，如果 FGD入口二氧化硫濃度無變化，則測點位置在原煙氣擋板之前，否則在之后； 如果 FGD出口二氧化硫濃度升高，則判定測點位置在混合煙道上，裝置正確，否則屬于裝置不正確，或是屬于人工干預測點。另外，當脫硫停運時，入口煙氣流量趨勢沒有太大變化， 則測點位置在原煙氣擋板之前，否則在之后；出口煙氣流量趨勢沒有太大變化，則測點位置在混合煙道上，裝置正確。圖 5 中旁路擋板打開后，入口二氧化硫濃度大幅降低，可判定入口測點位置在原煙氣擋板之后。圖 6中該機組FGD出口二氧化硫濃度測點是在混合煙道位置，但在脫硫停運期間，旁路擋板打開，出口二氧化硫濃度卻并沒有升高，這與實際狀態(tài)不符。

結(jié) 語

通過以上介紹的各種方法，基本可以利用工況監(jiān)控實現(xiàn) 對過程數(shù)據(jù)的監(jiān)管與判斷，從而有效判斷電廠脫硫設施是否正常運轉(zhuǎn)，可以進一步判斷出在線監(jiān)控數(shù)據(jù)是否真實準確。 

為了繼續(xù)提高污染源自動監(jiān)控數(shù)據(jù)準確性、持續(xù)推動污 染源監(jiān)控數(shù)據(jù)的應用，作為環(huán)保部的示范項目，內(nèi)蒙古《在線 監(jiān)測與主要污染物減排和排污收費管理平臺應用開發(fā)標準化 研究項目》于 2015 年初已順利通過環(huán)保部的驗收。該項目采 用數(shù)學模型，將上述工況監(jiān)控檢查方法全部實現(xiàn)了計算機自 動判別，并進行了拓展，目前可以實現(xiàn)對 3 大類、14 小項異 常情況的判定，包括設備層面的異常，數(shù)據(jù)表征層面的異常， 深層數(shù)據(jù)之間邏輯關系的異常。

 未來通過該項目的應用，基本可以實現(xiàn)內(nèi)蒙古環(huán)保部門 對電廠的精細化管理要求，實現(xiàn)實時監(jiān)控電廠運行情況、污 染物治理情況、污染物排放情況，并可以提出設施優(yōu)化運行 的建議，在提高了對電廠環(huán)境監(jiān)管效率的同時，進一步提高 內(nèi)蒙古環(huán)保宏觀決策的針對性和科學性，深入挖掘內(nèi)蒙古的 污染減排潛力。