（1.山西大唐国际临汾热电有限责任公司；2.山西省临汾市尧都区汾河办事处 041000）
摘要：目前，随着国家对火电企业污染物排放标准的日益严格以及山西省政府推进火电企业“超低排放”建设的总体目标，各级环保部门对于火电企业污染排放物的瞬时超标问题日益关注。临汾热电着手从环保数据的采集、分析、自动控制等全过程投入人力、物力，在每个环节深挖潜力、不断创新。确保取样数据真实可信、仪表分析准确无误、喷氨自动控制及时、有效，提高了环保数据准确性，极大减少了污染物瞬时超标次数。
关键词：NOx；数据超标；控制技术
Thermal Control Technology for Preventing NOX Data from Excessive Thermal Power
Kangzhenliang
ABSTRACT：At present，with the country on the thermal power enterprises pollutant emission standards increasingly stringent and the Shanxi provincial government to promote thermal power enterprises "ultra-low emissions" the overall goal of construction，environmental protection departments at all levels of thermal power enterprises pollution emissions exceeded the issue of increasing attention.Linfen thermoelectric proceed from the environmental data collection，analysis，automatic control，and so the whole process into human and material resources，in every link digging potential and constant innovation.To ensure that the sampling data is true and credible，instrument analysis is accurate，spray ammonia automatic control timely and effective，improve the accuracy of environmental data，greatly reducing the number of pollutants transient times.
KEY WORD：NOx Data exceeded Control Technology
一、项目背景简介
随着工业化程度的不断提高，我们的生活环境质量在不断下降。尤其是自2016年入冬以来临汾大气质量形式严峻，空气中SO2过千爆表。虽然我公司严格执行各项环保要求，严控环保指标，但仍然偶有排放瞬时超标现象。为减少此类环保事件发生，为运行人员减轻监盘压力，我公司热工人员从实际出发，结合现场条件设计了此项防止NOX数据超标的热工控制技术。临汾热电公司防止NOX数据超标的热工控制技术，从NOX数据样气采集、仪表分析、自动控制策略等角度入手，保障了环保数据取样具有代表性，分析处理精度高、线性好，自动调节有效及时，有效改善了NOX数据频繁超标的问题，减少NOX数据异常和超标频次，达到经济、社会双效益目的。
二、项目主要内容
为了响应山西省《关于推进全省燃煤发电机组超低排放的实施意见》和国家发改委、环保部、国家能源局联合下发的《关于印发煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）的通知》等要求，多数火电企业脱硫、脱硝CEMS数据是由就地单采样探头采集取样，再通过中间混气箱混合后，送至CEMS分析柜进行样气分析，最后将分析结果分别送到就地工控机和上位机DCS，为脱硫、脱硝控制逻辑提供数据依据，实现对污染物实时监测的目的。
1、现状
山西大唐国际临汾热电有限责任公司两台机组目前安装有4套脱硫烟气在线CEMS分析仪、8套脱硝烟气在线CEMS分析仪。就地采用三探头取样经过混气箱充分混合后，送至CMES仪表分析柜分析处理，最后将数据分别送至就地工控机、上位机DCS，为脱硫、脱硝控制逻辑提供数据依据，实现对污染物实时监测的目的，另外根据山西省环保厅的环保数据的传输要求，将企业两台机组向省厅平台发送的脱硫CEMS出、入口数据，脱硝入口数据同步传输到企业中控室终端服务器。通过解析软件和应用软件，将采集到的五分钟实时报文数据存储至终端服务器数据库（与省平台一致），供企业管理及技术人员核对、查询。同时，将该环保实时监控平台与其他系统有效融合，提高工作效率，实现污染物的全方位监测。
2、功能实现
根据国际环保总局固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法标准，对烟气取样、气体混合、防仪表零漂、喷氨自动控制四个方面进行了改进：
1、烟气取样技术
采用网格法，通过大量的污染物浓度场分布试验数据，分析计算后最终选定三个具有代表性的位置作为取样位置，取样装置的设置采用了多探头取样工艺，然后进行混合后输出，确保取样具有代表性。
2、气体混合技术
烟气经过就地取样探头后进入混气箱，在混气箱内加装样气混合装置（图一），三个探头采集的烟气进入混气装置后利用自身重力作用进行充分混合，通过取样输出总管路送至CEMS分析仪表柜。混气装置可以实现气体混合、防堵塞吹扫、水分排放、自身保温、管路堵塞判断等功能。
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3、防仪表零漂技术（图二）
防止环境空气中的微量SO2、NOX对分析仪零点产生影响，造成标定时零点漂移，影响测量结果的准确性；我们设计的防零漂装置如下图二，本装置气源来源为厂用压缩空气，减少了取样泵的使用，达到节能降耗目的；用标准纯净的压缩空气对O2量程和分析仪零点进行标定，标定气体比环境空气更干净、标定更准确，有效避免了零点漂移问题。
4、脱硝喷氨自动逻辑（图三、图四、图五）
两台机组烟气脱硝系统，采用高灰型烟气脱硝（SCR）工艺，SCR烟气脱硝系统采用高灰段布置方式，即SCR反应器布置在锅炉省煤器出口和空气预热器之间，考虑省煤器高温旁路系统。在锅炉正常负荷范围内烟气脱硝效率均不低于91%，反应器入口NOX含量不大于500 mg/Nm3，反应器出口NOx浓度低于50mg/Nm3。目前脱硝自动逻辑在负荷大幅波动的情况下，无法保证NOX不超标，因此在原有逻辑基础上进行优化：
4.1脱硝NOX自动调节前馈设计优化
（1）将脱硝NOX自动调节入口NOX实时值经过变参后输出一个前馈因子。将出口NOX实时值经过变参后与入口NOX进行修正，输出另一个前馈因子。增加锅炉负荷指令与省煤器处氧量值作为前馈的另外两个因子。将4个前馈因子相加作为最终的喷氨前馈。
（2）增强脱硝入口NOX前馈作用，适当加强喷氨自动PID作用。
（3）优化脱硝NOX自动控制前馈设计中脱硝入口NOX导前微分作用，使用函数变参对入口NOX导前微分作用进行优化，进行微分正作用强化、负作用不变的优化设计。
（4）拟在前馈回路中增加一定的脱硝出口NOX导前微分，导前微分只进行正作用设计。
（5）当一侧入口NOX参数进行维护保持时，自动切换至对侧的入口NOX参数。
（6）在前馈中引入出、入口NOX变化速率计算，实时与9分钟之前的数据进行比较，判断NOX变化趋势，从而调整前馈系数，以适应自动调节要求
4.2自动吹扫时间倒计时提示
脱硫、脱硝CEMS仪表每3小时对空自动标定一次，每次标定时间10分钟，标定过程中数据保持，为防止因数据保持造成长时间显示超标的现象发生，在DCS系统画面增加CEMS仪表自动吹扫时间倒计时提示，为运行人员分析判断提供依据。
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5、火电企业烟气排放数据实时监控
根据省环保厅的环保数据的传输要求，将企业两台机组向省厅平台发送的脱硫CEMS出、入口数据，脱硝入口数据同步传输到企业中控室终端服务器。通过解析软件和应用软件，将采集到的五分钟实时报文数据存储至终端服务器数据库（与省平台一致），供企业管理及技术人员核对、查询。同时，将该环保实时监控平台与其他系统有效融合，提高工作效率。同时将服务器软件系统界面以WEB网页形式发布，实现办公室监控。该监控平台实现了如下功能：
5.1数据采集同步实现
目前企业CEMS数采仪通过串口连接无线发送模块DTU将数据传输至省厅监控平台，同时该数采仪备用通信接口（串口、网口等）可将发送至省厅平台数据同步发送至企业中控室终端服务器，通信协议为标准的HJ/T212-2005协议，我们通过终端服务器解析该协议发送的数据，转换成分钟、小时数据供企业核对参考。该终端服务器安装关系型数据库和应用软件，将接收到的数据转换成十分钟、小时数据并与省监控中心数据同步传输。
5.2网络架构拓扑实现
数据监控服务器分别采集两台炉数采仪脱硫出、入口，脱硝入口数据，脱硝工控机数据，并经过汇总进行存储，监控室做画面显示。同时将该服务器接入厂内MIS系统，管理人员、技术人员可在办公室对该环保数据进行实时监控、历史数据查询、分析，排放超标短信推送等功能，同时将该环保数据服务器与厂内其他管理系统，如早会管理系统、绩效系统实现数据对接，提高工作效率。
5.3超限预警功能实现
可人为对各监控参数提前进行报警设置，一旦达到越限值，平台提前推送短信给相关管理及维护人员，相关人员根据现场情况及时进行处理。
三、项目应用情况、经济效益和社会效益
1、应用情况
该烟气排放数据采集、分析、控制系统性能改善后，数据采集取样具有代表性，仪表分析处理准确性提高，自动控制逻辑对环保数据的控制作用有效及时，可实现减少环保数据超标次数。
2、经济效益
从避免参数超标次数的效益出发，假设全年两台机组可有效控制环保数据异常时间2次，每次平均避免异常1小时，按山西省环保厅环保数据超标考核要求，每小时罚款10万元（以每次超标一倍以内计）、每次考核电价9万元（以1小时300000度电量，0.30元/度计算），全年发生6小时异常后，可避免罚款及考核损失29万元；从环保参数异常后运行人员可及时有效对环保设施进行有效干预调整、节约煤炭资源角度出发，假设每小时可节约标煤25吨，每吨标煤单价550元，全年2小时可节省标煤50吨、标煤费用2.75万元，合计每年可节约及避免经济损失40.75万元。
3、社会效益
按照脱硫、脱硝、除尘系统全部投入，以节约150吨标煤进行核算，可减少烟尘排放约1.75kg，二氧化硫排放约75kg，氮氧化物约280kg，减少了环境污染。
四、总结
多数火电企业脱硫、脱硝CEMS数据是由就地单采样探头采集取样，再通过中间混气箱混合后，送至CEMS分析柜进行样气分析，最后将分析结果分别送到就地工控机和上位机DCS，为脱硫、脱硝控制逻辑提供数据依据，实现对污染物实时监测的目的。
而我们通过技术改进对通常的工艺系统进行了卓有成效的改进，创造出具有企业特色的NOX数据控制新工艺：
1、在数据取样方面，我们采用网格法，通过大量的污染物浓度场分布试验，确定取样探头位置，取样装置的设置上采用多探头取样工艺，确保取样具有代表性。
2、对多探头取样后的烟气混合工艺进行了改进，摒弃多三通接头混合的普遍做法，改进为具有自主知识产权、可实现多路样气充分混合的工艺技术（该混合装置已获得国家专利），充分混合后的样气再传送至仪表分析柜，用于气体分析。
3、仪表柜处，为解决分析仪的零点漂移问题，我们对分析柜处零点标定所需空气加装了过滤装置，该过滤装置保障了标定用空气的干燥、无水，排除了环境空气对仪表零点的干扰，解决了仪表的零点漂移问题。
4、在喷氨自动调节方面，通过改进脱硝自动控制策略，引入入口NOX、出口NOX及炉主控指令前馈，使用函数变参对入口NOX导前微分作用进行优化，实现了微分正作用强化、负作用缓变的优化目标，确保环保数据控制及时、有效，实现了NOX数据不超标的目的。
5、在对污染物的监控上面，实现了DCS与环保监控平台同步监视，具备超限预警功能，提醒运行人员及早采取措施，有效控制NOx的超标。
参考文献：
[1] 国家环境保护总局，固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法
[2] 国家环境保护总局，固定污染源烟气连续监测技术规范
[3] 国家能源局，火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程