王国朋
大唐安阳电力有限责任公司设备管理部 河南省安阳市 455000
摘要：燃煤电厂作为污染排放大户，是国家环保重点监察对象，对其污染物考核标准一般都是以“小时均值”为依据。为了让运行人员能够随时掌握烟气污染物排放实时情况，做到精准调节。在满足污染物排放标准的同时电厂经济效益又能最大化，我们在DCS系统将烟气污染物实时“小时均值”进行逻辑实现及显示，效果非常明显。
关键词：污染 考核 Ovation 小时均值 扫描周期
前言：燃煤电厂是能源消耗大户，具有用量大、排污集中且影响范围大的特点，使得火电厂已成为许多地区最主要的污染源，燃煤电厂烟气污染物主要有烟尘、二氧化硫、氮氧化物。三大污染物有明确的指标考核，一旦排放量超标，燃煤电厂将会受到巨额的环保考核，其考核依据一般都是按照污染物小时均值超标计算。燃煤电厂运行人员一般只能监视到污染物瞬时排放量，为了避免环保数据超标，就会尽量的压低污染物排放量，一方面导致电厂经济效益受影响，另一方面对脱硝脱硫除尘设备也会造成很大的影响，这时候，我们就需要让运行人员能够监视到污染物排放实时小均值，做到精准调节，但在DCS系统没有现成的功能模块，就需要我们热工人员通过逻辑功能块搭接实现该功能，本篇主要以Ovation系统为例，利用逻辑页扫面周期和堆栈的方法实现。
一.环保背景
目前国内大气污染形势严峻:据统计,2015年全国338个地级以上城市中,有73个城市环境空气质量达标,占21.6%;265个城市环境空气质量超标,占78.4%。为了防治大气污染,国家加大对燃煤电厂污染物排放治理力度,相继出台一系列政策法规,如《火电厂大气污染物排放标准(GB13223—2011)》、《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》、《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》等,最新政策要求,东部、中部、西部省份分别于2017年、2018年、2020年前完成全部燃煤机组的超低排放改造,即在基准氧含量6%的条件下,烟尘、SO2、NOx排放浓度分别不高于10mg/m3、35mg/m3和50mg/m3。国家环保部门对于火电企业大气污染物排放指标的监管愈加规范和严格，执法力度也越来越大。如生态环境部印发《生态环境保护综合行政执法事项指导目录（2020年版）》中对超标或超总量排放大气污染物的行政处罚：由县级以上人民政府生态环境主管部门责令改正或者限制生产、停产整治，并处十万元以上一百万元以下的罚款；情节严重的，报经有批准权的人民政府批准，责令停业、关闭。在2018年生态环境部就对第三季度主要污染物排放严重超标重点排污单位的两个电厂做出500万元的处罚并停业改造。对电厂污染物超标采取的处罚措施是按照超标时段扣减脱硫脱硝率和脱硫脱硝电价。
所以在燃煤发电企业环保管理过程中，大气污染物排放限值为红线，要求运行人员必须严格调整，避免超限值情况发生，以免给企业带来负面的政治影响和经济处罚。
二.电厂现状
目前，燃煤电厂烟气污染物排放监测主要是通过“烟气排放连续监测系统”（简称CEMS）设备来实现。河南省环保厅环保电费核算、排污费核算以及排放浓度监管等，均采用CEMS“重点污染源自动监控及基础数据库系统”中统计的小时均值数据作为核算依据。CEMS设备一般都是要求有运营维保资质的第三方来维护，其测量的烟气污染物实时数据分两路，一路传送到环保部门，方便环保部门进行监管，防止电厂环保数据造假。一路发送到DCS画面，用于运行人员调整工况。根据调研，目前大多数燃煤电厂机组DCS画面只显示各污染物瞬时排放浓度，运行人员只能根据瞬时数据和经验来调整环保设备。
在运行过程中，由于烟气流场的不均匀、反应的延迟性等原因，经常会造成环保瞬时数据有较大的的波动性，瞬时超标现象不可避免，为控制小时均值不超标，在应对瞬时超标的突发状况时，运行人员通常根据经验，通过增加物料投入、启动备用设备等措施，避免环保因子排放浓度超标，提高容错率。这些运行调整措施有以下弊端：（1）环保参数瞬时波动较大，无法在运行方式上提供准确判断，无法对喷氨大小、电除尘参数、浆液循环泵启停等做到精确调整，经常因无法正确估计小时均值造成环保超标的事件发生。（2）在环保监测数据瞬时变大时, 运行人员通常根据经验采用增大喷氨量、提高电除尘出力、加速浆液循环周期等方式，增加物料消耗，同时设备频繁启停,容易提高设备故障率，过量喷氨提高了空预器堵塞的风险，影响机组的经济运行和精细化管理。在环保管控严格的时候，政府会要求燃煤电厂烟气污染物限额排放，一旦超过限额将会进行处罚或限制机组负荷，此时运行人员就更需要能够清楚的掌握污染物的实时小时均值甚至是日均值，在这样的前提下我们决定在DCS系统实现污染物的实时小时均值逻辑组态及显示，方便运行人员在线监控小时均值，提前进行调整控制，有效防止排放数据超标，同时利于对各环保设备进行精细化操作。
三.功能实现
实时“小时均值”的设计思路就是污染物瞬时数据的累计值除以时间的累计值，实时显示，并且在时间到达整点的时候，切换清零，开始下一周期的计算。要实现该功能，首先要保证的是污染物瞬时数据已经由CEMS送达到DCS系统，另一方面就是要保证CEMS的时间要与DCS系统的时间一致，解决了这两个问题，我们就开始进行逻辑功能的实现，以Ovation系统为例，在这个逻辑里，实际上我们只要解决了时间的实时累计就会很简单，我们经过研究，设计了两套比较简单又可靠的方案，一种是利用逻辑页的扫描周期来实现时间累计，如下图：
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在这个逻辑里，我们假设逻辑扫描周期为1秒，（如扫描周期不一样，可以乘以系数），右侧的常熟我们设定为1，在一个扫面周期时间里，瞬时数据累计一次，常数累计一次，就相当于时间的累计，当常数累计到等于3600的时候，发出一个很短的脉冲，累计功能块输出值快切换至瞬时数据和常数1，开始下一周的计算。逻辑功能实现。
一种是利用逻辑时间显示的功能块来实现，如下图：
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在这个逻辑里，同样假设逻辑扫描周期为1秒，“SYSTEM TIME”功能块能后实时显示工程师站的时间，我们利用分钟乘以60加上秒数实现时间的累加计算，当分钟数等于零的时候，发出一个秒冲，瞬时数据累计值切换为当前时间瞬时值，开始下一个周期的计算，逻辑功能实现。
两个累积模块同时清零的瞬间会造成瞬时小时均值数值扰动。要得到瞬时小时均值，必须在一个小时结束的时候对监测因子累积值和时间累积值同时进行清零操作，而当被除数和除数同时清零时，数据会产生阶跃跳变，该跳变会累积到之后的逻辑运算中，对之后的小时瞬时均值造成影响。为解决此问题，在逻辑组态时可以引入切换和延时两个模块，也可以对小时均值增加一个上限值，都可以减小其影响。
经过反复优化逻辑、试验，对各环保参数小时均值逻辑进行组态、完善，实时在 DCS 上显示，优化后环保参数小时均值实时显示有如下特点：（1） 运行调整人员可以实时监控小时内任意时刻均值，小时均值计算时间与国家污染物发布平台同步。（2）在环保监测数据存在瞬时波动较大时，小时均时数据一般比较稳定,运行人员可以根据小时均时数据的变化速率,来决定是否通过增加设备投运量来避免超标,有效避免了设备频繁启停,以及资源浪费,保证设备的安全经济运行。（3）在环保参数因设备、调整等问题,造成一定时间范围内超标时, 运行人员可以根据小时均值数据, 判断小时剩余时间内排放值,以避免小时均值超标。运行人员再通过剩余时间内排放值,决定剩余时间内喷氨大小、电除尘参数、浆液循环泵启停时间段等,做到精确调整，避免因无法正确估计小时均值造成环保超标的事件发生，同时做到经济运行。（4）制作小时均值超标报警显示：从任意时刻出现均值超标，及时发出声光报警以提醒运行加强调整；一小时的后 20分钟进行光子牌闪烁提醒，提醒运行人员进行参数调整，增加或减少环保设备出力，提高机组经济性运行。
四.结束语
污染物实时“小时均值”的实现，为燃煤电厂的节能和环保提供了可靠的调整依据，有效降低了企业环保的运行成本，同时保证了环保数据的不超标。该逻辑块功能可以推广到八小时均值，日均值还有别的污染物的实时监控，开发更多有用的逻辑功能，更好的服务于生产，是我们热工人员的责任。
参考文献：
[1] 魏玉珠 刘建军 王金玲.火电机组环保监测因子设立小时均值测点的可行性分析.资源节约与环保
[2] DCS逻辑组态中的算法分析方法及应用 鲁学农 2004