物联网技术下的工况监控应用

引 言

环境保护中的工况监控系统是对污染源治理设施工作状况进行实时监控的计算机信息系统，它把污染源在线监控系统的末端监控方式提高到了全过程监控方式，是污染源物联网监控系统的必要补充。工况系统的设计，汇集了环保行业、污染源治理行业、计算机软件开发和信息集成等众多专家理论， 结合海量的工况数据累积，形成了一套具有科学性和权威性的分析判断规则。通过几年来的实际应用，这套规则的准确性得到了不断地验证，并在内蒙古污染源监管过程中得到了进一步完善。本文以石灰石- 石膏湿法脱硫工艺过程为例，根据工艺原理，针对工艺过程各类参数范围及相关关系，探讨了几种工况监控检查方法，用于检查脱硫装置非正常运行、工况数据不符合逻辑等工况异常现象。

1 内蒙古工况监控

内蒙古自治区污染源在线监控起步较晚，在汲取全国先进省份监管经验的基础上，于 2009 年实现了对排污企业“三位一体”的监管模式，这也标志着在全国率先开展了工况监控。工况监控系统致力于对污染源的全过程监控，对加强环境管理与环境执法，提高污染治理水平，监督消减污染物排放具有积极作用，同时由于过程参数的引入，工况监控系统在提高污染源在线监控数据的使用率上也发挥着重要作用，成为完成“十二五”环境保护规划任务的重要手段之一。经过多年运行，内蒙古逐步建立了完整的工况监控系统应用体系，通过对电厂机组和脱硫设施过程数据的分析和对脱硫设施运行的分析，实现了对在线监控数据真实性、可靠性的判断，同时也实现了工况监控与环保现场监督检查的有效结合。在长期对污染源工况监控的过程中，逐步总结出针对石灰石- 石膏湿法脱硫工艺的几种工况检查方法，利用该检查方法可以有效判断监控数据是否准确和电厂脱硫设施是否正常运转。

2 工况监控检查方法

2.1 工艺图检查法

工况监控中的工艺流程图是电厂全周期生产过程最直观的展示，利用以下几点规则通过对工艺流程图的检查，能及时了解各工艺子系统的运行状态是否正常，及主要环保管理参数是否合理。

(1) 吸收塔浆液 pH值正常范围应该在 5.0～5.8之间；

(2) 氧化风机一般有 3台，满负荷时二开一备；

(3) 循环浆液泵一般一台备用，其余全开 ；

(4) 脱硫效率的极限值不应超过 98.7% ；

(5) 根据入口二氧化硫浓度和脱硫效率可以判断出口二氧化硫浓度是否超标。

2.2 趋势检查法

该方法主要是根据各相关参数的趋势变化是否一致，主要检查 FGD 出口烟气流量是否正常。比如负荷、FGD 入口烟气流量、增压风机电流、燃煤量、机组总送风量，这些参数的变化趋势应该与出口烟气流量的变化参数保持一致。图 1 中机组负荷是一条变化的动态曲线，而出口烟气流量变化幅度非常小，基本与机组负荷的变化没有任何关联。图 2 中几条曲线分别代表机组负荷、机组总送风量、FGD入口烟气流量、FGD 出口烟气流量，可以看到机组总送风量和FGD 入口烟气流量都随着负荷的调整而变化，而出口烟气流量却是基本保持一条直线。以上两种情况都可以判定出口烟气流量数据异常。

2.3 风量比较法

风量比较法主要是通过检查机组总送风量、FGD入口烟气流量、FGD 出口烟气流量的大小关系，理论上这三个值应该相差不大，FGD 出口烟气流量是略大一些。通过对这三个参数的变化趋势比较，可以判定流量数据是否异常。图 3 中三条曲线分别代表机组总送风量、FGD 入口烟气流量、FGD 出口烟气流量，将这三条曲线 20 天的数据对分析，可以明显看出，FGD入口烟气流量随机组总送风量成正相关变化趋势， 但 FGD 出口烟气流量不随机组总送风量变化而变化 ；另外， 机组总送风量的值总是大于FGD 入口和出口烟气流量，这也不符合规律，从而可以判断出FGD 出口烟气流量异常。

2.4 pH 关联检查法 

该方法分为两种，一种是 pH 值正相关联检查法，另一 种是 pH 值反相关联检查法，都是用来检查脱硫效率参数是 否正常。pH 值正相关联检查法主要是对 pH 值与脱硫效率进 行相关性分析，理论上当 pH 值在正常范围 5 ～ 6 之间时，脱 硫效率的变化趋势应该与 pH 值变化成正相关趋势。pH 值反 相关联检查法主要是对 pH 值、循环浆液泵电流、FGD入口烟 气流量、脱硫效率进行相关性分析，当循环浆液泵电流及 pH 平稳时，入口烟气流量与脱硫效率变化应该成反相关联趋势。 图 4 中有 2 条曲线代表两台循环浆液泵的电流，还有 3 条曲线 分别代表脱硫效率、入口二氧化硫浓度、入口烟气流量。当两 台循环浆液泵电流稳定时，pH 值也基本平稳，此时入口烟气流量和入口二氧化硫浓度有一定的波动，但脱硫效率的变化趋势却与其无太大关联性，不符合逻辑。

2.5 脱硫设施停运检查法

该方法主要是选取脱硫停运时段（旁路打开，增压风机停运），通过对 FGD入口和出口烟气流量和二氧化硫浓度的分析，来判断测点位置是否正确，或确认测点位置正确时，监测数据是否真实。理论上当脱硫停运时，如果 FGD入口二氧化硫浓度无变化，则测点位置在原烟气挡板之前，否则在之后； 如果 FGD出口二氧化硫浓度升高，则判定测点位置在混合烟道上，装置正确，否则属于装置不正确，或是属于人工干预测点。另外，当脱硫停运时，入口烟气流量趋势没有太大变化， 则测点位置在原烟气挡板之前，否则在之后；出口烟气流量趋势没有太大变化，则测点位置在混合烟道上，装置正确。图 5 中旁路挡板打开后，入口二氧化硫浓度大幅降低，可判定入口测点位置在原烟气挡板之后。图 6中该机组FGD出口二氧化硫浓度测点是在混合烟道位置，但在脱硫停运期间，旁路挡板打开，出口二氧化硫浓度却并没有升高，这与实际状态不符。

结 语

通过以上介绍的各种方法，基本可以利用工况监控实现 对过程数据的监管与判断，从而有效判断电厂脱硫设施是否正常运转，可以进一步判断出在线监控数据是否真实准确。 

为了继续提高污染源自动监控数据准确性、持续推动污 染源监控数据的应用，作为环保部的示范项目，内蒙古《在线 监测与主要污染物减排和排污收费管理平台应用开发标准化 研究项目》于 2015 年初已顺利通过环保部的验收。该项目采 用数学模型，将上述工况监控检查方法全部实现了计算机自 动判别，并进行了拓展，目前可以实现对 3 大类、14 小项异 常情况的判定，包括设备层面的异常，数据表征层面的异常， 深层数据之间逻辑关系的异常。

 未来通过该项目的应用，基本可以实现内蒙古环保部门 对电厂的精细化管理要求，实现实时监控电厂运行情况、污 染物治理情况、污染物排放情况，并可以提出设施优化运行 的建议，在提高了对电厂环境监管效率的同时，进一步提高 内蒙古环保宏观决策的针对性和科学性，深入挖掘内蒙古的 污染减排潜力。