文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1003-0492（2023）12-080-03中圖分類號：TP277

★譚志杰（廣東華電坪石發(fā)電有限公司，廣東韶關(guān)512229）

關(guān)鍵詞：CEMS系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；智能化；環(huán)保

1　引言

CEMS系統(tǒng)可在線實時監(jiān)測顆粒物、二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NO_X）、氧氣（O₂）、煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣流速等數(shù)據(jù)。它既是環(huán)保部門掌握污染源排放狀況和污染物排放量的重要手段，也是征收環(huán)境保護(hù)稅的主要依據(jù)，在燃煤發(fā)電機組污染物排放和監(jiān)管過程中發(fā)揮著不可或缺的作用。因此，燃煤發(fā)電廠超低排放標(biāo)準(zhǔn)的實施對CEMS的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性提出了新的要求。

現(xiàn)有的CEMS裝置大部分采用直接抽取法或稀釋抽取法，但在實際運行過程中，因受采樣點位溫度、濕氣、灰分、渦流和震動等因素的影響，同時采樣和分析系統(tǒng)環(huán)節(jié)較多，維護(hù)工作復(fù)雜，往往任意一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，或者無法提供準(zhǔn)確測量數(shù)據(jù)指導(dǎo)運行人員調(diào)整脫硫、脫硝等環(huán)保設(shè)備的運行方式。目前現(xiàn)有CEMS系統(tǒng)設(shè)備主要依靠人工經(jīng)驗進(jìn)行維護(hù)，若出現(xiàn)故障，只能依據(jù)報警情況進(jìn)行事后緊急維修，無法做到事前預(yù)防或者計劃檢修。隨著物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，一種通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時獲取CEMS系統(tǒng)各設(shè)備的數(shù)據(jù)并將其發(fā)送給用戶來進(jìn)行分析或處理的診斷平臺應(yīng)運而生。

2　CEMS系統(tǒng)最主要的問題

廣東華電坪石發(fā)電有限公司#4、#5機組煙囪入口煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)為北京中電興業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn)的CEI-3000-YQ型煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用直接抽取式的方法，將被測氣體從煙道中抽出后，通過取樣單元、樣氣傳輸單元和預(yù)處理單元送至ABBAO2020系列紅外線氣體分析儀進(jìn)行SO₂、NO_X、O₂的分析測量。煙塵測量采用抽取法，全程高溫加熱，利用光散射原理測量粉塵濃度，從而檢測出固態(tài)顆粒污染物的濃度。

CEMS系統(tǒng)在實際運行過程中，容易出現(xiàn)采樣探頭腐蝕與堵塞、采樣管線伴溫度控制、蠕動泵和采樣泵故障無告警、PLC及數(shù)采儀死機，以及吹掃用壓縮空氣質(zhì)量監(jiān)控不到位造成的分析儀氣室腐蝕和污染，最終導(dǎo)致測量精度差、無效數(shù)據(jù)多等問題。CEMS系統(tǒng)獨立運行，未與DCS系統(tǒng)建立實時通訊，值班員無法及時準(zhǔn)確地獲取CEMS系統(tǒng)各設(shè)備的運行狀態(tài)及環(huán)保參數(shù)測量值的實時平均值，存在小時均值超標(biāo)的環(huán)保風(fēng)險。

3　解決方案

在CEMS小間增加一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的智能診斷預(yù)警平臺軟件，再部署一臺數(shù)據(jù)分析服務(wù)器和通訊管理服務(wù)器，負(fù)責(zé)采集CEMS系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備、數(shù)采儀、PLC工控機、分析儀測控等相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲處理、分析和診斷、告警信息發(fā)送等工作。現(xiàn)場設(shè)備增加傳感器進(jìn)行監(jiān)測，無法增加傳感器的設(shè)備更換為具有通訊功能的同型號設(shè)備，以保證現(xiàn)場設(shè)備的運行參數(shù)實時傳輸給數(shù)據(jù)分析服務(wù)器。

3.1　數(shù)據(jù)分析服務(wù)器

數(shù)據(jù)分析服務(wù)器安裝一套基于WEB端組織SOA架構(gòu)搭建模型的智能診斷預(yù)警平臺軟件，其具備信息管理、分布式的數(shù)據(jù)庫管理、事件告警、圖形系統(tǒng)、采集服務(wù)、報表服務(wù)等功能；配套安裝通訊管理機、網(wǎng)絡(luò)交換機、模擬量采集終端、短信告警模塊、開關(guān)電源、轉(zhuǎn)換電源及光纖收發(fā)器等設(shè)備，實現(xiàn)各類應(yīng)用服務(wù)，如數(shù)據(jù)分析、智能預(yù)警、狀態(tài)檢修、故障預(yù)警、實時平均值計算等。

3.2　現(xiàn)場設(shè)備傳感器的安裝

在原采樣探頭溫度控制單元中增加一組具有RS485通訊功能和PID控制輸出功能的溫控器，與通訊管理機連接，實現(xiàn)采樣探頭溫度的監(jiān)視與控制。更換原有伴熱帶溫控器，采用具有RS485通訊功能和PID控制輸出功能的溫控器，實現(xiàn)伴熱管溫度信號的實時采集，并對伴熱帶加熱電流進(jìn)行監(jiān)測，實時監(jiān)測伴熱帶的工作情況。更換原有氮氧化物轉(zhuǎn)換器的溫控器，采用具有RS485通訊功能和PID控制輸出功能的溫控器，實現(xiàn)氮氧化物轉(zhuǎn)換器溫度信號的實時采集，并接入通訊管理機。更換原有蠕動泵，采用具有RS485通訊功能的蠕動泵，獲取蠕動泵的轉(zhuǎn)速并送至通訊管理機。

由于粉塵儀PLC不具備遠(yuǎn)傳通訊接口，觸摸屏面板與內(nèi)部PLC連接為一路485通訊接口，通過加裝緩存型485通訊隔離器可實現(xiàn)觸摸屏與通訊管理機同時獲取粉塵儀PLC數(shù)據(jù)。新增2套溫度傳感器和溫控器，監(jiān)視粉塵儀采樣探桿的工作狀態(tài)，包括加熱器溫度信號、煙氣溫度信號、箱體溫度信號、取樣流速、射流泵風(fēng)機電流、泵速等工作狀態(tài)信息數(shù)據(jù)。

通過數(shù)采儀內(nèi)的通訊端口，實現(xiàn)對數(shù)采儀數(shù)據(jù)的實時采集。因現(xiàn)場配置有主、備兩臺數(shù)采儀，故需要將主備機分別接入一條通訊通道，通訊信號分別接入現(xiàn)場通訊管理機，實現(xiàn)對數(shù)采儀內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)控，并可通過算法預(yù)判排放數(shù)據(jù)有小時均值超標(biāo)風(fēng)險，實現(xiàn)提前進(jìn)行告警。同時，通過數(shù)采儀數(shù)據(jù)的變化狀態(tài)反推CEMS系統(tǒng)是否處于故障或非正常工作狀態(tài)，可提前進(jìn)行報警通知運維人員，以免他們將無效數(shù)據(jù)上傳至環(huán)保監(jiān)管平臺。

3.3　智能診斷預(yù)警平臺軟件的開發(fā)

智能診斷預(yù)警平臺軟件采用分布、分層的體系結(jié)構(gòu)，具有靈活的可擴(kuò)展性。整個軟件架構(gòu)分層主要包括數(shù)據(jù)接入層、數(shù)據(jù)及軟件支撐層和應(yīng)用軟件集成層。數(shù)據(jù)接入層主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)接入的處理、存儲、通訊管理功能；數(shù)據(jù)及軟件支撐層為各類應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和運行提供統(tǒng)一的支撐平臺，其主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析、診斷、管理功能；應(yīng)用軟件集成層主要實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修、故障告警、故障診斷等各種應(yīng)用功能，并支持通過WEB方式訪問和手機短信模塊短信告警功能。

3.4　主要功能的實現(xiàn)

智能診斷預(yù)警平臺通過采集CEMS系統(tǒng)及新增傳感器的電流、溫度、轉(zhuǎn)速、流量等數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中存儲分析、診斷，實現(xiàn)故障預(yù)警及狀態(tài)維護(hù)指導(dǎo)，并提出合理檢修維護(hù)建議。按照《污染物在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》HJ212-2017煙氣數(shù)據(jù)處理計算方法、公式和要求計算出SO₂、NO_X、煙塵等主要污染物的實時小時均值數(shù)并與DCS系統(tǒng)進(jìn)行實時通訊，并在每小時第45分鐘時發(fā)出短信告警，提醒運行人員加強環(huán)保設(shè)備的運行調(diào)整，避免發(fā)生環(huán)保事件。

智能診斷預(yù)警平臺通過采集不同負(fù)荷工況下的取樣探頭溫度、伴熱管溫度和加熱電流、氮氧化物轉(zhuǎn)換器溫度、蠕動泵轉(zhuǎn)速、粉塵儀采樣探桿溫度、射流風(fēng)機電流、數(shù)采儀數(shù)據(jù)流量等參數(shù)變化進(jìn)行分析，判斷出各設(shè)備的健康水平。當(dāng)設(shè)備健康水平發(fā)生惡化趨勢時，該平臺能及時向維護(hù)人員發(fā)出短信告警，提示維護(hù)人員對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，避免進(jìn)行緊急維修，做到事前預(yù)防檢修。

4　效果評價及改進(jìn)方向

4.1　效果評價

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的診斷預(yù)警平臺在CEMS系統(tǒng)投運以來，CEMS系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性有了很大的提高。該平臺可以采集和監(jiān)測CEMS系統(tǒng)設(shè)備的多維度信息，如設(shè)備溫度、氣體壓力、取樣流量、風(fēng)機電流波形等，真正實現(xiàn)了CEMS系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、CEMS處理過程的可視化、故障提前預(yù)警、趨勢變化預(yù)警等內(nèi)容，并可及時推送預(yù)警信息，降低了設(shè)備故障率、減少了緊急搶修和非停，實現(xiàn)了由原來的非計劃檢修到現(xiàn)在的預(yù)期計劃維護(hù)，極大地提高了CEMS系統(tǒng)的可靠性，保證了環(huán)保數(shù)據(jù)的有效性，大幅度提高了設(shè)備管理的效率，降低了設(shè)備的運行及管理成本，實現(xiàn)了無紙化和集中管理。

4.2　改進(jìn)方向

目前智能診斷預(yù)警平臺僅具備在不同負(fù)荷工況下對SO₂、NO_X、煙塵等主要污染物的實時小時均值數(shù)的計算預(yù)警功能，無法對每種變化造成主要污染物指標(biāo)的變化情況進(jìn)行診斷預(yù)警。本研究后續(xù)將對不同負(fù)荷工況下鍋爐燃燒不同熱值、灰份、硫份、揮發(fā)份的煤種對SO₂、NO_X、煙塵等主要污染物的影響進(jìn)行建模研究，確保智能診斷預(yù)警平臺能夠適應(yīng)全火電廠工況的預(yù)警診斷。

5　結(jié)束語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的診斷預(yù)警平臺在CEMS系統(tǒng)的成功應(yīng)用，實現(xiàn)了對火電廠CEMS系統(tǒng)各設(shè)備參數(shù)的實時監(jiān)測、大數(shù)據(jù)分析、智能預(yù)警、故障診斷等功能，各級管理人員、運行和維護(hù)人員可以實時掌握CEMS系統(tǒng)的運行狀況，為脫硫、脫硝等環(huán)保設(shè)備的運行調(diào)整和檢修決策提供了技術(shù)支撐。企業(yè)可根據(jù)診斷預(yù)警平臺歷史數(shù)據(jù)生成科學(xué)合理生產(chǎn)工藝模式實現(xiàn)環(huán)保設(shè)施的精細(xì)控制，保證了環(huán)保指標(biāo)達(dá)標(biāo)排放，降低了企業(yè)運營成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時，診斷預(yù)警平臺技術(shù)可推廣至其他行業(yè)的污染排放監(jiān)控系統(tǒng)，為其他行業(yè)污染源排放監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備診斷預(yù)警技術(shù)開啟了一個窗口，具有良好的社會效益。

作者簡介：

譚志杰（1987-），男，湖南宜章人，工程師，現(xiàn)就職于廣東華電坪石發(fā)電有限公司，主要研究方向為火電廠熱工設(shè)備和技術(shù)管理。

參考文獻(xiàn)：

[1] HJ212-2017, 污染物在線自動監(jiān)控(監(jiān)測)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 丁旭峰. 基于大數(shù)據(jù)及智能分析的設(shè)備診斷系統(tǒng)設(shè)計[J]. 中國鋼鐵業(yè), 2016.

[3] 張晶, 呂少勝. 基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺的電廠廢氣在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[J]. 科技風(fēng), 2019, (16) : 85,

摘自《自動化博覽》2023年12月刊