火电厂环保设施运行状态及性能评价技术研究

许月阳,薛建明,管一明,王小明

(国电科学技术研究院,江苏南京 210031)

火电厂环保设施运行状态及性能评价技术研究

许月阳,薛建明,管一明,王小明

(国电科学技术研究院,江苏南京 210031)

介绍了火电厂环保设施运行状态及性能评价技术的创新性研究,包括研究方法、评价方法、评价技术及实际应用情况。该研究是继火电厂工程减排、结构减排后的重要管理技术创新,为进一步促进火电厂环保设施安全、稳定、可靠、经济运行,确保达标排放,推进火电行业管理减排和技术监督提供了技术支持。

环保设施;运行状态;性能;评价技术

环保设施是实现电力行业清洁发展的措施之一。在火电厂电力生产过程中,环保设施是控制污染物排放的闸门,其运行状态的好环直接影响到火电厂的安全生产。近年来,日益严格的环保法规加快了环保设施纳入火电厂主设备管理范畴、与机电炉一起成为必不可少的生产设备的进程。为了减少环保设施对主设备运行的影响,提高其与主设备运行的同步性,实现污染物的达标排放,国电科学技术研究院在消化吸收国内外先进技术的基础上开发了环保设施运行状态及性能评价技术并国电集团下属17个电厂进行了应用。结果表明,利用该评价技术可掌握环保设施的实际运行状态及污染物控制水平,并通过状态检修诊断、运行优化指导、减排考核管理等分析存在问题,消除隐患,对实现与主设备同步可靠运行具有一定的促进作用。

1 火电厂环保设施概况

近年来,火电厂环保设施建设得到了快速发展。截至 2009年底,火电厂已建高效除尘设备、脱硫设施、低氮燃烧设备分别占装机容量的 98%、70%、65%,但环保设施的运行状态并不理想。以脱硫设施为例,2008年调查发现,脱硫设施的投用率较低,脱硫系统普遍存在对机组复杂工况适应性差、GGH腐蚀堵塞严重、故障率高、旁路运行等现象,难于长期、稳定运行。随着《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2003)的修订,现有的除尘、脱硫、脱硝等环保设施均需进一步提高污染物的控制性能和运行的可靠性。

2 管理减排在火电厂污染物控制中的作用

“十一五”期间,我国政府在强力推进工程减排和结构减排的同时,在管理减排方面的力度也日益加强。以脱硫设施为例,不仅将脱硫产业化纳入国家自主创新体系,并作为加强环保工作的重要基础性和关键性措施,而且原国家发改委先后颁布或联合环保部等其他部委颁布了《关于加快火电厂烟气脱硫产业化发展的若干意见》、《燃煤机组脱硫电价及脱硫设施运行管理办法》、《火电厂烟气脱硫工程后评估管理暂行办法》、《关于开展烟气脱硫特许经营试点工作的通知》等文件,建立了涵盖设计、施工、验收、运行维护和检修等各方面的脱硫标准体系。火电厂 SO2工程减排的迅猛发展,使得“十一五”SO2的控制目标提前完成,其所产生的锁定效应使得“十二五”期间工程减排空间大大减少,要满足新标准的要求,进一步减排 SO2,管理减排的作用将日益突出。一方面需要政府部门从管理层面提出SO2控制机制和脱硫设施高性能运行的约束条件;另一方面要积极开发相关诊断评价技术,根据运行状态及时调整或检修,由被动环保向主动环保转化,不断提高环保设施的运行状态,实现在稳定达标前提下的高可用率、高节能和经济优化运行。

3 环保设施运行状态及性能评价技术研究

3.1 研究方法

环保设施的运行状态涉及环保政策、约束性因子、环保技术及装备、监督管理、运行维护、技术进步、运行人员等诸多因素,其技术评价是一个涉及多因素、多目标且互相关联、复杂多变的工程系统。它既是一个有许多不确定性的灰色系统,又是一个没有明确界限划分的模糊系统,具有规模大、结构复杂、耦合度高、透明度低等特点。我们提出了将软科学研究人员与领域专家、定性分析与定量分析、政策研究与约束性分析、理论研究与试验研究、经验决策与计算机辅助决策融为一体的模糊决策分析法。

3.2 评价方法

模糊决策分析法是在层次分析法和灰色关联分析法的基础上发展起来的,以模糊集合论为基础,将评价目标树、特尔斐法和模糊矩阵的合成运算融为一体的技术评价方法。它以评价目标树的建立为根本,通过特尔斐法对模糊环境中的模糊信息进行量化及模糊矩阵的合成运算,将无序的原始数据转变为有序的生成数据,达到综合评判、模糊决策的目的,即根据已知的原像—权分配矩阵和映射→单因素评价矩阵来求出像→综合评价结果的过程。

3.2.1 物理模型

评价目标树法是多目标问题分析评价的一种方法,是模糊决策分析法的第一步。它采用系统分析的方法对目标系统进行分解并图示,即根据多目标问题的性质和总的目标,把问题按层次进行分解,构成一个由上而下的递阶层次结构。最高层是评价目标,其次是评价准则,底层是评价设施。

3.2.2 量化方法

模糊决策分析法的关键是将评价设施按评价准则的重要性进行量化,其量化的方法采用特尔斐法。特尔斐法是专家会议法的一种发展,是系统分析方法在意见和价值判断领域内的一种有益延伸,其本质是利用专家的知识、经验、智慧等无法数量化的带有很大模糊性的信息,通过一系列简明扼要的征询表和征得意见,有控制的反馈进行信息交换等手段进行量化,为数值计算提供数据。

3.2.3 数学模型

模糊矩阵的合成运算是决策分析法中重要的阶段。它以模糊集合论为基础,主要包括:以量化结果为基础建立评价矩阵和权重矩阵;以评价矩阵为基准建立分类标准矩阵;建立分类标准对基准点和评价设施对基准点的隶属函数矩阵;建立标准权矩阵;利用方案样本隶属度对标准隶属度向量的加权模糊贴近度,建立评价结果的综合决策矩阵。

3.2.4 综合决策

由于以模糊矩阵合成运算结果建立的综合决策矩阵仍属于模糊集合,用它不能直接得到结论。因此,采用“最大值”法则将模糊集合中的模糊数据还原为确定的数据,即非模糊化,亦即从模糊集合中抽取有代表性的数据,使之成为非模糊的确定数据,并以此确定设施的运行状态。

3.3 评价技术

3.3.1 评价目标

环保设施运行状态评价方针为“预防为主,防治结合”,评价对象为健康水平及安全、质量、经济运行方面的参数、性能指标和污染物排放,评价依据是环境保护标准,评价手段是环境监测、检查、调整、改进、监督、管理和评价。科学、客观、准确地评价设施的运行状态和污染物的排放状况,真正掌握现状和存在问题,有针对性地提出整改建议和实施方案,消除环保隐患,持续提高环保设施的运行状态和对污染物的控制水平,确保安全可靠稳定运行,实现达标排放和总量控制的目标。

3.3.2 评价设施

根据适用、实用、可操作的原则,并结合当前环保政策、约束性控制和电厂的实际情况,开展运行状态及性能评价的环保设施共有 7项:脱硫设施、脱硝设施、除尘设施、各种废水处理设施、固废综合利用设施、各种噪声治理设施和环境在线监测设施。

3.3.3 评价准则

环保设施运行状态及性能评价选用最有代表性的 3个评价准则,即性能指标、生产管理和主要设备的运行状况。以脱硫设施为例,脱硫设施性能指标为脱硫效率、脱硫系统投运率、SO2排放达标状况、电能消耗、水量消耗和吸收剂消耗。生产管理包括即管理体系包括制度与规程、组织机构、人员培训、应急预案;运行管理包括运行、检修台帐及记录、监测分析报告、化学分析记录、设备台帐、技术资料、安全文明生产、技术改进和运行优化。主要设备运行状况包括即烟气系统包括增压风机、GGH、挡板门及配套设备、旁路挡板门控制;吸收塔系统包括吸收塔、循环泵、氧化风机、其他;浆液制备系统包括磨机及配套、浆液输送、石灰石储存和输送设备;石膏脱水系统包括石膏旋流器、真空皮带脱水机和真空泵、石膏输送设备;工艺、工业水系统;压缩空气系统;事故浆液系统;电气系统包括系统供电方式、低压变压器、开关柜、UPS、保安电源;仪控系统包括自动投入率、就地仪表、保护措施、闭环控制、在线监测系统。

3.3.4 评价状态

评价状态分为 A、B、C三类,其中:A环保设施正常运行,相对得分率不小于 85%,投运率不低于95%且污染物脱除效率满足环保要求;B环保设施可运行,相对得分率在 70%～85%之间,投运率不低于 90%且污染物脱除效率满足设计要求;C环保设施可运行,单项相对得分率低于 70%,系统投运率和污染物脱除效率均达不到设计要求。

3.3.5 评价目标树

在明确了评价目标、评价设施、评价准则和评价状态后,建立评价目标树(见图 1)。

图1 评价目标树

3.3.6 评价结果

根据数学模型的计算结果,与不同评价状态的定义进行比对,确定被评价环保设施的运行状态,并对其性能状况进行客观评价,指出其存在问题,并提出整改建议。

4 实际应用

环保设施运行状态及性能评价技术研究部分成果已转化为《中国国电集团公司火电厂环境保护评价工作管理规定 (试行)》和电力行业标准《燃煤电厂环保设施运行状况评价技术规范》(DL/T 362-2010)以及环境保护部标准《火电厂烟气治理设施运行环境管理技术规范》。2009年 3月,按照《中国国电集团公司火电厂环境保护评价工作管理规定(试行)》的精神,国电集团公司首次在电力行业对其所属的 17个电厂开展环保设施运行状态的技术评价,是环境保护监督管理的重要机制创新。

5 结语

火电厂环保设施运行状态及性能技术评价是加强环保设施运行过程的监督管理、有效提高可靠稳定运行的重要措施。通过对火电厂环保设施运行状态及性能进行评价分析,可有效地掌握电厂环境保护的管理水平、环保设施的运行状态和对污染物的控制水平。

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Evaluation technique on operation and performance of environmental protection facilities for thermal power plants

The innovation research of the evaluation technique on operation and perfo r m ance of environmental protect ion facilities,including the research m ethod,evaluation m ethod and evaluation technology and its application were introduced.The study was the important managem ent techno logy innovation after the structural and engineering em ission reduction of thermal power plant,in o rder to further promo te the thermal environmental protect ion facilities safe,stable and reliable,econom ic operation,and p rovides technical support for thermalpower industry management reduction and technical supervision.

environm entalprotection facilities;operation;performance;evaluation technique.〗

X51

B

1674-8069(2011)05-016-03

国家环境保护部科技标准司项目(1453.17)

2011-06-20;

2011-09-04

许月阳 (1979-),男,江苏泰州人,主要从事火电厂SO2、NOx、粉尘、重金属等污染物控制技术开发、工程应用及政策标准研究。E-mail:xyy-gdhb@126.com