一种火电机组污染物达标排放实时浓度限值的计算方法与流程

本发明涉及电厂监测技术领域，具体涉及火电机组污染物达标排放实时浓度限值的计算方法。

背景技术：

国家和部分地方对火电机组运行中污染物的排放标准做出了严格的规定，以小时平均排放浓度是否小于排放标准限值作为是否达排放标的判定指标。机组运行中污染物排放浓度的影响因素很多，涉及燃烧方式、煤质、给煤量、污染物脱除剂质量、污染物脱除剂流量、设备运行状况等因素。在机组实际运行过程中，瞬时的排放浓度经常在标准上下之间变化，机组是否达标排放的结果需要在小时结束后才能在环保局网站上看到。为了保证整个小时内的污染物平均浓度不超标，运行人员需要及时知道当前小时已过时间的调控结果，还有剩余时段内的排放限值，如当前小时已过时间控制的不好，以便及时进行调整补救。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种火电机组污染物达标排放实时浓度限值的计算方法，确认采集源数据可靠、时间同步后抽取历史排放浓度数据，计算当前小时已过时段内的污染物排放浓度时间积分值、平均值，再依据排放标准计算排放进度、时间进度和进度差，最后根据设定的控制距离计算当前小时剩余时段内的排放限值，本发明能够以秒级的速度在第一时间获得超标判定结果，而不必等到小时结束后，同时计算出超标一倍以内的污染物排放限值，可在dcs中以直观的方式进行实时展示，作为运行控制的参考依据。本发明中排放浓度都指的是折算值。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种火电机组污染物达标排放实时浓度限值的计算方法，包括以下步骤：

一种火电机组污染物达标排放实时浓度限值的计算方法，包括以下步骤：

1)从污染物排放实时数据库中读取当前小时整点t0至当前时刻tn时段内的污染物排放浓度历史数据，如整点时刻无对应历史原始数据，需要用线性差值计算得到整点时刻对应数据，得到n组污染物排放浓度历史数据(t0,c0)…(ti,ci)…(tn,cn)，其中(ti,ci)表示在ti时刻污染物排放的浓度为ci，将ti时刻对应3600秒中的秒值记为si，对污染物历史排放浓度进行时间的加权求和，计算得到当前小时已过时段内的污染物排放浓度时间积分值ma和污染物排放浓度平均值za；

污染物排放浓度时间积分值ma计算表达式：

其中：ci单位为mg/m³，si的单位为秒，记为s，ma的单位为mg.s/m³；

污染物排放浓度平均值za的计算表达式：

za＝ma/sn(2)

其中：sn是当前时刻tn对应3600秒中的秒值，单位为s；

2)根据污染物排放浓度时间积分值ma和污染物排放浓度标准值bg计算当前小时污染物的浓度排放进度pa，计算当前小时已过时间进度pb，由当前小时污染物的浓度排放进度pa减去当前小时已过时间进度pb得到进度差δp；

当前小时污染物的浓度排放进度的计算表达式：

pa＝100*ma/(3600*bg)(3)

当前小时已过时间进度的计算表达式：

pb＝100*sn/3600(4)

3)根据排放进度pa判断当前小时污染物排放是否已经超标：如pa＞100，判断当前小时污染物排放已经超标，直接跳到步骤4；如pa＜100，当前小时污染物排放未超标，根据设定的污染物排放浓度压红线运行的控制距离bf，计算当前小时剩余时段内的污染物排放实时浓度限值z1；

污染物排放实时浓度限值z1的计算表达式：

4)当前小时污染物排放已经超标，如已超标且超一倍以上即pa＞200，则该小时的计算停止；如已超标且超一倍以内即100＜pa＜200，则需要控制超标在一倍以内，否则对发电企业来说不能享受环保电价还要接受罚款、被追责，这时控制的目标值变为超标准一倍以内，需要计算超标一倍以内排放的实时浓度限值z2；

超标一倍以内排放的实时浓度限值z2的计算表达式：

本发明火电机组污染物达标排放实时浓度限值的计算方法，支持火电机组三大污染物so2、nox和粉尘的计算。

本发明以烟气排放连续监测系统(cems)或数采仪为数据采集源，将运行数据存入集散控制系统(dcs)或厂级监控信息系统(sis)的实时库，基于规定的排放标准及设定的控制距离，提出一种火电机组污染物达标排放实时浓度限值的计算方法，对当前小时污染物排放浓度的时间积分值、平均值及剩余时段内达标排放限值、当前排放进度与时间进度、当前排放进度与时间进度差等数据进行计算，计算结果可在dcs或者sis的监视画面中实时展示，供运行人员参考。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1、本发明支持以秒级的速度将当前小时的实时的污染物排放控制结果计算出来，包括排放浓度时间积分值、排放进度、时间进度和进度差，可在dcs中以直观的方式进行实时展示。

2、本发明支持以秒级的速度实时计算当前小时剩余时段内的污染物排达标放限值，可在dcs中以直观的方式进行实时展示，给运行人员提供了污染物达标排放控制的参考限值，可作为运行控制的参考依据。

3、如果出现运行超标，本发明能够以秒级的速度在第一时间获得超标判定结果，而不必等到小时结束后，同时计算出超标一倍以内的污染物排放限值，可在dcs中以直观的方式进行实时展示，作为运行控制的参考依据。

4、本发明为通用计算方法，支持火电机组三大污染物so2、nox、粉尘的计算，实时数据源可以是瞬时值或分钟均值。

5、计算所用测点及数据量较少，计算简便，容易实现。

附图说明

图1是本发明计算方法的说明图。

具体实施方式

以下结合附图1以及工程中的应用实例，对本发明做进一步详细描述。

本发明数据源可采用cems或数采仪的实时数据，数采仪的实时数据可为瞬时值或分钟均值，数据库可采用dcs实时库或sis实时库为数据存储历史库，最终的计算结果根据计算实时库的位置进行相应展示。为方便运行人员参考，获取更好的实时性，此处选择在dcs中进行实施，实时库采用dcs实时库，数据的计算过程和计算结果的展示在dcs中完成，针对火电机组三大污染物so2、nox、粉尘进行相关计算，实施时的计算频率和数据来源的采集频率保持一致即可。

本实施例一种火电机组污染物达标排放实时浓度限值的计算方法，包括以下步骤：

1、确认cems的时间和计算服务器的时间都取的是gps时钟且定期同步后，，根据实时给煤量、硫份计算等计算so2产生量的理论实时值so'2(m)；根据cems实测的烟气流量和原烟气so2浓度得到so2产生量的实测计算值so”2(m)，将so'2(m)与so”2(m)进行比对，核对cems测量结果的有效性。

1)机组的除尘方式选择最常见的电除尘器，so2产生量的理论实时值so'2(m)的计算表达式如下：

so'2(m)＝2*k*g*(1-q4/100)*sar/100

式中k为煤燃烧过程中硫转化成so2的比例；

g为锅炉燃烧过程中的实时给煤量，t/h；

q4为锅炉机械未完全燃烧的热损失％；

sar燃煤的收到基硫份，％，应采用当天的化验值。

2)so2产生量的实测计算值so”2(m)的计算表达式如下：

so”(m)＝l*r*10^-6

式中l为原烟气流量实测值，nm³/h；

r为原烟气so2实测浓度折算值，mg/m³。

将so'2(m)和so”2(m)进行比对，注意两个计算结果的单位需要统一，单位换算成kg/h，两者的偏差如超过10％，则对cems进行校验标定。

具体的：电厂在规划建设时一般都配有gps卫星同步时钟装置，通过ntp(网络时间协议)协议提供网络对时服务，检查cems、数采仪、计算服务器的时钟同步源为gps时钟；如无gps时钟，可手动进行时钟同步，保证cems时钟与北京时间同步，计算服务器与cems同步；对于煤粉炉，k取上限值0.9；sar燃煤的收到基硫份应采用当天煤质的化验值；运行中的负荷的变化会引起参数的不稳定，建议实施的时候式(1)和式(2)中的g、l、r采用10分钟的均值参与计算。

2.从污染物排放实时数据库中读取当前小时整点t0至当前时刻tn时段内的污染物排放浓度历史数据，如整点时刻无对应历史原始数据，需要用线性差值计算得到整点时刻对应数据，得到n组污染物排放浓度历史数据(t0,c0)…(ti,ci)…(tn,cn)，其中(ti,ci)表示在ti时刻污染物排放的浓度为ci，将ti时刻对应3600秒中的秒值记为si，对污染物历史排放浓度进行时间的加权求和，计算得到当前小时已过时段内的污染物排放浓度时间积分值ma和污染物排放浓度平均值za；

污染物排放浓度时间积分值ma计算表达式：

其中：ci单位为mg/m³，si的单位为秒，记为s，ma的单位为mg.s/m³；

污染物排放浓度平均值za的计算表达式：

za＝ma/sn(2)

其中：sn是当前时刻tn对应3600秒中的秒值，单位为s；

3.根据污染物排放浓度时间积分值ma和污染物排放浓度标准值bg计算当前小时污染物的浓度排放进度pa，计算当前小时已过时间进度pb，由当前小时污染物的浓度排放进度pa减去当前小时已过时间进度pb得到进度差δp；

当前小时污染物的浓度排放进度的计算表达式：

pa＝100*ma/(3600*bg)(3)

当前小时已过时间进度的计算表达式：

pb＝100*sn/3600(4)

排放进度与时间进度差的计算表达式如下：

δp＝pa-pb

具体的：整点时刻的插值的计算根据时间进行线性插值；对于bg，如地方有规定的污染物排放标准，以地方规定为准，如果地方没有规定，以国家标准为准，δp为正，表示目前的排放平均浓度超过限值，剩余时段内的排放浓度需要低于排放标准才能达到小时平均浓度不超标，δp越大，后续的排放浓度需要控制的更低；δp负表示目前的排放平均浓度低于限值，剩余时段内的排放浓度可适当高于排放标准，δp绝对值越大，后续的排放浓度控制值可适当提高；计算这些数据是按照一定频率进行的(包括步骤3、4中的计算，后边不再重复)，随着时间的推移进行循环计算，如果剩余时间太少(少于1分钟)，因调整来不及，所以等待进入下一个小时。

4、根据当前小时污染物的浓度排放进度pa，判断当前小时污染物排放是否已经超标。如pa＞100，判断当前小时污染物排放已经超标，直接跳到步骤4，该方法能够在第一时间获得超标判定结果，而不必等到小时结束后；如pa＜100，当前小时污染物排放未超标，根据设定的污染物排放浓度压红线运行的控制距离bf，参考图1计算当前小时剩余时段内的污染物排放实时浓度限值z1。

污染物排放实时浓度限值z1的计算表达式。

式中bf为设定的污染物排放浓度压红线运行的控制距离。

具体的：在实际运行控制过程中，控制的结果可能距离目标有一定的偏差，尽量不要压线运行，因此需要设定污染物排放浓度的控制距离，一般采用标准的10％。

5、当前小时污染物排放已经超标，如已超标且超一倍以上(pa＞200)，则该小时的计算停止；如已超标且超一倍以内(100＜pa＜200)，则需要控制超标在一倍以内，否则对发电企业来说不能享受环保电价还要接受罚款、被追责，这时控制的目标值变为超标准一倍以内，需要计算超标一倍以内排放的实时浓度限值z2。

超标一倍以内排放的实时浓度限值z2的计算表达式。

具体的：步骤4的循环计算，只计算污染物历史排放浓度时间积分值、平均值、超标一倍以内的排放限值，进度数据等可不再计算。

具体实施过程中，数据采集源为数采仪且实时数据为分钟均值数据时，要注意获取历史数据的含义：ci表示在第i分钟(一段时间)的平均排放浓度，(t0,c0)…(ti,ci)…(tn,cn)一共取到了n+1个分钟的均值，后续的数据计算原理和方法与2、3、4步基本相同，但计算表达式则明显的简化了，历史排放浓度积分按照分钟而非秒钟，计算频率为一分钟一次即可。

1)当前小时已过时段内的污染物排放浓度时间积分值的计算。

2)当前小时已过时段内的污染物排放浓度平均值的计算。

z'a＝m'a/(n+1)(8)

3)当前小时排放进度的计算。

p'a＝100*m'a/(60*bg)(9)

4)当前小时时间进度的计算

p'b＝(n+1)/60(10)

5)当前小时污染物排放实时限值的计算。

6)当前小时超标一倍以内排放的实时浓度限值计算。