Мониторинг в энергетике

В последнее годы на предприятиях энергетики все более активно разрабатываются и внедряются различные системы непрерывного контроля. Система непрерывного производственного контроля эмиссии поллютантов базируется на современных средствах измерительной и вычислительной техники.

Система непрерывного контроля может быть использована не только для текущего контроля и учета эмиссии поллютантов тепловых энергетических станций, но также и для диагностики рабочих режимов и управления технологическим процессом сжигания топлива в котлах в масштабе реального времени. Внедрение данных систем на всех предприятиях теплоэнергетики позволит осуществлять достоверный непрерывный контроль за выбросами тепловых энергетических станций в атмосферный воздух, экономить топливо, что позволит уменьшить загрязнение природной среды токсичными продуктами сгорания. Контролю подлежат оксиды азота (NО_x), диоксид серы (SO₂), золы твердого топлива (в пересчете на V₂O₅), оксид углерода (CO) и сажа. Таким образом, система непрерывного мониторинга эмиссии поллютантов ТЭС в атмосферный воздух представляет собой измерительно-информационный комплекс.

Непрерывные измерения эмиссии поллютантов выполняются с помощью стационарных автоматических газоанализаторов и газоанализаторных систем.

При организации систем непрерывного контроля эмиссии поллютантов выделяют два принципиально разных вида газоанализаторных систем: пробоотборные и беспробоотборные.

Пробоотборные системы имеют устройства для отбора, подготовки и транспортировки пробы к газоанализатору. Эти устройства могут быть совмещены с измерительной системой в единый газоанализаторный компьютеризованный комплекс. В пробоотборных системах широко используются электрохимический, хемилюминисцентный, хроматографический и фотоколометрический методы инструментального анализа газов.

В беспробоотборных системах отсутствуют устройства отбора пробы, ее подготовки и транспортировки. Эти системы выполняются в виде зондов или в виде оптических передатчика и приемника, устанавливаемых друг против друга непосредственно в газоходе. Они базируются в основном на методах инфракрасной и ультрафиолетовой спектрометрии, а также используют электрохимические ячейки с твердым электролитом, размещаемые непосредственно в потоке газов.

На ТЭС, при реализации системы непрерывного мониторинга эмиссии поллютантов, наиболее оптимальной является ситуация, когда контроль суммарных выбросов станции в атмосферный воздух осуществляется в дымовой трубе, а контроль газового состава поллютантов (с целью регулирования и наладки рабочих режимов) на каждом котле.

Таким образом, система непрерывного мониторинга выбросов (СНМВ) ТЭС в атмосферу представляет собой сложный организационно-технический комплекс, обеспечивающий решение следующих задач:

1. Непрерывный контроль уровней выбросовосуществляется путем измерения текущих концентраций вредных примесей в уходящих дымовых газах ТЭС и определения их массового выброса в заданные временные интервалы.

2. Обработка, систематизация и хранение данных. Результаты измерений обрабатываются с целью их приведения к стандартному виду, систематизируются по видам вредных примесей, поступающих в окружающую среду, по действующему оборудованию (котлам, дымовым трубам и др.), по ТЭС и энергосистеме в целом и другим показателям, необходимым для достижения целей СНМВ, после чего организуется их хранение в информационной базе СНМВ с целью информационного обеспечения экологической деятельности.

3. Отображение текущей информации по вопросам вредных веществ и сигнализация о нарушении режимов работы оборудования. (На защите управления). Производится отображение текущей информации по концентрациям и массовым выбросам вредных веществ в табличном, графическом и иных видах для пользователей разных уровней и выдаются сигналы для оперативного персонала ТЭС в случае нарушения режимов работы оборудования и превышении норматив выбросов вредных веществ.

4. Оперативный анализ и диагностика работы основного оборудования. Сравнение уровней выбросов (концентраций и массовых выбросов) вредных веществ с нормативными величинами и данными режимных карт работы котлов с целью определения причин, по которым произошло увеличение уровней выбросов или отклонение от режимных карт.

5. Разработка рекомендаций по оптимизации текущих режимов работы оборудования. Разработка (на базе проведенного анализа) и выдача обслуживающему персоналу рекомендаций по оптимальному ведению текущих режимов работы котельных агрегатов для снижения загрязнения окружающей среды и повышения экономичности работы основного оборудования ТЭС.

6. Разработка рекомендаций по ремонту, реконструкции и модернизации оборудования. В случае, если режимные мероприятия (см. п. 5) не дают нужных результатов, экспертная система на базе анализа и обобщения режимных характеристик разрабатывает рекомендации по ремонту и/или реконструкции и модернизации котельного агрегата с учетом их конструктивных особенностей.

7. Ведение статистической отчетности.Статистическая отчетность включает данные по всем видам выбросов и стоков за определенные периоды времени по каждому котлу, а также ТЭС и энергосистеме в целом и используется для расчета платы за выбросы и стоки, для определения приземных концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе, сравнения с разрешенными ПДВ и ВСВ и других целей.

8. Агрегатирование данных и регламентный обмен информацией.Осуществляет агрегатирование данных и регламентированный обмен ими в информационной сети автоматизированной системы экологического мониторинга, а также связь с региональной и другими системами мониторинга для дальнейшего контроля и анализа.

9. Отображение динамики загрязнения окружающей средыдает возможность проанализировать во времени исчерпание экологического потенциала региона и возможности его промышленного развития, влияние финансирования природоохранных мероприятий на состояние окружающей среды и оценить их эффективность.

10. Прогнозирование потенциального загрязнения окружающей средыпроизводится путем моделирования уровней выбросов с учетом метеорологических условий, внедрения природоохранных технологий и оборудования, локальных условий промышленного развития с целью предотвращения критических ситуаций и планирования дальнейшего хозяйственного развития региона.

Кроме рассмотренных выше задач разрабатываемая система непрерывного наблюдения выбросов СНМВ должна предусматривать возможность «наращивания» (расширения) с целью решения дополнительных задач, которые могут возникнуть в ближайшем будущем. К такого рода задачам относятся, например, увеличение количества объектов контроля СНМВ; возможность сопряжения СНМВ с автоматизированными системами регулирования котлов и энергоблоков и пр.

На рис. 1 представлена функциональная схема системы непрерывного мониторинга выбросов ТЭС, реализующая вышеперечисленные задачи. В тоже время с точки зрения чисто «внутренних» потребностей тепловой электростанции назначение СНМВ сводится к решению трех основных проблем:

1. определение реального количества вредных выбросов в атмосферу и расчет платы за выбросы;

2. регулирование количества вредных выбросов путем оптимизации рабочих режимов;

3. уменьшение вредных выбросов в окружающую среду и повышение эффективности работы ТЭС за счет модернизации и реконструкции оборудования.