Опыт промышленных и научно-исследовательских проектов

Система технолого-экологического мониторинга

Выполнение требований законодательства в области охраны атмосферного воздуха и обеспечения действенного контроля соблюдения нормативов предельно допустимых выбросов рекомендуется использовать системы непрерывного экологического мониторинга. Схема классической системы непрерывного мониторинга представлена на Рис.1. Блок непрерывных измерений такой системы обычно состоит из: автоматического стационарного промышленного газоанализатора с системой отбора и подготовки пробы, расходомера, измерителей температуры, давления и др. параметров потока. Причем все оборудование должно иметь цифровые выходы для передачи информации в блок обработки, регистрации и архивирования, который состоит из компьютера с комплектом периферийного оборудования и программного обеспечения. Кроме того, для удовлетворения требований природоохранного законодательства (мониторинг массовых выбросов, а не концентраций загрязняющих веществ), эти системы должны снабжаться соответствующими приборами для определения расходов потоков.

Блок непрерывных измерений такой системы обычно состоит из: автоматического стационарного промышленного газоанализатора с системой отбора и подготовки пробы, расходомера, измерителей температуры, давления и др. параметров потока. Причем все оборудование должно иметь цифровые выходы для передачи информации в блок обработки, регистрации и архивирования, который состоит из компьютера с комплектом периферийного оборудования и программного обеспечения. Кроме того, для удовлетворения требований природоохранного законодательства (мониторинг массовых выбросов, а не концентраций загрязняющих веществ), эти системы должны снабжаться соответствующими приборами для определения расходов потоков.

Рис.1. Схема типичной системы непрерывного аналитического мониторинга

Система мониторинга такого типа базируется практически на 100% на импортной измерительной базе вследствие чего является весьма дорогостоящей, кроме того она требует высоких текущих затрат на запчасти и обслуживание, и недостаточно надежна. Это связано с тем, что датчики анализатора быстро загрязняются и выходят из строя под воздействием содержащихся в выбросах агрессивных компонентов, и поэтому требуют частых проверок и многочасовых калибровок.

Так, например, согласно http://www.rg.ru/2015/04/09/datchiki-site.html , установка только восьми датчиков системы мониторинга загрязнения воздуха размещённых в восьми заводских трубах Московского нефтеперерабатывающего завода в Капотне обошлась заводу в один миллион долларов.

PEMS или параметрическая система экологического мониторинга является официально признанной альтернативой системе непрерывного мониторинга для организованных источников выбросов. Суть работы этой системы заключается в том, что параметры источника загрязнения атмосферы непрерывно рассчитываются на основании материального и теплового балансов по текущим технологическим параметрам процесса, выбираемым из штатной системы КИПиА или АСУ (Рис.2). Таким образом, система экологического мониторинга будет состоять только из персонального компьютера со специализированным программным обеспечением, подключенного к штатной системе КИПиА или АСУ установки, т.е. не будет содержать в своем составе дорогостоящего аналитического и измерительного оборудования. Адекватность результатов, получаемых с помощью PEMS, разрабатываемой для конкретного объекта, достигает 90-99%, а стоимость значительно ниже стоимости классической системы мониторинга.

Рис.2. Схема Системы Технолого-Экологического Мониторинга

Кроме решения задач экологического мониторинга при относительно низкой стоимости системы, определяемой для каждого объекта индивидуально, ее применение позволит:
   Создать автоматизированную систему сбора основных технологических параметров на любой технологической установке с любым количеством выбрасываемых компонентов с последующим расчетом и архивированием как экологических, так и технологических параметров с дальнейшим использованием этих данных для широкого спектра задач: от ведения "электронных" журналов до создания систем технологического и энерготехнологического аудита;
   Подключить к существующей системе другие объекты мониторинга и АСУ;
   Максимально сократить текущие затраты на обслуживание и эксплуатацию системы мониторинга и др.

Ниже приведены результаты испытаний разработанной нами системы эколого-параметрического мониторинга на различных энергетических и технологических установках. Внедрение подобной Системы поможет Вам сэкономить значительные средства.

Опыт внедрения системы параметрического мониторинга

Система параметрического мониторинга печей П-51 и П-52 установки 21-10 ООО "ЛУКОЙЛ-ПЕРМНЕФТЕОРГСИНТЕЗ"

Для печей П-51 и П-52 основными загрязняющими компонентами являются: оксиды азота, монооксид углерода (образующиеся в процессе горения) и диоксид серы (образующийся из серы, содержащейся в топливе). Из этих компонентов, концентрация монооксида углерода в дымовых газах измеряется штатными газоанализаторами, а диоксид серы может быть рассчитан по количеству сжигаемого топлива и концентрации серосодержащих веществ в топливе. Таким образом, система параметрического мониторинга определяет концентрацию оксидов азота, рассчитывает количество дымовых газов и параметры массовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, которые можно использовать для заполнения форм госстатотчетности.

Исходя из предназначения системы параметрического мониторинга, программное обеспечение должно осуществлять функции непрерывного расчета массового выброса загрязняющих веществ (NО_Х, CO и SO₂) в атмосферу по текущим технологическим параметрам работы источника выбросов. Согласно нормативным документам, количество массовых выбросов NО_Х и CO должно определяться по их концентрации в выбросах и расходу выбросов. При известной концентрации серосодержащих веществ в топливе, выбросы SO₂ могут определяться по материальному балансу процесса горения.

В связи с тем, что на печах установки замедленного коксования, предназначенных для подогрева органического сырья и имеющих большое количество горелок, сжигается топливо переменного состава, то системой аналитического контроля процесса горения предусмотрены анализаторы кислорода и монооксида углерода в дымовых газах. Кроме того, сами печи хорошо снабжены КИП, данные которых позволяют производить надежный расчет теплового и материального балансов печи, необходимых как для определения количества образовавшихся оксидов азота, так и количества дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу. Так как особенности образования оксидов азота индивидуальны для каждого энерготехнологического агрегата, то поправочные коэффициенты уравнений связи концентрации оксидов азота и параметров процесса должны быть предварительно настроены по экспериментальным данным (результатам анализа).

Таким образом, кроме основных функций системы параметрического мониторинга массовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (режим мониторинга), она выполняет дополнительные функции определения поправочных коэффициентов уравнений связи концентрации оксидов азота в дымовых газах и технологических параметров процесса по результатам анализа и параметров работы объекта на момент анализа (режим калибровки).


Система параметрического мониторинга печей П-51 и П-52	Просмотр и анализ режимов работы установки во времени

Система параметрического мониторинга котла ДКВР-20-13 (№5) СП БКПРУ-3 ОАО "УРАЛКАЛИЙ"

Объектом мониторинга является стандартный паровой котел насыщенного пара типа ДКВР-20-13 (№5), расположенный в котельной СП БКПРУ-3 ОАО "Уралкалий". В соответствии со схемой, топливо и воздух подаются на горелку котла, а дымовые газы из котла сначала подаются в водяной экономайзер, а далее в дымовую трубу.

Исходя из своего предназначения, разрабатываемая система параметрического мониторинга будет применяться для определения параметров газовых выбросов по текущим технологическим параметрам работы котла, т.е. аргументами для системы будут являться текущие технологические параметры, а функцией - выброс загрязняющих веществ. Таким образом, система параметрического мониторинга представляет собой устройство, в котором преобразование исходных параметров (текущие технологические параметры) в конечные будет производить компьютер по заложенному алгоритму. Оригинальный алгоритм программы базируется на фундаментальных основах, хорошо представленных в специальной литературе: материальных и тепловых балансах, физико-химических основах, расчетах элементов технологических процессов и аппаратов и т.п. Поэтому, по принципу действия, система мониторинга практически ничем не отличается от анализаторов, производящих косвенные измерения. Однако в отличие от газоанализаторов, вид уравнений связи для системы параметрического мониторинга известен как теоретические основы образования загрязняющих компонентов в процессах сжигания топлива в энерготехнологических установках.

Для рассматриваемого котла основными загрязняющими компонентами являются: оксиды азота NO_X (NO и NO₂), монооксид углерода (СО) и диоксид серы (SO₂). Проведенные анализы дымовых газов (из штатных пробоотборных точек после дымососов) показали наличие в дымовых газах монооксида азота (NO) и отсутствие диоксида азота (NO₂).


Окно программы при работе с котельной	Окно программы при работе с котлом


Просмотр и анализ режимов работы установки во времени	Режим калибровки выбросов

Система параметрического мониторинга котла №1 Яйвинской ГРЭС

Яйвинская ГРЭС предназначена для выработки электроэнергии и тепловой энергии для нужд горячего водоснабжения. На ГРЭС установлено четыре энергоблока, в состав которого входит котел ТП-92. Согласно паспорту, основным топливом котлов является каменный уголь Кузнецкого и Кизеловского бассейнов в пропорции 50/50%. В качестве вспомогательного топлива используется природный газ Березовского месторождения.

Исходя из предназначения системы параметрического мониторинга, программное обеспечение должно осуществлять функции непрерывного расчета массового выброса загрязняющих веществ (NО_Х, CO и SO₂) в атмосферу по текущим технологическим параметрам работы источника выбросов. Согласно нормативным документам, количество массовых выбросов NО_Х и CO должно определяться по их концентрации в выбросах и расходу выбросов. При известной концентрации серосодержащих веществ в топливе, выбросы SO₂ могут определяться по материальному балансу процесса горения.


Система параметрического мониторинга котла ТП92	Согласование между расчетными и фактическими данными работы котла

Система параметрического мониторинга парового котла ДЕ-25 ЗАО "Энергия-М"

Система предназначена для непрерывного экологического мониторинга источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от парового котла ЗАО "Энергия-М" на основании закономерностей образования загрязняющих веществ, и, материального и теплового балансов, рассчитываемых по текущим технологическим параметрам работы котла и состава топлива, вводимых вручную.

Исходя из предназначения системы параметрического мониторинга, программное обеспечение должно осуществлять функции непрерывного расчета массового выброса загрязняющих веществ (NО_Х, CO) в атмосферу по текущим технологическим параметрам работы источника выбросов. Согласно нормативным документам, количество массовых выбросов NО_Х и CO должно определяться по их концентрации в выбросах и расходу выбросов.

Паровой котел представляет собой стандартную установку, снабженную стандартным набором КИПиА. Системой аналитического контроля работы котла проведение анализов дымовых газов на содержание O₂, NO и CO - не предусмотрен. Таким образом, для составления материального и теплового балансов котла система параметрического мониторинга должна рассчитывать концентрацию кислорода и концентрации загрязняющих компонентов в дымовых газах. Так как особенности горения и образования оксидов азота индивидуальны для каждого энерготехнологического агрегата, то поправочные коэффициенты уравнений связи концентрации оксидов азота и параметров процесса должны быть предварительно настроены по экспериментальным данным.

Таким образом, кроме основных функций системы параметрического мониторинга массовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (режим мониторинга), она выполняет дополнительные функции определения поправочных коэффициентов уравнений связи концентрации оксидов азота и параметров процесса по результатам анализа (режим калибровки).


Система параметрического мониторинга парового котла ДЕ-25	Просмотр и анализ режимов работы установки во времени