CN108427380B - 基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法属于烟气排放管控技术，目的是根据烟气排放的实际特点，研究开发科学有效的烟气排放管控方法，以提高烟气排放管控的效果，要点是研究现有烟气排放监管方面存在的问题，利用现代控制和通信技术，创新性地采用烟气排放监测、自动控制技术及现代通信技术相结合的方法，使烟气排放管控不留死角，使违规排放完全在监控视线之下，而且有原始趋势曲线记录，执法有据可依，将所有的烟气排放点都置于烟气排放管控系统范围内，则任何一个地方的违法排放必暴露无遗，人为因素则无可乘之机，既能收到烟气排放管控的良好效果，也大大减少了监管人力物力的投入，提高了管控效率，可获得良好的经济效益和社会效益，可广泛应用于新建或改造的各类烟气排放监测系统。

Description

基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法

技术领域

本发明属于烟气排放管控技术。

背景技术

节能减排是国家发展经济的一项长远战略方针，也是实现可持续发展的基本原则。国家十三五规划中的一个重要目标是要在本5年内使节能减排效果达到新的高度，各行各业都要围绕着这个目标去做工作。节能减排是关系到国计民生的大事，对经济发展和社会进步具有重大和深远的意义。

目前国内的空气污染情况严重，雾霾天气频发，究其原因，有外部的气象条件等原因，但根本的原因还是由于存在大量污染源没有得到有效的治理。关于污染源的治理，虽然目前采取的技术和管理措施收到了一定的效果，但治理效果与期望值仍然存在很大的差距，因为治理污染源过程中的人为因素很复杂，人为因素的负面影响部分抵消了技术和管理措施的积极效果。例如，设置了烟气排放连续监测系统，但人为因素可以进行违规排放，烟气排放连续监测系统此时将失去作用，因为违规排放时，流经烟气排放连续监测系统的烟气量减少了，故检测到的烟气指标可能比原来还好，此时的烟气会经周围的环境散发出去，污染了环境，这种人为因素不是个别现象，其负面影响具有蔓延的趋势；例如，对于环保监管，有环保监管人员巡视时，他的除尘系统运行很好，但环保监管人员前脚刚走，他又会进行违规排放。现有的监管方法对于这种违规排放起不到有效的管控作用，致使违规排放的现象屡禁不止。

对于这类情况，只有利用先进技术，在科学管理、计算机管理方面下功夫，避免人为因素的干扰，才能使烟气排放监管收到实效，才能使违规排放得到根本的控制，才能使雾霾得到有效治理。

综上所述，现有烟气排放监管系统从根本上适应不了治理烟气违规排放的需求，亟待研发科学有效的管控方法。

基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法还未见到公开发表的出版物、文献或资料。

发明内容

本发明的目的是根据烟气排放的实际特点，研究开发科学有效的烟气排放管控方法，以提高烟气排放管控的效果。

本发明的要点是研究现有烟气排放监管方面存在的问题，利用现代控制和通信技术，创新性地采用烟气排放监测、自动控制技术及现代通信技术相结合的方法，使烟气排放管控不留死角，使违规排放完全在监控视线之下，而且有原始趋势曲线记录，执法有据可依，将所有的烟气排放点都置于烟气排放管控系统范围内，则任何一个地方的违法排放必暴露无遗，人为因素则无可乘之机，既能收到烟气排放管控的良好效果，也大大减少了监管人力物力的投入，提高了管控效率，可获得良好的经济效益和社会效益。

所谓现代控制技术是指现代数据及信息检测和处理技术、PLC技术、DCS技术、HMI技术、数据库技术、控制模型、软控制技术等等；所谓现代通信技术是指工业现场总线技术、以太网技术、互联网技术等等。

附图说明

附图1是基于现代控制及通信技术的烟气排放管控方法系统构成图，附图1中1是无线数据传输装置，2是烟气排放管控系统数据信息处理及控制装置，3是主体工艺控制系统，4是烟气排放管控系统数据信息收集装置，5是烟气排放连续监测系统，6是烟气排放连续监测系统运行状态，7是风机转速检测系统，8是除尘系统运行状态，9是除尘监测点1实况，10是除尘监测点N实况，11是烟气排放工艺过程系统，12是地区环保管控中心。

附图2是设置了烟气排放连续监测系统时的检测数据有效性判别流程图，附图2中1a是相关数据及信息读入，2a是烟气排放连续监测数据是否正常判别，3a是烟气排放连续监测数据异常，4a是风机转速是否正常判别，5a是风机转速异常，6a是除尘系统是否正常判别，7a是除尘系统异常，8a是数据及信息综合判定，9a是综合判定结果输出。

附图3是未设置烟气排放连续监测系统时的系统是否正常运行判别流程图，附图3中1b是相关数据及信息读入，2b是风机转速是否正常判别，3b是风机转速异常，4b是除尘系统是否正常判别，5b是除尘系统异常，6b是数据及信息综合判定，7b是综合判定结果输出。

具体实施方式

现有烟气排放监管通常由设置烟气排放连续监测系统实时监测烟气排放情况，并传送至环保监测系统，用这种方法来获得烟气排放监控数据，进行烟气排放监管；此外，还采用现场巡查的方法进行烟气排放的监管。这两种方法由于都存在某些漏洞，故即使是同时采取了两种方法也还是存在欠缺。烟气排放连续监测系统对违规排放没有足够的制约能力，例如违规排放时，由于烟气没有流经或少流经烟气排放连续监测系统，此时监测的结果往往是没有问题的；现场巡查的方法对于违规排放的人为因素更是无能为力，一个地区的企业数以百计，环保管理人员不可能采取一对一的管理方式，但巡回检查过程中，因为无历史数据可查，执法亦缺少证据，所以往往无功而返，白白耗费了许多人力物力，国家每年在这方面的耗资估计数以亿计，但对污染源治理的作用却体现甚微。

有的现有烟气排放系统还没有设置烟气排放连续监测系统，这类系统目前处于监管的失控状态，如何对这类系统进行有效的管控亦是重要的研究课题之一。

烟气排放的管控问题是个比较复杂的现实问题，是解决雾霾发生根源的基础性问题，这个问题如果得到解决，则雾霾就得到了有效的控制。

经过对烟气排放系统特点的深入分析和研究，进行烟气排放管控的关键应在采集的数据及信息的真实、完整、有效、可历史追索几个方面同时下功夫，基于这个思路，本发明研发了基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法。

基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法是通过附图1的系统实现的，附图1中无线数据传输装置[1]是基于现代互联网通信技术的无线网络数据传输装置，其功能是将烟气排放管控系统数据信息处理及控制装置[2]收集及处理后的烟气排放数据信息、报警信息等发送至地区环保管控中心[12]，采用无线网络数据传输装置的优点是数据及信息传输便捷、可靠、经济、系统独立性强；烟气排放管控系统数据信息处理及控制装置[2]是基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法的核心，是以计算机工作站为基础组成的数字式装置，本身设有烟气排放数据及信息的数据库及软件包，并且实时从烟气排放管控系统数据信息收集装置[4]和主体工艺控制系统[3]获取与烟气排放相关的数据及信息，这些数据及信息是判别烟气排放数据及烟气排放系统运行正确与否的重要信息来源，同时也作为故障追索、烟气排放趋势曲线记录进行存储，以备核查、比对；主体工艺控制系统[3]是被管控的烟气排放设施相关的主工艺控制系统，为已有系统，通常是PLC系统或DCS系统，烟气排放管控系统数据信息处理及控制装置[2]与主体工艺控制系统[3]通过以太网或现场工业总线进行连接，主要获取的数据及信息是与烟气排放量相关的主工艺实际运行参数；烟气排放管控系统数据信息收集装置[4]由PLC(可编程序控制器)或其它数字式控制器组成，实时收集并处理来自烟气排放连续监测系统[5]、烟气排放连续监测系统运行状态[6]、风机转速检测系统[7]、除尘系统运行状态[8]、除尘监测点1实况[9]和除尘监测点N实况[10]的数据和信息，这些数据及信息处理后送至烟气排放管控系统数据信息处理及控制装置[2]；烟气排放连续监测系统[5]连续检测烟气排放数据，根据具体除尘系统的不同，烟气排放检测数据为1个或几个；烟气排放连续监测系统运行状态[6]为正常和异常两个状态；风机转速检测系统[7]为除尘风机或引风机的实际运行转速，根据具体风机的设置情况，有工频运行、液力耦合器变速运行或变频调速运行几种情况；除尘系统运行状态[8]为正常和异常两个状态；除尘监测点1实况[9]和除尘监测点N实况[10]为1～N个除尘监测点的摄像机监测图像信号，这些图像信号既可以存储在烟气排放管控系统，以备作为历史信息进行核查，也可以在地区环保管控中心[12]远程实时观测，对各除尘监测点进行远程管控；烟气排放工艺过程系统[11]为被管控的烟气排放系统；地区环保管控中心[12]为县级及以上行政区环保部门设置的管控中心，当接收到烟气排放管控系统的任一基本单元发来的异常报警信号及相关信息后，可迅即派出环保执法人员对该事件进行相应处置。

应该指出，附图1的系统是被管控除尘设施设置了烟气排放连续监测系统时的基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法的系统构成图，当被管控除尘设施未设置烟气排放连续监测系统时，附图1的烟气排放连续监测系统[5]和烟气排放连续监测系统运行状态[6]是不存在的，这种情况时的软件程序处理稍有不同，但管控的理念仍然相同。

基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法的基本策略是以每个独立的除尘设施为单位进行管控，并设置地区环保管控中心，该中心为县级及以上行政区的环境保护部门；即无线数据传输装置[1]、烟气排放管控系统数据信息处理及控制装置[2]、主体工艺控制系统[3]、烟气排放管控系统数据信息收集装置[4]、烟气排放连续监测系统[5]、烟气排放连续监测系统运行状态[6]、风机转速检测系统[7]、除尘系统运行状态[8]、除尘监测点1实况[9]、除尘监测点N实况[10]和烟气排放工艺过程系统[11]组成了烟气排放管控系统的一个基本单元，设置在被管控的每个独立的除尘设施所辖范围内，该基本单元通过无线数据传输装置[1]与地区环保管控中心[12]进行通信；根据各县级及以上行政区环境保护部门所辖地区的不同情况，其所管辖的基本单元数量有所不同，可能几十个，也可能数百个，但管控系统的结构和基本原理完全相同，即管控系统由1个地区环保管控中心[12]与若干个并行连接的基本单元组成。

对于已经设置了烟气排放连续监测系统[5]的被管控除尘设施，烟气排放管控系统数据信息处理及控制装置[2]根据附图2的烟气排放数据及信息处理程序对烟气排放连续检测数据的有效性进行综合判定，附图2是设置了烟气排放连续检测系统时的检测数据有效性判定流程图，附图2中相关数据及信息读入[1a]读入与烟气排放连续检测数据有效性判定相关的数据及信息；烟气排放连续监测数据是否正常判别[2a]根据环保部门要求的烟气排放数据进行数据正常与否及偏离程度进行判别；烟气排放连续监测数据异常[3a]输出轻度、中度或重度数据异常报警信号及实际监测数据至数据及信息综合判定[8a]；风机转速是否正常判别[4a]根据主工艺运行数据对风机转速是否正常进行判别；风机转速异常[5a]输出风机转速异常报警信号及风机实际转速至数据及信息综合判定[8a]；除尘系统是否正常判别[6a]根据除尘系统实际运行信号进行正常与否的判别；除尘系统异常[7a]输出除尘系统异常报警信号至数据及信息综合判定[8a]；数据及信息综合判定[8a]对烟气排放连续监测数据是否正常判别[2a]得到的未超标数据进行综合判定，即通过风机系统和除尘系统的运行数据和工作状态对未超标数据进行合理性、有效性的判别；综合判定结果输出[8a]输出判定结果、实际数据及设备运行状态信息。

对于未设置烟气排放连续监测系统[5]的被管控除尘设施，烟气排放管控系统数据信息处理及控制装置[2]根据附图3的相关系统是否正常运行来对烟气排放进行是否正常的判别，附图3是未设置烟气排放连续检测系统时判别相关系统是否正常运行来对烟气排放进行是否正常判别的流程图，在未设置烟气排放连续监测系统的情况下，烟气排放是否合格，是否允许除尘设施运行，是由主管环保部门在现场实地检测后确定的事情，现场实地检测数据及信息存入烟气排放管控系统数据库中，一旦允许运行，则后续的管控须严格按照现场实地检测时的风机运行状况和除尘系统运行状况进行，附图3中相关数据及信息读入[1b]读入与系统运行判别相关的数据及信息；风机转速是否正常判别[2b]根据主工艺运行数据及现场实地检测时的风机运行状况对风机转速是否正常进行判别；风机转速异常[3b]输出风机转速异常报警信号及转速实际值至数据及信息综合判定[6b]；除尘系统是否正常判别[4b]根据除尘系统实际运行状态信号进行正常与否的判别；除尘系统异常[5b]输出除尘系统异常报警信号至数据及信息综合判定[6b]；数据及信息综合判定[6b]通过风机系统和除尘系统的运行数据和工作状态进行除尘排放的合理性、有效性的判别；综合判定结果输出[7b]输出判定结果及风机转速实际检测数据。

基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法是一个相对独立的、以计算机技术为基础的管控系统，优点是管控不留死角，管控信息传输不走样，因为不受人为因素影响，对法律法规的度量无伸缩性，故易于执行，也可以说执行力度大、效率高，可对污染源的治理进行有效管控，可大幅度节省烟气排放监测的管理费用，是科学执法、公正执法的高等级技术平台。

基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法集数据测量采集功能、数据及信息异常判断功能、异常报警功能、数据报表功能、存储记录功能及互联网无线通信功能为一体，为烟气排放管控应用开创了全新的视野和空间，采用基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法后，实现了基于计算机的烟气排放管控，可杜绝人为因素的干扰，可有理有据地对烟气排放进行管控，既能获得管控效果的提高，也大大减少了管控人力和物力的投入；采用基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法，既能使污染源得到有效治理，每年也能节省数以亿计的政府管理费用，可获得良好的经济效益和社会效益。

基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法可广泛应用于新建或改造的各类烟气排放监测系统。

Claims (3)

1.基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法，其特征是有原始趋势曲线记录，将所有的烟气排放点都置于烟气排放管控系统范围内；无线数据传输装置[1]是基于现代互联网通信技术的无线网络数据传输装置，其功能是将烟气排放管控系统数据信息处理及控制装置[2]收集及处理后的烟气排放数据信息、报警信息发送至地区环保管控中心[12]，采用无线网络数据传输装置的优点是数据及信息传输便捷、可靠、经济、系统独立性强；烟气排放管控系统数据信息处理及控制装置[2]是基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法的核心，是以计算机工作站为基础组成的数字式装置，本身设有烟气排放数据及信息的数据库及软件包，并且实时从烟气排放管控系统数据信息收集装置[4]和主体工艺控制系统[3]获取与烟气排放相关的数据及信息，这些数据及信息是判别烟气排放数据及烟气排放系统运行正确与否的重要信息来源，同时也作为故障追索、烟气排放趋势曲线记录进行存储，以备核查、比对；主体工艺控制系统[3]是被管控的烟气排放设施相关的主工艺控制系统，为PLC系统或DCS系统，烟气排放管控系统数据信息处理及控制装置[2]与主体工艺控制系统[3]通过以太网或现场工业总线进行连接，获取的数据及信息是与烟气排放量相关的主工艺实际运行参数；烟气排放管控系统数据信息收集装置[4]由PLC或其它数字式控制器组成，实时收集并处理来自烟气排放连续监测系统[5]、烟气排放连续监测系统运行状态[6]、风机转速检测系统[7]、除尘系统运行状态[8]、除尘监测点1实况[9]和除尘监测点N实况[10]的数据和信息，这些数据及信息处理后送至烟气排放管控系统数据信息处理及控制装置[2]；烟气排放连续监测系统[5]连续检测烟气排放数据，根据具体除尘系统的不同，烟气排放检测数据为1个或几个；烟气排放连续监测系统运行状态[6]为正常和异常两个状态；风机转速检测系统[7]检测风机实际运行转速，根据风机的设置情况，有工频运行、液力耦合器变速运行和变频调速运行几种情况；除尘系统运行状态[8]为正常和异常两个状态；除尘监测点1实况[9]和除尘监测点N实况[10]为1～N个除尘监测点的摄像机监测图像信号，这些图像信号存储在烟气排放管控系统，以备作为历史信息进行核查，或在地区环保管控中心[12]远程实时观测，对各除尘监测点进行远程管控；烟气排放工艺过程系统[11]为被管控的烟气排放系统；地区环保管控中心[12]为县级及以上行政区环保部门设置的管控中心，当接收到烟气排放管控系统的任一基本单元发来的异常报警信号及相关信息后，可派出环保执法人员对事件进行相应处置；对于已经设置了烟气排放连续监测系统[5]的被管控除尘设施，烟气排放管控系统数据信息处理及控制装置[2]根据烟气排放数据及信息处理程序对烟气排放连续检测数据的有效性进行综合判定，相关数据及信息读入[1a]读入与烟气排放连续检测数据有效性判定相关的数据及信息；烟气排放连续监测数据是否正常判别[2a]根据环保部门要求的烟气排放数据进行数据正常与否及偏离程度进行判别；烟气排放连续监测数据异常[3a]输出轻度、中度或重度数据异常报警信号及实际监测数据至数据及信息综合判定[8a]；风机转速是否正常判别[4a]根据主工艺运行数据对风机转速是否正常进行判别；风机转速异常[5a]输出风机转速异常报警信号及风机实际转速至数据及信息综合判定[8a]；除尘系统是否正常判别[6a]根据除尘系统实际运行信号进行正常与否的判别；除尘系统异常[7a]输出除尘系统异常报警信号至数据及信息综合判定[8a]；数据及信息综合判定[8a]对烟气排放连续监测数据是否正常判别[2a]得到的未超标数据进行综合判定，即通过风机系统和除尘系统的运行数据和工作状态对未超标数据进行合理性、有效性的判别；综合判定结果输出[8a]输出判定结果、实际数据及设备运行状态信息；对于未设置烟气排放连续监测系统[5]的被管控除尘设施，烟气排放管控系统数据信息处理及控制装置[2]根据相关系统是否正常运行来对烟气排放进行是否正常的判别，在未设置烟气排放连续监测系统的情况下，烟气排放是否合格，是否允许除尘设施运行，由主管环保部门在现场实地检测后确定，现场实地检测数据及信息存入烟气排放管控系统数据库中，一旦允许运行，则后续的管控须严格按照现场实地检测时的风机运行状况和除尘系统运行状况进行，相关数据及信息读入[1b]读入与系统运行判别相关的数据及信息；风机转速是否正常判别[2b]根据主工艺运行数据及现场实地检测时的风机运行状况对风机转速是否正常进行判别；风机转速异常[3b]输出风机转速异常报警信号及转速实际值至数据及信息综合判定[6b]；除尘系统是否正常判别[4b]根据除尘系统实际运行状态信号进行正常与否的判别；除尘系统异常[5b]输出除尘系统异常报警信号至数据及信息综合判定[6b]；数据及信息综合判定[6b]通过风机系统和除尘系统的运行数据和工作状态进行除尘排放的合理性、有效性的判别；综合判定结果输出[7b]输出判定结果及风机转速实际检测数据。

2.根据权利要求1所述的基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法，其特征是基本策略是以每个独立的除尘设施为单位进行管控，并设置地区环保管控中心，该中心为县级及以上行政区的环境保护部门；无线数据传输装置[1]、烟气排放管控系统数据信息处理及控制装置[2]、主体工艺控制系统[3]、烟气排放管控系统数据信息收集装置[4]、烟气排放连续监测系统[5]、烟气排放连续监测系统运行状态[6]、风机转速检测系统[7]、除尘系统运行状态[8]、除尘监测点1实况[9]、除尘监测点N实况[10]和烟气排放工艺过程系统[11]为烟气排放管控系统的基本单元，设置在被管控的每个独立的除尘设施所辖范围内，该基本单元通过无线数据传输装置[1]与地区环保管控中心[12]进行通信；根据各县级及以上行政区环境保护部门所辖地区的不同情况，其所管辖的基本单元数量有所不同，为几十个，或数百个，管控系统由1个地区环保管控中心[12]与若干个并行连接的基本单元组成。

3.根据权利要求1所述的基于现代控制和通信技术的烟气排放管控方法，其特征是该方法可广泛应用于新建或改造的各类烟气排放监测系统。