СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ МАССОВЫХ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G06F17/40 G05B13/04 

Изобретение относится к промышленной экологии и может быть использовано для создания систем мониторинга массовых выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду.

Уровень техники
Хорошо известно, что для выполнения требований законодательства в области охраны окружающей среды и обеспечения действенного контроля соблюдения нормативов предельно допустимых выбросов рекомендуется использовать системы мониторинга выбросов, которые позволяют не только определять истинные величины массовых выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, но и регулировать режим работы источника выброса таким образом, чтобы величина выброса была минимальной.

Типичная (аналитическая) система мониторинга выбросов состоит из автоматического стационарного промышленного анализатора с системой отбора и подготовки проб, расходомера, измерителей температуры, давления и других параметров сбросного потока. Далее измеренные параметры сбросного потока передаются в компьютер для дальнейшей обработки. Однако аналитическая система мониторинга является весьма дорогостоящей и требует высоких текущих затрат, недостаточно надежна, т.к. датчики анализатора быстро выходят из строя под воздействием содержащихся в выбросах агрессивных компонентов (К.Chin. Rising to the Emissions Chalenge. Chemical Engineering, v.105, N 11, 1998), что требует их частых проверок и многочасовых калибровок и т.п. Все эти недостатки ограничивают широкое применение подобных систем мониторинга.

Альтернативой аналитическим системам мониторинга являются параметрические или предсказательные системы мониторинга, которые не имеют в своем составе дорогостоящего и ненадежного аналитического оборудования (M.Collins, K. Terhune. A model solution for tracking pollution, v.101, N 6, 1994; K. Chin. Rising to the Emissions Challenge. Chemical Engineering, v.105, N 11, 1998). Суть подобных систем заключается в том, что базирующееся на математических моделях источников выбросов программное обеспечение рассчитывает концентрацию загрязняющих компонентов в сбросных потоках в зависимости от параметров технологического режима. Исходные данные для расчета, как правило, выбираются из существующей системы управления производственным процессом. Таким образом, отличие этих систем мониторинга заключается в том, что вместо весьма ненадежных и дорогостоящих газоанализаторов система имеет адекватную математическую модель процесса, а надежность системы определяется только надежностью компьютера и штатной системы контроля и управления.

Однако так как целевыми функциями существующих параметрических систем мониторинга являются концентрации загрязняющих веществ в выбросах, то они являются непригодными для мониторинга массовых выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, которые необходимо определять в соответствии с требованиями природоохранного законодательства Российской Федерации (Правила организации контроля выбросов в атмосферу на тепловых электростанциях. РД34.02.306-97. М., 1997; Методика определения валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котельных установок ТЭС. РД34.02.305-98. М., 1998 и др.).

Наиболее близким к настоящему изобретению является техническое решение, представленное в патенте CШA 5386373 от 31.12.1995 г., которое выбрано нами за прототип.

Способ и система-прототип предназначены для мониторинга выбросов, которые образуются при нормальной работе установки или как побочный продукт ее работы. Она включает: модуль проверки допустимости показаний датчиков системы управления посредством анализа вхождения величины в заданный интервал; основной функциональный модуль расчета концентраций загрязняющих компонентов в сбросном потоке по параметрам системы управления; модуль настройки системы по текущим технологическим параметрам и результатам анализа концентрации загрязняющих веществ в сбросном потоке. Общие с предлагаемой элементы системы, такие как источник выбросов, включающий контрольно-измерительное оборудование, дополнительные датчики, элементы управления текущим режимом работы источника выбросов, блок периодического анализа выбросов и блок сбора и хранения данных о его режимах работы
Однако прототип, на наш взгляд, имеет недостатки, которые ограничивают его применение для мониторинга массовых выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду:
- прототип, по существу, представляет собой виртуальную замену аналитического элемента системы непрерывного мониторинга, т.е. автоматического анализатора, предназначен для непрерывного мониторинга концентраций загрязняющих веществ в газовых выбросах, не производит действия и не содержит элементов, которые необходимы для реализации мониторинга массовых выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду;
- прототип предназначен для проведения непрерывного мониторинга выбросов с вводом технологических параметров работы установки и значений датчиков из системы регулирования в режиме реального времени, что требует наличия на установке автоматизированной системы управления (АСУ) с централизованным сбором всех технологических параметров на основном компьютере или в локальной сети, позволяющей системе непрерывного мониторинга использовать их для расчета в режиме реального времени. Однако, как известно, подавляющее множество отечественных действующих производств имеет только отдельные контрольно-измерительные приборы и простейшие цепи автоматики (КИПиА) без централизованного сбора технологических параметров в режиме реального времени на основном компьютере или в локальной сети, что вообще не позволяет реализовать мониторинг без дополнительных и очень значительных капитальных затрат, которые могут ухудшить экономическое состояние некоторых производств, т. к. затраты на создание систем, выполняющих функции только мониторинга, как правило, не окупаются;
- в прототипе не применяется способ физико-химического согласования исходных данных посредством составления материальных и тепловых балансов как отдельных узлов установки, так и всей установки в целом, что позволяет определить согласованность параметров системы управления и показаний нескольких датчиков, что необходимо при таком выходе из строя элементов управления или датчиков, когда правдоподобный результат частично вышедшей из строя системы управления или датчиков не выходит за ранее определенные пределы;
- прототип предназначен исключительно для целей непрерывного определения концентраций в сбросных потоках, он не производит действия и не содержит элементов, которые необходимы для реализации операций технологического мониторинга параметров работы установки - источника выброса, что не позволяет повысить технико-экономические показатели установки за счет частичной компенсации затрат, понесенных при внедрении системы мониторинга.

Задачей создания изобретения является разработка способа и системы параметрического (предсказательного) мониторинга массовых выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, позволяющих создавать подобные системы для любых источников выбросов, что обеспечит действенный контроль за соблюдением нормативов предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, возможность регулировки режима работы источника выброса таким образом, чтобы величина выброса была минимальной, и возможность использования системы для целей технологического мониторинга.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, таких как способ определения массовых выбросов загрязняющих веществ, имеющих различное агрегатное состояние, в окружающую среду, заключающийся в том, что для определения этих величин используют адекватную математическую модель источника выбросов, исходными данными которой берут параметры, однозначно характеризующие текущий режим работы источника выбросов: показания контрольно-измерительного оборудования, дополнительных датчиков и параметры, соответствующие текущим положениям элементов управления режимом работы источника выброса, причем для согласования исходных данных составляют материальные и тепловые балансы установки - источника выбросов с учетом основных физико-химических закономерностей протекающих процессов с последующей корректировкой не согласующихся данных.

Поставленная задача решается схемным решением - системой для определения параметров выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, содержащей (признаки, общие с прототипом): источник выбросов, включающий контрольно-измерительное оборудование, дополнительные датчики, элементы управления текущим режимом работы источника выбросов, блок периодического анализа выбросов и блок сбора и хранения данных о его режимах работы, показаниях контрольно-измерительного оборудования, дополнительных датчиков и параметров, соответствующих текущим положениям элементов управления режимом работы источника выброса; отличительные признаки: система дополнительно содержит блок составления материального и теплового балансов технологической установки - источника выбросов с учетом основных физико-химических закономерностей протекающих процессов, блок анализа и коррекции исходных данных, блок технологических расчетов с учетом заданных критериев, блок расчета массовых выбросов загрязняющих веществ с учетом корректируемых в процессе калибровки системы параметров математической модели, блок интегрирования массовых выбросов во времени, блок хранения параметров математической модели, комплексный блок коррекции параметров математической модели и блок экспертных оценок, причем вход блока составления материального и теплового балансов соединен с блоком сбора и хранения данных о режимах работы системы, показаниях контрольно-измерительного оборудования, дополнительных датчиков и параметров, соответствующих текущим положениям элементов управления режимом работы источника выброса, первый выход блока составления материального и теплового балансов подсоединен к блоку анализа и коррекции исходных данных, который присоединен к блоку экспертных оценок, второй выход блока составления материального и теплового балансов подсоединен к блоку технологических расчетов, а третий выход блока составления материального и теплового балансов подсоединен к блоку расчетов массовых выбросов загрязняющих веществ, выходы которого подключены к блоку технологических расчетов и к блоку интегрирования выбросов во времени, а входы - к блоку анализов выбросов, и к блоку хранения параметров математической модели, причем вход последнего соединен с блоком коррекции параметров математической модели, один из входов которого подключен к блоку составления материального и теплового балансов, а другой - к блоку анализов выбросов, который своим входом связан с источником выбросов
Таким образом, в настоящее время отсутствуют технические решения проблем, варианты, решения которых приведены в настоящем изобретении:
- изобретение предназначено для определения величины массовых выбросов загрязняющих веществ (количества вещества в единицу времени и количества вещества за интервал времени) в окружающую среду без применения дорогостоящего и ненадежного аналитического оборудования, а не их концентраций, как указано в прототипе. Необходимость определения величины массовых выбросов загрязняющих веществ, во-первых, соответствует требованиям природоохранного законодательства РФ и, во-вторых, массовый выброс является параметром, непосредственно определяющим величину ущерба, наносимого окружающей среде источником выброса;
- в отличие от прототипа расчет величины массового выброса требует составления материального и теплового балансов источника выбросов с целью определения величины расхода потока выбросов, а следовательно, технологических расчетов, которые могут быть проведены различными способами. Так как тепловой и материальный балансы лежат в основе функционирования любого технологического объекта, то при решении задачи определения величин массовых выбросов, промежуточные результаты наряду с окончательными можно использовать для решения многих технологических задач: проверки корректности показаний контрольно-измерительных приборов и системы управления, проверки правильности результатов анализов, определения величин удельных показателей (расходных норм), расчета эффективных коэффициентов теплопередачи теплообменного оборудования, проведения экономических расчетов и т.д. Таким образом, изобретение может применяться не только для решения экологических проблем, но и использоваться для технологического мониторинга источника выбросов, тем самым позволяя окупить затраты, понесенные при создании системы, реализующей указанный метод;
- в отличие от прототипа эмулирующего датчики газоанализатора и реализующего простейший метод проверки исходных данных методом их нахождения в заданных пределах, в настоящем способе производится расчет материального и теплового балансов источника выбросов с учетом физико-химических закономерностей, лежащих в основе функционирования источника выбросов. Поэтому, если данные, полученные от контрольно-измерительного оборудования, дополнительных датчиков и элементов управления, не будут согласованы, то составление материального и/или теплового балансов будет невозможным. В этом случае с использованием метода экспертных оценок и критериев сходимости материального и теплового балансов производится коррекция показаний контрольно-измерительного оборудования, дополнительных датчиков и элементов управления с выдачей соответствующего сообщения о некорректности показаний.

Способ и система включены в одну заявку, т.к. связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Изобретение иллюстрируется схемами:
Фиг. 1 - блок-схема системы, реализующей способ определения массовых выбросов, согласно настоящему изобретению.

Фиг.2 - блок-схема, иллюстрирующая порядок работы системы в режиме мониторинга выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду.

Фиг.3 - блок-схема, иллюстрирующая порядок работы системы в режиме поверки.

Фиг.4 - блок-схема, иллюстрирующая порядок работы системы в режиме калибровки.

Фиг.5 - состав дымовых газов при переходе котла на режим (топливо: уголь и газ).

Фиг.6 - состав дымовых газов при переходе котла на режим (топливо: газ).

В таблицах 1 и 2 приведены результаты обработки экспериментальных данных для котла ТП-92
Описание способа определения величины массовых выбросов загрязняющих веществ
Способ определения массовых выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду заключается в том, что для их определения используется не аналитическое оборудование, а предварительно созданная адекватная математическая модель источника выбросов, связывающая величину массовых выбросов с текущими технологическими параметрами установки - источника выбросов, однозначно характеризующими текущий режим работы установки. К текущим технологическим параметрам относятся: показания контрольно-измерительного оборудования, дополнительных датчиков и параметры, соответствующие текущим положениям элементов управления режимом работы источника выбросов. Так как по ряду объективных и субъективных причин реальные (регистрируемые) значения параметров иногда могут быть ошибочными, то перед их использованием в качестве исходных данных математической модели необходимо проводить их согласование с одновременным определением неисправных элементов. Согласно изобретению наиболее надежным и объективным приемом согласования технологических параметров является составление материальных и тепловых балансов установки с учетом основных физико-химических закономерностей протекающих процессов (физико-химическая модель установки) с последующей корректировкой несогласующихся данных, например, с помощью метода экспертных оценок.

При работе любой технологической установки в обязанность обслуживающего персонала входит периодический сбор текущих технологических параметров (температуры, давления, расхода, положения задвижек, заслонок и т.п.) с сохранением их в журналах или рапортах. При наличии на установке АСУ или системы централизованного сбора данных периодический сбор текущих технологических параметров происходит в файлах на компьютере (блок 2, Фиг.2). Если технологические параметры, необходимые для реализации настоящего способа определения массовых выбросов, не собираются, то необходимо внести соответствующие организационные коррективы, обеспечивающие расширение количества собираемых параметров. В дальнейшем при реализации способа определения величины массовых выбросов текущие технологические параметры установки могут быть выбраны из журналов (рапортов) или из файлов (блок 3, Фиг.2).

Производственный опыт авторов показывает, что несмотря на совершенство датчиков и вторичных приборов, некоторая их часть может выйти из строя либо иметь неисправности, которые приводят к правдоподобным, но неверным показаниям. Поэтому перед использованием показаний приборов в качестве исходных данных их показания необходимо согласовывать. Согласно изобретению наиболее надежным и объективным приемом согласования технологических параметров является составление материальных и тепловых балансов установки с учетом основных физико-химических закономерностей протекающих процессов (физико-химическая модель установки) с последующей корректировкой несогласующихся данных, например, с помощью метода экспертных оценок (блоки 4, 5, 6, Фиг.2).

После согласования исходных данных становится возможно использовать их для определения величины массовых выбросов (блок 7, Фиг.2) с последующим интегрированием величины выбросов в течение заданного времени (блок 8, Фиг. 2). Произвести определение величины массовых выбросов при наличии результатов составления материального баланса (блок 4, Фиг.2) возможно несколькими способами. Например, можно воспользоваться уравнениями, приведенными в нормативных документах (Правила организации контроля выбросов в атмосферу на тепловых электростанциях. РД34.02.306-97. М. , 1997. Методика определения валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котельных установок ТЭС. РД34.02.305-98. М., 1998). Согласно этих документов величина массового выброса загрязняющих веществ в окружающую среду определяется по их концентрациям и расходу сбросного потока. Для настоящего способа определения массовых выбросов определение величины расхода сбросного (технологического) потока происходит на этапе составления материального баланса установки (блок 4, Фиг.2), а способ определения концентраций загрязняющих компонентов в выбросах по текущим технологическим параметрам является частным случаем математического моделирования, основные принципы которого описаны в литературе (например: Методы и средства автоматизированного расчета химико-технологических систем: Учеб. пособ. для вузов /Н.В. Кузичкин, С.Н. Саутин, А.Е. Пунин и др. - Л.: Химия, 1987; Принципы математического моделирования химико-технологических систем. //В.В. Кафаров, В.Л. Перов, В.П. Мешалкин. - М.: Химия, 1974). Частный случай применения методов математического моделирования для определения концентраций загрязняющих веществ в выбросах технологических установок описан в прототипе и в M.Collins, K.Terhune. A model solution for tracking pollution, v.101, N 6, 1994; K.Chin. Rising to the Emissions Challenge. Chemical Engineering, v. 105, N 11, 1998.

Пример осуществления способа
В таблицах 1 и 2 приведены данные, подтверждающие способность авторов создать подобную модель, используя основные принципы математического моделирования технологических объектов. В качестве объекта был использован энергетический котел ТП-92 с номинальной производительностью 500 т/ч пара.

Было определено, что при работе котла ТП-92 на газовом топливе основными технологическими параметрами, позволяющими рассчитать состав дымовых газов, являются:
- давление топливного газа на горелках (Р_ГАЗА);
- давление воздуха на горелках (Р_{ВОЗДУХА});
- атмосферное давление (Р_АТМ);
- температура дымовых газов после водяного экономайзера (t_ВЭК);
- степень открытия заслонки дутьевого вентилятора (%задв.воздуха);
- температура горячего воздуха после воздухоподогревателя (t_{ГОР.ВО ЗДУХА});
- степень открытия заслонок дымососа (%задв.ДС).

Перед расчетом состава дымовых газов рассчитываются комплексы, связывающие указанные величины:
Х1=f(P_ГАЗА, t_ГАЗА, Р_АТМ)
Х2=f(Р_{ВОЗДУХА}, t_{ГОР.ВО ЗДУХА}, Р_АТМ)
Х3=f(t_ВЭК)
Х4=f(%задв.воздуха)
Х5=f(%задв.ДС)
Х6=f(%задв.воздуха, %задв.ДС)
Концентрация NO_X в дымовых газах после дымососа
= k₀ + k₁ • X1 + k₂ • X2 + k₃ • X3 + k₄ • X4, ppm.

Концентрация СО в дымовых газах после дымососа
С_CO= m₀ + m₁ • X4 + m₂ • X5 + m₃ • X3 + m₄ • X6, ppm.

Коэффициент избытка воздуха после дымососа
α = n₀ + n₁ • X2 + n₂ • X2 • X2.

При работе котла ТП-92 на угле с подсветкой газового топлива основными технологическими параметрами, позволяющими рассчитать содержание в дымовых газах О₂, NO_X и СО, являются:
- давление воздуха на горелках (Р_{ВОЗДУХА});
- атмосферное давление (Р_АТМ);
- температура дымовых газов после водяного экономайзера (t_ВЭК);
- температура дымовых газов после воздухоподогревателя (t_ВЗП);
- степень открытия заслонки дутьевого вентилятора (%задв.воздуха);
- температура горячего воздуха после воздухоподогревателя (t_{ГОР.ВО ЗДУХА}).

Перед расчетом содержания в дымовых газах NO_X, СО и α рассчитываются комплексы, связывающие указанные выше величины:
Х1=f(Р_{ВОЗДУХА}, t_{ГОР.ВО ЗДУХА}, Р_АТМ)
Х2=f(t_ВЭК)
Х3=f(%задв.воздуха)
Х4=f(t_ВЭП)
Концентрация NO_X рассчитывается по уравнению
= k₀ + k₁ • X1 + k₂ • X2 + k₃ • X3 + k₄ • X4, ppm.

Концентрация СО рассчитывается по уравнению
С_CO= m₀ + m₁ • X1 + m₂ • X2 + m₃ • X3 + m₄ • X4, ppm.

Коэффициент избытка воздуха рассчитывается по уравнению
α = n₀ + n₁ • X2 + n₂ • X2 • X2 + n₃ • X2 + n₄ • X3.

Способы определения коэффициентов указанных уравнений (k_o...i, m_0...i, n_0...i) на основании экспериментальных данных достаточно широко представлены в литературе по статистике и в специальной литературе (например, Джонсон К. Численные методы в химии: Пер. с англ. - М.: Мир, 1983. - 504 с.).

Так как сжигаемый уголь содержит в своем составе серу, то дымовые газы будут содержать диоксид серы (SO₂), концентрация и массовый выброс которого рассчитываются балансово-расчетным методом (Методика определения валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котельных установок ТЭС. РД 34.02 305-98. М. , 1998), т.е. по известному количеству сжигаемого угля и содержания в нем серы. Количество сжигаемого топлива и расход дымовых газов определяются по тепловому и материальному балансам (блок 4, Фиг.2).

Так как этапы составления адекватной математической модели объекта и ее сложность будут зависеть от типа объекта, то вид уравнений для расчета концентраций загрязняющих веществ и комплексов, входящих в эти уравнения, могут быть различны даже для однотипных объектов. Так, например, это могут быть как обычные регрессионные уравнения несвязанные или связанные с физическим смыслом происходящих процессов (как показано выше), так и сложные дифференциальные уравнения физико-химических моделей, методика определения параметров которых подробно описана в литературе (Саулин Д.В. Разработка технологии конверсии метана с использованием блочных катализаторов//Дисс. канд. техн. наук, Пермь, 1995, 137 с.).

Как и любое измерительное оборудование, математическую модель необходимо периодически поверять, т. е. проверять соответствие значений, выдаваемых моделью, значениям, определенных с помощью метода, имеющего более высокую точность. Схема операций, производимых при поверке математической модели, представлена на Фиг.3. Порядок операций практически совпадает с операциями, представленными на Фиг.2. Отличие заключается лишь в том, что после расчета массовых выбросов по математической модели (блок 7, Фиг.3) производятся аналитическое определение состава выбрасываемого потока с помощью приборов соответствующего класса точности (например, в случае котла - газоанализатором с электрохимическими ячейками) и расчет величины массовых выбросов в соответствии с руководящими документами (блок 8, Фиг.3) (например, РД34.02.305-98). Если ошибка (разность значений выбросов) превышает допустимую, то принимается решение о перекалибровке математической модели (блок 10, Фиг. 3), которая заключается в определении коэффициентов математической модели на основании экспериментальных данных.

Порядок операций при калибровке математической модели представлен на Фиг. 4. Сначала производится тщательная проверка состояния основного технологического оборудования, системы управления, контрольно-измерительного оборудования или АСУ, дополнительных датчиков и т.п. (блок 2, Фиг.4). По окончании проверки составляется план калибровки, предусматривающий интервалы изменения режимов работы установки - источника выбросов, количества опытов и т.д. При выполнении плана калибровки источник выбросов переводят на заданный режим работы и выдерживают некоторое время до стабилизации текущих технологических параметров и состава выбросов (блоки 3 и 4, Фиг.4). О переходе источника выброса на режим судят по относительному постоянству состава выбросов в параллельных анализах, т.к. переход объекта на заданный режим работы может длиться некоторое время. Например, на Фиг. 5 и 6 приведены графики динамики перехода котла ТП-02 на заданный режим работы при его работе на газовом топливе и смеси угля и газового топлива. Далее проводятся сбор текущих технологических параметров, необходимых для составления материального и теплового балансов и расчета массовых выбросов (блок 5, Фиг.4), и аналитическое определение состава выбрасываемого потока с помощью приборов соответствующего класса точности (блок 6, Фиг.4). Например, в случае котла, газоанализатором с электрохимическими ячейками. По собранным данным проводится составление материального и теплового балансов с целью проверки согласованности данных и проверки исправности измерительного оборудования (блок 7, Фиг.4). Если погрешность балансов превышает допустимую, то осуществляются дополнительные проверки основного и контрольно-измерительного оборудования, которое влияет на показания, отмеченные как несогласованные, и операции калибровки начинаются сначала. Если погрешность балансов не превышает допустимую, то набор данных сохраняется для дальнейшей обработки (блок 10, Фиг.4) и источник выброса переводится на другой режим. После сбора данных на всех плановых режимах работы источника выбросов производят обработку массивов данных с уточнением параметров математической модели (блок 12, Фиг.4). Способы определения коэффициентов уравнений, входящих в математическую модель, на основании экспериментальных данных достаточно широко представлены в литературе по статистике и в специальной литературе (например, Джонсон К. Численные методы в химии: Пер. с англ. - М.: Мир, 1983. - 504 с.; Методы и средства автоматизированного расчета химико-технологических систем: Учеб. пособ. для вузов/Н.В. Кузичкин. С.Н. Саутин, А.Е. Пунин и др. - Л.: Химия, 1987).

Для реализации указанного способа определения массовых выбросов предлагается система, схема которой представлена на Фиг.1. Согласно схеме система состоит из технологической установки - источника выбросов 1, блока анализов 2, блока сбора и хранения 3 показаний контрольно-измерительного оборудования, дополнительных датчиков и параметров, соответствующих текущим положениям элементов системы управления, основными функциями которого являются сбор и сохранение данных в журналах или рапортах (производится обслуживающим персоналом технологической установки) или в виде файлов на компьютере (производится автоматически или обученным персоналом технологической установки). В состав системы входит блок составления материальных и тепловых балансов 4 технологической установки с использованием физико-химических закономерностей протекающих процессов, основными функциями которого являются уточненные физико-химические расчеты, составление различными способами (с использованием различных наборов исходных данных) материального и теплового балансов, проведение вспомогательных расчетов, производить итерационные расчеты, позволяющие согласовать исходные данные, рассчитывать ошибку несогласованности набора данных, выполнять другие вспомогательные операции и взаимодействовать с блоками сбора и хранения исходных данных 3, блоком анализа и коррекции исходных данных при составлении балансов 5, блоком технологических расчетов на основании заданных критериев "советчик технолога" 6, блоком расчета массовых выбросов загрязняющих веществ 7 и блоком коррекции параметров математической модели 10. Блок расчетов массовых выбросов (г/сек) загрязняющих веществ 7 позволяет производить расчеты как при использовании в качестве исходных данных параметров работы установки блока 4 и параметров математической модели блока 9, так и результатов анализов выбросов установки, производимых блоком 2, делать заключение о необходимости перекалибровки системы, выполнять другие вспомогательные операции и взаимодействовать с блоком технологических расчетов "советчик технолога" 6 и блоком интегрирования массовых выбросов загрязняющих веществ во времени 8, который позволяет получать параметры воздействия источника выбросов на окружающую среду в течение заданного количества времени, строить соответствующие графики и выполнять другие вспомогательные операции. В случае принятия решения о перекалибровке системы основные операции выполняет комплексный блок 10, который позволяет рассчитать параметры математической модели на основании результатов работы блока 4 и соответствующих результатов анализа выбросов переносным или стационарным анализатором 2 и выполнить все необходимые вспомогательные операции. Кроме того, система имеет блок экспертных оценок 11, подключенный к блоку анализа и коррекции исходных данных 5.

Ниже приводим сведения, подтверждающие соответствие признаков формулы изобретения разделу описания осуществимости изобретения.

Система для определения параметров выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду содержит источник выбросов 1, включающий контрольно-измерительное оборудование, дополнительные датчики, элементы управления текущим режимом работы источника выбросов, блок периодического анализа выбросов 2 и блок сбора и хранения данных 3 о его режимах работы, показаниях контрольно-измерительного оборудования, дополнительных датчиков и параметров, соответствующих текущим положениям элементов управления режимом работы источника выброса. Система дополнительно содержит блок составления материального и теплового балансов 4 технологической установки - источника выбросов с учетом основных физико-химических закономерностей протекающих процессов, блок анализа и коррекции исходных данных 5, блок технологических расчетов с учетом заданных критериев 6, блок расчета массовых выбросов загрязняющих веществ с учетом корректируемых в процессе калибровки системы параметров математической модели 7, блок интегрирования массовых выбросов во времени 8, блок хранения параметров математической модели 9, комплексный блок коррекции параметров математической модели 10 и блок экспертных оценок 11, причем вход блока составления материального и теплового балансов 4 соединен с блоком сбора и хранения данных о режимах работы системы 3, показаниях контрольно-измерительного оборудования, дополнительных датчиков и параметров, соответствующих текущим положениям элементов управления режимом работы источника выброса, первый выход блока составления материального и теплового балансов 4 подсоединен к блоку анализа и коррекции исходных данных 5, который присоединен к блоку экспертных оценок 11, второй выход блока составления материального и теплового балансов 4 подсоединен к блоку технологических расчетов 6, а третий выход блока составления материального и теплового балансов 4 подсоединен к блоку расчетов массовых выбросов загрязняющих веществ 7, выходы которого подключены к блоку технологических расчетов 6 и к блоку интегрирования выбросов во времени 8, а входы - к блоку анализов выбросов 2 и к блоку хранения параметров математической модели 9, причем вход последнего соединен с блоком коррекции параметров математической модели 10, один из входов которого подключен к блоку составления материального и теплового балансов 4, а другой - к блоку анализов выбросов 2, который своим входом связан с источником выбросов 1.

Система, реализующая способ определения массовых выбросов согласно настоящему изобретению, имеет несколько режимов работы: режим мониторинга, режим поверки и режим калибровки.

В режиме мониторинга установка функционирует следующим образом. Как известно, каждая технологическая установка, а в конкретном случае технологическая установка - источник выбросов (1, Фиг.1), имеет штатную систему управления, приборы КИПиА или АСУ и дополнительные датчики, текущие параметры которых сохраняются в журналах (рапортах) или в файлах базы данных (3, Фиг.1) с некоторым интервалом времени. Далее перед использованием в расчетах выбранный набор данных подвергается проверке на взаимную согласованность данных и при необходимости подвергается согласованию. Проверка исходных данных заключается в их использовании для составления материальных и тепловых балансов технологической установки с использованием физико-химических закономерностей протекающих процессов (4, Фиг.1). В случае, если набор данных несогласован, т. е. ошибки при составлении балансов превышают допустимые, то производится согласование набора данных с использованием метода экспертных оценок (5 и 11, Фиг.1), база знаний которой включает различные методы согласования, выявления неполадок и некорректности показаний, специфичных для конкретной технологической установки. После согласования набора данных или если набор данных был первоначально согласован, данные передаются для дальнейшей обработки в другие блоки. Если система работает в режиме мониторинга, то согласованные данные передаются в блок расчета массовых выбросов загрязняющих веществ (7, Фиг.1), где происходит расчет массовых выбросов загрязняющих веществ (г/сек) в окружающую среду с использованием математической модели источника выбросов, параметры которой находятся в блоке 9 (Фиг.1), а затем результаты расчетов передаются в блок 8 (Фиг.1) для их интегрирования во времени с получением количества загрязняющих веществ за месяц, квартал или год. Результаты расчетов (и сами блоки расчетов) массовых выбросов и материального, и теплового балансов могут быть использованы для выполнения технологических расчетов типа "советчик технолога" (блок 6, Фиг.1), т.е. на основании критериев функционирования источника выбросов проводится комплекс технолого-экономических и экологических расчетов, позволяющий количественно определить последствия и/или оптимальные условия для осуществления той или иной гипотезы, например: минимальный выброс, максимальный КПД установки при заданных ограничивающих параметрах и т.д. При работе системы в режиме мониторинга блоки 10 и 2 (Фиг.1) являются неактивными.

При работе системы в режиме поверки, основной целью которой является сравнение массовых выбросов, определенных с помощью математической модели, и массовых выбросов, рассчитанных на основании анализов, технологическая установка работает в нормальном режиме, а параметры штатной системы управления, приборов КИПиА или АСУ и дополнительных датчиков сохраняются в журналах (рапортах) или в файлах базы данных (3, Фиг.1) с некоторым интервалом времени. Далее выбранный набор данных подвергается проверке на взаимную согласованность данных и при необходимости подвергается согласованию. Проверка исходных данных заключается в их использовании для составления материальных и тепловых балансов технологической установки с использованием физико-химических закономерностей протекающих процессов (4, Фиг.1). В случае, если набор данных несогласован, т.е. ошибки при составлении балансов превышают допустимые, то производится согласование набора данных с использованием метода экспертных оценок (5 и 11, Фиг.1), база знаний которого включает различные методы согласования, выявления неполадок и некорректности показаний, специфичных для конкретной технологической установки. После согласования набора данных или если набор данных был первоначально согласован, данные передаются для дальнейшей обработки в блок расчета массовых выбросов загрязняющих веществ (7, Фиг.1), где происходит расчет массовых выбросов загрязняющих веществ (г/сек) в окружающую среду с использованием математической модели источника выбросов, параметры которой находятся в блоке 9 (Фиг.1). Одновременно, параметры выбросов технологической установки измеряют переносным газоанализатором (2, Фиг.1) и передают в блок расчета массовых выбросов (7, Фиг.1), где происходит расчет массовых выбросов загрязняющих веществ (г/сек) в окружающую среду на основании результатов анализов. Если разность в результатах расчета при обработке серии данных превышает допустимую, то принимается решение о калибровке математической модели системы. При работе системы в режиме поверки блоки 6, 8 и 10 (Фиг.1) являются неактивными.

В случае, если принимается решение о необходимости перекалибровки модели, то ее основной целью является уточнение параметров математической модели. При этом режиме работы сначала производится проверка работоспособности основного и вспомогательного оборудования, системы управления, датчиков, системы КИПиА или АСУ. Затем создаются такие условия, что технологическая установка работает при различных плановых режимах работы по нагрузке от минимальной до максимальной, а параметры штатной системы управления, приборов КИПиА или АСУ и дополнительных датчиков сохраняются для каждой нагрузки в журналах (рапортах) или в файлах базы данных (3, Фиг.1). Далее набор данных подвергается проверке на взаимную согласованность данных. Если ошибка согласования превышает допустимую, то проверка основного и вспомогательного оборудования, системы управления, датчиков, системы КИПиА или АСУ производится снова. В случае, если ошибки в составлении материального и теплового балансов не превышают допустимые, то данные передают для дальнейшей обработки в блок коррекции параметров математической модели (10, Фиг.1). Одновременно параметры выбросов технологической установки измеряют переносным газоанализатором (2, Фиг.1) и также передают в блок коррекции параметров математической модели (10, Фиг.1). Далее все указанные выше операции повторяются. После накопления необходимого массива наборов данных происходит их обработка, а рассчитанные параметры сохраняются в блоке хранения параметров математической модели (9, Фиг.1) для дальнейшего использования. При работе системы в режиме калибровки блоки 5, 6, 7, 8 и 11 (Фиг.1) являются неактивными.

Изобретение относится к промышленной экологии и может быть использовано для создания систем мониторинга массовых выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду. Техническим результатом является обеспечение контроля за соблюдением нормативов предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, возможность регулировки режима работы источника выброса таким образом, чтобы величина выброса была минимальной, и возможность использования системы для целей технологического мониторинга. Для этого система содержит источник выбросов, включающий контрольно-измерительное оборудование, дополнительные датчики, элементы управления текущим режимом работы источника выбросов, блок периодического анализа выбросов, блок сбора и хранения данных о его режимах работы, показаниях контрольно-измерительного оборудования, дополнительных датчиков и параметров, соответствующих текущим положениям элементов управления режимом работы источника выброса, блок составления материального и теплового балансов технологической установки - источника выбросов с учетом основных физико-химических закономерностей протекающих процессов, блок анализа и коррекции исходных данных, блок технологических расчетов с учетом заданных критериев, блок расчета массовых выбросов загрязняющих веществ с учетом корректируемых в процессе калибровки системы параметров математической модели, блок интегрирования массовых выбросов во времени, блок хранения параметров математической модели, комплексный блок коррекции параметров математической модели и блок экспертных оценок. 6 ил., 2 табл.

Система для определения параметров выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, содержащая источник выбросов, включающий контрольно-измерительное оборудование, дополнительные датчики, элементы управления текущим режимом работы источника выбросов, блок периодического анализа выбросов и блок сбора и хранения данных о его режимах работы, показаниях контрольно-измерительного оборудования, дополнительных датчиков и параметров, соответствующих текущим положениям элементов управления режимом работы источника выброса, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок составления материального и теплового балансов технологической установки - источника выбросов с учетом основных физико-химических закономерностей протекающих процессов, блок анализа и коррекции исходных данных, блок технологических расчетов с учетом заданных критериев, блок расчета массовых выбросов загрязняющих веществ с учетом корректируемых в процессе калибровки системы параметров математической модели, блок интегрирования массовых выбросов во времени, блок хранения параметров математической модели, комплексный блок коррекции параметров математической модели и блок экспертных оценок, причем вход блока составления материального и теплового балансов соединен с блоком сбора и хранения данных о режимах работы системы, показаниях контрольно-измерительного оборудования, дополнительных датчиков и параметров, соответствующих текущим положениям элементов управления режимом работы источника выброса, первый выход блока составления материального и теплового балансов подсоединен к блоку анализа и коррекции исходных данных, который присоединен к блоку экспертных оценок, второй выход блока составления материального и теплового балансов подсоединен к блоку технологических расчетов, а третий выход блока составления материального и теплового балансов подсоединен к блоку расчетов массовых выбросов загрязняющих веществ, выходы которого подключены к блоку технологических расчетов и блоку интегрирования выбросов во времени, а входы - к блоку периодического анализа выбросов и блоку хранения параметров математической модели, причем вход последнего соединен с комплексным блоком коррекции параметров математической модели, один из входов которого подключен к блоку составления материального и теплового балансов, а другой - к блоку периодического анализа выбросов, который своим входом связан с источником выбросов.