陳衛(wèi)勇，林偉鋒，陳曉雷，羅暉，吳長(zhǎng)生，黃建偉

（1.國(guó)投云頂湄洲灣電力有限公司，福建 莆田 351100；2.福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

為了有效遏制日漸嚴(yán)重的大氣污染趨勢(shì)，國(guó)家出臺(tái)了能源轉(zhuǎn)型、去產(chǎn)能、污染物控制等系列政策。火電廠作為大氣污染物最重要的排放源，其污染物排放問(wèn)題被各界持續(xù)關(guān)注。2014年，國(guó)家推行電力行業(yè)超低排放政策，時(shí)至今日，電廠的超低排放改造工作已近尾聲。然而在新時(shí)代下電廠面臨著新的問(wèn)題，即在污染物排放量得到控制的同時(shí)做到節(jié)能降耗值。

由于國(guó)內(nèi)電廠對(duì)粉塵、SOx和NOx的單一治理，忽略了系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)性，“環(huán)保島”系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。環(huán)保島的優(yōu)勢(shì)，其一可以實(shí)現(xiàn)對(duì)除塵、SOx、NO2各設(shè)備的協(xié)同控制；其二可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；其三能夠嚴(yán)格控制污染物的排放，系統(tǒng)性能最優(yōu)，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備的能耗與物耗降低。目前，對(duì)電廠煙氣的協(xié)同處理主要有3種“環(huán)保島”技術(shù)，主要體現(xiàn)在以某一設(shè)備為主體，其它設(shè)備協(xié)同組成的煙氣處理系統(tǒng)。本文所述煙氣“環(huán)保島”技術(shù)是以節(jié)能提效為前提，利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)，將不同子島搭建起來(lái)的處理系統(tǒng)，為煙氣控制提供綜合管理平臺(tái)。

1 煙氣環(huán)保島智能節(jié)能提效系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)功能

煙氣環(huán)保島智能節(jié)能提效系統(tǒng)是基于各子島搭建起來(lái)的協(xié)同控制系統(tǒng)，能夠?qū)Νh(huán)保島數(shù)據(jù)、鍋爐相關(guān)數(shù)據(jù)和排放數(shù)據(jù)進(jìn)行分析管理。根據(jù)客戶(hù)需求并結(jié)合電廠實(shí)際情況，定制相應(yīng)的控制策略，使環(huán)保島運(yùn)行在最佳狀態(tài)，并建立環(huán)保島全流程生命周期管理。系統(tǒng)采用人工智能分析技術(shù)，以大數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)，整合專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和智慧，為電廠環(huán)保設(shè)備的運(yùn)行提供指導(dǎo)，建議和控制方案。

1.2 系統(tǒng)特色

（1）環(huán)保設(shè)備節(jié)能降耗。系統(tǒng)在同時(shí)保證環(huán)保島排放達(dá)標(biāo)和各子島系統(tǒng)正?？煽剡\(yùn)行的前提下，根據(jù)多污染物協(xié)同治理理念，合理調(diào)整各子島設(shè)備工作狀態(tài)以控制出口煙氣污染物濃度，降低環(huán)保島系統(tǒng)能耗。

（2）提高管理水平。系統(tǒng)有針對(duì)性地提出協(xié)同減排節(jié)能提效解決方案，提高環(huán)保設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，科學(xué)指導(dǎo)設(shè)備維護(hù)及備件更換，實(shí)現(xiàn)污染排放管控的集成化、穩(wěn)定化、智能化，同時(shí)也提高電廠的整體設(shè)備管理水平。

2 案例分析

2.1 國(guó)投云頂湄洲灣電廠簡(jiǎn)介

國(guó)投云頂湄洲灣電廠位于福建省莆田市忠門(mén)半島西南岸，是福建省大型中外合資火力發(fā)電企業(yè)。

湄洲灣電廠二期擁有2臺(tái)1000MW高效超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，是福建省“十二五”能源重大項(xiàng)目，采用EPC（設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工）總承包建設(shè)模式。煙氣環(huán)保島智能節(jié)能提效系統(tǒng)應(yīng)用是以二期2臺(tái)1000MW機(jī)組環(huán)保島設(shè)備為研究對(duì)象。

2.2 湄洲灣電廠系統(tǒng)現(xiàn)狀

湄洲灣電廠現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包含廠級(jí)DCS分散控制系統(tǒng)、輔控DCS分散控制系統(tǒng)。這兩部分的數(shù)據(jù)由電廠系統(tǒng)的SIS廠級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和管理。PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是以采集頻率為秒一級(jí)的采集密度高達(dá)萬(wàn)點(diǎn)的帶時(shí)間標(biāo)簽的實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。環(huán)保島設(shè)備的執(zhí)行部分和數(shù)據(jù)采集部分主要由靜電除塵器的IPC上位機(jī)、濕式電除塵器IPC上位機(jī)和DCS分散控制系統(tǒng)組成。其中脫硫、脫硝部分的控制納入機(jī)組DCS，在機(jī)組DCS的LCD操作員站上完成系統(tǒng)的監(jiān)控。公用部分的控制納入輔助車(chē)間控制系統(tǒng)DCS監(jiān)控。除塵單元部分則由龍凈環(huán)保的IPC上位機(jī)進(jìn)行獨(dú)立控制。

2.3 系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)

為了實(shí)現(xiàn)煙氣環(huán)保島智能節(jié)能提效系統(tǒng)在湄洲灣電廠的應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施部署了一套基于SIS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、清洗和分析建模。模型構(gòu)建完成后，基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)了一套節(jié)能提效系統(tǒng)。系統(tǒng)不僅提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)保島關(guān)鍵設(shè)備指標(biāo)，還通過(guò)模型提供實(shí)時(shí)控制策略，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員。系統(tǒng)首頁(yè)如下圖1所示。

圖1 基于SIS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

系統(tǒng)展示了整個(gè)環(huán)保島當(dāng)前的設(shè)備重要參數(shù)、各種指標(biāo)參數(shù)、系統(tǒng)能耗，以及優(yōu)化方案。中間部分展示的整個(gè)環(huán)保島的3D模擬圖，點(diǎn)擊相應(yīng)的位置可進(jìn)入對(duì)應(yīng)設(shè)備系統(tǒng)的參數(shù)展示。其中除塵策略指導(dǎo)的系統(tǒng)界面如圖2所示。

圖2 除塵策略指導(dǎo)的系統(tǒng)界面

除塵策略指導(dǎo)界面提供了當(dāng)前實(shí)時(shí)工況下，環(huán)保島除塵設(shè)備的高壓、低壓設(shè)備的控制策略。湄洲灣電廠脫硝主要采用選擇性催化還原SCR技術(shù)，因而其策略指導(dǎo)頁(yè)面主要提供了最優(yōu)的噴氨量。湄洲灣電廠脫硫主要是濕法脫硫，因而其策略指導(dǎo)頁(yè)面主要提供了脫除SO2所需的漿液量。

2.4 系統(tǒng)應(yīng)用成效

目前湄洲灣電廠節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用情況,主要采用優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式、合理配煤摻燒等技術(shù)手段。以脫硝設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益分析為例，湄洲灣電廠3#機(jī)組脫硝設(shè)備N(xiāo)OX設(shè)定值設(shè)定在40mg/Nm3或者50mg/Nm3的條件下，NOX排放趨于平穩(wěn)，通過(guò)PID+人工的方式下的噴氨量同模型在相同工況下給出的最優(yōu)的噴氨量進(jìn)行分析對(duì)比如圖3所示。

系統(tǒng)通過(guò)對(duì)3#脫硝設(shè)備建模分析，當(dāng)出口NOX設(shè)定值在40的時(shí)候，優(yōu)化噴氨的數(shù)值為137L/h，優(yōu)化噴氨百分比為9.962%。平均一臺(tái)機(jī)組每小時(shí)可節(jié)約尿素14kg/h，一臺(tái)機(jī)組有效運(yùn)行時(shí)間按5000h，按尿素出廠價(jià)1900元/t計(jì)算，預(yù)計(jì)每年一臺(tái)機(jī)組的脫硝設(shè)備可節(jié)省約13.3萬(wàn)元。兩臺(tái)機(jī)組合計(jì)26.6萬(wàn)元。

圖3

3 結(jié)語(yǔ)

煙氣環(huán)保島智能節(jié)能提效系統(tǒng)上線以來(lái)，基于系統(tǒng)的可視化功能，實(shí)時(shí)展現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，為操作人員提供很好地判斷條件。通過(guò)人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，為操作人員提供同種工況情況下操作人員的最優(yōu)操作記錄，截止目前為止，粉塵、NOX、SO2的自然小時(shí)均值排放指標(biāo)，粉塵自然小時(shí)排放指標(biāo)，逐步趨于平穩(wěn)，且不斷靠近目標(biāo)設(shè)定值，既滿(mǎn)足了國(guó)家的環(huán)保要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的效益最大化，并在不斷往更節(jié)能方向發(fā)展。

煙氣環(huán)保島智能節(jié)能提效系統(tǒng)通過(guò)將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)與煙氣環(huán)保島相結(jié)合，將發(fā)電行業(yè)在保持超低排放的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)。通過(guò)智能監(jiān)控環(huán)保指標(biāo)排放，既滿(mǎn)足國(guó)家排放要求，又承擔(dān)了社會(huì)責(zé)任。通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，在工業(yè)制造業(yè)內(nèi)具有較大的推廣價(jià)值。