朱文明

（廣東大唐國際雷州發(fā)電有限責任公司，廣東湛江 524255）

1 研究背景及相關概念基礎

1.1 研究背景

粉塵是大氣中的懸浮顆粒，大氣中過多的粉塵會對環(huán)境產(chǎn)生災難性的影響，這個影響已經(jīng)波及到人們的日常生活。粉塵來源主要來自煤炭和石油燃燒。伴隨著第一次和第二次全球范圍內(nèi)的工業(yè)革命，煤炭和石油得到了大量使用，雖然煤炭和石油在燃燒的過程中產(chǎn)生了工業(yè)所要運用的動力來源，但也向環(huán)境中排放了大量的燃燒所產(chǎn)生的粉塵。

現(xiàn)階段我國的工業(yè)發(fā)展深受粉塵困擾。我國工業(yè)發(fā)展現(xiàn)今主要依靠電力能源，而電力來源主要為火電、水電、風電、核電和太陽能這幾種能源，由于長期受傳統(tǒng)發(fā)電能源的影響，目前仍以火力發(fā)電為主，至2020年我國火力發(fā)電量達12140.3億kW·h，同比增長1.2%?；鹆Πl(fā)電主要依靠傳統(tǒng)的煤炭資源，煤炭在進行燃燒，將內(nèi)能轉化為電能的過程中會產(chǎn)生大量的CO2、SO2、NOx及固體顆粒等污染物，對環(huán)境造成了較大的威脅。隨著國家對環(huán)保重視程度的不斷提升，電力環(huán)保也便成為重點關注領域之一。近年來，國家頻頻針對環(huán)境保護出臺相關的政策方案，針對煤炭發(fā)電產(chǎn)生的污染問題也增加了較大力度的政策約束。

面對日益嚴重的大氣污染，電力行業(yè)自2014年以來就全面推行超低排放，未來排放限制只低不高。同時為應對全球氣候變化，2020年9月中國已向世界承諾，在2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和，并在黨的十九屆五中全會上將其作為“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標。在環(huán)保安全和低碳轉型的雙政策驅動下，必須提高燃煤電廠環(huán)保設備運行的持續(xù)穩(wěn)定性，并充分挖掘設備節(jié)能降耗潛力。如圖1所示為2011—2020年中國電力能源結構圖。

圖1 2011-2020年中國電力能源結構圖

由圖1可知，雖然我國一直提倡環(huán)保能源的發(fā)展，但就現(xiàn)狀來看，火力發(fā)電仍然占據(jù)我國電力能源的主要來源。因此，研究解決火力發(fā)電中存在的一系列危害環(huán)境的問題就顯得十分必要。

1.2 傳統(tǒng)除塵與智慧除塵的概念

1.2.1 傳統(tǒng)除塵方法

在應對粉塵問題上，我國從很早開始便對電力行業(yè)中的煙塵排放量提出比較嚴苛的要求。為響應國家煙塵低排放量規(guī)定，傳統(tǒng)的燃煤電力行業(yè)主要通過電除塵器處理煙塵問題，主要是因為電能對于其他方式來說更具有便捷性。電除塵的方式是基于電子與正電荷之間的相互吸引而進行的。電除塵的簡易工作原理是在煙氣通過時，通過高頻率的電壓使得經(jīng)過的煙塵附帶上正向電荷，然后在后續(xù)的收集吸引回收的過程中，利用與陰極電板之間的相互吸引，使得整體的煙塵由于電荷間的引力而飛向電板，最后再被電板所吸附。在陰極電板吸收達到一定數(shù)量時的粉塵時，再通過電磁振打對陰極電板進行敲擊，將粉塵收集到灰斗中，通過灰泵傳輸至灰?guī)爝M行回收處理。

1.2.2 智慧除塵概念

為應對我國發(fā)電行業(yè)中化石能源的過多投入而造成的粉塵性污染，科研人員通過對粉塵特性的研究，再結合粉塵所產(chǎn)生的環(huán)境，對那些影響到人類生存環(huán)境的粉塵進行科學性去除或收集的各種方式的集合，并且通過更先進的智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制，被統(tǒng)稱為智慧除塵系統(tǒng)。同時，作為現(xiàn)代化的除塵系統(tǒng)來說，它不僅運用時代的智慧解決了粉塵問題，也為人員的解放及電廠內(nèi)的總體運作提供了效益。

2 電力行業(yè)中存在的粉塵問題及解決辦法

2.1 火力發(fā)電為主的粉塵性污染

在傳統(tǒng)的火力發(fā)電的模式下，燃煤電廠為了減少發(fā)電的成本，基本很少會運用到無塵煤和脫硫煤等這些高質量的煤炭。而火力發(fā)電中所用的煤在燃燒發(fā)電時就會伴隨著大量的粉塵出現(xiàn)，這也就在環(huán)境的治理上留下了較大的困難。對于粉塵的危害性來說，可謂人盡皆知?？諝庵写嬖诘拇箢w粒物PM10，是污染環(huán)境的主要元兇之一；其次是對人體危害更大的環(huán)境中肉眼不可見顆粒PM2.5，也是火力發(fā)電中所產(chǎn)生的重要污染物之一。如何解決這一粉塵污染的難題，為國家環(huán)境方面的治理做出貢獻，就是本文介紹的主旨所在。

2.2 新技術方式下的粉塵解決

在火力發(fā)電廠通過火力發(fā)電來生產(chǎn)電能時所造成的粉塵污染，主要可以從兩方面來進行解決。首先是針對源頭下手，在煤炭的燃燒上，由于煤炭等化石燃料的品質不盡相同，所帶來的污染物粉塵顆粒的大小，都是需要關注的問題，改善廠內(nèi)所使用的煤炭等化石燃料的質量，可以從源頭上有效改善粉塵帶來的困擾，但將導致電廠的發(fā)電成本將大大增加。本文則主要針對在粉塵產(chǎn)生以后的處理方面給出相應的對策分析。

在火力發(fā)電的煤炭燃燒上，所產(chǎn)生的粉塵便通過燃燒后的爐膛煙道進入環(huán)保島設備。解決好粉塵的流向性問題，做出定向的粉塵吸引及收集，是解決問題的關鍵所在。而在粉塵的吸引和收集上，除塵裝置就起到了較大的作用。傳統(tǒng)除塵器結合最新的AI 技術、大數(shù)據(jù)技術、物聯(lián)網(wǎng)技術的智慧除塵控制系統(tǒng)，不但對控制粉塵排放起到了極大的作用，而且極大地節(jié)約了人力和物力的投入。因此，對于整個火力發(fā)電的電力行業(yè)來說，合理引進最新的智慧除塵控制技術是十分必要的。

3 智慧除塵管控體系工藝分析

3.1 智慧除塵管控體系的工藝特性

智慧除塵管控系統(tǒng)經(jīng)過長期的研究發(fā)展，以先進的人工智能算法為代表的控制技術開始得到初步的建立。通過對智慧除塵控制系統(tǒng)的SWOT 介紹及對于其他除塵控制系統(tǒng)的對比分析，對其感知更加深刻。

3.1.1 智慧除塵控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

（1）節(jié)省了大量的人力資源成本。

運用PLC 和高壓控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)除塵工藝對于人力資源的要求較高，各個環(huán)節(jié)上的把控都離不開對系統(tǒng)操作運行較為熟悉的、有經(jīng)驗的運行人員，整體對于運行人員的依賴程度較大。而通過智慧除塵控制系統(tǒng)通過系統(tǒng)控制自動化極大降低了運行人員在鍵盤控制上的時間損耗，不僅在人力資源上得到了良好的優(yōu)化，在操作運行上不再提出對于人員經(jīng)驗方面的要求，同時也解放了人力對于除塵操作的實時要求，為燃煤電廠除塵設備的平穩(wěn)運行打下了堅實的基礎。

（2）擁有更強的管控能力。

相較于人機交互式管理，工作的完成度主要取決于兩個方面，分別是機器的運作狀態(tài)以及人力的總體狀態(tài)。而對于智慧除塵控制系統(tǒng)來說，將具有更多的管控流程的傳統(tǒng)式除塵工藝交由單一且穩(wěn)定的智慧除塵管控，通過前期對于智慧除塵管控工藝的模型上的構建，就已經(jīng)將人員所具備和不具備的經(jīng)驗都劃歸至智慧除塵管控工藝技術之中，使之總體的管控能力得到更大程度上的加深，實現(xiàn)更智能化地控制除塵設備。

（3）連續(xù)性操作能力強。

傳統(tǒng)的除塵工藝依托于人力的管控程度較大，而煤炭發(fā)電廠，基本上運作是全年無休的，即使存在有較多人員進行輪崗的情況下，一直身處于一線及時刻付諸精力的人員，在操作過程中難免會存在偏差，進而會影響到整個工廠的健康持續(xù)性運行。針對于這方面，智慧除塵控制系統(tǒng)就擺脫了人力資源的缺陷，只要在基本模型構建時覆蓋機組運行全工況，那么在后續(xù)的運行環(huán)節(jié)中基本就不可能存在這方面的困擾。在實際的工廠操作中，可以實現(xiàn)工作人員所達不到的高強度連續(xù)性穩(wěn)定作業(yè)。

（4）不會受到大部分外界環(huán)境因素的影響。

智慧除塵控制系統(tǒng)的建立主要依靠于長期積累的專家知識庫和長周期設備運行歷史數(shù)據(jù)，通過機器學習算法進行模型構建。這些對于除塵工作的整體環(huán)境要求程度可謂是相當之低，排除了外在因素的干擾。在這種不受外界環(huán)境影響的絕對優(yōu)勢情況下，對除塵作業(yè)的總體效率的提升，從總體對比上來看也是相當直觀的。

3.1.2 智慧除塵控制系統(tǒng)的劣勢

智慧除塵控制系統(tǒng)的運用，很大程度上做到了對于燃煤電廠除塵設備線上的全方位自動化運行。這也導致了電廠對于人員的要求上基本可以放寬，且工作人員在實際的除塵工藝的監(jiān)督上有所松懈，導致對總體的認知有所下降，當在特殊工作環(huán)境中真正需要運用到這些經(jīng)驗性技巧的時候，往往會產(chǎn)生不太良好的效果。對于這部分劣勢，可采取加強對工作人員的專業(yè)性技能培訓的方式來加強特殊情況的應對。

3.1.3 智慧除塵控制系統(tǒng)的機會

現(xiàn)行的大部分燃煤電廠的煙氣除塵管控方法及技術比較落后，且燃煤電廠在相當長的一段時間內(nèi)并不會被快速取代，仍具有較長的發(fā)展趨勢。就傳統(tǒng)的燃煤電廠除塵方式而言，由于管控技術與整個煙氣處理系統(tǒng)的連接十分薄弱，且大部分依賴于人力，電廠將耗費大量的人力物力資源，因而智慧除塵控制系統(tǒng)一旦正式采用和推廣，系統(tǒng)帶來的節(jié)能降耗、穩(wěn)定排放、減少人力成本等經(jīng)濟效益與社會效益是非?？捎^的。

3.1.4 智慧除塵控制系統(tǒng)的威脅

目前，我國正處于產(chǎn)業(yè)結構調整的關鍵階段，從低附加值向高附加值升級，從高能耗高污染向低能耗低污染升級，從粗放型向集約型升級，而燃煤電廠高能耗高污染的屬性注定要升級轉型。當前，國家不斷加強對于新型環(huán)保發(fā)電的投入，同時也在不斷加大對傳統(tǒng)燃煤發(fā)電的管控力度。在未來的持續(xù)發(fā)展中，隨著燃煤電廠數(shù)量不斷精簡，市場不斷減小，運用到粉塵管控系統(tǒng)的廠家也會越來越少，進而影響依靠于此而發(fā)展起來的一系列的先進控制系統(tǒng)。

3.2 智慧除塵控制系統(tǒng)的實施流程

為應對燃煤電廠在粉塵處理上高度依賴于人工操作，進而影響電廠的長期運行問題，通過系統(tǒng)改造，采取新型的智慧控制系統(tǒng)，可有效解決燃煤電廠在這方面的困擾。通過對數(shù)據(jù)的收集感知來進行模型的構建，從而進行無人化的自動管控，人員真正參與的只是設備的故障處理工作，而脫離了真正的一線。在煙氣的粉塵吸收過程中也較以往的更具檢查力度，可根據(jù)煤質、工況變化智能調整設備參數(shù)，直接從源頭煤炭的燃燒情況便能做出下一步管控。其主要的實施步驟包括以下幾步。

3.2.1 采集相關數(shù)據(jù)信息

通過對整個煤炭燃燒和除塵設備運行過程中的各個環(huán)節(jié)的實時性監(jiān)督，不斷采集相關數(shù)據(jù)信息，再將所收集的信息進行篩選排除，存留有用的信息，為下一步的模型的建立提供一個良好的數(shù)據(jù)基礎。

3.2.2 選定關鍵數(shù)據(jù)

在收集到有效數(shù)據(jù)的前提下，通過征求運行專家對數(shù)據(jù)的關鍵性程度做出判定，得出所給數(shù)據(jù)重要程度分配數(shù)據(jù)的程度占比，并進行多次的數(shù)據(jù)實驗，總結分析所賦予數(shù)據(jù)的可靠性。

3.2.3 構建算法模型

通過多次模型的試運行及對后期結果的監(jiān)督反饋，對模型進行參數(shù)調整。在多次反饋結果合乎預期的情況下，依據(jù)所給運行數(shù)據(jù)結果建立合適的控制模型。

3.2.4 做好及時的反饋信息處理系統(tǒng)

在模型構建完成之后，基本已經(jīng)擺脫了在發(fā)電廠內(nèi)除塵環(huán)節(jié)對于經(jīng)驗人員的需求程度，只需要對除塵過程中的各個環(huán)節(jié)的監(jiān)督管理及尾部的處理故障及時性給出管控人員數(shù)據(jù)信息便可。通過接入到除塵環(huán)節(jié)的各個系統(tǒng)，整個智慧除塵控制系統(tǒng)實時地將運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，并根據(jù)算法給出可供檢修維護的運行狀況報告和相應的措施。

針對燃煤電廠的粉塵排放標準不斷提高的現(xiàn)狀，在以上的數(shù)據(jù)模型構建中同時也加入了對于煙氣粉塵顆粒物的感知。通過實時監(jiān)測出口排放煙氣中的粉塵微粒直徑的大小及含量，持續(xù)有效地使遠在別處的管理者和監(jiān)督者獲得及時性的信息。一旦粉塵排放量超過閾值，控制系統(tǒng)便會自動發(fā)出警告，并通過除塵設備控制策略選擇性地及時調整設備參數(shù)或通過自動的尾氣再處理來進行達標后排放。遇到指標超出設定的合理區(qū)間時，便可自動關閉生產(chǎn)的流程線路上影響到煙氣排放的非必要性流程，進而再轉接至操作管理人員，極大地保障環(huán)境治理和節(jié)省人力資源。

4 結束語

我國電力行業(yè)依然是以煤炭發(fā)電為主的市場，并且隨著消費需求的增加，對于煤炭的需求也在增加。但煤炭作為化石燃料，鑒于當前技術條件，不能達到完全燃燒，其產(chǎn)生的粉塵對環(huán)境污染極大。文章通過對智慧除塵原理的探究，通過運用智慧除塵控制技術與先前各個除塵控制方式作出了合理的對比分析，經(jīng)過對火力發(fā)電廠的粉塵問題及運用智慧除塵控制技術的解決辦法，明確智慧除塵控制技術在火力發(fā)電廠的粉塵管理工藝上的特征所在。期望在未來的火力發(fā)電領域，智慧除塵控制技術能夠得到充分的運用和推廣。