王小航 陳卓彬

（1 湛江中粵能源有限公司 廣東湛江 524033 2 廣州居云山信息科技有限公司 廣東廣州 510700）

引言

本文以湛江中粵能源有限公司為例，介紹火電廠的給排水現(xiàn)狀，結(jié)合電廠近年的給排水管理工作中存在的問題，提出建設(shè)節(jié)水智慧平臺?？偨Y(jié)了建設(shè)節(jié)水智慧平臺實施及運行實踐情況。

1 改造前現(xiàn)狀

1.1 給排水現(xiàn)狀

湛江中粵能源有限公司現(xiàn)有兩臺630MW 機(jī)組，機(jī)組凝汽器及閉式工業(yè)水系統(tǒng)采用海水直流供水冷卻，廢氣治理采用石灰石-石膏濕法脫硫、靜電+布袋復(fù)合型除塵器（二電二袋）脫硝、濕式電除塵（WESP）及低低溫省煤器（MGGH）。全廠污廢水治理設(shè)施完善，并已完成全廠廢水零排放改造。湛江中粵能源有限公司生活用水為市政自來水，生產(chǎn)用水采用湛江赤坎水質(zhì)凈化廠中水為水源，地下水作為備用水源。

湛江赤坎水質(zhì)凈化廠旁設(shè)置中水提升泵房，中水經(jīng)提升泵升壓后，通過管道輸送至廠區(qū)，在電廠內(nèi)經(jīng)混凝、澄清、過濾處理后輸送至工業(yè)消防水池。工業(yè)消防水池水主要用于鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)用水、消防系統(tǒng)用水、脫硫系統(tǒng)補(bǔ)充水、廠區(qū)綠化用水、鍋爐排污系統(tǒng)減溫水、循泵冷卻系統(tǒng)水箱補(bǔ)水、灰渣調(diào)濕系統(tǒng)用水、氨區(qū)系統(tǒng)用水和其他雜用水等。

按照廢水的來源劃分，機(jī)組產(chǎn)生的各類污廢水主要可分為：凈水站反洗和排泥水、化學(xué)除鹽車間排放的廢水、工藝?yán)鋮s水外排水、脫硫廢水、含煤廢水、含油廢水、生活廢水等雜排水。

（1）凈水站產(chǎn)生的廢水包括：曝氣生物濾池反洗水、機(jī)械加速澄清池排泥水、石英砂濾池反洗水；（2）化學(xué)除鹽水系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水包括：超濾裝置反洗水和濃水、反滲透沖洗水和反滲透濃排水、混床再生廢水、精處理再生廢水、鍋爐排污水、化學(xué)取樣水等；（3）循泵補(bǔ)充水池溢流水：雜用水系統(tǒng)的排水；（4）脫硫廢水：濕法煙氣脫硫中維持漿液濃度而必須排放的廢水；（5）含煤廢水：輸煤系統(tǒng)皮帶棧橋沖洗和輸煤區(qū)域沖洗所產(chǎn)生的廢水；（6）含油廢水：主要為主變含油廢水坑排水產(chǎn)生的含油廢水；（7）生活廢水：生產(chǎn)區(qū)域和生活區(qū)域所產(chǎn)生的生活廢水。

1.2 節(jié)水改造目標(biāo)

火電廠水務(wù)管理的主要目標(biāo)是提高用水效率，達(dá)到節(jié)水和廢水減排的目的。要達(dá)到這一目標(biāo)，需要制訂各系統(tǒng)的用水指標(biāo)。湛江中粵能源有限公司作為在役機(jī)組，要制訂節(jié)水細(xì)則，各用水、排水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置流量計量和水質(zhì)監(jiān)測裝置，在確保機(jī)組安全運行的前提下，實現(xiàn)節(jié)水減排。應(yīng)重視水平衡測試并形成制度化，對全廠用水和排水的水量、水質(zhì)進(jìn)行有效監(jiān)控，加強(qiáng)對生產(chǎn)和非生產(chǎn)用水的計量和管理，建立健全各級節(jié)水統(tǒng)計報表體系，并及時分析數(shù)據(jù)，指導(dǎo)補(bǔ)水、排水工序的正常操作，落實各項水務(wù)管理指標(biāo)。湛江中粵能源有限公司的水務(wù)管理目標(biāo)主要包括以下幾點：

（1）根據(jù)國家和地方的相關(guān)政策要求，制訂適合本廠的用水管理制度。系統(tǒng)配備的各種水量、水質(zhì)的計量與檢測儀器儀表應(yīng)定期校驗，用水計量儀表校驗和維護(hù)記錄形成臺賬；檢測所用標(biāo)準(zhǔn)藥劑符合要求，保證檢測數(shù)據(jù)真實有效。

（2）定期進(jìn)行水平衡試驗?；痣姀S應(yīng)定期進(jìn)行水平衡試驗，掌握全廠用水、耗水、排水狀況，及時發(fā)現(xiàn)不合理用水問題。通過水平衡優(yōu)化，合理調(diào)配全廠新鮮水及廢水資源，挖掘節(jié)水潛力點，降低設(shè)備自用水量。對各系統(tǒng)排水進(jìn)行梯級利用，減少不合理用水和排水。

（3）對廢水處理設(shè)施、設(shè)備定期維護(hù)，加強(qiáng)用水管理。在運行過程中，廢水處理設(shè)置設(shè)備要進(jìn)行必要的維護(hù)，以保證其投入率和正常運行，確保對全廠廢水資源進(jìn)行處理回用和梯級利用。

（4）采用更加節(jié)水、環(huán)保的新技術(shù)、新工藝，對電廠用水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)水技術(shù)改造，降低全廠平均年發(fā)電用水量和廢水排放量。

國務(wù)院發(fā)布的《水污染防治行動計劃》對企業(yè)嚴(yán)控用水總量、抓好工業(yè)用水、提升用水效率提出了更高要求，需要完善主要用、排水系統(tǒng)計量裝置，實現(xiàn)主要供、排水系統(tǒng)流量的監(jiān)視和數(shù)據(jù)記錄，通過及時、準(zhǔn)確地檢測，為用水管理提供可靠信息，提高電廠管理水平[1]。但由于設(shè)計及歷史原因，湛江中粵能源有限公司用水系統(tǒng)安裝的流量計數(shù)量較少，已安裝的流量表計也存在選型不當(dāng)、安裝位置不規(guī)范、計量不準(zhǔn)確等問題，導(dǎo)致無法及時、準(zhǔn)確地監(jiān)測全廠用水情況，未能發(fā)揮應(yīng)有的作用。

2020 年，為了實現(xiàn)節(jié)約用水的目標(biāo)，提高水的重復(fù)利用率，電廠優(yōu)化了全廠水平衡系統(tǒng)，在充分利用原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過改造和新購設(shè)備，提高廢水回收率，在確保設(shè)備安全運行的前提下，大部分廢水實現(xiàn)回用和復(fù)用，實現(xiàn)了水資源的梯級利用，少量難以回用的廢水作為脫硫系統(tǒng)的工藝補(bǔ)水。脫硫系統(tǒng)末端產(chǎn)生高倍率濃縮的高鹽廢水，通過旁路煙道蒸發(fā)固化，從而基本實現(xiàn)全廠廢水零排放。

2 節(jié)水智慧平臺

2.1 節(jié)水智慧平臺搭建必要性

（1）目前電廠水處理系統(tǒng)雖已普遍采用自動控制系統(tǒng)，但大部分自控系統(tǒng)僅有數(shù)據(jù)采集及簡單連鎖控制功能，在實際生產(chǎn)過程中，更多以運行人員經(jīng)驗為主，往往不能實現(xiàn)真正的自動控制，不具備分析問題能力?！肮?jié)水智慧平臺”側(cè)重于“智慧”，強(qiáng)調(diào)“自動化、信息化、智能化”建設(shè)。“智慧”理念成為節(jié)約用水，實現(xiàn)管理能力提升的關(guān)鍵因素。

（2）雖然電廠已經(jīng)進(jìn)行全廠廢水零排放改造工作，但全廠存在多個用水單元（系統(tǒng)），各個用水點的用水量、水質(zhì)、用水高峰都不一樣；大滯后性、波動性、干擾嚴(yán)重是全廠廢水零排放控制的難點。

（3）由于各個用水單元分屬化學(xué)、汽機(jī)、環(huán)保等不同專業(yè)管理，各專業(yè)之間信息彼此孤立，上下串聯(lián)的響應(yīng)時間較長，不利于系統(tǒng)化管理。在全廠的節(jié)水工作中，統(tǒng)籌管理、協(xié)作調(diào)度起著至關(guān)重要的作用。

綜上，建立全廠取水、用水、排水綜合管理系統(tǒng)，搭建節(jié)水智慧平臺，統(tǒng)一管理全廠的用排水量，協(xié)調(diào)各個用排水單元，做好實時全廠水平衡工作對提高電廠用排水信息化、智能化管理有著重要意義。

2.2 節(jié)水智慧平臺實施

節(jié)水智慧平臺是指通過信息化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化技術(shù)，運用大數(shù)據(jù)、智能算法、智能決策等技術(shù)手段，采集、分析、判斷和決策涉水系統(tǒng)的運行操作，最終實現(xiàn)全廠范圍內(nèi)各涉水系統(tǒng)生產(chǎn)過程最優(yōu)化運行。

節(jié)水智慧平臺總體架構(gòu)分為四層結(jié)構(gòu)，第一層為終端儀表，即信息感知層，通過計量設(shè)施獲取瞬時水量、累計流量、水質(zhì)、壓力等信息，合理、全面布局，獲取重要節(jié)點數(shù)據(jù)；第二層為信息傳輸層，信息傳輸采用無線遠(yuǎn)傳方式，利用最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，支持待機(jī)時間長、對網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接；第三層為數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)匯集及分析數(shù)據(jù)管理中心，借助智能節(jié)水平臺，進(jìn)行優(yōu)化運行控制策略，決策優(yōu)化；第四層為管理應(yīng)用層，包括業(yè)務(wù)服務(wù)層，結(jié)合實際工作需要，搭建相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)功能。

湛江中粵能源有限公司各個涉水系統(tǒng)（如曝氣生物濾池、超濾、反滲透、精處理等系統(tǒng)）均需要對其進(jìn)出水量、進(jìn)出水質(zhì)等進(jìn)行監(jiān)控，為此，從技術(shù)層面節(jié)水智慧平臺搭建由三部分組成。分別為數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理平臺及專家?guī)臁?/p>

（1）完善監(jiān)測系統(tǒng)

湛江中粵能源有限公司用水監(jiān)測系統(tǒng)尚不完備，從而導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)輸入依靠人工，數(shù)據(jù)信息不具有時效性的問題。為了解決并完善時效性滯后的問題，首先根據(jù)水平衡導(dǎo)則要求，對最新的水平衡圖進(jìn)行梳理，查找現(xiàn)行系統(tǒng)運轉(zhuǎn)工況下，暫無法計量監(jiān)控的關(guān)鍵節(jié)點。在需要配備計量監(jiān)控的關(guān)鍵位置處，通過新增在線流量計、水質(zhì)分析儀，解決用水監(jiān)測系統(tǒng)尚不完備，部分?jǐn)?shù)據(jù)依靠人工導(dǎo)入的問題；同時新建數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)，解決數(shù)據(jù)信息時效滯后的問題；收集歷史資料數(shù)據(jù)和現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)資料，通過采集全廠各流量表計、在線水質(zhì)檢測儀表數(shù)據(jù)，建立全廠動態(tài)水平衡模型（一級、二級水平衡模型），實時掌握全廠用排水信息。

（2）搭建數(shù)據(jù)處理平臺

數(shù)據(jù)處理平臺主要由門戶管理、平衡圖管理、數(shù)據(jù)采集管理、數(shù)據(jù)信息管理、水務(wù)臺賬信息管理、監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急管理、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析管理等功能模塊組成。

①門戶管理：本系統(tǒng)進(jìn)入操作的門戶，查詢公共信息。系統(tǒng)通過門戶設(shè)置，可以根據(jù)單位發(fā)展的不同階段，配套搭建相應(yīng)的信息門戶，實現(xiàn)門戶的個性化、階段化應(yīng)用，如個人門戶、部門門戶、單位門戶、領(lǐng)導(dǎo)門戶、關(guān)聯(lián)門戶等等，從而實現(xiàn)將有用的信息自動推送給有需要的人；有權(quán)限限制的信息自動推送給有權(quán)限的人。

②平衡圖管理：全廠及各分系統(tǒng)的平衡圖信息管理，包括基礎(chǔ)信息管理、信息標(biāo)注管理、動態(tài)信息顯示管理；全廠及各分系統(tǒng)的平衡圖信息管理，有助于建立全廠及各分系統(tǒng)實時水平衡，有助于編制全廠動態(tài)水平衡測算方案，實現(xiàn)動態(tài)水平衡測試。測試建立全廠及各分系統(tǒng)用水平衡，對關(guān)鍵耗水系統(tǒng)建立耗水模型，指導(dǎo)系統(tǒng)補(bǔ)水，針對性提出節(jié)水措施；為電廠實現(xiàn)全廠水平衡的動態(tài)、實時測算及歷史水平衡回顧計算，達(dá)到對全廠供用水的全面監(jiān)控及水平衡計算功能。

③數(shù)據(jù)采集管理：數(shù)據(jù)通信管理、數(shù)據(jù)存儲管理、數(shù)據(jù)實時預(yù)警管理。節(jié)水智慧平臺數(shù)據(jù)采集的目的是為了測量瞬時水量、累計流量、水質(zhì)、壓力等物理信息，數(shù)據(jù)通信管理，是指從傳感器和其它待測設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采集信息的過程。在日常監(jiān)測過程中，除了讀取簡單的儀表數(shù)值這類基礎(chǔ)功能，還需要對一段時間的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析和處理以取得預(yù)測和分析的目的。在這種情況下，可能要求監(jiān)測時間長，采集要求自動進(jìn)行，無需人工值守，所有數(shù)據(jù)必須自動存儲。若數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到明顯偏離預(yù)期的數(shù)值，在排除系統(tǒng)異常后，還需能實現(xiàn)數(shù)據(jù)異常實時預(yù)警，以便及時排除系統(tǒng)故障，避免偏離數(shù)值進(jìn)入存儲單元。

④數(shù)據(jù)信息管理：實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)變化曲線圖、數(shù)據(jù)查詢。該模塊用于查詢電廠內(nèi)瞬時水量、累計流量、水質(zhì)等物理信息的實時數(shù)據(jù)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、警戒范圍和運行狀態(tài)，當(dāng)某個項目偏離正常范圍值時，則該項目的實時數(shù)據(jù)以紅色顯示。查詢電廠各系統(tǒng)某個時間段的小時均值、日均值、月均值、年均值，以列表和曲線的形式顯示。同時，還可以將一個系統(tǒng)不同時間段的數(shù)據(jù)以及多個系統(tǒng)同一時間段的數(shù)據(jù)以對比曲線的形式顯示。如果選擇時間為小時，可查詢某站點的歷史小時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可打印或?qū)С龅紼xcel 中[2]。

⑤全廠水務(wù)臺賬信息管理：根據(jù)需求，將全廠用水耗水信息以臺賬形式展示。搭建全廠各用水系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，對取水系統(tǒng)實行“建庫建檔”管理，全面梳理和完善全省用水系統(tǒng)耗水量信息，完善和更新用水系統(tǒng)信息，及時登記錄入新增用水系統(tǒng)信息。建立用水系統(tǒng)和區(qū)域取水電子臺賬，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，形成并存儲形成的各用水系統(tǒng)取水電子臺賬和全廠、部門、各專業(yè)系統(tǒng)各級取水電子臺賬。

⑥監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急管理：預(yù)警策略信息管理、預(yù)警管理、預(yù)警事件管理、處置預(yù)案管理、應(yīng)急資源管理、事件處置管理。報警瀏覽器對用水系統(tǒng)報警信息可以按時間、類型、地區(qū)、級別等條件進(jìn)行過濾查詢，主要查詢用水系統(tǒng)異常倍數(shù)和異常次數(shù)報警。異常倍數(shù)報警是按報警級別顯示一段時間內(nèi)全廠異常用水系統(tǒng)、異常項目、異常倍數(shù)和異常發(fā)生的時間等信息。異常次數(shù)報警是按報警級別，顯示一段時間內(nèi)全廠異常用水系統(tǒng)、異常項目和異常次數(shù)等信息。系統(tǒng)將報警類型分為網(wǎng)絡(luò)故障報警、設(shè)備運行異常報警、異常報警及缺數(shù)報警等類型，系統(tǒng)提供報警確認(rèn)及誤報刪除的功能[2]。

⑦大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析管理：綜合查詢管理、統(tǒng)計分析管理。大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模型庫是統(tǒng)一存放和管理多種目的、用途的模型集合，模型之間相互獨立卻又彼此聯(lián)系，共同運行，以解決復(fù)雜的用水耗水模型分析問題。按不同的功能分類，模型庫中主要包含評價、模擬、優(yōu)化、預(yù)測等模型。這4 種模型作為基礎(chǔ)單元，構(gòu)建起整個模型庫體系，且共同構(gòu)成大數(shù)據(jù)分析平臺的多個子模型模塊，如用水耗水評價、調(diào)配，以及水質(zhì)水量預(yù)測等模塊，為大數(shù)據(jù)分析平臺的業(yè)務(wù)應(yīng)用提供專業(yè)的決策依據(jù)[3]。

（3）建立專家數(shù)據(jù)庫

智慧平臺配備的專家數(shù)據(jù)庫能夠存儲大量的運行數(shù)據(jù)，并對各系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，將實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)對比，評估系統(tǒng)目前的運行狀態(tài)，并作出指導(dǎo)性決策，有助于運行工作人員及時發(fā)現(xiàn)運行過程中產(chǎn)生的問題，及時調(diào)整運行條件，保證系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運行，節(jié)省人力和時間成本。

火力發(fā)電廠的機(jī)組平均年發(fā)電用水量的高低直接影響對電廠水資源的有效利用，而在電廠現(xiàn)有設(shè)備環(huán)境下，影響電廠機(jī)組平均年發(fā)電用水量的因素有很多。因此，要更好地對電廠機(jī)組耗水率進(jìn)行預(yù)測，必須建立一個合適的數(shù)學(xué)模型[4]。從數(shù)學(xué)模型的角度出發(fā)，利用多元線性回歸方法來計算影響機(jī)組平均年發(fā)電用水量的各種因素對其的影響程度，從而達(dá)到對機(jī)組平均年發(fā)電用水量的有效預(yù)測。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范或理論依據(jù)建立全廠及分系統(tǒng)的耗水標(biāo)準(zhǔn)或關(guān)鍵點耗水模型，通過各系統(tǒng)的運行環(huán)境和系統(tǒng)的出入口條件，推斷出系統(tǒng)的用水量，指導(dǎo)系統(tǒng)用水計劃。同時結(jié)合專家數(shù)據(jù)庫歷史運行數(shù)據(jù)信息，分析系統(tǒng)歷史運行狀態(tài)，不斷修正完善耗水模型，增加模型的準(zhǔn)確性和可靠性。數(shù)據(jù)建模實現(xiàn)了全廠的用水精細(xì)化管理，建立了各系統(tǒng)的用水量標(biāo)準(zhǔn)，對各系統(tǒng)的用水提出了指導(dǎo)性建議，減少不必要的水資源浪費。通過數(shù)學(xué)模型將各系統(tǒng)的用水量及其影響因素關(guān)聯(lián)起來，有助于各系統(tǒng)的運行評估和故障診斷。通過建立標(biāo)準(zhǔn)化和通用化全廠智慧節(jié)水節(jié)能平臺和不斷更新的專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，打通全廠用水系統(tǒng)，完成全廠用水系統(tǒng)化管理，降低全廠平均年發(fā)電用水量。

（4）平臺成果

①建立全廠節(jié)水智慧平臺及專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)了全面用水系統(tǒng)化管理。②建立全廠及各子系統(tǒng)實時動態(tài)平衡圖實現(xiàn)不同用水單元的時、日、月、季、年等不同時段，以及不同用水單元、子系統(tǒng)以及全廠等不同等級的自動水平衡動態(tài)管理，建立水平衡測算模型，實時計算各系統(tǒng)的用水平衡，并給出指導(dǎo)性意見。③建立脫硫系統(tǒng)補(bǔ)水測算模型，分析影響脫硫水耗的主要因素，指導(dǎo)脫硫系統(tǒng)的補(bǔ)水，減少工藝水投入，降低水耗。④建立脫硫系統(tǒng)物料消耗模型，指導(dǎo)石灰石的投入，節(jié)省運行成本。⑤建立海水冷卻循環(huán)水量測算模型，在不同的季節(jié)預(yù)測循環(huán)泵的運行模式，節(jié)省電耗。⑥建立綠化澆灌用水量標(biāo)準(zhǔn)，合理進(jìn)行綠化澆灌，減少水資源浪費。⑦建立各系統(tǒng)的實時監(jiān)控和診斷機(jī)制，對系統(tǒng)的運行進(jìn)行監(jiān)測和評估，并給出故障預(yù)測性診斷，節(jié)省時間成本。⑧利用大數(shù)據(jù)對用水系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，整理出不同用水單元及全廠的用水報表，便于運行分析，提高工作效率。

結(jié)語

在電廠水源緊缺的背景下，通過節(jié)水智慧平臺的運用、節(jié)水與廢水綜合治理及廢水零排放系統(tǒng)改造，提高了水資源的利用率，減少水資源浪費。全廠平均年發(fā)電用水量由2020 年的0.43m3/MWh 下降至2021 年的0.379m3/MWh，節(jié)水效果顯著。