白雙源

（國家能源集團雙維內(nèi)蒙古上海廟能源有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 016299）

0 引言

燃煤電廠在工作過程中需要大量的水資源，眾所周知，地球中的水資源是可以循環(huán)使用、重復利用的，水資源不怕被使用，而是懼怕被污染，因此燃煤電廠的廢水處理具有深遠意義[1]。

燃煤電廠由于調(diào)峰等因素，其廢水的產(chǎn)出是動態(tài)變化的，除此之外，廢水處理過程本身也含有大量的難以控制的其他因素，其整個流程變量眾多、時間較長，且外界干擾因素較多，屬于一種非線性的動態(tài)變化系統(tǒng)，只能根據(jù)廢水處理監(jiān)測結(jié)果對其進行相對應的調(diào)整[2]。然而，由于歷史、社會等因素，我國部分燃煤電廠存在產(chǎn)能落后、設(shè)備老舊等問題，其廢水處理系統(tǒng)只能進行簡單的樣品采集與簡單調(diào)控，對人員特別是經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員的依賴性較強，無法進行自動化廢水處理[3]。與此同時，燃煤電廠各模塊之間信息共享能力較差，無法進行統(tǒng)一的指揮與調(diào)控，出現(xiàn)問題往往需要層層反饋，再層層落實，容易出現(xiàn)信息壁壘，導致各系統(tǒng)出現(xiàn)“信息孤島效應”[4]。此外，現(xiàn)有的運行系統(tǒng)是以結(jié)果為導向，只能根據(jù)廢水采樣結(jié)果進行針對性的調(diào)整，長此以往使得燃煤電廠的廢水處理具有滯后性，無法綜合上下游設(shè)備運行特征進行預測性分析，實現(xiàn)即時性處理，大量寶貴的歷史數(shù)據(jù)淪為廢紙，無法得到充分的利用[5]。

隨著大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧型廢水處理系統(tǒng)逐漸成為新的潮流，可以通過對大量的廢水、監(jiān)測處理歷史數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)挖掘、處理，修正、迭代模型算法，完成廢水處理的全過程監(jiān)測與健康狀態(tài)評估，乃至預測性分析，為燃煤電廠廢水處理系統(tǒng)提供技術(shù)指導，實現(xiàn)水處理過程的精準可靠。因此，建設(shè)智慧型燃煤電廠廢水處理系統(tǒng)任重而道遠。

1 智慧型燃煤電廠廢水處理系統(tǒng)架構(gòu)

在燃煤電廠的廢水處理全流程中，每一個過程都需要對溫度、酸堿度、水量、雜質(zhì)、設(shè)備運行狀況等進行監(jiān)督檢查，并針對性地進行調(diào)控。因此，智慧型燃煤電廠廢水處理系統(tǒng)架構(gòu)可從3 個層級進行架設(shè)，分別為數(shù)據(jù)感知層、數(shù)據(jù)處理層與數(shù)據(jù)應用決策層。

1.1 數(shù)據(jù)感知層（圖1）

圖1 數(shù)據(jù)感知層

數(shù)據(jù)感知層是整個系統(tǒng)平穩(wěn)運行的基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)技術(shù)憑借大量真實可靠的數(shù)據(jù)資源，作為信息數(shù)據(jù)的一手提供者，其決定了整個系統(tǒng)是否能夠安全可靠運行。在整個廢水處理的全流程中都需要隨時掌握廢水水質(zhì)信息與設(shè)備運行信息，因此無論是進出水量還是其pH 值、總磷、濁度和設(shè)備狀態(tài)等信息，都需要設(shè)置專門的傳感器，完成對整個廢水處理環(huán)節(jié)的監(jiān)督。整個燃煤電廠隨時都在產(chǎn)生大量的信息，這些信息若采用傳統(tǒng)的信息存儲媒介，不利于信息的后續(xù)處置與存儲，因此可以考慮采用云計算技術(shù)，搭建云存儲平臺，完成原始數(shù)據(jù)的云端儲存，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理與傳輸。

1.2 數(shù)據(jù)處理層（圖2）

圖2 數(shù)據(jù)處理層

采集大量的數(shù)據(jù)信息后需要進行預處理，清洗剔除其中的無效部分，并通過通信協(xié)議對數(shù)據(jù)格式進行變換，使其成為可傳輸、可處理的狀態(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，最終完成信息的共用共享，打破信息壁壘。對于處理完畢的數(shù)據(jù)可以通過機器學習、深度學習、強化學習等手段，挖掘其中隱藏的規(guī)律特征，設(shè)置模型算法，實現(xiàn)動態(tài)決策、趨勢分析以及知識圖譜等功能，最終實現(xiàn)結(jié)果可視化，即直觀展示數(shù)據(jù)報表、水質(zhì)預測、故障預警、加藥預測等信息。

1.3 數(shù)據(jù)應用決策層（圖3）

圖3 數(shù)據(jù)應用決策層

數(shù)據(jù)應用決策層是整個系統(tǒng)的頂層，數(shù)據(jù)感知層為其收集數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)處理層為其進行數(shù)據(jù)處理，而數(shù)據(jù)應用決策層則實現(xiàn)最終的決策。通過數(shù)據(jù)處理完成后的可視化外顯，將其反饋至決策層，水處理過程中的成本管控、采購管理、風險評估等因素，推送至水務公司決策層；設(shè)備管理、工藝運行、報表查詢等問題則推送至火電廠現(xiàn)場中控室，二者根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果共同下達指令，以實現(xiàn)對火電廠廢水處理過程的控制。

2 燃煤電廠廢水處理診斷處置系統(tǒng)

數(shù)據(jù)感知層是整個燃煤電廠廢水處理系統(tǒng)的核心，其重中之重在于，在進行廢水處理的過程中，各項處理設(shè)備需要針對廢水水質(zhì)與設(shè)備狀態(tài)進行即時性乃至預測性處置，因此，本文提出兩種診斷處置系統(tǒng)，可以根據(jù)實際情況進行針對性選擇，確保系統(tǒng)快速完成處置。

（1）基于數(shù)據(jù)庫的廢水處理診斷處置系統(tǒng)，流程如圖4 所示。

圖4 基于數(shù)據(jù)庫的廢水處理診斷處置系統(tǒng)

（2）基于大數(shù)據(jù)分析的廢水處理診斷處置系統(tǒng)，流程如圖5所示。

圖5 基于大數(shù)據(jù)分析的廢水處理診斷處置系統(tǒng)

兩種診斷處置系統(tǒng)本質(zhì)上都是通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實現(xiàn)對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)所代表的狀態(tài)進行判斷。第一種是通過大量的歷史數(shù)據(jù)完成對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的比對、判斷，對于新出現(xiàn)的情況可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的更新迭代，隨著時間的推移，數(shù)據(jù)庫將越來越完善，處理速度將越來越快。第二種是設(shè)置專家系統(tǒng)，對特定的“異?！睌?shù)據(jù)進行專門分析，提供特定的解決方案。二者均可以實現(xiàn)對廢水水質(zhì)與設(shè)備狀態(tài)進行即時性乃至預測性處置。

3 結(jié)論

針對燃煤電廠廢水處理過程暴露出來的變量眾多、時滯性長、外界干擾因素較多等問題，設(shè)計一種智慧型燃煤電廠廢水處理系統(tǒng)架構(gòu)，從3 個層級進行架設(shè)，分別為數(shù)據(jù)感知層、數(shù)據(jù)處理層與數(shù)據(jù)應用決策層。并針對數(shù)據(jù)感知層提供基于數(shù)據(jù)庫的廢水處理診斷處置系統(tǒng)和基于大數(shù)據(jù)分析的廢水處理診斷處置系統(tǒng)，二者均可以實現(xiàn)對廢水水質(zhì)與設(shè)備狀態(tài)進行即時性乃至預測性處置。