煙氣環(huán)保島智能節(jié)能提效系統(tǒng)及其應(yīng)用研究

陳衛(wèi)勇，林偉鋒，陳曉雷，羅暉，吳長生，黃建偉

（1.國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重的大氣污染趨勢，國家出臺了能源轉(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，其污染物排放問題被各界持續(xù)關(guān)注。2014年，國家推行電力行業(yè)超低排放政策，時至今日，電廠的超低排放改造工作已近尾聲。然而在新時代下電廠面臨著新的問題，即在污染物排放量得到控制的同時做到節(jié)能降耗值。

由于國內(nèi)電廠對粉塵、SOx和NOx的單一治理，忽略了系統(tǒng)之間的聯(lián)動性，“環(huán)保島”系統(tǒng)應(yīng)運而生。環(huán)保島的優(yōu)勢，其一可以實現(xiàn)對除塵、SOx、NO2各設(shè)備的協(xié)同控制；其二可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；其三能夠嚴格控制污染物的排放，系統(tǒng)性能最優(yōu)，實現(xiàn)各設(shè)備的能耗與物耗降低。目前，對電廠煙氣的協(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的處理系統(tǒng)，為煙氣控制提供綜合管理平臺。

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)進行分析管理。根據(jù)客戶需求并結(jié)合電廠實際情況，定制相應(yīng)的控制策略，使環(huán)保島運行在最佳狀態(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，整合專家經(jīng)驗和智慧，為電廠環(huán)保設(shè)備的運行提供指導(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)在同時保證環(huán)保島排放達標和各子島系統(tǒng)正常可控運行的前提下，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)備運行穩(wěn)定性，科學指導(dǎo)設(shè)備維護及備件更換，實現(xiàn)污染排放管控的集成化、穩(wěn)定化、智能化，同時也提高電廠的整體設(shè)備管理水平。

2 案例分析

2.1 國投云頂湄洲灣電廠簡介

國投云頂湄洲灣電廠位于福建省莆田市忠門半島西南岸，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1000MW高效超超臨界燃煤發(fā)電機組，是福建省“十二五”能源重大項目，采用EPC（設(shè)計、采購、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1000MW機組環(huán)保島設(shè)備為研究對象。

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廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)PI實時數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)采集和管理。PI實時數(shù)據(jù)庫是以采集頻率為秒一級的采集密度高達萬點的帶時間標簽的實時及歷史數(shù)據(jù)庫。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、濕式電除塵器IPC上位機和DCS分散控制系統(tǒng)組成。其中脫硫、脫硝部分的控制納入機組DCS，在機組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上位機進行獨立控制。

2.3 系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)

為了實現(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)場實施部署了一套基于SIS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。用于數(shù)據(jù)存儲、清洗和分析建模。模型構(gòu)建完成后，基于實時數(shù)據(jù)，開發(fā)了一套節(jié)能提效系統(tǒng)。系統(tǒng)不僅提供實時監(jiān)測環(huán)保島關(guān)鍵設(shè)備指標，還通過模型提供實時控制策略，指導(dǎo)現(xiàn)場運維人員。系統(tǒng)首頁如下圖1所示。

圖1 基于SIS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

系統(tǒng)展示了整個環(huán)保島當前的設(shè)備重要參數(shù)、各種指標參數(shù)、系統(tǒng)能耗，以及優(yōu)化方案。中間部分展示的整個環(huán)保島的3D模擬圖，點擊相應(yīng)的位置可進入對應(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)界面提供了當前實時工況下，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)化機組運行方式、合理配煤摻燒等技術(shù)手段。以脫硝設(shè)備經(jīng)濟效益分析為例，湄洲灣電廠3#機組脫硝設(shè)備NOX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)的噴氨量進行分析對比如圖3所示。

系統(tǒng)通過對3#脫硝設(shè)備建模分析，當出口NOX設(shè)定值在40的時候，優(yōu)化噴氨的數(shù)值為137L/h，優(yōu)化噴氨百分比為9.962%。平均一臺機組每小時可節(jié)約尿素14kg/h，一臺機組有效運行時間按5000h，按尿素出廠價1900元/t計算，預(yù)計每年一臺機組的脫硝設(shè)備可節(jié)省約13.3萬元。兩臺機組合計26.6萬元。

圖3

3 結(jié)語

煙氣環(huán)保島智能節(jié)能提效系統(tǒng)上線以來，基于系統(tǒng)的可視化功能，實時展現(xiàn)設(shè)備的運行狀態(tài)，為操作人員提供很好地判斷條件。通過人工智能機器學習技術(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的自然小時均值排放指標，粉塵自然小時排放指標，逐步趨于平穩(wěn)，且不斷靠近目標設(shè)定值，既滿足了國家的環(huán)保要求，同時實現(xiàn)設(shè)備運行的效益最大化，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)通過將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(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，實現(xiàn)節(jié)能降耗，順應(yīng)時代發(fā)展的趨勢。通過智能監(jiān)控環(huán)保指標排放，既滿足國家排放要求，又承擔了社會責任。通過優(yōu)化運行，實現(xiàn)節(jié)能降耗，在工業(yè)制造業(yè)內(nèi)具有較大的推廣價值。