supSIM仿真解決方案在60萬機組脫硫裝置中的應用

林文輝，陶奇俊，馬玲峰

（1.浙江浙能蘭溪發電有限責任公司，浙江 金華 321100；2.浙江中控技術股份有限公司，杭州 310053）

0 引言

為切實承辦好浙江省脫硫值班員技術比武，浙江浙能蘭溪發電有限責任公司以本廠脫硫裝置為對象，采用浙江中控supSIM 仿真解決方案定制開發了浙江省脫硫值班員技術比武用脫硫仿真機系統。項目范圍包括#3 機脫硫、除灰、除塵系統，DCS 系統及相應的電氣系統。

本仿真裝置以全機理建模和虛擬控制為核心技術，高精度地模擬了脫硫裝置的工藝參數變化和控制操作過程，通過該仿真機系統的應用，使操作員對脫硫裝置的正常操作和異常事故處理技能提升，起到了重要保障。

1 脫硫仿真系統架構

脫硫仿真系統采用浙江中控智慧仿真解決方案（supSIM），該方案核心技術包含全機理仿真建模和虛擬控制系統技術[1-3]。全機理仿真建模基于聯立方程和序貫模塊解算器進行獨立或者聯合求解，計算更加高效、準確；內置豐富的物性數據庫和熱力學方法，確保機理模型的精度。虛擬控制系統技術基于浙江中控ECS-700 控制系統的虛擬化，可提供與真實DCS 完全一致的軟件環境，實現與真實裝置一致的控制邏輯、界面、操作體驗[3]。仿真平臺的動態仿真系統架構圖如圖1 所示。

圖1 仿真平臺動態仿真系統架構圖Fig.1 Architecture diagram of dynamic simulation system of simulation platform

2 脫硫系統仿真范圍

2.1 脫硫系統工藝仿真

該項目主要針對浙江浙能蘭溪發電有限責任公司的660MW 超臨界機組除灰脫硫設備系統進行模擬設計[4]，主要包括熱媒水循環系統、濕電循環水系統、吸收塔系統、塔外漿液箱系統、氧化風機系統、除霧器系統、電除塵系統、輸灰系統、石子煤系統、制漿系統、石膏漿液緩沖倉系統、真空皮帶機系統、回用水系統、脫硫廢水系統、工藝水系統等及相應的就地操作系統。簡要工藝流程如圖2所示。

圖2 脫硫除灰工藝流程圖Fig.2 Process flow chart of desulfurization and ash removal

仿真系統按實際設備進行仿真，仿真的主要設施有：SCR 脫硝系統、管式GGH 煙氣冷卻器、電除塵、脫硫吸收塔系統、吸收塔除霧器、濕電、煙道除霧器、管式GGH 煙氣加熱器等。系統設備通過高效協同控制，進一步降低主要煙氣污染物含量，實現超低排放，使燃煤機組的主要煙氣污染物排放指標達到燃氣發電的標準（GB 13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》)。

2.2 故障工況仿真

將生產裝置的開、停車等運行操作轉化成培訓內容，培養學員對現場裝置和設備的操作能力，設置模擬相應的故障運行過程，培訓操作員熟悉掌握各類故障發生時的處理方案，考核他們的應急處理能力。

2.2.1 正常工況仿真

根據脫硫除灰系統的工藝特點，設計正常培訓工況：脫硫冷態啟動工況、脫硫300MW 工況、脫硫600MW 工況、脫硫600MW 真空皮帶機運行工況、脫硫600MW 聯鎖未投用工況等。

2.2.2 故障工況仿真

根據脫硫除灰系統的操作特點，設計故障培訓工況，主要包括一般故障和程度故障，其中包括一般故障218 個和程度故障75 個，故障列表見表1。

表1 故障列表Table 1 Malfunction list

3 項目功能實現

項目首次將虛擬控制系統、全范圍機理動態模型、模型在線調優技術集成為一個有機的整體。主要創新點如下：

3.1 虛實互動電廠仿真系統

通過集成電廠仿真所需的完整物性庫數據、熱力學方法，采用全機理建模技術路線來定制設計、開發脫硫裝置模型；基于實時裝置運行數據（實體裝置）校正仿真模型（虛擬裝置）；反之，可以根據虛擬裝置運行情況，指導、預測實體裝置運行。

3.2 高速全機理模型

基于組分和熱力學參數，靈活的顆粒度分解模型及優化的模型計算引擎，實現便捷的工藝系統建模方式。模型的機理性、參數實時傳遞性有效地提高系統耦合度，體現實際過程的復雜關聯性。高效求解引擎，滿足全流程高速聯合運行，提升研究、學習效率。

3.3 虛擬DCS技術

DCS 仿真采用虛擬DCS 技術，可將實際裝置控制系統組態、參數直接載入仿真系統，可代替實體裝置開展控制技術研究、控制方案測試等功能。通過采用與實際控制系統完全一致的軟件和虛擬控制器來虛擬整個控制系統，實現1:1 的控制系統仿真。基于虛擬DCS 技術的激勵式仿真系統的出現使得仿真機的發展達到了一個新的高度，它不僅在逼真度上達到了和實際DCS 相同的效果，而且降低了仿真機的成本，是一種行之有效的仿真方式。

3.4 研究型平臺

基于在線仿真系統與脫硫裝置實際運行數據，研究仿真模型的在線調優。研究實際裝置的動態參數與非線性特征，辨識設備關鍵模型參數；研究仿真模型與動態數據模型的偏差對比方法，提出模型修正；研究仿真模型參數優化方法，獲得模型精度與可用性的有效提升。本系統在滿足傳統的操作培訓外，更可用于分析工藝操作研究、事故原因分析、事故處理預案推演等。

3.5 自動評價系統

通過真實運行事件（故障）歷史數據的導入，自動創建演習案例庫，豐富培訓課題的覆蓋面和針對性，進而提升培訓效果。針對不同崗位設計多維度的量化能力（崗位）適配性指標體系，平行系統據此隨機生成訓練課程和考核案例，對被培訓人員根據其崗位需求有針對性地進行培訓和評價，并能根據培訓效果自適應調整培訓方式或建議。系統增強了能力鑒定功能，可多維度、多等級自動鑒定員工技能。

4 結語

通過建立實訓操作行為模型、開發行為記錄軟件、構建數據中心，并著重利用數據挖掘技術從學員實訓操作行為記錄數據中提取出隱藏的有價值的信息，進而能夠發現大量的、真實的、個性化、細節化的培訓需求，從而針對性制定培訓方案，改進培訓內容，提升培訓質量。該系統最終能實現遠程運行操作訓練、虛擬機組運行演示、學員技能考核、控制策略分析、DCS 培訓等多項功能。

脫硫仿真系統軟件不僅可以有效提升工廠操作工的技能水平，對故障及緊急事故的處理聯系能使操作員時刻保持參數的敏感度，及時發現設備事件產生并有效控制事故擴大，保障事故處理方法得當等，從而減少設備損壞，提高設備運行安全性、可靠性和經濟性，本系統有著廣泛的應用前景。

脫硫仿真系統為值班員比武大賽起到堅實的技術支撐，為比賽的順利開展打下堅實基礎。