脫硫運行優(yōu)化系統(tǒng)在燃煤電廠的應(yīng)用

晉能控股山西電力股份有限公司 李慶華 劉東波 晉控電力塔山發(fā)電山西有限公司 鄭紅旗

世界上已有多種成熟的脫硫技術(shù)應(yīng)用于實際工程當(dāng)中，目前在我國得到普遍應(yīng)用的脫硫工藝大體可分為三類：以活性炭法為代表的干法脫硫工藝、以循環(huán)流化床法為代表的半干法脫硫工藝、以石灰石-石膏法為代表的濕法脫硫工藝。三者因其各自不同的優(yōu)缺點、處理工藝及工況適應(yīng)性，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石化、發(fā)電等行業(yè)。近年來，活性炭法和循環(huán)流化床法在鋼鐵行業(yè)應(yīng)用較為普遍，而燃煤電廠多采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，石灰石-石膏法脫硫工藝具有技術(shù)成熟、脫硫效率高、脫硫反應(yīng)速率快以及適應(yīng)不用煤種等優(yōu)點，并且該工藝使用石灰粉作為脫硫吸收劑，成本較為低廉，脫硫產(chǎn)物可外賣利用，是一種性價比極高的脫硫工藝[1]。

1 石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

雖然石灰石-石膏法脫硫工藝有著先天性的優(yōu)勢，但是由于受運行時間和管理方式的影響，在后天的運行上還存在較多短板。

1.1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)

目前，各大燃煤電廠運行的脫硫系統(tǒng)中，仍然存在著數(shù)據(jù)壁壘，脫硫各分系統(tǒng)畫面相對獨立，現(xiàn)場操作人員需要監(jiān)控或者操作多個運行畫面。而對于管理者而言，只能在現(xiàn)場運行畫面中了解系統(tǒng)運行狀況，大大降低了決策效率。

1.2 根據(jù)來煙成分被動調(diào)整

目前運行的脫硫系統(tǒng)中，多數(shù)采用根據(jù)來煙成分控制出口二氧化硫含量的運行方式。這樣的控制方式有兩方面的缺點：一是無法預(yù)測來煙成分的硫含量，在工況發(fā)生變化時，煙氣中的二氧化硫含量往往會急速上升，而運行人員的操作相對滯后，極易出現(xiàn)出口二氧化硫超標(biāo)的情況；二是面對煙氣中二氧化硫的波動，為了避免超標(biāo)情況的出現(xiàn)，操作人員往往采用增加脫硫劑的消耗量來控制出口二氧化硫的含量在紅線以內(nèi)，并且實際控制值遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值，這就造成了脫硫劑的過度消耗，增加了運行成本[2]。

1.3 設(shè)備管理相對被動

目前運行的脫硫系統(tǒng)，在設(shè)備管理方面多數(shù)采用現(xiàn)場巡檢加定期檢修的管理方式，雖然該方法可以在一定程度上減少設(shè)備的故障率，但在現(xiàn)場實際應(yīng)用中，存在點檢不到位、漏檢等情況的發(fā)生。可以稱之為“亡羊補牢式”的管理方式，只能發(fā)現(xiàn)設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)的問題，無法做到故障預(yù)測，存在較強的被動性。

1.4 報表手工抄寫

報表是脫硫系統(tǒng)運行不可或缺的數(shù)據(jù)管理方式之一，大多數(shù)電廠的報表仍然采用紙質(zhì)版手工抄寫的方式，采用此方法不僅效率低，而且還需要占用空間存放紙質(zhì)報表，即使報表保存得當(dāng)，其儲存的操作數(shù)據(jù)也基本沒有利用價值。

近年來，隨著國家“雙碳”目標(biāo)的提出和越來越嚴(yán)格的環(huán)保政策，各燃煤電廠的生產(chǎn)經(jīng)營面臨巨大壓力。脫硫系統(tǒng)作為純投入型項目，如何做好降本增效成為各燃煤電廠面臨的一項重要工作。因此，脫硫運行優(yōu)化系統(tǒng)也成為各企業(yè)率先開展的項目。

2 脫硫運行優(yōu)化系統(tǒng)介紹

2.1 脫硫運行優(yōu)化系統(tǒng)的目標(biāo)

脫硫運行優(yōu)化系統(tǒng)是以合規(guī)、避險、降本、增效為核心目標(biāo)，合規(guī)即保障環(huán)保排放達(dá)標(biāo)；避險即注入設(shè)備管理新理念，將設(shè)備管理模式從被動式檢修轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃邮筋A(yù)維修，提高設(shè)備運行的安全性；降本即在保障環(huán)保達(dá)標(biāo)的前提下，最大限度降低環(huán)保消耗成本，降低企業(yè)負(fù)擔(dān)；增效即借助各種智能化、自動化的手段，提高系統(tǒng)運維的工作效率。

2.2 脫硫運行優(yōu)化系統(tǒng)的主要功能

2.2.1 脫硫運行系統(tǒng)大數(shù)據(jù)平臺

數(shù)據(jù)是實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能的基礎(chǔ)。現(xiàn)有手工錄入工作存在錄入數(shù)據(jù)工作量大、錄入時限性強、錄入準(zhǔn)確率不高且難以發(fā)現(xiàn)錯誤等問題。手工輸入系統(tǒng)可以有效解決上述問題，實現(xiàn)以下功能：一次錄入，數(shù)據(jù)共享；設(shè)置數(shù)據(jù)錄入提醒與告警，給出未錄入數(shù)據(jù)的數(shù)量，確保及時錄入；數(shù)據(jù)錄入越限提醒，保障錄入準(zhǔn)確性；實現(xiàn)歷史錄入數(shù)據(jù)查詢；規(guī)劃WEB 發(fā)布平臺，實現(xiàn)文檔信息、數(shù)據(jù)信息、圖片信息展示功能[3]。

脫硫運行優(yōu)化系統(tǒng)打通原有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)壁壘，建立含手工錄入系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)平臺。基于私有云、數(shù)據(jù)挖掘、虛擬化、可視化等技術(shù)，采用Hadoop等架構(gòu)，后臺借助HDFS+HBASE+實時/時序數(shù)據(jù)庫+關(guān)系型數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫組合陣列，將實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)計數(shù)據(jù)、經(jīng)驗數(shù)據(jù)、檢修記錄、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等信息統(tǒng)統(tǒng)匯聚起來，逐步建設(shè)成數(shù)據(jù)內(nèi)容更加豐富（含結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)共享更加充分、計算響應(yīng)速度更加迅捷的大數(shù)據(jù)平臺，為后續(xù)系統(tǒng)性的功能開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

2.2.2 設(shè)備運行全流程監(jiān)測

脫硫運行優(yōu)化系統(tǒng)主要是根據(jù)現(xiàn)場實際情況制定相應(yīng)的生產(chǎn)監(jiān)控畫面，監(jiān)控畫面主要有全流程監(jiān)控畫面和各分系統(tǒng)監(jiān)控畫面，在全流程畫面中集中展示所有重點參數(shù)及重點設(shè)備狀態(tài)，復(fù)現(xiàn)DCS 系統(tǒng)中所有畫面及實時數(shù)據(jù)，運行人員可以實時監(jiān)控并優(yōu)化運行工況，動態(tài)掌控重要設(shè)備的狀態(tài)，提高日常工作效率，如圖1所示。

圖1 全流程監(jiān)測示意

2.2.3 設(shè)備全生命周期管理

設(shè)備安全穩(wěn)定是保證脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要保障。設(shè)備全生命周期管理包括設(shè)備基礎(chǔ)信息、設(shè)備運行信息、設(shè)備壽命信息、設(shè)備維修歷史記錄等，貫穿設(shè)備生命全周期。設(shè)備基礎(chǔ)信息包括設(shè)備結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、設(shè)計參數(shù)、操作說明等基礎(chǔ)信息，建立設(shè)備三維模型，將各項基礎(chǔ)信息融入系統(tǒng)，建立設(shè)備專屬的設(shè)備檔案，方便運行人員隨時查看設(shè)備相關(guān)資料。設(shè)備運行信息主要包括設(shè)備的實時運行數(shù)據(jù)，根據(jù)獲取的實時數(shù)據(jù)，對各部位分別建立數(shù)學(xué)計算模型，實時計算各位置的受損情況，預(yù)測未來故障時間，并在三維圖上展示各位置壽命狀態(tài)，方便人員及時獲取設(shè)備運行情況，并采取相應(yīng)的措施。

設(shè)備的壽命管理不單單依靠運行數(shù)據(jù)，還會獲取一線人員豐富的運行經(jīng)驗，形成動態(tài)專家知識庫，并從歷史檢修資料中挖掘故障規(guī)律，根據(jù)不斷更新補充的故障記錄進行自學(xué)習(xí)，更新專家知識庫，提高壽命預(yù)測的準(zhǔn)確性。

2.2.4 設(shè)備巡檢、維修管理

傳統(tǒng)的巡檢管理沒有可靠的手段監(jiān)督巡檢人員填寫巡檢記錄時，所在的位置和巡檢人員是否按要求的巡檢頻率進行巡檢。脫硫運行優(yōu)化系統(tǒng)可實現(xiàn)智能化的巡檢管理，具備巡檢計劃管理、巡檢任務(wù)管理、巡檢報修管理、巡檢監(jiān)督管理、歷史記錄查詢等，可以實現(xiàn)以下功能。

一是定期自動派發(fā)任務(wù)。系統(tǒng)根據(jù)巡檢計劃設(shè)定的巡檢周期，自動派發(fā)巡檢任務(wù)給對應(yīng)的巡檢人員，杜絕出現(xiàn)一次性填報當(dāng)值多個巡檢任務(wù)。二是動態(tài)二維碼設(shè)備。將傳統(tǒng)靜態(tài)二維碼升級成動態(tài)二維碼，每條任務(wù)對應(yīng)的二維碼實時刷新，杜絕未實地巡檢便填寫巡檢記錄的現(xiàn)象。三是多種監(jiān)督模式。可通過領(lǐng)導(dǎo)監(jiān)督和巡檢檢查卡等方式加強巡檢監(jiān)督，并與績效考核模塊關(guān)聯(lián)，對不合格巡檢進行考核，杜絕應(yīng)付巡檢、巡檢不到位現(xiàn)象。四是缺陷線上報修。巡檢過程中發(fā)現(xiàn)異常時，直接在手機端提交缺陷聯(lián)系單并填寫異常信息，審核后由管理人員線上派發(fā)維修任務(wù)，實現(xiàn)管理閉環(huán)。

同時，該系統(tǒng)具備智能維修管理功能，主要功能包括：一是維修全流程線上智能管理。維修全流程包括派單、接單、返單、審核，全部實現(xiàn)線上智能管理，簡化線下紙版流程，提高管理工作效率。二是工作票流程線上智能管理。將工作票的申請、簽發(fā)、流程管理、審核、終結(jié)等納入線上管理，嵌入維修管理流程中，實現(xiàn)線上全流程無縫對接。三是維修統(tǒng)計及維修指導(dǎo)功能。系統(tǒng)根據(jù)維修記錄自動進行維修統(tǒng)計，分析易發(fā)生故障的設(shè)備和故障類型等，提醒運行人員和巡檢人員重點關(guān)注，減少故障率，并根據(jù)歷史維修記錄提供操作指導(dǎo)。

2.2.5 系統(tǒng)運行優(yōu)化指導(dǎo)

脫硫系統(tǒng)運行優(yōu)化指導(dǎo)主要功能有二氧化硫的小時均值指導(dǎo)、數(shù)據(jù)的挖掘?qū)?yōu)、全流程關(guān)聯(lián)分析等，通過關(guān)聯(lián)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與聚類分析等大數(shù)據(jù)算法，挖掘最優(yōu)工況，指導(dǎo)系統(tǒng)經(jīng)濟運行并沉淀優(yōu)秀運行經(jīng)驗，形成卓越的輔助決策能力。

二氧化硫小時均值指導(dǎo)通過實時計算污染物小時均值，直觀展示小時均值超標(biāo)情況，給出當(dāng)前小時段內(nèi)剩余時間的排放區(qū)間指導(dǎo)，如圖2所示。確保達(dá)標(biāo)排放的同時，減少脫硫劑的消耗和無用設(shè)備的負(fù)荷，降低運行成本。

圖2 系統(tǒng)運行優(yōu)化指導(dǎo)示意

數(shù)據(jù)挖掘?qū)?yōu)以滿足環(huán)保排放要求為前提，以經(jīng)濟性最優(yōu)為目標(biāo)，在歷史數(shù)據(jù)中挖掘類似工況下的最經(jīng)濟數(shù)據(jù)，來指導(dǎo)當(dāng)前工況的運行。全流程關(guān)聯(lián)分析將各機組的前后工藝流程全部串聯(lián)起來，從全局出發(fā)，考慮前后工藝流程的相互影響，對相關(guān)參數(shù)做出優(yōu)化指導(dǎo)。系統(tǒng)還會總結(jié)運行人員已積累的先進運行經(jīng)驗，對定性描述的經(jīng)驗進行量化，轉(zhuǎn)化成計算機可以識別的判斷語句，實時指導(dǎo)缺乏經(jīng)驗的運行人員高效運行。

2.2.6 參數(shù)預(yù)測

參數(shù)預(yù)測可以根據(jù)機組的負(fù)荷計劃、給煤量實時值、風(fēng)量、氧量、煤質(zhì)化驗結(jié)果等相關(guān)量，預(yù)測未來半小時的煙氣參數(shù)變化趨勢，并根據(jù)煙氣預(yù)測結(jié)果，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)挖掘等算法計算給出pH值、漿液循環(huán)泵的變化趨勢。如果預(yù)測到煙氣中二氧化硫的含量會發(fā)生大的波動時，觸發(fā)報警功能，及時提醒操作人員提前作出相應(yīng)調(diào)整，避免超標(biāo)情況的發(fā)生，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)運行預(yù)測預(yù)警示意

2.2.7 智能報表

報表管理實現(xiàn)報表自動統(tǒng)計，通過定時定向爬取網(wǎng)站數(shù)據(jù)，靈活配置并進行報表分析，也可將已有報表導(dǎo)入到系統(tǒng)中來（如圖4所示），將報表統(tǒng)計人員從繁重的數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作中解放出來，提高工作效率。報表主要分為運行報表、經(jīng)濟報表和安全報表等。

圖4 報表導(dǎo)入示意

運行報表主要包括環(huán)保指標(biāo)報表、重要設(shè)備運行時長統(tǒng)計報表等，可進行日報統(tǒng)計、月報統(tǒng)計等。經(jīng)濟報表統(tǒng)計項目收支情況、物料消耗趨勢等數(shù)據(jù)，并對統(tǒng)計結(jié)果進行分析，提醒相關(guān)人員收支異常及物料消耗異常，實現(xiàn)精細(xì)化管理。安全報表按不同的統(tǒng)計方式對報警、預(yù)警等安全事件進行統(tǒng)計，分析統(tǒng)計結(jié)果，將異常情況實時推送給相關(guān)人員，確保系統(tǒng)安全運行。

3 結(jié)語

在燃煤電廠原有脫硫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過升級改造成脫硫運行優(yōu)化系統(tǒng)，可以實現(xiàn)運行系統(tǒng)的全流程監(jiān)測、設(shè)備的全周期管理、設(shè)備點檢維修管理、運行優(yōu)化指導(dǎo)、參數(shù)預(yù)測、智能報表、精益管理等功能，從根本上解決原系統(tǒng)存在的一些弊端，提高操作人員和管理人員的工作效率，減少不必要的能源消耗和設(shè)備故障導(dǎo)致的停機損失。未來脫硫運行優(yōu)化系統(tǒng)必將隨著運行需要和相關(guān)政策的要求進行推廣，系統(tǒng)本身也應(yīng)結(jié)合企業(yè)需求不斷升級，并向其他領(lǐng)域進行延伸，最終實現(xiàn)環(huán)保設(shè)施的精細(xì)化運營管理。