智慧型燃煤電廠廢水處理系統(tǒng)研究

白雙源

（國(guó)家能源集團(tuán)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(guò)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(fù)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(yuǎn)意義[1]。

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

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)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(guò)對(duì)大量的廢水、監(jiān)測(cè)處理歷史數(shù)據(jù)進(jìn)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(guò)程監(jiān)測(cè)與健康狀態(tài)評(píng)估，乃至預(yù)測(cè)性分析，為燃煤電廠廢水處理系統(tǒng)提供技術(shù)指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)水處理過(guò)程的精準(zhǔn)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(yuǎn)。

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(gè)過(guò)程都需要對(duì)溫度、酸堿度、水量、雜質(zhì)、設(shè)備運(yùn)行狀況等進(jìn)行監(jiān)督檢查，并針對(duì)性地進(jìn)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(gè)層級(jí)進(jìn)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(yīng)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(gè)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)技術(shù)憑借大量真實(shí)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(gè)系統(tǒng)是否能夠安全可靠運(yùn)行。在整個(gè)廢水處理的全流程中都需要隨時(shí)掌握廢水水質(zhì)信息與設(shè)備運(yùn)行信息，因此無(wú)論是進(jìn)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(duì)整個(gè)廢水處理環(huán)節(jié)的監(jiān)督。整個(gè)燃煤電廠隨時(shí)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(chǔ)媒介，不利于信息的后續(xù)處置與存儲(chǔ)，因此可以考慮采用云計(jì)算技術(shù)，搭建云存儲(chǔ)平臺(tái)，完成原始數(shù)據(jù)的云端儲(chǔ)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(jìn)行預(yù)處理，清洗剔除其中的無(wú)效部分，并通過(guò)通信協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行變換，使其成為可傳輸、可處理的狀態(tài)，實(shí)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(duì)于處理完畢的數(shù)據(jù)可以通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等手段，挖掘其中隱藏的規(guī)律特征，設(shè)置模型算法，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)決策、趨勢(shì)分析以及知識(shí)圖譜等功能，最終實(shí)現(xiàn)結(jié)果可視化，即直觀展示數(shù)據(jù)報(bào)表、水質(zhì)預(yù)測(cè)、故障預(yù)警、加藥預(yù)測(cè)等信息。

1.3 數(shù)據(jù)應(yīng)用決策層（圖3）

圖3 數(shù)據(jù)應(yīng)用決策層

數(shù)據(jù)應(yīng)用決策層是整個(gè)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而數(shù)據(jù)應(yīng)用決策層則實(shí)現(xiàn)最終的決策。通過(guò)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(guò)程中的成本管控、采購(gòu)管理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等因素，推送至水務(wù)公司決策層；設(shè)備管理、工藝運(yùn)行、報(bào)表查詢等問(wèn)題則推送至火電廠現(xiàn)場(chǎng)中控室，二者根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果共同下達(dá)指令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)火電廠廢水處理過(guò)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(gè)燃煤電廠廢水處理系統(tǒng)的核心，其重中之重在于，在進(jìn)行廢水處理的過(guò)程中，各項(xiàng)處理設(shè)備需要針對(duì)廢水水質(zhì)與設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行即時(shí)性乃至預(yù)測(cè)性處置，因此，本文提出兩種診斷處置系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)性選擇，確保系統(tǒng)快速完成處置。

（1）基于數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所代表的狀態(tài)進(jìn)行判斷。第一種是通過(guò)大量的歷史數(shù)據(jù)完成對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的比對(duì)、判斷，對(duì)于新出現(xiàn)的情況可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新迭代，隨著時(shí)間的推移，數(shù)據(jù)庫(kù)將越來(lái)越完善，處理速度將越來(lái)越快。第二種是設(shè)置專家系統(tǒng)，對(duì)特定的“異常”數(shù)據(jù)進(jìn)行專門分析，提供特定的解決方案。二者均可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水水質(zhì)與設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行即時(shí)性乃至預(yù)測(cè)性處置。

3 結(jié)論

針對(duì)燃煤電廠廢水處理過(guò)程暴露出來(lái)的變量眾多、時(shí)滯性長(zhǎng)、外界干擾因素較多等問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種智慧型燃煤電廠廢水處理系統(tǒng)架構(gòu)，從3 個(gè)層級(jí)進(jìn)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(yīng)用決策層。并針對(duì)數(shù)據(jù)感知層提供基于數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)現(xiàn)對(duì)廢水水質(zhì)與設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行即時(shí)性乃至預(yù)測(cè)性處置。