火電廠智慧水務關鍵技術探究

馮長寧

（國能清遠發電有限責任公司， 廣東 清遠 513052）

0 引言

《火力發火電廠水務管理導則》中明確指出，要建立全廠主要水系統的水量平衡、 水質監測體系， 提高企業的用水效率，減少排放水量[1]。火電廠發展進程中，構建智慧水務是必然趨勢，其涉及內容較廣，時空跨度大，將先進的科技技術應用其中，對水質全面感知、智能分析，不僅能保障水質安全， 減少能源消耗， 還能提高水的利用率，滿足企業發展需求。

1 智慧水務關鍵技術分析

1.1 智能感知技術

1.1.1 水務部件信息感知技術

在火電廠內部，各個水務系統設備的安裝比較分散，在管理上有一定的難度，若其中一個環節出現故障問題，則需要耗費工作人員大量的時間精力去查找。為此，將無線射頻識別RFID 技術應用于其中， 能夠對各個設備系統等實現全方位的管理， 并在計算機中建立專門的檔案庫，存儲各個時間段的數據。 RFID 標簽具有防水、防磁、耐高溫的特點， 且通常不容易受到外界的干擾影響。 同時，RFID 讀寫器具有穿透性強、讀取速度快、操作免接觸的特點，其能夠同一時間處理多個電子標簽，不僅效率較高，且實施也比較準確。此外，還可以將RFID 標簽和地圖上的位置對應起來， 對于各個供水設施系統進行精準定位，便于動態化的監測以及做好日常的維護工作，提高故障解決效率，提高水務工作運轉水平[2]。

1.1.2 數據自動采集技術

火電廠智慧水務管理工作需要實時采集各個關鍵流量點的相關數據，并把握水質、流量等實際情況。 將智能控制器應用其中，發揮其邏輯運算功能，并通過5G 無線通信功能等和數據中心互相傳輸數據。 如果在數據傳輸的過程中，出現異常情況，則運行數據也會存儲在智能控制器的存儲卡上， 等待相關網絡恢復正常之后， 繼續上傳。 如果數據達到了預設值，系統發出警報之后，智能控制器也會依據邏輯運算的結果，自動化的做出相關反應，對操作指令進行處理。

1.2 云計算技術

將云計算技術應用于智慧水務構建過程中， 對各項資源數據進行統計分析，結合實際情況合理分配，有效的提高了IT 服務水平，增強了水務工作的合理性，并為工作人員提供一個可以統一管理的云環境。 同時，在云計算服務的過程中，其核心就是數據中心，將各類數據傳輸到云存儲中，便于追溯歷史數據。再加上智慧水務平臺的涉及業務范圍較廣，且需要集成的數據內容也比較多，為此通過可靠的數據中心建設， 則能夠促進各項水務系統的智能化， 實現對生產過程的集中自動處理， 提高了工作效率，也暢通了數據傳輸路徑。 云存儲成本較低，且擴容性較強，存儲量大，便于工作人員實現統一管理，將其和火電廠的各項業務工作聯系起來，并選擇對應的運轉模式。在實時采集數據的時候，應用FC SAN 存儲，不僅讀取速度很快，數據完整真實，且效率很高，在短時間內完成工作任務[3]。 對火電廠水務工作建立專門的檔案庫，并將視頻監控、文件等應用電子版的形式存儲于其中，能減少物理空間的使用，降低成本支出。云GIS 還可以便于工作人員隨時隨地瀏覽相關信息，操作便捷，使得各類數據無縫嵌入到現有的水務系統中[4]。

1.3 大數據分析技術

在火電廠的運行過程中， 其每時每刻都會產生大量的關于水流量等相關數據。將信息技術應用其中，能夠對各個階段的數據進行統計分析，還能梳理歷史數據，追蹤溯源，對各個超限額數據實現自動會診，明確其可能存在的原因，以及提出對應的解決措施，為工作人員的行為提供參考借鑒。 同時，構建對應的知識庫，可以在該知識庫中對數據信息進行分析，從而提取出其中的關鍵信息，感知其時空相關性分析， 為火電廠的持續化運營提供有力支撐。在智慧水務工作中，可以綜合運用Hadoop 技術，對各類分布的數據進行統計和分析，不僅效率高，結果還比較準確。在數據結果中，工作人員可以第一時間發現其中存在的異常，如流量突變等，進而及時查找問題、解決原因，保障水系統運行的可靠性。通過對各個系統設備的水量、水位、濁度等數據分析，提前設置好預警數據，一旦發生異常情況則第一時間預警， 便于采取合理措施保障系統設備運轉的安全性。此外，信息技術還可以對設備的能耗、運行時間、故障次數等進行記錄和分析，對于個別使用效能受限、陳舊老化的設備系統，工作人員結合數據可以決定其是否被淘汰，進而推動火電廠持續化發展。

1.4 SOA 技術

火電廠搭建專門的智慧水務平臺， 在該平臺上以應用為中心，將SOA 技術應用其中，發揮其功能。 通過服務接口， 將其和各個子系統進行連接， 面對不同的水務特點，動態化的傳輸對應數據，如此工作人員便能在該平臺上進行相關操作，以此滿足現實工作應用需求，實現信息的高度集成。SOA 技術的應用核心是進行服務，其在各個系統中具有可相互操作性。同時，在該技術下對相關功能進行開發， 工作人員可以進一步挖掘數據信息蘊含的價值，并將各個服務模塊中的數據復雜性凸顯出來，將服務從其中獨立出來， 通過服務完成系統實現。 采用基于Web Service 的面向服務集成框架，實現各個子系統的完美銜接，便于工作人員操作。

2 火電廠智慧水務技術搭建及應用

2.1 動態水平衡智能測算分析

2.1.1 水系統網絡

依據火電廠發展現狀，對其水系統網絡進行改造完善，從頂層優化設計，合理規劃布局，將火電廠水系統可以劃分為生產用水、生活用水兩部分，依據不同的用水目標和工藝流程，進一步將水系統劃分為六大子系統，包含了生活用水系統、脫硫用水系統、一期循環水系統、化學除鹽水系統、二期輔機循環系統等等。 火電廠從水源地取得水資源之后，水資源會通過雙管道流入到平流池，而后對其進行凈化處理，使得其達到工業用水的標準，能夠在火電廠內充分使用。 各個子系統之間互相供水、排水，將最終的廢水流入到終端進行再次處理，合理的排放到江湖海河中[5]。

2.1.2 監測設備優化布局

在一期循環水系統、化水系統、鍋爐排污系統等流量取樣節點安裝流量計， 結合計算機設備等對其進行數據采集，建立無線數據采集平臺，實現對火電廠全部水系統的全覆蓋。通過實時的數據采集，有助于完成對水平衡等結果的自動測算，便于各項工作的順利開展。

2.1.3 水平衡測試與校驗

針對火電廠各個水單元和用水系統的水量， 統計并分析水量平衡關系。

式中：Vcy、Vcy'—循環水量；Vf—新水量；Vs、Vs'—串聯水量；Vt—用水量；Vco—耗水量；Vd—排水量；Vl—漏失水量。

2.1.4 用水水平評價

參照已有的規章條例，如《節水型企業評價導則》《取水定額 第1 部分：火力發電》等，結合火電廠實際運行情況，以及戰略發展目標，綜合考慮并計算火電廠各種用水評價指標， 適當的拓展評價維度， 設計層次化的評價標準，旨在提高評價的科學性。評價的內容包含了發電耗水率、漏失率、冷卻水循環率、達標排放率等等。

2.2 主要設備故障診斷與智能管理方案

將所有的數據動態化的傳輸到數據庫中， 結合歷史數據和實時監測數據， 應用信息技術從中挖掘其變化規律，采用定性和定量相結合的方法，并利用其他診斷、試驗系統的特征證據，結合已有的運行經驗，對故障進行診斷。診斷的信息不僅包含了維修人員的一般資料，還包含了實時數據信息，且按照一定的規律排列，便于后期對火電廠水務工作的綜合狀態進行評價。 結合數據分析之后，明確故障的發生特點和位置，采用對應有效的方法對數據進行進一步的分析，判斷是否存在誤差。 觀察各項數據之間的關系，并在故障全面發生之前進行報警。 報警信息傳輸到對應的平臺中，輔助工作人員對故障進行及時處理。

工作人員綜合考慮相關影響因素， 結合歷史正常數據，以及各項故障產生時的數據變化規律等，將智能學習算法等應用其中， 從而找到故障特征數據和結果之間的具體關系。 而后，工作人員構建專門的模型，將各項數據代入其中，深入分析其存在的故障，得到對應的結果。 如果診斷結果和設備故障結果之間的誤差率沒有超出10%，則說明該模型的信效度較高，可以投入使用。

2.3 運行成本測算方案

對火電廠水務工作中的所有設備機械等安裝對應的智能電表，增加投藥計量裝置，能夠將不同時間段的用電量、 用水量、 用藥量等數據信息實時的傳遞在電子屏幕上。工作人員參照這些數據，則能對需要處理單元的生產成本進行核算，提高了核算效率，了解系統運行成本的綜合指標。建立運行成本智能測算模型，綜合運用各類信息技術， 對各個用水設備不同時間段的關鍵參數第一時間采集并傳輸到對應的數據庫中。在大數據技術的支持下，結合數理統計方法， 對采集到的信息資料代入關系模型中， 得到準確的測算數據。 測算得到了系統運行成本之后，進一步對火電廠水系統設備的工作狀態進行考核，分析用藥量可能造成的不同影響， 進而針對性的對藥劑進行優化配置，明確下一步的操作方案。

3 火電廠智慧廢水零排放項目的案例

3.1 案例背景

某大型火電廠裝機容量為2600MW，一、二期分別為4×330MW 濕冷機組，三期為2×640MW 濕冷機組。 發電用水的主要水源是水庫水、城市中水和深井水。 循環水系統采用串聯運行方式，#1、#2 機組采用水庫水作為補充水，排污水經弱酸樹脂處理后作為#3、#4 機組的補充水，#5 機組采用水庫水作為補充水，排污水經弱酸樹脂處理后與污水處理廠中水一起作為#6 機組的補充水。 各期循環水排污水和水庫水用作脫硫用水，化學制水系統水源為#3、#4 機組處理后水。 生活水水源為深井水，生產水水源為城市水。

3.2 改造工藝

綜合利用原有的設備，并購入新的設備，目的是為了提高廢水的回收率。 同時，在設備的正常運轉下，大部分廢水都可以實現回收利用。對于無法二次利用的廢水，對其進行脫鹽處理，作為循環水補水，末端高鹽廢水通過旁路煙道蒸發結晶和機械強制蒸發結晶， 最終基本上實現火電廠廢水“零排放”。

3.3 改造效果

（1）水資源調配更合理。 改造之后，火電廠不同水資源的利用更加細化，通過各系統安裝的流量、壓勵、水位及水質分析測點，對各個系統的監測點情況進行匯總，預測和計算之后則能提示各系統的切換和啟停運行狀態， 有助于簡化設備運行流程，合理分配水資源，達到節能降耗的目的。

（2） 控制各系統廢水排放。 通過監測各個系統的進水、排水情況，計算對應的出水效率，有助于工作人員參考并計算，便于合理的控制各系統的排水情況。如系統可以監測循環水弱酸處理的進水量， 計算弱酸處理效和各廢水的比例，還可以監督設備是否出現故障等，盡可能的盡量壓低廢水排放量。通過智慧水務系統的分析，對出現故障的設備進行報警，有效減少廢水排水量。

（3）精確調整循環水。 對于火電廠的運行而言，循環水是用水大戶。原本情況下，循環水水質控制是在排補水情況下進行。通過智慧水務的改造，可以將多種低鹽廢水經處理后補充到循環水中，不僅濃縮了倍率，還能保障水系統的安全運行。 由于火電廠機組循環水質受多方面因素的影響，再加上濃縮倍率是一個動態變化的過程，因此為了能夠達到零排放廢水的目的， 還需要對循環水濃縮倍率進行精確分析。 計算方式如下：

其中，K—監測時的濃縮倍率；CCl—監測時循環水的Cl濃度；Cl1 均—倒數第一天補充水的日平均Cl 離子濃度，以此類推；n—經過n 天的補水量等于機組循環水的保有量；Cld 均—日平均Cl 離子濃度；Q 中—循環水日中水補水量；Cl 中—中水出水Cl 離子濃度，以此類推。

按照上述公式進行計算，能夠得到濃縮倍率，反映出循環水濃縮的真實情況，為水資源利用提供依據。

4 結束語

新時期下， 智慧水務系統的構建是提高火電廠水務管理工作水平的必然措施。 火電廠管理人員應正確認識到智慧水務的構建價值，并從多個層面著手，積極把握關鍵技術，購置先進的設備，做好系列故障維護方案，進而推動水務管理工作高效運行。