生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)作為支撐生態(tài)文明建設和高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵力量，正面臨著轉(zhuǎn)型升級的迫切需求。環(huán)保新質(zhì)生產(chǎn)力，正成為推動產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的核心力量。本欄目將聚焦生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創(chuàng)新成果，及時發(fā)布環(huán)境技術(shù)進步獎項，全面介紹行業(yè)內(nèi)的實用技術(shù)裝備和示范工程，引導行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新，加快數(shù)字、智慧、科技的融合賦能，為經(jīng)濟社會全面綠色轉(zhuǎn)型貢獻力量。
 

　　生態(tài)環(huán)境保護實用技術(shù)
 

　　2023-J-23
 

　　申報單位
 

　　福建龍凈環(huán)保股份有限公司
 

　　推薦單位
 

　　福建省環(huán)境環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會
 

　　一、技術(shù)簡介
 

　　適用范圍
 

　　本實用技術(shù)應用于包含脫硝、除塵、脫硫設備在內(nèi)的大氣污染治理設備控制系統(tǒng)，適用于污染物人工控制效果不佳、能耗物耗較高的燃煤電廠，可覆蓋大中小容量機組。
 

　　技術(shù)原理
 

　　智慧環(huán)保島優(yōu)化運行技術(shù)包括智慧脫硝、智慧除塵、智慧脫硫技術(shù)。
 

　　智慧脫硝通過采集脫硝設備運行數(shù)據(jù)，找尋鍋爐負荷、煤質(zhì)氮分、啟停磨狀態(tài)、噴氨格珊壓力、入口NOx等因素對脫硝效率的影響程度，挖掘各類工況下噴氨流量與出口NOx濃度、氨逃逸率的復雜關(guān)聯(lián)性并進行深度學習，建立可持續(xù)演化模型，輸出最優(yōu)化控制策略，策略包括：噴氨時機、噴氨流量、脫硝A/B側(cè)噴氨閥門開度等。
 

　　智慧除塵通過采集除塵設備運行數(shù)據(jù)，找尋鍋爐負荷、煤質(zhì)灰分、入口粉塵等因素對電除塵效率的影響程度，挖掘各類工況下高壓、加熱、振打設備參數(shù)與出口粉塵濃度的復雜關(guān)聯(lián)性并進行深度學習，建立可持續(xù)演化模型，輸出最優(yōu)化控制策略，策略包括：電除塵器各電場的電流極限、電壓極限、供電方式、脈沖間隔、脈沖周期、振打方式、保溫箱加熱設定、灰斗加熱設定等。
 

　　智慧脫硫通過采集脫硫設備運行數(shù)據(jù)，找尋鍋爐負荷、煤質(zhì)硫分、漿液品質(zhì)、入口SO2等因素對脫硫效率的影響程度，挖掘各類工況下供漿流量、循環(huán)泵組合與出口SO2濃度的復雜關(guān)聯(lián)性并進行深度學習，結(jié)合物料平衡機理公式，建立可持續(xù)演化模型，輸出最優(yōu)化控制策略，策略包括：供漿時機、供漿流量、供漿閥門開度、切泵時機、循環(huán)泵組合、泵漿協(xié)同策略等。
 

　　工藝路線
 

　　1.數(shù)據(jù)采集接口開發(fā)
 

　　研發(fā)人員針對人工智能模型分析所需要的工況數(shù)據(jù)和設備主要關(guān)鍵參數(shù)，制定采集方案，編寫相應的采集程序，通過OPC、MODBUS等硬件傳輸協(xié)議，從IPC系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)按照每5秒采集一次的采集頻率，進行工況數(shù)據(jù)和關(guān)鍵參數(shù)的收集。
 

　　2.數(shù)據(jù)傳輸與存儲
 

　　采集的數(shù)據(jù)通過通訊傳輸至智能服務器進行數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)傳輸使用統(tǒng)一編碼、加密。采用Redis數(shù)據(jù)庫存儲實時數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)庫存儲海量數(shù)據(jù)、MySQL數(shù)據(jù)庫存儲業(yè)務數(shù)據(jù)。
 

　　3.環(huán)保島尋優(yōu)運行模型搭建
 

　　結(jié)合環(huán)保島設備運行相關(guān)原理，篩分出影響出口排放量和供料的重要指標，并進行離散化等處理，按離散化后的指標對工況做分類，對每個分類建立獨立的分析、優(yōu)化模型。
 

　　4.三維監(jiān)控系統(tǒng)搭建
 

　　搭建前端可視化三維監(jiān)控系統(tǒng)，使用圖表化展示實時關(guān)鍵參數(shù)曲線，實時工況數(shù)據(jù)情況，展示最優(yōu)化的參數(shù)調(diào)整策略、設備預警預測信息，結(jié)合三維建模技術(shù)對設備進行建模，對環(huán)保島設備進行實時監(jiān)控和指導建議。
 

　　5.模型驗證調(diào)試、上線
 

　　在工程師站部署智能服務器，通過RS485協(xié)議或MODBUS協(xié)議與環(huán)保島設備所在輔網(wǎng)DCS的IO通訊卡件實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，優(yōu)化控制模型訓練完成后，將模型和智慧控制系統(tǒng)部署在人工智能服務器上，經(jīng)不斷訓練調(diào)試，實現(xiàn)對環(huán)保島設備的智慧控制。
 

　　應用效果
 

　　1.安全排放
 

　　本技術(shù)基于對工況特性的精準把控，始終把超低排放標準作為閥值，控制出口排放不超標的同時，并使排放口NOx、SO2濃度更貼近預設目標值，波動標準方差比原始PID或人為控制標準方差降低10%——30%，排放穩(wěn)定性明顯提高。
 

　　2.減少物耗、能耗
 

　　統(tǒng)計實施案例應用成效得出，平均每臺機組智慧環(huán)保島系統(tǒng)每年可實現(xiàn)節(jié)能降耗超過20%，包括脫硝節(jié)省噴氨量6%以上，降低平均氨逃逸10%以上，電除塵節(jié)電率不低于15%，脫硫供漿石灰石降耗不低于4%，循環(huán)泵節(jié)電率不低于2%，創(chuàng)造經(jīng)濟價值150萬以上，降低二氧化碳釋放量不少于3000噸。
 

　　3.降低設備運維工作量
 

　　本技術(shù)投運后設備的日常操作、調(diào)整等大部分工作均由系統(tǒng)自動跟蹤控制，結(jié)合三維可視化運維頁面，有效提高設備運維水平，降低人員工作時長。智慧環(huán)保島優(yōu)化系統(tǒng)投運率可達到95%以上，得到電廠高度認可。
 

　　4.提升設備運行穩(wěn)定性
 

　　本技術(shù)通過設備健康評估與異常診斷，將現(xiàn)有的被動防御升級為主動預防模式，在監(jiān)測期間識別設備的早期故障，提前做出處理，并通過機器優(yōu)化運行來防止設備在超負荷狀態(tài)下工作，提高設備整體運行穩(wěn)定性。
 

　　研發(fā)背景
 

　　1.目前國內(nèi)除塵設備運行主要依據(jù)運營人員的經(jīng)驗進行控制，電除塵器高壓整流設備、電加熱系統(tǒng)、振打系統(tǒng)運行狀態(tài)很難達到最佳匹配狀態(tài)，特別當燃用煤種、機組負荷發(fā)生變化時，各種設備所受影響程度不同且交互影響，無法達到達標排放同時能耗最佳化匹配運行狀態(tài)，造成能源浪費。
 

　　2.目前國內(nèi)絕大部分脫硫控制系統(tǒng)采用PID控制，通過pH值的控制出口SO2濃度，或運行人員手動設置供漿量控制出口SO2濃度，這樣只實現(xiàn)了pH值的控制，出口SO2濃度的控制還是處于開環(huán)調(diào)節(jié)狀態(tài)。此外，鍋爐負荷及煙氣量、煤質(zhì)中硫分、吸收劑品質(zhì)等動態(tài)變化，給運行人員帶來較大操作負擔。
 

　　3.目前國內(nèi)脫硝設備主要通過人工經(jīng)驗或PID進行調(diào)節(jié)，難以精準控制噴氨量，雖部分燃煤機組進行分區(qū)噴氨改造，PID控制不佳導致局部氨過量，造成脫氨逃逸高等問題?，F(xiàn)有脫硝設備在啟停磨、升降負荷、深度調(diào)峰情況下，NOx控制品質(zhì)仍有待提升。
 

　　本技術(shù)依托人工智能、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等前沿技術(shù)手段，深入挖掘各環(huán)保設備運行數(shù)據(jù)特性和潛在規(guī)律，形成工業(yè)級設備智慧控制和故障預警方案，改善人工控制不佳的現(xiàn)狀，實現(xiàn)煙氣環(huán)保島各設備穩(wěn)定超低排放的同時，能耗最低、智慧預警、智慧運營。
 

　　技術(shù)特點
 

　　本技術(shù)特征如下：
 

　　1.通過除塵、脫硫、脫硝設備相關(guān)運行數(shù)據(jù)的采集，實現(xiàn)多設備、多數(shù)據(jù)源、多采集點、高頻度、高安全、大容量、低容錯、低帶寬消耗、低維護量、可持久運行的數(shù)據(jù)采集和存儲；
 

　　2.對環(huán)保島設備運行數(shù)據(jù)進行智能分析，提供設備運行最優(yōu)控制策略，在現(xiàn)場部署控制器實現(xiàn)閉環(huán)控制，確保環(huán)保排放指標小時均值不超標；
 

　　3.通過最優(yōu)控制策略與系統(tǒng)投運前能耗物耗比對，實現(xiàn)能耗物耗降低，從而降低碳排放；
 

　　4.能夠?qū)崟r在線發(fā)現(xiàn)和預測現(xiàn)場設備的異常情況，并分析導致異常工況的可能原因。
 

　　二、典型應用案例
 

　　案例名稱
 

　　國家電投集團江西某電廠智慧環(huán)保島控制系統(tǒng)項目
 

　　案例簡介
 

　　國家電投集團江西某電廠660MW超超臨界燃煤發(fā)電機組，采用低氮燃燒技術(shù)，安裝SCR脫硝裝置，除塵器入口煙道上設有低溫省煤器，采用三室五電場高效靜電除塵器，石灰石—石膏濕法脫硫工藝，加裝濕式電除塵裝置，煙氣最終經(jīng)煙囪排入大氣。該廠原脫硫、脫硝設備采用DCS控制，其系統(tǒng)為國產(chǎn)DCS系統(tǒng)，除塵設備控制原采用除塵器廠商生產(chǎn)的IPC系統(tǒng)?，F(xiàn)場環(huán)保設備控制主要采用DCS/IPC自動+人工調(diào)控方式，但傳統(tǒng)人工控制和單一手段運維成效不佳，人工介入耗時費力且難以達成設備最佳運行狀態(tài)，能源、物料和人員浪費等問題始終存在，因此，電廠環(huán)保側(cè)升級改造迫在眉睫。
 

　　福建龍凈環(huán)保股份有限公司針對該電廠脫硝、電除塵、脫硫設備，開發(fā)了一套智慧環(huán)保島優(yōu)化控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)使用外掛服務器方式，軟件改造成本、風險較小?？刂葡到y(tǒng)實施后，環(huán)保設備運行方式為程序自動調(diào)參，大大降低人工參與程度。該系統(tǒng)利用人工智能技術(shù)手段，建立機器學習模型，通過污染物排放指標、運行參數(shù)、物料平衡和動態(tài)參數(shù)分析，建立持續(xù)優(yōu)化的動態(tài)控制模型，實現(xiàn)脫硝、除塵和脫硫設備運行參數(shù)優(yōu)化和閉環(huán)控制，最大化降低設備能耗、物耗，減少二氧化碳排放量，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。同時通過對脫硝、除塵、脫硫工藝關(guān)鍵參數(shù)和上下游工況信息的全流程監(jiān)控，實現(xiàn)設備的全生命周期管理集成，對關(guān)鍵設備實現(xiàn)預警預測，科學指導設備維護及備件更換，實現(xiàn)污染排放管控的集成化、穩(wěn)定化、智能化，同時也提高該電廠的整體設備管理水平。
 

　　達到的標準或性能要求
 

　　1)脫硝尿素降耗率不低于6%；
 

　　2)降低平均氨逃逸1-2ppm，減少空預器堵塞，降低引風機單耗；
 

　　3)電除塵節(jié)電率不低于15%；
 

　　4)在現(xiàn)場設備正常條件下實現(xiàn)控制系統(tǒng)投運率不低于95%；
 

　　5)實現(xiàn)投運后脫硫供漿石灰石降耗不低于4%。
 

　　業(yè)主單位
 

　　國電投集團江西某電廠
 

　　投運時間
 

　　2022年6月
 

　　運行情況
 

　　智慧環(huán)保島優(yōu)化控制系統(tǒng)于2022年5月開始試運行，2022年6月移交生產(chǎn)，至今穩(wěn)定運行。運行情況如下：
 

　　1. 智慧環(huán)保島優(yōu)化控制系統(tǒng)自運行以來，各項運行指標正常，維護簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定，各項功能運行情況良好。
 

　　2. 本系統(tǒng)移交以后，NOx、粉塵、SO2排放穩(wěn)定，超排頻率低，電廠投運率高。
 

　　3. 經(jīng)第三方測試單位測試得出：智慧環(huán)保島優(yōu)化控制系統(tǒng)投運后，脫硝尿素降耗率為11.3%，降低平均氨逃逸為1.22ppm，電除塵節(jié)電率為33.8%，脫硫供漿石灰石降耗率為7.05%，系統(tǒng)投運率在99%以上，滿足性能指標要求。
 

　　技術(shù)應用產(chǎn)生的碳減排效果
 

　　根據(jù)第三方測試數(shù)據(jù)計算，該項目每年共計降低碳排放2794.6噸。具體如下：除塵方面，通過運行參數(shù)優(yōu)化降低除塵電耗33.8%，減少除塵電量消耗164.5萬kWh，降低碳排放1304.5噸；脫硫方面，通過優(yōu)化供漿品質(zhì)可降低供漿石灰石消耗量7.05%，減少石灰石消耗2773.94噸，可節(jié)省循環(huán)泵電耗2%，減少電能消耗49.39萬kWh，共降低碳排放1490.1噸。
 

　　(計算說明：脫硫過程二氧化碳排放量=碳酸鹽消耗量*排放因子；碳酸鹽消耗量(t)=碳酸鹽消耗*碳酸鹽含量(90%)；排放因子0.44(tCO2/t)取自《GB/T32151.1-2015》。節(jié)電減碳按統(tǒng)一標準0.793kg/kWh來計算)
 

　　三、技術(shù)申報單位聯(lián)系信息
 

　　單位名稱：福建龍凈環(huán)保股份有限公司
 

　　單位地址：福建省龍巖市新羅區(qū)工業(yè)中路19號
 

　　聯(lián)系人：張欣然
 

　　原標題：環(huán)保新質(zhì)生產(chǎn)力 |智慧環(huán)保島優(yōu)化運行技術(shù)