煙氣環保島智能節能提效系統及其應用研究

陳衛勇，林偉鋒，陳曉雷，羅暉，吳長生，黃建偉

（1.國投云頂湄洲灣電力有限公司，福建 莆田 351100；2.福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

為了有效遏制日漸嚴重的大氣污染趨勢，國家出臺了能源轉型、去產能、污染物控制等系列政策。火電廠作為大氣污染物最重要的排放源，其污染物排放問題被各界持續關注。2014年，國家推行電力行業超低排放政策，時至今日，電廠的超低排放改造工作已近尾聲。然而在新時代下電廠面臨著新的問題，即在污染物排放量得到控制的同時做到節能降耗值。

由于國內電廠對粉塵、SOx和NOx的單一治理，忽略了系統之間的聯動性，“環保島”系統應運而生。環保島的優勢，其一可以實現對除塵、SOx、NO2各設備的協同控制；其二可以實現數據共享；其三能夠嚴格控制污染物的排放，系統性能最優，實現各設備的能耗與物耗降低。目前，對電廠煙氣的協同處理主要有3種“環保島”技術，主要體現在以某一設備為主體，其它設備協同組成的煙氣處理系統。本文所述煙氣“環保島”技術是以節能提效為前提，利用大數據、物聯網和人工智能技術，將不同子島搭建起來的處理系統，為煙氣控制提供綜合管理平臺。

1 煙氣環保島智能節能提效系統

1.1 系統功能

煙氣環保島智能節能提效系統是基于各子島搭建起來的協同控制系統，能夠對環保島數據、鍋爐相關數據和排放數據進行分析管理。根據客戶需求并結合電廠實際情況，定制相應的控制策略，使環保島運行在最佳狀態，并建立環保島全流程生命周期管理。系統采用人工智能分析技術，以大數據為驅動，整合專家經驗和智慧，為電廠環保設備的運行提供指導，建議和控制方案。

1.2 系統特色

（1）環保設備節能降耗。系統在同時保證環保島排放達標和各子島系統正常可控運行的前提下，根據多污染物協同治理理念，合理調整各子島設備工作狀態以控制出口煙氣污染物濃度，降低環保島系統能耗。

（2）提高管理水平。系統有針對性地提出協同減排節能提效解決方案，提高環保設備運行穩定性，科學指導設備維護及備件更換，實現污染排放管控的集成化、穩定化、智能化，同時也提高電廠的整體設備管理水平。

2 案例分析

2.1 國投云頂湄洲灣電廠簡介

國投云頂湄洲灣電廠位于福建省莆田市忠門半島西南岸，是福建省大型中外合資火力發電企業。

湄洲灣電廠二期擁有2臺1000MW高效超超臨界燃煤發電機組，是福建省“十二五”能源重大項目，采用EPC（設計、采購、施工）總承包建設模式。煙氣環保島智能節能提效系統應用是以二期2臺1000MW機組環保島設備為研究對象。

2.2 湄洲灣電廠系統現狀

湄洲灣電廠現有數據采集系統主要包含廠級DCS分散控制系統、輔控DCS分散控制系統。這兩部分的數據由電廠系統的SIS廠級實時監控信息系統PI實時數據庫進行數據采集和管理。PI實時數據庫是以采集頻率為秒一級的采集密度高達萬點的帶時間標簽的實時及歷史數據庫。環保島設備的執行部分和數據采集部分主要由靜電除塵器的IPC上位機、濕式電除塵器IPC上位機和DCS分散控制系統組成。其中脫硫、脫硝部分的控制納入機組DCS，在機組DCS的LCD操作員站上完成系統的監控。公用部分的控制納入輔助車間控制系統DCS監控。除塵單元部分則由龍凈環保的IPC上位機進行獨立控制。

2.3 系統應用開發

為了實現煙氣環保島智能節能提效系統在湄洲灣電廠的應用，現場實施部署了一套基于SIS的數據采集系統。用于數據存儲、清洗和分析建模。模型構建完成后，基于實時數據，開發了一套節能提效系統。系統不僅提供實時監測環保島關鍵設備指標，還通過模型提供實時控制策略，指導現場運維人員。系統首頁如下圖1所示。

圖1 基于SIS的數據采集系統

系統展示了整個環保島當前的設備重要參數、各種指標參數、系統能耗，以及優化方案。中間部分展示的整個環保島的3D模擬圖，點擊相應的位置可進入對應設備系統的參數展示。其中除塵策略指導的系統界面如圖2所示。

圖2 除塵策略指導的系統界面

除塵策略指導界面提供了當前實時工況下，環保島除塵設備的高壓、低壓設備的控制策略。湄洲灣電廠脫硝主要采用選擇性催化還原SCR技術，因而其策略指導頁面主要提供了最優的噴氨量。湄洲灣電廠脫硫主要是濕法脫硫，因而其策略指導頁面主要提供了脫除SO2所需的漿液量。

2.4 系統應用成效

目前湄洲灣電廠節能減排技術應用情況,主要采用優化機組運行方式、合理配煤摻燒等技術手段。以脫硝設備經濟效益分析為例，湄洲灣電廠3#機組脫硝設備NOX設定值設定在40mg/Nm3或者50mg/Nm3的條件下，NOX排放趨于平穩，通過PID+人工的方式下的噴氨量同模型在相同工況下給出的最優的噴氨量進行分析對比如圖3所示。

系統通過對3#脫硝設備建模分析，當出口NOX設定值在40的時候，優化噴氨的數值為137L/h，優化噴氨百分比為9.962%。平均一臺機組每小時可節約尿素14kg/h，一臺機組有效運行時間按5000h，按尿素出廠價1900元/t計算，預計每年一臺機組的脫硝設備可節省約13.3萬元。兩臺機組合計26.6萬元。

圖3

3 結語

煙氣環保島智能節能提效系統上線以來，基于系統的可視化功能，實時展現設備的運行狀態，為操作人員提供很好地判斷條件。通過人工智能機器學習技術，為操作人員提供同種工況情況下操作人員的最優操作記錄，截止目前為止，粉塵、NOX、SO2的自然小時均值排放指標，粉塵自然小時排放指標，逐步趨于平穩，且不斷靠近目標設定值，既滿足了國家的環保要求，同時實現設備運行的效益最大化，并在不斷往更節能方向發展。

煙氣環保島智能節能提效系統通過將大數據、物聯網、云計算等技術與煙氣環保島相結合，將發電行業在保持超低排放的基礎上，實現節能降耗，順應時代發展的趨勢。通過智能監控環保指標排放，既滿足國家排放要求，又承擔了社會責任。通過優化運行，實現節能降耗，在工業制造業內具有較大的推廣價值。