智慧除塵在電力行業的應用

朱文明

（廣東大唐國際雷州發電有限責任公司，廣東湛江 524255）

1 研究背景及相關概念基礎

1.1 研究背景

粉塵是大氣中的懸浮顆粒，大氣中過多的粉塵會對環境產生災難性的影響，這個影響已經波及到人們的日常生活。粉塵來源主要來自煤炭和石油燃燒。伴隨著第一次和第二次全球范圍內的工業革命，煤炭和石油得到了大量使用，雖然煤炭和石油在燃燒的過程中產生了工業所要運用的動力來源，但也向環境中排放了大量的燃燒所產生的粉塵。

現階段我國的工業發展深受粉塵困擾。我國工業發展現今主要依靠電力能源，而電力來源主要為火電、水電、風電、核電和太陽能這幾種能源，由于長期受傳統發電能源的影響，目前仍以火力發電為主，至2020年我國火力發電量達12140.3億kW·h，同比增長1.2%。火力發電主要依靠傳統的煤炭資源，煤炭在進行燃燒，將內能轉化為電能的過程中會產生大量的CO2、SO2、NOx及固體顆粒等污染物，對環境造成了較大的威脅。隨著國家對環保重視程度的不斷提升，電力環保也便成為重點關注領域之一。近年來，國家頻頻針對環境保護出臺相關的政策方案，針對煤炭發電產生的污染問題也增加了較大力度的政策約束。

面對日益嚴重的大氣污染，電力行業自2014年以來就全面推行超低排放，未來排放限制只低不高。同時為應對全球氣候變化，2020年9月中國已向世界承諾，在2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和，并在黨的十九屆五中全會上將其作為“十四五”規劃和2035年遠景目標。在環保安全和低碳轉型的雙政策驅動下，必須提高燃煤電廠環保設備運行的持續穩定性，并充分挖掘設備節能降耗潛力。如圖1所示為2011—2020年中國電力能源結構圖。

圖1 2011-2020年中國電力能源結構圖

由圖1可知，雖然我國一直提倡環保能源的發展，但就現狀來看，火力發電仍然占據我國電力能源的主要來源。因此，研究解決火力發電中存在的一系列危害環境的問題就顯得十分必要。

1.2 傳統除塵與智慧除塵的概念

1.2.1 傳統除塵方法

在應對粉塵問題上，我國從很早開始便對電力行業中的煙塵排放量提出比較嚴苛的要求。為響應國家煙塵低排放量規定，傳統的燃煤電力行業主要通過電除塵器處理煙塵問題，主要是因為電能對于其他方式來說更具有便捷性。電除塵的方式是基于電子與正電荷之間的相互吸引而進行的。電除塵的簡易工作原理是在煙氣通過時，通過高頻率的電壓使得經過的煙塵附帶上正向電荷，然后在后續的收集吸引回收的過程中，利用與陰極電板之間的相互吸引，使得整體的煙塵由于電荷間的引力而飛向電板，最后再被電板所吸附。在陰極電板吸收達到一定數量時的粉塵時，再通過電磁振打對陰極電板進行敲擊，將粉塵收集到灰斗中，通過灰泵傳輸至灰庫進行回收處理。

1.2.2 智慧除塵概念

為應對我國發電行業中化石能源的過多投入而造成的粉塵性污染，科研人員通過對粉塵特性的研究，再結合粉塵所產生的環境，對那些影響到人類生存環境的粉塵進行科學性去除或收集的各種方式的集合，并且通過更先進的智能控制系統實現閉環控制，被統稱為智慧除塵系統。同時，作為現代化的除塵系統來說，它不僅運用時代的智慧解決了粉塵問題，也為人員的解放及電廠內的總體運作提供了效益。

2 電力行業中存在的粉塵問題及解決辦法

2.1 火力發電為主的粉塵性污染

在傳統的火力發電的模式下，燃煤電廠為了減少發電的成本，基本很少會運用到無塵煤和脫硫煤等這些高質量的煤炭。而火力發電中所用的煤在燃燒發電時就會伴隨著大量的粉塵出現，這也就在環境的治理上留下了較大的困難。對于粉塵的危害性來說，可謂人盡皆知。空氣中存在的大顆粒物PM10，是污染環境的主要元兇之一；其次是對人體危害更大的環境中肉眼不可見顆粒PM2.5，也是火力發電中所產生的重要污染物之一。如何解決這一粉塵污染的難題，為國家環境方面的治理做出貢獻，就是本文介紹的主旨所在。

2.2 新技術方式下的粉塵解決

在火力發電廠通過火力發電來生產電能時所造成的粉塵污染，主要可以從兩方面來進行解決。首先是針對源頭下手，在煤炭的燃燒上，由于煤炭等化石燃料的品質不盡相同，所帶來的污染物粉塵顆粒的大小，都是需要關注的問題，改善廠內所使用的煤炭等化石燃料的質量，可以從源頭上有效改善粉塵帶來的困擾，但將導致電廠的發電成本將大大增加。本文則主要針對在粉塵產生以后的處理方面給出相應的對策分析。

在火力發電的煤炭燃燒上，所產生的粉塵便通過燃燒后的爐膛煙道進入環保島設備。解決好粉塵的流向性問題，做出定向的粉塵吸引及收集，是解決問題的關鍵所在。而在粉塵的吸引和收集上，除塵裝置就起到了較大的作用。傳統除塵器結合最新的AI 技術、大數據技術、物聯網技術的智慧除塵控制系統，不但對控制粉塵排放起到了極大的作用，而且極大地節約了人力和物力的投入。因此，對于整個火力發電的電力行業來說，合理引進最新的智慧除塵控制技術是十分必要的。

3 智慧除塵管控體系工藝分析

3.1 智慧除塵管控體系的工藝特性

智慧除塵管控系統經過長期的研究發展，以先進的人工智能算法為代表的控制技術開始得到初步的建立。通過對智慧除塵控制系統的SWOT 介紹及對于其他除塵控制系統的對比分析，對其感知更加深刻。

3.1.1 智慧除塵控制系統的優勢

（1）節省了大量的人力資源成本。

運用PLC 和高壓控制系統的傳統除塵工藝對于人力資源的要求較高，各個環節上的把控都離不開對系統操作運行較為熟悉的、有經驗的運行人員，整體對于運行人員的依賴程度較大。而通過智慧除塵控制系統通過系統控制自動化極大降低了運行人員在鍵盤控制上的時間損耗，不僅在人力資源上得到了良好的優化，在操作運行上不再提出對于人員經驗方面的要求，同時也解放了人力對于除塵操作的實時要求，為燃煤電廠除塵設備的平穩運行打下了堅實的基礎。

（2）擁有更強的管控能力。

相較于人機交互式管理，工作的完成度主要取決于兩個方面，分別是機器的運作狀態以及人力的總體狀態。而對于智慧除塵控制系統來說，將具有更多的管控流程的傳統式除塵工藝交由單一且穩定的智慧除塵管控，通過前期對于智慧除塵管控工藝的模型上的構建，就已經將人員所具備和不具備的經驗都劃歸至智慧除塵管控工藝技術之中，使之總體的管控能力得到更大程度上的加深，實現更智能化地控制除塵設備。

（3）連續性操作能力強。

傳統的除塵工藝依托于人力的管控程度較大，而煤炭發電廠，基本上運作是全年無休的，即使存在有較多人員進行輪崗的情況下，一直身處于一線及時刻付諸精力的人員，在操作過程中難免會存在偏差，進而會影響到整個工廠的健康持續性運行。針對于這方面，智慧除塵控制系統就擺脫了人力資源的缺陷，只要在基本模型構建時覆蓋機組運行全工況，那么在后續的運行環節中基本就不可能存在這方面的困擾。在實際的工廠操作中，可以實現工作人員所達不到的高強度連續性穩定作業。

（4）不會受到大部分外界環境因素的影響。

智慧除塵控制系統的建立主要依靠于長期積累的專家知識庫和長周期設備運行歷史數據，通過機器學習算法進行模型構建。這些對于除塵工作的整體環境要求程度可謂是相當之低，排除了外在因素的干擾。在這種不受外界環境影響的絕對優勢情況下，對除塵作業的總體效率的提升，從總體對比上來看也是相當直觀的。

3.1.2 智慧除塵控制系統的劣勢

智慧除塵控制系統的運用，很大程度上做到了對于燃煤電廠除塵設備線上的全方位自動化運行。這也導致了電廠對于人員的要求上基本可以放寬，且工作人員在實際的除塵工藝的監督上有所松懈，導致對總體的認知有所下降，當在特殊工作環境中真正需要運用到這些經驗性技巧的時候，往往會產生不太良好的效果。對于這部分劣勢，可采取加強對工作人員的專業性技能培訓的方式來加強特殊情況的應對。

3.1.3 智慧除塵控制系統的機會

現行的大部分燃煤電廠的煙氣除塵管控方法及技術比較落后，且燃煤電廠在相當長的一段時間內并不會被快速取代，仍具有較長的發展趨勢。就傳統的燃煤電廠除塵方式而言，由于管控技術與整個煙氣處理系統的連接十分薄弱，且大部分依賴于人力，電廠將耗費大量的人力物力資源，因而智慧除塵控制系統一旦正式采用和推廣，系統帶來的節能降耗、穩定排放、減少人力成本等經濟效益與社會效益是非常可觀的。

3.1.4 智慧除塵控制系統的威脅

目前，我國正處于產業結構調整的關鍵階段，從低附加值向高附加值升級，從高能耗高污染向低能耗低污染升級，從粗放型向集約型升級，而燃煤電廠高能耗高污染的屬性注定要升級轉型。當前，國家不斷加強對于新型環保發電的投入，同時也在不斷加大對傳統燃煤發電的管控力度。在未來的持續發展中，隨著燃煤電廠數量不斷精簡，市場不斷減小，運用到粉塵管控系統的廠家也會越來越少，進而影響依靠于此而發展起來的一系列的先進控制系統。

3.2 智慧除塵控制系統的實施流程

為應對燃煤電廠在粉塵處理上高度依賴于人工操作，進而影響電廠的長期運行問題，通過系統改造，采取新型的智慧控制系統，可有效解決燃煤電廠在這方面的困擾。通過對數據的收集感知來進行模型的構建，從而進行無人化的自動管控，人員真正參與的只是設備的故障處理工作，而脫離了真正的一線。在煙氣的粉塵吸收過程中也較以往的更具檢查力度，可根據煤質、工況變化智能調整設備參數，直接從源頭煤炭的燃燒情況便能做出下一步管控。其主要的實施步驟包括以下幾步。

3.2.1 采集相關數據信息

通過對整個煤炭燃燒和除塵設備運行過程中的各個環節的實時性監督，不斷采集相關數據信息，再將所收集的信息進行篩選排除，存留有用的信息，為下一步的模型的建立提供一個良好的數據基礎。

3.2.2 選定關鍵數據

在收集到有效數據的前提下，通過征求運行專家對數據的關鍵性程度做出判定，得出所給數據重要程度分配數據的程度占比，并進行多次的數據實驗，總結分析所賦予數據的可靠性。

3.2.3 構建算法模型

通過多次模型的試運行及對后期結果的監督反饋，對模型進行參數調整。在多次反饋結果合乎預期的情況下，依據所給運行數據結果建立合適的控制模型。

3.2.4 做好及時的反饋信息處理系統

在模型構建完成之后，基本已經擺脫了在發電廠內除塵環節對于經驗人員的需求程度，只需要對除塵過程中的各個環節的監督管理及尾部的處理故障及時性給出管控人員數據信息便可。通過接入到除塵環節的各個系統，整個智慧除塵控制系統實時地將運行數據進行監測，并根據算法給出可供檢修維護的運行狀況報告和相應的措施。

針對燃煤電廠的粉塵排放標準不斷提高的現狀，在以上的數據模型構建中同時也加入了對于煙氣粉塵顆粒物的感知。通過實時監測出口排放煙氣中的粉塵微粒直徑的大小及含量，持續有效地使遠在別處的管理者和監督者獲得及時性的信息。一旦粉塵排放量超過閾值，控制系統便會自動發出警告，并通過除塵設備控制策略選擇性地及時調整設備參數或通過自動的尾氣再處理來進行達標后排放。遇到指標超出設定的合理區間時，便可自動關閉生產的流程線路上影響到煙氣排放的非必要性流程，進而再轉接至操作管理人員，極大地保障環境治理和節省人力資源。

4 結束語

我國電力行業依然是以煤炭發電為主的市場，并且隨著消費需求的增加，對于煤炭的需求也在增加。但煤炭作為化石燃料，鑒于當前技術條件，不能達到完全燃燒，其產生的粉塵對環境污染極大。文章通過對智慧除塵原理的探究，通過運用智慧除塵控制技術與先前各個除塵控制方式作出了合理的對比分析，經過對火力發電廠的粉塵問題及運用智慧除塵控制技術的解決辦法，明確智慧除塵控制技術在火力發電廠的粉塵管理工藝上的特征所在。期望在未來的火力發電領域，智慧除塵控制技術能夠得到充分的運用和推廣。