智慧型燃煤電廠廢水處理系統研究

白雙源

（國家能源集團雙維內蒙古上海廟能源有限公司，內蒙古鄂爾多斯 016299）

0 引言

燃煤電廠在工作過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使用、重復利用的，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意義[1]。

燃煤電廠由于調峰等因素，其廢水的產出是動態變化的，除此之外，廢水處理過程本身也含有大量的難以控制的其他因素，其整個流程變量眾多、時間較長，且外界干擾因素較多，屬于一種非線性的動態變化系統，只能根據廢水處理監測結果對其進行相對應的調整[2]。然而，由于歷史、社會等因素，我國部分燃煤電廠存在產能落后、設備老舊等問題，其廢水處理系統只能進行簡單的樣品采集與簡單調控，對人員特別是經驗豐富的技術人員的依賴性較強，無法進行自動化廢水處理[3]。與此同時，燃煤電廠各模塊之間信息共享能力較差，無法進行統一的指揮與調控，出現問題往往需要層層反饋，再層層落實，容易出現信息壁壘，導致各系統出現“信息孤島效應”[4]。此外，現有的運行系統是以結果為導向，只能根據廢水采樣結果進行針對性的調整，長此以往使得燃煤電廠的廢水處理具有滯后性，無法綜合上下游設備運行特征進行預測性分析，實現即時性處理，大量寶貴的歷史數據淪為廢紙，無法得到充分的利用[5]。

隨著大數據、云計算技術的不斷發展，智慧型廢水處理系統逐漸成為新的潮流，可以通過對大量的廢水、監測處理歷史數據進行大數據挖掘、處理，修正、迭代模型算法，完成廢水處理的全過程監測與健康狀態評估，乃至預測性分析，為燃煤電廠廢水處理系統提供技術指導，實現水處理過程的精準可靠。因此，建設智慧型燃煤電廠廢水處理系統任重而道遠。

1 智慧型燃煤電廠廢水處理系統架構

在燃煤電廠的廢水處理全流程中，每一個過程都需要對溫度、酸堿度、水量、雜質、設備運行狀況等進行監督檢查，并針對性地進行調控。因此，智慧型燃煤電廠廢水處理系統架構可從3 個層級進行架設，分別為數據感知層、數據處理層與數據應用決策層。

1.1 數據感知層（圖1）

圖1 數據感知層

數據感知層是整個系統平穩運行的基礎。大數據技術憑借大量真實可靠的數據資源，作為信息數據的一手提供者，其決定了整個系統是否能夠安全可靠運行。在整個廢水處理的全流程中都需要隨時掌握廢水水質信息與設備運行信息，因此無論是進出水量還是其pH 值、總磷、濁度和設備狀態等信息，都需要設置專門的傳感器，完成對整個廢水處理環節的監督。整個燃煤電廠隨時都在產生大量的信息，這些信息若采用傳統的信息存儲媒介，不利于信息的后續處置與存儲，因此可以考慮采用云計算技術，搭建云存儲平臺，完成原始數據的云端儲存，方便后續的數據處理與傳輸。

1.2 數據處理層（圖2）

圖2 數據處理層

采集大量的數據信息后需要進行預處理，清洗剔除其中的無效部分，并通過通信協議對數據格式進行變換，使其成為可傳輸、可處理的狀態，實現數據融合，最終完成信息的共用共享，打破信息壁壘。對于處理完畢的數據可以通過機器學習、深度學習、強化學習等手段，挖掘其中隱藏的規律特征，設置模型算法，實現動態決策、趨勢分析以及知識圖譜等功能，最終實現結果可視化，即直觀展示數據報表、水質預測、故障預警、加藥預測等信息。

1.3 數據應用決策層（圖3）

圖3 數據應用決策層

數據應用決策層是整個系統的頂層，數據感知層為其收集數據信息，數據處理層為其進行數據處理，而數據應用決策層則實現最終的決策。通過數據處理完成后的可視化外顯，將其反饋至決策層，水處理過程中的成本管控、采購管理、風險評估等因素，推送至水務公司決策層；設備管理、工藝運行、報表查詢等問題則推送至火電廠現場中控室，二者根據數據處理結果共同下達指令，以實現對火電廠廢水處理過程的控制。

2 燃煤電廠廢水處理診斷處置系統

數據感知層是整個燃煤電廠廢水處理系統的核心，其重中之重在于，在進行廢水處理的過程中，各項處理設備需要針對廢水水質與設備狀態進行即時性乃至預測性處置，因此，本文提出兩種診斷處置系統，可以根據實際情況進行針對性選擇，確保系統快速完成處置。

（1）基于數據庫的廢水處理診斷處置系統，流程如圖4 所示。

圖4 基于數據庫的廢水處理診斷處置系統

（2）基于大數據分析的廢水處理診斷處置系統，流程如圖5所示。

圖5 基于大數據分析的廢水處理診斷處置系統

兩種診斷處置系統本質上都是通過數據挖掘技術實現對實時監測數據所代表的狀態進行判斷。第一種是通過大量的歷史數據完成對現有數據的比對、判斷，對于新出現的情況可以實現數據庫的更新迭代，隨著時間的推移，數據庫將越來越完善，處理速度將越來越快。第二種是設置專家系統，對特定的“異常”數據進行專門分析，提供特定的解決方案。二者均可以實現對廢水水質與設備狀態進行即時性乃至預測性處置。

3 結論

針對燃煤電廠廢水處理過程暴露出來的變量眾多、時滯性長、外界干擾因素較多等問題，設計一種智慧型燃煤電廠廢水處理系統架構，從3 個層級進行架設，分別為數據感知層、數據處理層與數據應用決策層。并針對數據感知層提供基于數據庫的廢水處理診斷處置系統和基于大數據分析的廢水處理診斷處置系統，二者均可以實現對廢水水質與設備狀態進行即時性乃至預測性處置。