智慧環(huán)保
——燃煤煙氣治理必由之路

文_林冰 福建龍凈環(huán)保股份有限公司

為應(yīng)對日益嚴(yán)重的大氣霧霾污染，電力行業(yè)自2014年以來全面推行超低排放，即燃煤電廠污染排放同時(shí)滿足：煙塵＜5mg/Nm3，二氧化硫 ＜35mg/Nm3，氮氧化物 ＜50mg/Nm3。當(dāng)前電廠煙氣凈化設(shè)備運(yùn)行主要依據(jù)運(yùn)營人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，除塵、脫硫、脫硝設(shè)備的運(yùn)行彼此獨(dú)立，無法統(tǒng)一調(diào)整匹配。當(dāng)燃用煤種、機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，各種設(shè)備所受影響程度不同且交互影響，不僅造成能源、物耗的浪費(fèi)，也加大了實(shí)現(xiàn)超低排放治理的難度。

目前，節(jié)能減排是電力行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。燃煤電廠環(huán)保設(shè)備在運(yùn)行過程中的能耗和物耗也應(yīng)同樣受到關(guān)注。因此，在保證顆粒物、二氧化硫、氮氧化物超低排放的前提下，根據(jù)系統(tǒng)工況的變化，相應(yīng)調(diào)整脫硝系統(tǒng)、干式電除塵系統(tǒng)、低低溫/LGGH系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、濕式電除塵系統(tǒng)、輸灰除渣系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等設(shè)備的工作策略，各子單元運(yùn)行相互匹配，形成煙氣凈化環(huán)保島對多種污染物的協(xié)同綜合治理，在滿足排放要求的同時(shí)降低能耗和物耗，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性和協(xié)同治理，是值得重視的工作。

福建龍凈環(huán)保股份有限公司（簡稱“龍凈環(huán)?！保┦侵袊h(huán)保產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，為全球最大的大氣環(huán)保裝備制造企業(yè)，四十余年來專業(yè)致力于大氣污染控制領(lǐng)域環(huán)保產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、運(yùn)營，先后引進(jìn)美國、德國、日本、澳大利亞等國家最先進(jìn)的除塵、脫硫、物料輸送等煙氣治理技術(shù)。經(jīng)過消化吸收再創(chuàng)新和自主研發(fā)，形成除塵、脫硫、脫硝、物料輸送、電控裝置等五大系列產(chǎn)品。公司成功開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多項(xiàng)煙氣凈化新技術(shù)，在眾多燃煤電廠成功投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)燃煤電站污染“超低排放”。

基于對煙氣在環(huán)保島各單元協(xié)同脫除的深刻認(rèn)識及工程運(yùn)維的豐富經(jīng)驗(yàn)和專家團(tuán)隊(duì)，龍凈環(huán)保在國內(nèi)率先提出并承接首個(gè)“煙氣環(huán)保島”項(xiàng)目，將煙氣凈化設(shè)備作為一個(gè)整體系統(tǒng)來看待，依托物聯(lián)網(wǎng)把之前彼此孤立的煙氣凈化設(shè)備聯(lián)系在一起，通過高速云計(jì)算和智能數(shù)據(jù)模型對收集的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，通過分析系統(tǒng)煙氣量、煙氣系統(tǒng)含水量、煙氣溫度等因子進(jìn)而關(guān)聯(lián)環(huán)保島設(shè)備運(yùn)行之間的規(guī)律，定制協(xié)同控制策略，實(shí)現(xiàn)環(huán)保島系統(tǒng)的集中控制和最優(yōu)化運(yùn)行。

1 智慧環(huán)保島構(gòu)成

為了實(shí)現(xiàn)以信息化推動現(xiàn)代化，以數(shù)字為驅(qū)動的先進(jìn)管理模式，龍凈環(huán)保在現(xiàn)有煙氣治理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上推出了智慧環(huán)保島，增加了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸云存儲、在線監(jiān)測、最優(yōu)運(yùn)行模型、預(yù)警預(yù)測和智能反控。

智慧環(huán)保島大數(shù)據(jù)不僅源于企業(yè)內(nèi)部信息系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，還包括分布于全國各地的環(huán)保島設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以及影響設(shè)備作業(yè)的氣象數(shù)據(jù)、影響企業(yè)生產(chǎn)成本的環(huán)境政策法規(guī)數(shù)據(jù)等。鑒于數(shù)據(jù)量巨大、來源分散、格式多樣、且內(nèi)在關(guān)聯(lián)性復(fù)雜等特點(diǎn)，智慧環(huán)保島平臺大致分為四個(gè)層次：

1.1 數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

通過SIS（電廠廠級信息系統(tǒng)）、IPC（智能除塵控制系統(tǒng)）、額外添加傳感器以及移動互聯(lián)網(wǎng)等方式獲得各種類型的海量數(shù)據(jù)，并完成對已接收數(shù)據(jù)的辨析、抽取、清洗等操作。 建立涵蓋整個(gè)煙氣環(huán)保島設(shè)備及關(guān)聯(lián)設(shè)備的綜合數(shù)據(jù)體系。

1.2 數(shù)據(jù)存儲與管理

用存儲器把采集到的數(shù)據(jù)存儲起來，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理和調(diào)用，主要解決大數(shù)據(jù)可存儲可處理及有效傳輸?shù)汝P(guān)鍵問題。數(shù)據(jù)的存儲和傳輸具有時(shí)效性，需要實(shí)時(shí)或者近實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)作為查詢。

1.3 數(shù)據(jù)分析與挖掘

大數(shù)據(jù)的最核心技術(shù)，采用多指標(biāo)綜合分析、故障診斷分析、規(guī)則和關(guān)聯(lián)分析等數(shù)據(jù)挖掘分析手段研究多維度設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，分析設(shè)備運(yùn)行規(guī)律和參數(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，與專家知識庫中的煙氣凈化設(shè)備機(jī)理模型進(jìn)行比對修正，建立煙氣環(huán)保島設(shè)備最優(yōu)運(yùn)行優(yōu)化模型、設(shè)備異常識別及故障診斷的知識庫評估模型，進(jìn)行煙氣環(huán)保島節(jié)能研究和設(shè)備劣化趨勢預(yù)測，形成運(yùn)維調(diào)度決策指揮和整個(gè)環(huán)保島設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的大腦中樞。

1.4 數(shù)據(jù)展現(xiàn)與應(yīng)用

將隱藏于海量數(shù)據(jù)中的信息挖掘出來，建立基于在線數(shù)據(jù)的統(tǒng)一圖形化數(shù)據(jù)展示平臺，通過環(huán)保島優(yōu)化策略，對各環(huán)保島控制系統(tǒng)進(jìn)行自動化控制，形成環(huán)保島設(shè)備間協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)信息的分析、共享與仿真，從而提高各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)行效率。

2 智能環(huán)保島應(yīng)用展望

智慧環(huán)保島的應(yīng)用之一即實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。監(jiān)管部門通過全流程布置工控?cái)?shù)采儀，再運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，對環(huán)境污染企業(yè)實(shí)現(xiàn)全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測，因此，智慧環(huán)保島的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測已無技術(shù)難度。而要實(shí)現(xiàn)智慧環(huán)保島最重要的是數(shù)據(jù)，真實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。近年來全球物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為了工業(yè)大數(shù)據(jù)新的、增長較快的來源。通過設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)時(shí)自動采集生產(chǎn)設(shè)備與交付設(shè)備的狀態(tài)及工況數(shù)據(jù)。一方面，生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)能為智能工廠生產(chǎn)調(diào)度、質(zhì)量控制和績效管理提供數(shù)據(jù)依據(jù)；另一方面，在裝備的使用過程中通過傳感器采集的規(guī)?；瘯r(shí)間序列數(shù)據(jù)，包括設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)、工況負(fù)載與作業(yè)環(huán)境等信息，這些數(shù)據(jù)不僅可以幫企業(yè)提高設(shè)備的運(yùn)行效率，還可以拓展新的制造服務(wù)。

在智慧環(huán)保島大數(shù)據(jù)中，如何從數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)價(jià)值、挖掘價(jià)值將是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的核心關(guān)鍵。只有不停地使用數(shù)據(jù)，挖掘數(shù)據(jù)背后的關(guān)系和價(jià)值，才能如滾雪球般，使得數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系更豐富更完善。在當(dāng)今以數(shù)據(jù)為戰(zhàn)略資產(chǎn)的時(shí)代，掌握了數(shù)據(jù)就意味著擁有了核心競爭力。為了確保智慧環(huán)保島大數(shù)據(jù)的高附加值應(yīng)用，龍凈環(huán)保主要以“節(jié)能降耗”、“設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性”、“設(shè)備預(yù)警預(yù)測”、“最優(yōu)運(yùn)行”為場景主線，展開深入研究，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值。

在智慧環(huán)保島智能學(xué)習(xí)階段，系統(tǒng)性調(diào)整各凈化設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，并實(shí)時(shí)采集相應(yīng)排放指標(biāo)和能耗物耗指標(biāo)，提出優(yōu)化運(yùn)行策略，根據(jù)專家評判對優(yōu)化方案進(jìn)行篩選。以此為依據(jù)，在未來相似場景中即可采用相同策略，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行漸進(jìn)優(yōu)化策略調(diào)整。由此周而復(fù)始，利用數(shù)據(jù)不斷輸入，不斷優(yōu)化學(xué)習(xí)，不斷提升智慧環(huán)保島的整體性能。在模型學(xué)習(xí)階段中主要是通過人工調(diào)節(jié)并驗(yàn)證的，當(dāng)模型足夠成熟時(shí)，可以采用自動控制的方式。面向環(huán)保島全島，在控制層形成協(xié)同控制體系，包括：控制、通訊、采集硬件；控制軟件、通訊軟件。形成置于脫硝、電除塵、脫硫、濕式電除塵設(shè)備群頂層的，自動化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的核心功能是協(xié)調(diào)控制環(huán)保島子系統(tǒng)，確保各個(gè)子系統(tǒng)間的功能協(xié)調(diào)，共同完成鍋爐煙氣處理流程安全、優(yōu)化運(yùn)行。建立廠級統(tǒng)一的，面向環(huán)保島全系統(tǒng)的信息化集成系統(tǒng)。將環(huán)保島的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的處理，保證數(shù)據(jù)唯一性和可用性，并作為其他廠內(nèi)應(yīng)用系統(tǒng)及未來新建應(yīng)用系統(tǒng)獲得生產(chǎn)數(shù)據(jù)及指標(biāo)的統(tǒng)一入口。打破主機(jī)系統(tǒng)管理和環(huán)保系統(tǒng)管理之間的界限，建立環(huán)保島體系，實(shí)現(xiàn)煙氣全流程、全狀態(tài)、全工況管理。輔助生產(chǎn)人員統(tǒng)一管理，指導(dǎo)技術(shù)人員運(yùn)行優(yōu)化。

智慧環(huán)保島優(yōu)化運(yùn)行總結(jié)為五個(gè)全面：全面采集，對環(huán)保島設(shè)備及關(guān)聯(lián)設(shè)備的全面采集；全面處理，對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)等全面處理；全面告警，對環(huán)保島各設(shè)備及排放指標(biāo)全面監(jiān)視和告警；全面應(yīng)用，建立高級應(yīng)用模塊，深入挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值；全面優(yōu)化，利用數(shù)據(jù)將整個(gè)環(huán)保島運(yùn)行狀態(tài)全面記錄并優(yōu)化，建立最優(yōu)運(yùn)行模型，結(jié)合企業(yè)內(nèi)部信息系統(tǒng)高價(jià)值核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，建立“用數(shù)據(jù)說話”的基礎(chǔ)，提高管理水平。

3 結(jié)束語

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)等技術(shù)日趨成熟，它們與煙氣治理環(huán)保島的結(jié)合有助于提升電力環(huán)保整體運(yùn)維和管理水平，通過人工智能系統(tǒng)指導(dǎo)環(huán)保島優(yōu)化運(yùn)行，在滿足污染物超低排放的同時(shí)實(shí)現(xiàn)能耗、物耗最低，是智慧電廠的重要組成部分，體現(xiàn)綠色環(huán)保理念。新一代信息技術(shù)和傳統(tǒng)環(huán)保行業(yè)的融合，將顛覆傳統(tǒng)企業(yè)的生產(chǎn)、銷售和服務(wù)模式，為企業(yè)引入“互聯(lián)網(wǎng)+”基因，建立“煙氣環(huán)保島節(jié)能提效”平臺將更好地發(fā)揮龍凈環(huán)保的優(yōu)勢，進(jìn)而在海量設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集與存儲、數(shù)據(jù)云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘分析、數(shù)據(jù)可視化展示、設(shè)備遠(yuǎn)程智能運(yùn)維和信息安全等領(lǐng)域形成一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)核心技術(shù)，開創(chuàng)全國煙氣治理業(yè)務(wù)新模式。