智慧除塵在電力行業(yè)的應(yīng)用

朱文明

（廣東大唐國際雷州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東湛江 524255）

1 研究背景及相關(guān)概念基礎(chǔ)

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(huán)境產(chǎn)生災(zāi)難性的影響，這個影響已經(jīng)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(nèi)的工業(yè)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(chǎn)生了工業(yè)所要運用的動力來源，但也向環(huán)境中排放了大量的燃燒所產(chǎn)生的粉塵。

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

面對日益嚴(yán)重的大氣污染，電力行業(yè)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(yīng)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(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實現(xiàn)碳中和，并在黨的十九屆五中全會上將其作為“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)。在環(huán)保安全和低碳轉(zhuǎn)型的雙政策驅(qū)動下，必須提高燃煤電廠環(huán)保設(shè)備運行的持續(xù)穩(wěn)定性，并充分挖掘設(shè)備節(jié)能降耗潛力。如圖1所示為2011—2020年中國電力能源結(jié)構(gòu)圖。

圖1 2011-2020年中國電力能源結(jié)構(gòu)圖

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

1.2 傳統(tǒng)除塵與智慧除塵的概念

1.2.1 傳統(tǒng)除塵方法

在應(yīng)對粉塵問題上，我國從很早開始便對電力行業(yè)中的煙塵排放量提出比較嚴(yán)苛的要求。為響應(yīng)國家煙塵低排放量規(guī)定，傳統(tǒng)的燃煤電力行業(yè)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(jìn)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(jīng)過的煙塵附帶上正向電荷，然后在后續(xù)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(dá)到一定數(shù)量時的粉塵時，再通過電磁振打?qū)﹃帢O電板進(jìn)行敲擊，將粉塵收集到灰斗中，通過灰泵傳輸至灰?guī)爝M(jìn)行回收處理。

1.2.2 智慧除塵概念

為應(yīng)對我國發(fā)電行業(yè)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(jié)合粉塵所產(chǎn)生的環(huán)境，對那些影響到人類生存環(huán)境的粉塵進(jìn)行科學(xué)性去除或收集的各種方式的集合，并且通過更先進(jìn)的智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制，被統(tǒng)稱為智慧除塵系統(tǒng)。同時，作為現(xiàn)代化的除塵系統(tǒng)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(nèi)的總體運作提供了效益。

2 電力行業(yè)中存在的粉塵問題及解決辦法

2.1 火力發(fā)電為主的粉塵性污染

在傳統(tǒng)的火力發(fā)電的模式下，燃煤電廠為了減少發(fā)電的成本，基本很少會運用到無塵煤和脫硫煤等這些高質(zhì)量的煤炭。而火力發(fā)電中所用的煤在燃燒發(fā)電時就會伴隨著大量的粉塵出現(xiàn)，這也就在環(huán)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?？諝庵写嬖诘拇箢w粒物PM10，是污染環(huán)境的主要元兇之一；其次是對人體危害更大的環(huán)境中肉眼不可見顆粒PM2.5，也是火力發(fā)電中所產(chǎn)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(huán)境方面的治理做出貢獻(xiàn)，就是本文介紹的主旨所在。

2.2 新技術(shù)方式下的粉塵解決

在火力發(fā)電廠通過火力發(fā)電來生產(chǎn)電能時所造成的粉塵污染，主要可以從兩方面來進(jìn)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(zhì)不盡相同，所帶來的污染物粉塵顆粒的大小，都是需要關(guān)注的問題，改善廠內(nèi)所使用的煤炭等化石燃料的質(zhì)量，可以從源頭上有效改善粉塵帶來的困擾，但將導(dǎo)致電廠的發(fā)電成本將大大增加。本文則主要針對在粉塵產(chǎn)生以后的處理方面給出相應(yīng)的對策分析。

在火力發(fā)電的煤炭燃燒上，所產(chǎn)生的粉塵便通過燃燒后的爐膛煙道進(jìn)入環(huán)保島設(shè)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(guān)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(tǒng)除塵器結(jié)合最新的AI 技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧除塵控制系統(tǒng)，不但對控制粉塵排放起到了極大的作用，而且極大地節(jié)約了人力和物力的投入。因此，對于整個火力發(fā)電的電力行業(yè)來說，合理引進(jìn)最新的智慧除塵控制技術(shù)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(tǒng)經(jīng)過長期的研究發(fā)展，以先進(jìn)的人工智能算法為代表的控制技術(shù)開始得到初步的建立。通過對智慧除塵控制系統(tǒng)的SWOT 介紹及對于其他除塵控制系統(tǒng)的對比分析，對其感知更加深刻。

3.1.1 智慧除塵控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

（1）節(jié)省了大量的人力資源成本。

運用PLC 和高壓控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)除塵工藝對于人力資源的要求較高，各個環(huán)節(jié)上的把控都離不開對系統(tǒng)操作運行較為熟悉的、有經(jīng)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(tǒng)通過系統(tǒng)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(yōu)化，在操作運行上不再提出對于人員經(jīng)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(shè)備的平穩(wěn)運行打下了堅實的基礎(chǔ)。

（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(tài)以及人力的總體狀態(tài)。而對于智慧除塵控制系統(tǒng)來說，將具有更多的管控流程的傳統(tǒng)式除塵工藝交由單一且穩(wěn)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(gòu)建，就已經(jīng)將人員所具備和不具備的經(jīng)驗都劃歸至智慧除塵管控工藝技術(shù)之中，使之總體的管控能力得到更大程度上的加深，實現(xiàn)更智能化地控制除塵設(shè)備。

（3）連續(xù)性操作能力強。

傳統(tǒng)的除塵工藝依托于人力的管控程度較大，而煤炭發(fā)電廠，基本上運作是全年無休的，即使存在有較多人員進(jìn)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(jìn)而會影響到整個工廠的健康持續(xù)性運行。針對于這方面，智慧除塵控制系統(tǒng)就擺脫了人力資源的缺陷，只要在基本模型構(gòu)建時覆蓋機組運行全工況，那么在后續(xù)的運行環(huán)節(jié)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(xiàn)工作人員所達(dá)不到的高強度連續(xù)性穩(wěn)定作業(yè)。

（4）不會受到大部分外界環(huán)境因素的影響。

智慧除塵控制系統(tǒng)的建立主要依靠于長期積累的專家知識庫和長周期設(shè)備運行歷史數(shù)據(jù)，通過機器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行模型構(gòu)建。這些對于除塵工作的整體環(huán)境要求程度可謂是相當(dāng)之低，排除了外在因素的干擾。在這種不受外界環(huán)境影響的絕對優(yōu)勢情況下，對除塵作業(yè)的總體效率的提升，從總體對比上來看也是相當(dāng)直觀的。

3.1.2 智慧除塵控制系統(tǒng)的劣勢

智慧除塵控制系統(tǒng)的運用，很大程度上做到了對于燃煤電廠除塵設(shè)備線上的全方位自動化運行。這也導(dǎo)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(jiān)督上有所松懈，導(dǎo)致對總體的認(rèn)知有所下降，當(dāng)在特殊工作環(huán)境中真正需要運用到這些經(jīng)驗性技巧的時候，往往會產(chǎn)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(yè)性技能培訓(xùn)的方式來加強特殊情況的應(yīng)對。

3.1.3 智慧除塵控制系統(tǒng)的機會

現(xiàn)行的大部分燃煤電廠的煙氣除塵管控方法及技術(shù)比較落后，且燃煤電廠在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)并不會被快速取代，仍具有較長的發(fā)展趨勢。就傳統(tǒng)的燃煤電廠除塵方式而言，由于管控技術(shù)與整個煙氣處理系統(tǒng)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(tǒng)一旦正式采用和推廣，系統(tǒng)帶來的節(jié)能降耗、穩(wěn)定排放、減少人力成本等經(jīng)濟(jì)效益與社會效益是非常可觀的。

3.1.4 智慧除塵控制系統(tǒng)的威脅

目前，我國正處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的關(guān)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(zhuǎn)型。當(dāng)前，國家不斷加強對于新型環(huán)保發(fā)電的投入，同時也在不斷加大對傳統(tǒng)燃煤發(fā)電的管控力度。在未來的持續(xù)發(fā)展中，隨著燃煤電廠數(shù)量不斷精簡，市場不斷減小，運用到粉塵管控系統(tǒng)的廠家也會越來越少，進(jìn)而影響依靠于此而發(fā)展起來的一系列的先進(jìn)控制系統(tǒng)。

3.2 智慧除塵控制系統(tǒng)的實施流程

為應(yīng)對燃煤電廠在粉塵處理上高度依賴于人工操作，進(jìn)而影響電廠的長期運行問題，通過系統(tǒng)改造，采取新型的智慧控制系統(tǒng)，可有效解決燃煤電廠在這方面的困擾。通過對數(shù)據(jù)的收集感知來進(jìn)行模型的構(gòu)建，從而進(jìn)行無人化的自動管控，人員真正參與的只是設(shè)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(jù)煤質(zhì)、工況變化智能調(diào)整設(shè)備參數(shù)，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(guān)數(shù)據(jù)信息

通過對整個煤炭燃燒和除塵設(shè)備運行過程中的各個環(huán)節(jié)的實時性監(jiān)督，不斷采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，再將所收集的信息進(jìn)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(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2.2 選定關(guān)鍵數(shù)據(jù)

在收集到有效數(shù)據(jù)的前提下，通過征求運行專家對數(shù)據(jù)的關(guān)鍵性程度做出判定，得出所給數(shù)據(jù)重要程度分配數(shù)據(jù)的程度占比，并進(jìn)行多次的數(shù)據(jù)實驗，總結(jié)分析所賦予數(shù)據(jù)的可靠性。

3.2.3 構(gòu)建算法模型

通過多次模型的試運行及對后期結(jié)果的監(jiān)督反饋，對模型進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。在多次反饋結(jié)果合乎預(yù)期的情況下，依據(jù)所給運行數(shù)據(jù)結(jié)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(tǒng)

在模型構(gòu)建完成之后，基本已經(jīng)擺脫了在發(fā)電廠內(nèi)除塵環(huán)節(jié)對于經(jīng)驗人員的需求程度，只需要對除塵過程中的各個環(huán)節(jié)的監(jiān)督管理及尾部的處理故障及時性給出管控人員數(shù)據(jù)信息便可。通過接入到除塵環(huán)節(jié)的各個系統(tǒng)，整個智慧除塵控制系統(tǒng)實時地將運行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)算法給出可供檢修維護(hù)的運行狀況報告和相應(yīng)的措施。

針對燃煤電廠的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高的現(xiàn)狀，在以上的數(shù)據(jù)模型構(gòu)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(jiān)測出口排放煙氣中的粉塵微粒直徑的大小及含量，持續(xù)有效地使遠(yuǎn)在別處的管理者和監(jiān)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(tǒng)便會自動發(fā)出警告，并通過除塵設(shè)備控制策略選擇性地及時調(diào)整設(shè)備參數(shù)或通過自動的尾氣再處理來進(jìn)行達(dá)標(biāo)后排放。遇到指標(biāo)超出設(shè)定的合理區(qū)間時，便可自動關(guān)閉生產(chǎn)的流程線路上影響到煙氣排放的非必要性流程，進(jìn)而再轉(zhuǎn)接至操作管理人員，極大地保障環(huán)境治理和節(jié)省人力資源。

4 結(jié)束語

我國電力行業(yè)依然是以煤炭發(fā)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(dāng)前技術(shù)條件，不能達(dá)到完全燃燒，其產(chǎn)生的粉塵對環(huán)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(shù)與先前各個除塵控制方式作出了合理的對比分析，經(jīng)過對火力發(fā)電廠的粉塵問題及運用智慧除塵控制技術(shù)的解決辦法，明確智慧除塵控制技術(shù)在火力發(fā)電廠的粉塵管理工藝上的特征所在。期望在未來的火力發(fā)電領(lǐng)域，智慧除塵控制技術(shù)能夠得到充分的運用和推廣。