火電廠智慧水務(wù)關(guān)鍵技術(shù)探究

馮長(zhǎng)寧

（國(guó)能清遠(yuǎn)發(fā)電有限責(zé)任公司， 廣東 清遠(yuǎn) 513052）

0 引言

《火力發(fā)火電廠水務(wù)管理導(dǎo)則》中明確指出，要建立全廠主要水系統(tǒng)的水量平衡、 水質(zhì)監(jiān)測(cè)體系， 提高企業(yè)的用水效率，減少排放水量[1]。火電廠發(fā)展進(jìn)程中，構(gòu)建智慧水務(wù)是必然趨勢(shì)，其涉及內(nèi)容較廣，時(shí)空跨度大，將先進(jìn)的科技技術(shù)應(yīng)用其中，對(duì)水質(zhì)全面感知、智能分析，不僅能保障水質(zhì)安全， 減少能源消耗， 還能提高水的利用率，滿足企業(yè)發(fā)展需求。

1 智慧水務(wù)關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 智能感知技術(shù)

1.1.1 水務(wù)部件信息感知技術(shù)

在火電廠內(nèi)部，各個(gè)水務(wù)系統(tǒng)設(shè)備的安裝比較分散，在管理上有一定的難度，若其中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障問(wèn)題，則需要耗費(fèi)工作人員大量的時(shí)間精力去查找。為此，將無(wú)線射頻識(shí)別RFID 技術(shù)應(yīng)用于其中， 能夠?qū)Ω鱾€(gè)設(shè)備系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)全方位的管理， 并在計(jì)算機(jī)中建立專門的檔案庫(kù)，存儲(chǔ)各個(gè)時(shí)間段的數(shù)據(jù)。 RFID 標(biāo)簽具有防水、防磁、耐高溫的特點(diǎn)， 且通常不容易受到外界的干擾影響。 同時(shí)，RFID 讀寫器具有穿透性強(qiáng)、讀取速度快、操作免接觸的特點(diǎn)，其能夠同一時(shí)間處理多個(gè)電子標(biāo)簽，不僅效率較高，且實(shí)施也比較準(zhǔn)確。此外，還可以將RFID 標(biāo)簽和地圖上的位置對(duì)應(yīng)起來(lái)， 對(duì)于各個(gè)供水設(shè)施系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，便于動(dòng)態(tài)化的監(jiān)測(cè)以及做好日常的維護(hù)工作，提高故障解決效率，提高水務(wù)工作運(yùn)轉(zhuǎn)水平[2]。

1.1.2 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集技術(shù)

火電廠智慧水務(wù)管理工作需要實(shí)時(shí)采集各個(gè)關(guān)鍵流量點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，并把握水質(zhì)、流量等實(shí)際情況。 將智能控制器應(yīng)用其中，發(fā)揮其邏輯運(yùn)算功能，并通過(guò)5G 無(wú)線通信功能等和數(shù)據(jù)中心互相傳輸數(shù)據(jù)。 如果在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，出現(xiàn)異常情況，則運(yùn)行數(shù)據(jù)也會(huì)存儲(chǔ)在智能控制器的存儲(chǔ)卡上， 等待相關(guān)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常之后， 繼續(xù)上傳。 如果數(shù)據(jù)達(dá)到了預(yù)設(shè)值，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)之后，智能控制器也會(huì)依據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，自動(dòng)化的做出相關(guān)反應(yīng)，對(duì)操作指令進(jìn)行處理。

1.2 云計(jì)算技術(shù)

將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于智慧水務(wù)構(gòu)建過(guò)程中， 對(duì)各項(xiàng)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合實(shí)際情況合理分配，有效的提高了IT 服務(wù)水平，增強(qiáng)了水務(wù)工作的合理性，并為工作人員提供一個(gè)可以統(tǒng)一管理的云環(huán)境。 同時(shí)，在云計(jì)算服務(wù)的過(guò)程中，其核心就是數(shù)據(jù)中心，將各類數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆拼鎯?chǔ)中，便于追溯歷史數(shù)據(jù)。再加上智慧水務(wù)平臺(tái)的涉及業(yè)務(wù)范圍較廣，且需要集成的數(shù)據(jù)內(nèi)容也比較多，為此通過(guò)可靠的數(shù)據(jù)中心建設(shè)， 則能夠促進(jìn)各項(xiàng)水務(wù)系統(tǒng)的智能化， 實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的集中自動(dòng)處理， 提高了工作效率，也暢通了數(shù)據(jù)傳輸路徑。 云存儲(chǔ)成本較低，且擴(kuò)容性較強(qiáng)，存儲(chǔ)量大，便于工作人員實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，將其和火電廠的各項(xiàng)業(yè)務(wù)工作聯(lián)系起來(lái)，并選擇對(duì)應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式。在實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的時(shí)候，應(yīng)用FC SAN 存儲(chǔ)，不僅讀取速度很快，數(shù)據(jù)完整真實(shí)，且效率很高，在短時(shí)間內(nèi)完成工作任務(wù)[3]。 對(duì)火電廠水務(wù)工作建立專門的檔案庫(kù)，并將視頻監(jiān)控、文件等應(yīng)用電子版的形式存儲(chǔ)于其中，能減少物理空間的使用，降低成本支出。云GIS 還可以便于工作人員隨時(shí)隨地瀏覽相關(guān)信息，操作便捷，使得各類數(shù)據(jù)無(wú)縫嵌入到現(xiàn)有的水務(wù)系統(tǒng)中[4]。

1.3 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

在火電廠的運(yùn)行過(guò)程中， 其每時(shí)每刻都會(huì)產(chǎn)生大量的關(guān)于水流量等相關(guān)數(shù)據(jù)。將信息技術(shù)應(yīng)用其中，能夠?qū)Ω鱾€(gè)階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，還能梳理歷史數(shù)據(jù)，追蹤溯源，對(duì)各個(gè)超限額數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)會(huì)診，明確其可能存在的原因，以及提出對(duì)應(yīng)的解決措施，為工作人員的行為提供參考借鑒。 同時(shí)，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的知識(shí)庫(kù)，可以在該知識(shí)庫(kù)中對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，從而提取出其中的關(guān)鍵信息，感知其時(shí)空相關(guān)性分析， 為火電廠的持續(xù)化運(yùn)營(yíng)提供有力支撐。在智慧水務(wù)工作中，可以綜合運(yùn)用Hadoop 技術(shù)，對(duì)各類分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，不僅效率高，結(jié)果還比較準(zhǔn)確。在數(shù)據(jù)結(jié)果中，工作人員可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)其中存在的異常，如流量突變等，進(jìn)而及時(shí)查找問(wèn)題、解決原因，保障水系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。通過(guò)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的水量、水位、濁度等數(shù)據(jù)分析，提前設(shè)置好預(yù)警數(shù)據(jù)，一旦發(fā)生異常情況則第一時(shí)間預(yù)警， 便于采取合理措施保障系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性。此外，信息技術(shù)還可以對(duì)設(shè)備的能耗、運(yùn)行時(shí)間、故障次數(shù)等進(jìn)行記錄和分析，對(duì)于個(gè)別使用效能受限、陳舊老化的設(shè)備系統(tǒng)，工作人員結(jié)合數(shù)據(jù)可以決定其是否被淘汰，進(jìn)而推動(dòng)火電廠持續(xù)化發(fā)展。

1.4 SOA 技術(shù)

火電廠搭建專門的智慧水務(wù)平臺(tái)， 在該平臺(tái)上以應(yīng)用為中心，將SOA 技術(shù)應(yīng)用其中，發(fā)揮其功能。 通過(guò)服務(wù)接口， 將其和各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行連接， 面對(duì)不同的水務(wù)特點(diǎn)，動(dòng)態(tài)化的傳輸對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，如此工作人員便能在該平臺(tái)上進(jìn)行相關(guān)操作，以此滿足現(xiàn)實(shí)工作應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)信息的高度集成。SOA 技術(shù)的應(yīng)用核心是進(jìn)行服務(wù)，其在各個(gè)系統(tǒng)中具有可相互操作性。同時(shí)，在該技術(shù)下對(duì)相關(guān)功能進(jìn)行開發(fā)， 工作人員可以進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)信息蘊(yùn)含的價(jià)值，并將各個(gè)服務(wù)模塊中的數(shù)據(jù)復(fù)雜性凸顯出來(lái)，將服務(wù)從其中獨(dú)立出來(lái)， 通過(guò)服務(wù)完成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 采用基于Web Service 的面向服務(wù)集成框架，實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)的完美銜接，便于工作人員操作。

2 火電廠智慧水務(wù)技術(shù)搭建及應(yīng)用

2.1 動(dòng)態(tài)水平衡智能測(cè)算分析

2.1.1 水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

依據(jù)火電廠發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)其水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造完善，從頂層優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理規(guī)劃布局，將火電廠水系統(tǒng)可以劃分為生產(chǎn)用水、生活用水兩部分，依據(jù)不同的用水目標(biāo)和工藝流程，進(jìn)一步將水系統(tǒng)劃分為六大子系統(tǒng)，包含了生活用水系統(tǒng)、脫硫用水系統(tǒng)、一期循環(huán)水系統(tǒng)、化學(xué)除鹽水系統(tǒng)、二期輔機(jī)循環(huán)系統(tǒng)等等。 火電廠從水源地取得水資源之后，水資源會(huì)通過(guò)雙管道流入到平流池，而后對(duì)其進(jìn)行凈化處理，使得其達(dá)到工業(yè)用水的標(biāo)準(zhǔn)，能夠在火電廠內(nèi)充分使用。 各個(gè)子系統(tǒng)之間互相供水、排水，將最終的廢水流入到終端進(jìn)行再次處理，合理的排放到江湖海河中[5]。

2.1.2 監(jiān)測(cè)設(shè)備優(yōu)化布局

在一期循環(huán)水系統(tǒng)、化水系統(tǒng)、鍋爐排污系統(tǒng)等流量取樣節(jié)點(diǎn)安裝流量計(jì)， 結(jié)合計(jì)算機(jī)設(shè)備等對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，建立無(wú)線數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)火電廠全部水系統(tǒng)的全覆蓋。通過(guò)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，有助于完成對(duì)水平衡等結(jié)果的自動(dòng)測(cè)算，便于各項(xiàng)工作的順利開展。

2.1.3 水平衡測(cè)試與校驗(yàn)

針對(duì)火電廠各個(gè)水單元和用水系統(tǒng)的水量， 統(tǒng)計(jì)并分析水量平衡關(guān)系。

式中：Vcy、Vcy'—循環(huán)水量；Vf—新水量；Vs、Vs'—串聯(lián)水量；Vt—用水量；Vco—耗水量；Vd—排水量；Vl—漏失水量。

2.1.4 用水水平評(píng)價(jià)

參照已有的規(guī)章條例，如《節(jié)水型企業(yè)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》《取水定額 第1 部分：火力發(fā)電》等，結(jié)合火電廠實(shí)際運(yùn)行情況，以及戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，綜合考慮并計(jì)算火電廠各種用水評(píng)價(jià)指標(biāo)， 適當(dāng)?shù)耐卣乖u(píng)價(jià)維度， 設(shè)計(jì)層次化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，旨在提高評(píng)價(jià)的科學(xué)性。評(píng)價(jià)的內(nèi)容包含了發(fā)電耗水率、漏失率、冷卻水循環(huán)率、達(dá)標(biāo)排放率等等。

2.2 主要設(shè)備故障診斷與智能管理方案

將所有的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)化的傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)中， 結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 應(yīng)用信息技術(shù)從中挖掘其變化規(guī)律，采用定性和定量相結(jié)合的方法，并利用其他診斷、試驗(yàn)系統(tǒng)的特征證據(jù)，結(jié)合已有的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)故障進(jìn)行診斷。診斷的信息不僅包含了維修人員的一般資料，還包含了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，且按照一定的規(guī)律排列，便于后期對(duì)火電廠水務(wù)工作的綜合狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。 結(jié)合數(shù)據(jù)分析之后，明確故障的發(fā)生特點(diǎn)和位置，采用對(duì)應(yīng)有效的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析，判斷是否存在誤差。 觀察各項(xiàng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，并在故障全面發(fā)生之前進(jìn)行報(bào)警。 報(bào)警信息傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的平臺(tái)中，輔助工作人員對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)處理。

工作人員綜合考慮相關(guān)影響因素， 結(jié)合歷史正常數(shù)據(jù)，以及各項(xiàng)故障產(chǎn)生時(shí)的數(shù)據(jù)變化規(guī)律等，將智能學(xué)習(xí)算法等應(yīng)用其中， 從而找到故障特征數(shù)據(jù)和結(jié)果之間的具體關(guān)系。 而后，工作人員構(gòu)建專門的模型，將各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入其中，深入分析其存在的故障，得到對(duì)應(yīng)的結(jié)果。 如果診斷結(jié)果和設(shè)備故障結(jié)果之間的誤差率沒有超出10%，則說(shuō)明該模型的信效度較高，可以投入使用。

2.3 運(yùn)行成本測(cè)算方案

對(duì)火電廠水務(wù)工作中的所有設(shè)備機(jī)械等安裝對(duì)應(yīng)的智能電表，增加投藥計(jì)量裝置，能夠?qū)⒉煌瑫r(shí)間段的用電量、 用水量、 用藥量等數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)的傳遞在電子屏幕上。工作人員參照這些數(shù)據(jù)，則能對(duì)需要處理單元的生產(chǎn)成本進(jìn)行核算，提高了核算效率，了解系統(tǒng)運(yùn)行成本的綜合指標(biāo)。建立運(yùn)行成本智能測(cè)算模型，綜合運(yùn)用各類信息技術(shù)， 對(duì)各個(gè)用水設(shè)備不同時(shí)間段的關(guān)鍵參數(shù)第一時(shí)間采集并傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法， 對(duì)采集到的信息資料代入關(guān)系模型中， 得到準(zhǔn)確的測(cè)算數(shù)據(jù)。 測(cè)算得到了系統(tǒng)運(yùn)行成本之后，進(jìn)一步對(duì)火電廠水系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行考核，分析用藥量可能造成的不同影響， 進(jìn)而針對(duì)性的對(duì)藥劑進(jìn)行優(yōu)化配置，明確下一步的操作方案。

3 火電廠智慧廢水零排放項(xiàng)目的案例

3.1 案例背景

某大型火電廠裝機(jī)容量為2600MW，一、二期分別為4×330MW 濕冷機(jī)組，三期為2×640MW 濕冷機(jī)組。 發(fā)電用水的主要水源是水庫(kù)水、城市中水和深井水。 循環(huán)水系統(tǒng)采用串聯(lián)運(yùn)行方式，#1、#2 機(jī)組采用水庫(kù)水作為補(bǔ)充水，排污水經(jīng)弱酸樹脂處理后作為#3、#4 機(jī)組的補(bǔ)充水，#5 機(jī)組采用水庫(kù)水作為補(bǔ)充水，排污水經(jīng)弱酸樹脂處理后與污水處理廠中水一起作為#6 機(jī)組的補(bǔ)充水。 各期循環(huán)水排污水和水庫(kù)水用作脫硫用水，化學(xué)制水系統(tǒng)水源為#3、#4 機(jī)組處理后水。 生活水水源為深井水，生產(chǎn)水水源為城市水。

3.2 改造工藝

綜合利用原有的設(shè)備，并購(gòu)入新的設(shè)備，目的是為了提高廢水的回收率。 同時(shí)，在設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)下，大部分廢水都可以實(shí)現(xiàn)回收利用。對(duì)于無(wú)法二次利用的廢水，對(duì)其進(jìn)行脫鹽處理，作為循環(huán)水補(bǔ)水，末端高鹽廢水通過(guò)旁路煙道蒸發(fā)結(jié)晶和機(jī)械強(qiáng)制蒸發(fā)結(jié)晶， 最終基本上實(shí)現(xiàn)火電廠廢水“零排放”。

3.3 改造效果

（1）水資源調(diào)配更合理。 改造之后，火電廠不同水資源的利用更加細(xì)化，通過(guò)各系統(tǒng)安裝的流量、壓勵(lì)、水位及水質(zhì)分析測(cè)點(diǎn)，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)情況進(jìn)行匯總，預(yù)測(cè)和計(jì)算之后則能提示各系統(tǒng)的切換和啟停運(yùn)行狀態(tài)， 有助于簡(jiǎn)化設(shè)備運(yùn)行流程，合理分配水資源，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（2） 控制各系統(tǒng)廢水排放。 通過(guò)監(jiān)測(cè)各個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)水、排水情況，計(jì)算對(duì)應(yīng)的出水效率，有助于工作人員參考并計(jì)算，便于合理的控制各系統(tǒng)的排水情況。如系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)循環(huán)水弱酸處理的進(jìn)水量， 計(jì)算弱酸處理效和各廢水的比例，還可以監(jiān)督設(shè)備是否出現(xiàn)故障等，盡可能的盡量壓低廢水排放量。通過(guò)智慧水務(wù)系統(tǒng)的分析，對(duì)出現(xiàn)故障的設(shè)備進(jìn)行報(bào)警，有效減少?gòu)U水排水量。

（3）精確調(diào)整循環(huán)水。 對(duì)于火電廠的運(yùn)行而言，循環(huán)水是用水大戶。原本情況下，循環(huán)水水質(zhì)控制是在排補(bǔ)水情況下進(jìn)行。通過(guò)智慧水務(wù)的改造，可以將多種低鹽廢水經(jīng)處理后補(bǔ)充到循環(huán)水中，不僅濃縮了倍率，還能保障水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 由于火電廠機(jī)組循環(huán)水質(zhì)受多方面因素的影響，再加上濃縮倍率是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，因此為了能夠達(dá)到零排放廢水的目的， 還需要對(duì)循環(huán)水濃縮倍率進(jìn)行精確分析。 計(jì)算方式如下：

其中，K—監(jiān)測(cè)時(shí)的濃縮倍率；CCl—監(jiān)測(cè)時(shí)循環(huán)水的Cl濃度；Cl1 均—倒數(shù)第一天補(bǔ)充水的日平均Cl 離子濃度，以此類推；n—經(jīng)過(guò)n 天的補(bǔ)水量等于機(jī)組循環(huán)水的保有量；Cld 均—日平均Cl 離子濃度；Q 中—循環(huán)水日中水補(bǔ)水量；Cl 中—中水出水Cl 離子濃度，以此類推。

按照上述公式進(jìn)行計(jì)算，能夠得到濃縮倍率，反映出循環(huán)水濃縮的真實(shí)情況，為水資源利用提供依據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

新時(shí)期下， 智慧水務(wù)系統(tǒng)的構(gòu)建是提高火電廠水務(wù)管理工作水平的必然措施。 火電廠管理人員應(yīng)正確認(rèn)識(shí)到智慧水務(wù)的構(gòu)建價(jià)值，并從多個(gè)層面著手，積極把握關(guān)鍵技術(shù)，購(gòu)置先進(jìn)的設(shè)備，做好系列故障維護(hù)方案，進(jìn)而推動(dòng)水務(wù)管理工作高效運(yùn)行。