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生態環保產業作為支撐生態文明建設和高質量發展的關鍵力量，正面臨著轉型升級的迫切需求。環保新質生產力，正成為推動產業向前發展的核心力量。本欄目將聚焦生態環保產業的新技術、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創新成果，及時發布環境技術進步獎項，全面介紹行業內的實用技術裝備和示范工程，引導行業持續創新，加快數字、智慧、科技的融合賦能，為經濟社會全面綠色轉型貢獻力量。
生態環境保護實用技術
2023-J-23
申報單位
福建龍凈環保股份有限公司
推薦單位
福建省環境環保產業協會
一、技術簡介
適用范圍
本實用技術應用于包含脫硝、除塵、脫硫設備在內的大氣污染治理設備控制系統，適用于污染物人工控制效果不佳、能耗物耗較高的燃煤電廠，可覆蓋大中小容量機組。
技術原理
智慧環保島優化運行技術包括智慧脫硝、智慧除塵、智慧脫硫技術。
智慧脫硝通過采集脫硝設備運行數據，找尋鍋爐負荷、煤質氮分、啟停磨狀態、噴氨格珊壓力、入口NOx等因素對脫硝效率的影響程度，挖掘各類工況下噴氨流量與出口NOx濃度、氨逃逸率的復雜關聯性并進行深度學習，建立可持續演化模型，輸出最優化控制策略，策略包括：噴氨時機、噴氨流量、脫硝A/B側噴氨閥門開度等。
智慧除塵通過采集除塵設備運行數據，找尋鍋爐負荷、煤質灰分、入口粉塵等因素對電除塵效率的影響程度，挖掘各類工況下高壓、加熱、振打設備參數與出口粉塵濃度的復雜關聯性并進行深度學習，建立可持續演化模型，輸出最優化控制策略，策略包括：電除塵器各電場的電流極限、電壓極限、供電方式、脈沖間隔、脈沖周期、振打方式、保溫箱加熱設定、灰斗加熱設定等。
智慧脫硫通過采集脫硫設備運行數據，找尋鍋爐負荷、煤質硫分、漿液品質、入口SO2等因素對脫硫效率的影響程度，挖掘各類工況下供漿流量、循環泵組合與出口SO2濃度的復雜關聯性并進行深度學習，結合物料平衡機理公式，建立可持續演化模型，輸出最優化控制策略，策略包括：供漿時機、供漿流量、供漿閥門開度、切泵時機、循環泵組合、泵漿協同策略等。
工藝路線
1.數據采集接口開發
研發人員針對人工智能模型分析所需要的工況數據和設備主要關鍵參數，制定采集方案，編寫相應的采集程序，通過OPC、MODBUS等硬件傳輸協議，從IPC系統、DCS系統、SIS系統按照每5秒采集一次的采集頻率，進行工況數據和關鍵參數的收集。
2.數據傳輸與存儲
采集的數據通過通訊傳輸至智能服務器進行數據存儲，數據傳輸使用統一編碼、加密。采用Redis數據庫存儲實時數據、實時數據庫存儲海量數據、MySQL數據庫存儲業務數據。
3.環保島尋優運行模型搭建
結合環保島設備運行相關原理，篩分出影響出口排放量和供料的重要指標，并進行離散化等處理，按離散化后的指標對工況做分類，對每個分類建立獨立的分析、優化模型。
4.三維監控系統搭建
搭建前端可視化三維監控系統，使用圖表化展示實時關鍵參數曲線，實時工況數據情況，展示最優化的參數調整策略、設備預警預測信息，結合三維建模技術對設備進行建模，對環保島設備進行實時監控和指導建議。
5.模型驗證調試、上線
在工程師站部署智能服務器，通過RS485協議或MODBUS協議與環保島設備所在輔網DCS的IO通訊卡件實現數據通訊，優化控制模型訓練完成后，將模型和智慧控制系統部署在人工智能服務器上，經不斷訓練調試，實現對環保島設備的智慧控制。
應用效果
1.安全排放
本技術基于對工況特性的精準把控，始終把超低排放標準作為閥值，控制出口排放不超標的同時，并使排放口NOx、SO2濃度更貼近預設目標值，波動標準方差比原始PID或人為控制標準方差降低10%——30%，排放穩定性明顯提高。
2.減少物耗、能耗
統計實施案例應用成效得出，平均每臺機組智慧環保島系統每年可實現節能降耗超過20%，包括脫硝節省噴氨量6%以上，降低平均氨逃逸10%以上，電除塵節電率不低于15%，脫硫供漿石灰石降耗不低于4%，循環泵節電率不低于2%，創造經濟價值150萬以上，降低二氧化碳釋放量不少于3000噸。
3.降低設備運維工作量
本技術投運后設備的日常操作、調整等大部分工作均由系統自動跟蹤控制，結合三維可視化運維頁面，有效提高設備運維水平，降低人員工作時長。智慧環保島優化系統投運率可達到95%以上，得到電廠高度認可。
4.提升設備運行穩定性
本技術通過設備健康評估與異常診斷，將現有的被動防御升級為主動預防模式，在監測期間識別設備的早期故障，提前做出處理，并通過機器優化運行來防止設備在超負荷狀態下工作，提高設備整體運行穩定性。
研發背景
1.目前國內除塵設備運行主要依據運營人員的經驗進行控制，電除塵器高壓整流設備、電加熱系統、振打系統運行狀態很難達到最佳匹配狀態，特別當燃用煤種、機組負荷發生變化時，各種設備所受影響程度不同且交互影響，無法達到達標排放同時能耗最佳化匹配運行狀態，造成能源浪費。
2.目前國內絕大部分脫硫控制系統采用PID控制，通過pH值的控制出口SO2濃度，或運行人員手動設置供漿量控制出口SO2濃度，這樣只實現了pH值的控制，出口SO2濃度的控制還是處于開環調節狀態。此外，鍋爐負荷及煙氣量、煤質中硫分、吸收劑品質等動態變化，給運行人員帶來較大操作負擔。
3.目前國內脫硝設備主要通過人工經驗或PID進行調節，難以精準控制噴氨量，雖部分燃煤機組進行分區噴氨改造，PID控制不佳導致局部氨過量，造成脫氨逃逸高等問題。現有脫硝設備在啟停磨、升降負荷、深度調峰情況下，NOx控制品質仍有待提升。
本技術依托人工智能、大數據、數字孿生等前沿技術手段，深入挖掘各環保設備運行數據特性和潛在規律，形成工業級設備智慧控制和故障預警方案，改善人工控制不佳的現狀，實現煙氣環保島各設備穩定超低排放的同時，能耗最低、智慧預警、智慧運營。
技術特點
本技術特征如下：
1.通過除塵、脫硫、脫硝設備相關運行數據的采集，實現多設備、多數據源、多采集點、高頻度、高安全、大容量、低容錯、低帶寬消耗、低維護量、可持久運行的數據采集和存儲；
2.對環保島設備運行數據進行智能分析，提供設備運行最優控制策略，在現場部署控制器實現閉環控制，確保環保排放指標小時均值不超標；
3.通過最優控制策略與系統投運前能耗物耗比對，實現能耗物耗降低，從而降低碳排放；
4.能夠實時在線發現和預測現場設備的異常情況，并分析導致異常工況的可能原因。
二、典型應用案例
案例名稱
國家電投集團江西某電廠智慧環保島控制系統項目
案例簡介
國家電投集團江西某電廠660MW超超臨界燃煤發電機組，采用低氮燃燒技術，安裝SCR脫硝裝置，除塵器入口煙道上設有低溫省煤器，采用三室五電場高效靜電除塵器，石灰石—石膏濕法脫硫工藝，加裝濕式電除塵裝置，煙氣最終經煙囪排入大氣。該廠原脫硫、脫硝設備采用DCS控制，其系統為國產DCS系統，除塵設備控制原采用除塵器廠商生產的IPC系統。現場環保設備控制主要采用DCS/IPC自動+人工調控方式，但傳統人工控制和單一手段運維成效不佳，人工介入耗時費力且難以達成設備最佳運行狀態，能源、物料和人員浪費等問題始終存在，因此，電廠環保側升級改造迫在眉睫。
福建龍凈環保股份有限公司針對該電廠脫硝、電除塵、脫硫設備，開發了一套智慧環保島優化控制系統。該控制系統使用外掛服務器方式，軟件改造成本、風險較小。控制系統實施后，環保設備運行方式為程序自動調參，大大降低人工參與程度。該系統利用人工智能技術手段，建立機器學習模型，通過污染物排放指標、運行參數、物料平衡和動態參數分析，建立持續優化的動態控制模型，實現脫硝、除塵和脫硫設備運行參數優化和閉環控制，最大化降低設備能耗、物耗，減少二氧化碳排放量，提高系統運行穩定性。同時通過對脫硝、除塵、脫硫工藝關鍵參數和上下游工況信息的全流程監控，實現設備的全生命周期管理集成，對關鍵設備實現預警預測，科學指導設備維護及備件更換，實現污染排放管控的集成化、穩定化、智能化，同時也提高該電廠的整體設備管理水平。
達到的標準或性能要求
1)脫硝尿素降耗率不低于6%；
2)降低平均氨逃逸1-2ppm，減少空預器堵塞，降低引風機單耗；
3)電除塵節電率不低于15%；
4)在現場設備正常條件下實現控制系統投運率不低于95%；
5)實現投運后脫硫供漿石灰石降耗不低于4%。
業主單位
國電投集團江西某電廠
投運時間
2022年6月
運行情況
智慧環保島優化控制系統于2022年5月開始試運行，2022年6月移交生產，至今穩定運行。運行情況如下：
1. 智慧環保島優化控制系統自運行以來，各項運行指標正常，維護簡單，系統穩定，各項功能運行情況良好。
2. 本系統移交以后，NOx、粉塵、SO2排放穩定，超排頻率低，電廠投運率高。
3. 經第三方測試單位測試得出：智慧環保島優化控制系統投運后，脫硝尿素降耗率為11.3%，降低平均氨逃逸為1.22ppm，電除塵節電率為33.8%，脫硫供漿石灰石降耗率為7.05%，系統投運率在99%以上，滿足性能指標要求。
技術應用產生的碳減排效果
根據第三方測試數據計算，該項目每年共計降低碳排放2794.6噸。具體如下：除塵方面，通過運行參數優化降低除塵電耗33.8%，減少除塵電量消耗164.5萬kWh，降低碳排放1304.5噸；脫硫方面，通過優化供漿品質可降低供漿石灰石消耗量7.05%，減少石灰石消耗2773.94噸，可節省循環泵電耗2%，減少電能消耗49.39萬kWh，共降低碳排放1490.1噸。
(計算說明：脫硫過程二氧化碳排放量=碳酸鹽消耗量*排放因子；碳酸鹽消耗量(t)=碳酸鹽消耗*碳酸鹽含量(90%)；排放因子0.44(tCO2/t)取自《GB/T32151.1-2015》。節電減碳按統一標準0.793kg/kWh來計算)
三、技術申報單位聯系信息
單位名稱：福建龍凈環保股份有限公司
單位地址：福建省龍巖市新羅區工業中路19號
聯系人：張欣然
原標題：環保新質生產力 |智慧環保島優化運行技術
