supSIM仿真解決方案在60萬機組脫硫裝置中的應用

林文輝，陶奇俊，馬玲峰

（1.浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司，浙江 金華 321100；2.浙江中控技術股份有限公司，杭州 310053）

0 引言

為切實承辦好浙江省脫硫值班員技術比武，浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司以本廠脫硫裝置為對象，采用浙江中控supSIM 仿真解決方案定制開發(fā)了浙江省脫硫值班員技術比武用脫硫仿真機系統(tǒng)。項目范圍包括#3 機脫硫、除灰、除塵系統(tǒng)，DCS 系統(tǒng)及相應的電氣系統(tǒng)。

本仿真裝置以全機理建模和虛擬控制為核心技術，高精度地模擬了脫硫裝置的工藝參數(shù)變化和控制操作過程，通過該仿真機系統(tǒng)的應用，使操作員對脫硫裝置的正常操作和異常事故處理技能提升，起到了重要保障。

1 脫硫仿真系統(tǒng)架構

脫硫仿真系統(tǒng)采用浙江中控智慧仿真解決方案（supSIM），該方案核心技術包含全機理仿真建模和虛擬控制系統(tǒng)技術[1-3]。全機理仿真建?；诼?lián)立方程和序貫模塊解算器進行獨立或者聯(lián)合求解，計算更加高效、準確；內置豐富的物性數(shù)據(jù)庫和熱力學方法，確保機理模型的精度。虛擬控制系統(tǒng)技術基于浙江中控ECS-700 控制系統(tǒng)的虛擬化，可提供與真實DCS 完全一致的軟件環(huán)境，實現(xiàn)與真實裝置一致的控制邏輯、界面、操作體驗[3]。仿真平臺的動態(tài)仿真系統(tǒng)架構圖如圖1 所示。

圖1 仿真平臺動態(tài)仿真系統(tǒng)架構圖Fig.1 Architecture diagram of dynamic simulation system of simulation platform

2 脫硫系統(tǒng)仿真范圍

2.1 脫硫系統(tǒng)工藝仿真

該項目主要針對浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司的660MW 超臨界機組除灰脫硫設備系統(tǒng)進行模擬設計[4]，主要包括熱媒水循環(huán)系統(tǒng)、濕電循環(huán)水系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、塔外漿液箱系統(tǒng)、氧化風機系統(tǒng)、除霧器系統(tǒng)、電除塵系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)、石子煤系統(tǒng)、制漿系統(tǒng)、石膏漿液緩沖倉系統(tǒng)、真空皮帶機系統(tǒng)、回用水系統(tǒng)、脫硫廢水系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)等及相應的就地操作系統(tǒng)。簡要工藝流程如圖2所示。

圖2 脫硫除灰工藝流程圖Fig.2 Process flow chart of desulfurization and ash removal

仿真系統(tǒng)按實際設備進行仿真，仿真的主要設施有：SCR 脫硝系統(tǒng)、管式GGH 煙氣冷卻器、電除塵、脫硫吸收塔系統(tǒng)、吸收塔除霧器、濕電、煙道除霧器、管式GGH 煙氣加熱器等。系統(tǒng)設備通過高效協(xié)同控制，進一步降低主要煙氣污染物含量，實現(xiàn)超低排放，使燃煤機組的主要煙氣污染物排放指標達到燃氣發(fā)電的標準（GB 13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》)。

2.2 故障工況仿真

將生產(chǎn)裝置的開、停車等運行操作轉化成培訓內容，培養(yǎng)學員對現(xiàn)場裝置和設備的操作能力，設置模擬相應的故障運行過程，培訓操作員熟悉掌握各類故障發(fā)生時的處理方案，考核他們的應急處理能力。

2.2.1 正常工況仿真

根據(jù)脫硫除灰系統(tǒng)的工藝特點，設計正常培訓工況：脫硫冷態(tài)啟動工況、脫硫300MW 工況、脫硫600MW 工況、脫硫600MW 真空皮帶機運行工況、脫硫600MW 聯(lián)鎖未投用工況等。

2.2.2 故障工況仿真

根據(jù)脫硫除灰系統(tǒng)的操作特點，設計故障培訓工況，主要包括一般故障和程度故障，其中包括一般故障218 個和程度故障75 個，故障列表見表1。

表1 故障列表Table 1 Malfunction list

3 項目功能實現(xiàn)

項目首次將虛擬控制系統(tǒng)、全范圍機理動態(tài)模型、模型在線調優(yōu)技術集成為一個有機的整體。主要創(chuàng)新點如下：

3.1 虛實互動電廠仿真系統(tǒng)

通過集成電廠仿真所需的完整物性庫數(shù)據(jù)、熱力學方法，采用全機理建模技術路線來定制設計、開發(fā)脫硫裝置模型；基于實時裝置運行數(shù)據(jù)（實體裝置）校正仿真模型（虛擬裝置）；反之，可以根據(jù)虛擬裝置運行情況，指導、預測實體裝置運行。

3.2 高速全機理模型

基于組分和熱力學參數(shù)，靈活的顆粒度分解模型及優(yōu)化的模型計算引擎，實現(xiàn)便捷的工藝系統(tǒng)建模方式。模型的機理性、參數(shù)實時傳遞性有效地提高系統(tǒng)耦合度，體現(xiàn)實際過程的復雜關聯(lián)性。高效求解引擎，滿足全流程高速聯(lián)合運行，提升研究、學習效率。

3.3 虛擬DCS技術

DCS 仿真采用虛擬DCS 技術，可將實際裝置控制系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)直接載入仿真系統(tǒng)，可代替實體裝置開展控制技術研究、控制方案測試等功能。通過采用與實際控制系統(tǒng)完全一致的軟件和虛擬控制器來虛擬整個控制系統(tǒng)，實現(xiàn)1:1 的控制系統(tǒng)仿真。基于虛擬DCS 技術的激勵式仿真系統(tǒng)的出現(xiàn)使得仿真機的發(fā)展達到了一個新的高度，它不僅在逼真度上達到了和實際DCS 相同的效果，而且降低了仿真機的成本，是一種行之有效的仿真方式。

3.4 研究型平臺

基于在線仿真系統(tǒng)與脫硫裝置實際運行數(shù)據(jù)，研究仿真模型的在線調優(yōu)。研究實際裝置的動態(tài)參數(shù)與非線性特征，辨識設備關鍵模型參數(shù)；研究仿真模型與動態(tài)數(shù)據(jù)模型的偏差對比方法，提出模型修正；研究仿真模型參數(shù)優(yōu)化方法，獲得模型精度與可用性的有效提升。本系統(tǒng)在滿足傳統(tǒng)的操作培訓外，更可用于分析工藝操作研究、事故原因分析、事故處理預案推演等。

3.5 自動評價系統(tǒng)

通過真實運行事件（故障）歷史數(shù)據(jù)的導入，自動創(chuàng)建演習案例庫，豐富培訓課題的覆蓋面和針對性，進而提升培訓效果。針對不同崗位設計多維度的量化能力（崗位）適配性指標體系，平行系統(tǒng)據(jù)此隨機生成訓練課程和考核案例，對被培訓人員根據(jù)其崗位需求有針對性地進行培訓和評價，并能根據(jù)培訓效果自適應調整培訓方式或建議。系統(tǒng)增強了能力鑒定功能，可多維度、多等級自動鑒定員工技能。

4 結語

通過建立實訓操作行為模型、開發(fā)行為記錄軟件、構建數(shù)據(jù)中心，并著重利用數(shù)據(jù)挖掘技術從學員實訓操作行為記錄數(shù)據(jù)中提取出隱藏的有價值的信息，進而能夠發(fā)現(xiàn)大量的、真實的、個性化、細節(jié)化的培訓需求，從而針對性制定培訓方案，改進培訓內容，提升培訓質量。該系統(tǒng)最終能實現(xiàn)遠程運行操作訓練、虛擬機組運行演示、學員技能考核、控制策略分析、DCS 培訓等多項功能。

脫硫仿真系統(tǒng)軟件不僅可以有效提升工廠操作工的技能水平，對故障及緊急事故的處理聯(lián)系能使操作員時刻保持參數(shù)的敏感度，及時發(fā)現(xiàn)設備事件產(chǎn)生并有效控制事故擴大，保障事故處理方法得當?shù)?，從而減少設備損壞，提高設備運行安全性、可靠性和經(jīng)濟性，本系統(tǒng)有著廣泛的應用前景。

脫硫仿真系統(tǒng)為值班員比武大賽起到堅實的技術支撐，為比賽的順利開展打下堅實基礎。