脫硫運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)在燃煤電廠的應(yīng)用

晉能控股山西電力股份有限公司 李慶華 劉東波 晉控電力塔山發(fā)電山西有限公司 鄭紅旗

世界上已有多種成熟的脫硫技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程當(dāng)中，目前在我國(guó)得到普遍應(yīng)用的脫硫工藝大體可分為三類：以活性炭法為代表的干法脫硫工藝、以循環(huán)流化床法為代表的半干法脫硫工藝、以石灰石-石膏法為代表的濕法脫硫工藝。三者因其各自不同的優(yōu)缺點(diǎn)、處理工藝及工況適應(yīng)性，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石化、發(fā)電等行業(yè)。近年來(lái)，活性炭法和循環(huán)流化床法在鋼鐵行業(yè)應(yīng)用較為普遍，而燃煤電廠多采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，石灰石-石膏法脫硫工藝具有技術(shù)成熟、脫硫效率高、脫硫反應(yīng)速率快以及適應(yīng)不用煤種等優(yōu)點(diǎn)，并且該工藝使用石灰粉作為脫硫吸收劑，成本較為低廉，脫硫產(chǎn)物可外賣利用，是一種性價(jià)比極高的脫硫工藝[1]。

1 石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

雖然石灰石-石膏法脫硫工藝有著先天性的優(yōu)勢(shì)，但是由于受運(yùn)行時(shí)間和管理方式的影響，在后天的運(yùn)行上還存在較多短板。

1.1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)

目前，各大燃煤電廠運(yùn)行的脫硫系統(tǒng)中，仍然存在著數(shù)據(jù)壁壘，脫硫各分系統(tǒng)畫面相對(duì)獨(dú)立，現(xiàn)場(chǎng)操作人員需要監(jiān)控或者操作多個(gè)運(yùn)行畫面。而對(duì)于管理者而言，只能在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行畫面中了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況，大大降低了決策效率。

1.2 根據(jù)來(lái)煙成分被動(dòng)調(diào)整

目前運(yùn)行的脫硫系統(tǒng)中，多數(shù)采用根據(jù)來(lái)煙成分控制出口二氧化硫含量的運(yùn)行方式。這樣的控制方式有兩方面的缺點(diǎn)：一是無(wú)法預(yù)測(cè)來(lái)煙成分的硫含量，在工況發(fā)生變化時(shí)，煙氣中的二氧化硫含量往往會(huì)急速上升，而運(yùn)行人員的操作相對(duì)滯后，極易出現(xiàn)出口二氧化硫超標(biāo)的情況；二是面對(duì)煙氣中二氧化硫的波動(dòng)，為了避免超標(biāo)情況的出現(xiàn)，操作人員往往采用增加脫硫劑的消耗量來(lái)控制出口二氧化硫的含量在紅線以內(nèi)，并且實(shí)際控制值遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值，這就造成了脫硫劑的過(guò)度消耗，增加了運(yùn)行成本[2]。

1.3 設(shè)備管理相對(duì)被動(dòng)

目前運(yùn)行的脫硫系統(tǒng)，在設(shè)備管理方面多數(shù)采用現(xiàn)場(chǎng)巡檢加定期檢修的管理方式，雖然該方法可以在一定程度上減少設(shè)備的故障率，但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中，存在點(diǎn)檢不到位、漏檢等情況的發(fā)生。可以稱之為“亡羊補(bǔ)牢式”的管理方式，只能發(fā)現(xiàn)設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)的問(wèn)題，無(wú)法做到故障預(yù)測(cè)，存在較強(qiáng)的被動(dòng)性。

1.4 報(bào)表手工抄寫

報(bào)表是脫硫系統(tǒng)運(yùn)行不可或缺的數(shù)據(jù)管理方式之一，大多數(shù)電廠的報(bào)表仍然采用紙質(zhì)版手工抄寫的方式，采用此方法不僅效率低，而且還需要占用空間存放紙質(zhì)報(bào)表，即使報(bào)表保存得當(dāng)，其儲(chǔ)存的操作數(shù)據(jù)也基本沒有利用價(jià)值。

近年來(lái)，隨著國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的提出和越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保政策，各燃煤電廠的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)面臨巨大壓力。脫硫系統(tǒng)作為純投入型項(xiàng)目，如何做好降本增效成為各燃煤電廠面臨的一項(xiàng)重要工作。因此，脫硫運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)也成為各企業(yè)率先開展的項(xiàng)目。

2 脫硫運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)介紹

2.1 脫硫運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)的目標(biāo)

脫硫運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)是以合規(guī)、避險(xiǎn)、降本、增效為核心目標(biāo)，合規(guī)即保障環(huán)保排放達(dá)標(biāo)；避險(xiǎn)即注入設(shè)備管理新理念，將設(shè)備管理模式從被動(dòng)式檢修轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)式預(yù)維修，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性；降本即在保障環(huán)保達(dá)標(biāo)的前提下，最大限度降低環(huán)保消耗成本，降低企業(yè)負(fù)擔(dān)；增效即借助各種智能化、自動(dòng)化的手段，提高系統(tǒng)運(yùn)維的工作效率。

2.2 脫硫運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)的主要功能

2.2.1 脫硫運(yùn)行系統(tǒng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)

數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各項(xiàng)功能的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有手工錄入工作存在錄入數(shù)據(jù)工作量大、錄入時(shí)限性強(qiáng)、錄入準(zhǔn)確率不高且難以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤等問(wèn)題。手工輸入系統(tǒng)可以有效解決上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)以下功能：一次錄入，數(shù)據(jù)共享；設(shè)置數(shù)據(jù)錄入提醒與告警，給出未錄入數(shù)據(jù)的數(shù)量，確保及時(shí)錄入；數(shù)據(jù)錄入越限提醒，保障錄入準(zhǔn)確性；實(shí)現(xiàn)歷史錄入數(shù)據(jù)查詢；規(guī)劃WEB 發(fā)布平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)文檔信息、數(shù)據(jù)信息、圖片信息展示功能[3]。

脫硫運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)打通原有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)壁壘，建立含手工錄入系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)?；谒接性啤?shù)據(jù)挖掘、虛擬化、可視化等技術(shù)，采用Hadoop等架構(gòu)，后臺(tái)借助HDFS+HBASE+實(shí)時(shí)/時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)+關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)等數(shù)據(jù)庫(kù)組合陣列，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、檢修記錄、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等信息統(tǒng)統(tǒng)匯聚起來(lái)，逐步建設(shè)成數(shù)據(jù)內(nèi)容更加豐富（含結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)共享更加充分、計(jì)算響應(yīng)速度更加迅捷的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為后續(xù)系統(tǒng)性的功能開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

2.2.2 設(shè)備運(yùn)行全流程監(jiān)測(cè)

脫硫運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)主要是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制定相應(yīng)的生產(chǎn)監(jiān)控畫面，監(jiān)控畫面主要有全流程監(jiān)控畫面和各分系統(tǒng)監(jiān)控畫面，在全流程畫面中集中展示所有重點(diǎn)參數(shù)及重點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)，復(fù)現(xiàn)DCS 系統(tǒng)中所有畫面及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，運(yùn)行人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控并優(yōu)化運(yùn)行工況，動(dòng)態(tài)掌控重要設(shè)備的狀態(tài)，提高日常工作效率，如圖1所示。

圖1 全流程監(jiān)測(cè)示意

2.2.3 設(shè)備全生命周期管理

設(shè)備安全穩(wěn)定是保證脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。設(shè)備全生命周期管理包括設(shè)備基礎(chǔ)信息、設(shè)備運(yùn)行信息、設(shè)備壽命信息、設(shè)備維修歷史記錄等，貫穿設(shè)備生命全周期。設(shè)備基礎(chǔ)信息包括設(shè)備結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、設(shè)計(jì)參數(shù)、操作說(shuō)明等基礎(chǔ)信息，建立設(shè)備三維模型，將各項(xiàng)基礎(chǔ)信息融入系統(tǒng)，建立設(shè)備專屬的設(shè)備檔案，方便運(yùn)行人員隨時(shí)查看設(shè)備相關(guān)資料。設(shè)備運(yùn)行信息主要包括設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)各部位分別建立數(shù)學(xué)計(jì)算模型，實(shí)時(shí)計(jì)算各位置的受損情況，預(yù)測(cè)未來(lái)故障時(shí)間，并在三維圖上展示各位置壽命狀態(tài)，方便人員及時(shí)獲取設(shè)備運(yùn)行情況，并采取相應(yīng)的措施。

設(shè)備的壽命管理不單單依靠運(yùn)行數(shù)據(jù)，還會(huì)獲取一線人員豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，形成動(dòng)態(tài)專家知識(shí)庫(kù)，并從歷史檢修資料中挖掘故障規(guī)律，根據(jù)不斷更新補(bǔ)充的故障記錄進(jìn)行自學(xué)習(xí)，更新專家知識(shí)庫(kù)，提高壽命預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

2.2.4 設(shè)備巡檢、維修管理

傳統(tǒng)的巡檢管理沒有可靠的手段監(jiān)督巡檢人員填寫巡檢記錄時(shí)，所在的位置和巡檢人員是否按要求的巡檢頻率進(jìn)行巡檢。脫硫運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)智能化的巡檢管理，具備巡檢計(jì)劃管理、巡檢任務(wù)管理、巡檢報(bào)修管理、巡檢監(jiān)督管理、歷史記錄查詢等，可以實(shí)現(xiàn)以下功能。

一是定期自動(dòng)派發(fā)任務(wù)。系統(tǒng)根據(jù)巡檢計(jì)劃設(shè)定的巡檢周期，自動(dòng)派發(fā)巡檢任務(wù)給對(duì)應(yīng)的巡檢人員，杜絕出現(xiàn)一次性填報(bào)當(dāng)值多個(gè)巡檢任務(wù)。二是動(dòng)態(tài)二維碼設(shè)備。將傳統(tǒng)靜態(tài)二維碼升級(jí)成動(dòng)態(tài)二維碼，每條任務(wù)對(duì)應(yīng)的二維碼實(shí)時(shí)刷新，杜絕未實(shí)地巡檢便填寫巡檢記錄的現(xiàn)象。三是多種監(jiān)督模式。可通過(guò)領(lǐng)導(dǎo)監(jiān)督和巡檢檢查卡等方式加強(qiáng)巡檢監(jiān)督，并與績(jī)效考核模塊關(guān)聯(lián)，對(duì)不合格巡檢進(jìn)行考核，杜絕應(yīng)付巡檢、巡檢不到位現(xiàn)象。四是缺陷線上報(bào)修。巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，直接在手機(jī)端提交缺陷聯(lián)系單并填寫異常信息，審核后由管理人員線上派發(fā)維修任務(wù)，實(shí)現(xiàn)管理閉環(huán)。

同時(shí)，該系統(tǒng)具備智能維修管理功能，主要功能包括：一是維修全流程線上智能管理。維修全流程包括派單、接單、返單、審核，全部實(shí)現(xiàn)線上智能管理，簡(jiǎn)化線下紙版流程，提高管理工作效率。二是工作票流程線上智能管理。將工作票的申請(qǐng)、簽發(fā)、流程管理、審核、終結(jié)等納入線上管理，嵌入維修管理流程中，實(shí)現(xiàn)線上全流程無(wú)縫對(duì)接。三是維修統(tǒng)計(jì)及維修指導(dǎo)功能。系統(tǒng)根據(jù)維修記錄自動(dòng)進(jìn)行維修統(tǒng)計(jì)，分析易發(fā)生故障的設(shè)備和故障類型等，提醒運(yùn)行人員和巡檢人員重點(diǎn)關(guān)注，減少故障率，并根據(jù)歷史維修記錄提供操作指導(dǎo)。

2.2.5 系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化指導(dǎo)

脫硫系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化指導(dǎo)主要功能有二氧化硫的小時(shí)均值指導(dǎo)、數(shù)據(jù)的挖掘?qū)?yōu)、全流程關(guān)聯(lián)分析等，通過(guò)關(guān)聯(lián)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與聚類分析等大數(shù)據(jù)算法，挖掘最優(yōu)工況，指導(dǎo)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行并沉淀優(yōu)秀運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，形成卓越的輔助決策能力。

二氧化硫小時(shí)均值指導(dǎo)通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算污染物小時(shí)均值，直觀展示小時(shí)均值超標(biāo)情況，給出當(dāng)前小時(shí)段內(nèi)剩余時(shí)間的排放區(qū)間指導(dǎo)，如圖2所示。確保達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，減少脫硫劑的消耗和無(wú)用設(shè)備的負(fù)荷，降低運(yùn)行成本。

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化指導(dǎo)示意

數(shù)據(jù)挖掘?qū)?yōu)以滿足環(huán)保排放要求為前提，以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)，在歷史數(shù)據(jù)中挖掘類似工況下的最經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，來(lái)指導(dǎo)當(dāng)前工況的運(yùn)行。全流程關(guān)聯(lián)分析將各機(jī)組的前后工藝流程全部串聯(lián)起來(lái)，從全局出發(fā)，考慮前后工藝流程的相互影響，對(duì)相關(guān)參數(shù)做出優(yōu)化指導(dǎo)。系統(tǒng)還會(huì)總結(jié)運(yùn)行人員已積累的先進(jìn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)定性描述的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行量化，轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的判斷語(yǔ)句，實(shí)時(shí)指導(dǎo)缺乏經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)行人員高效運(yùn)行。

2.2.6 參數(shù)預(yù)測(cè)

參數(shù)預(yù)測(cè)可以根據(jù)機(jī)組的負(fù)荷計(jì)劃、給煤量實(shí)時(shí)值、風(fēng)量、氧量、煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果等相關(guān)量，預(yù)測(cè)未來(lái)半小時(shí)的煙氣參數(shù)變化趨勢(shì)，并根據(jù)煙氣預(yù)測(cè)結(jié)果，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)挖掘等算法計(jì)算給出pH值、漿液循環(huán)泵的變化趨勢(shì)。如果預(yù)測(cè)到煙氣中二氧化硫的含量會(huì)發(fā)生大的波動(dòng)時(shí)，觸發(fā)報(bào)警功能，及時(shí)提醒操作人員提前作出相應(yīng)調(diào)整，避免超標(biāo)情況的發(fā)生，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行預(yù)測(cè)預(yù)警示意

2.2.7 智能報(bào)表

報(bào)表管理實(shí)現(xiàn)報(bào)表自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，通過(guò)定時(shí)定向爬取網(wǎng)站數(shù)據(jù)，靈活配置并進(jìn)行報(bào)表分析，也可將已有報(bào)表導(dǎo)入到系統(tǒng)中來(lái)（如圖4所示），將報(bào)表統(tǒng)計(jì)人員從繁重的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作中解放出來(lái)，提高工作效率。報(bào)表主要分為運(yùn)行報(bào)表、經(jīng)濟(jì)報(bào)表和安全報(bào)表等。

圖4 報(bào)表導(dǎo)入示意

運(yùn)行報(bào)表主要包括環(huán)保指標(biāo)報(bào)表、重要設(shè)備運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)報(bào)表等，可進(jìn)行日?qǐng)?bào)統(tǒng)計(jì)、月報(bào)統(tǒng)計(jì)等。經(jīng)濟(jì)報(bào)表統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目收支情況、物料消耗趨勢(shì)等數(shù)據(jù)，并對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，提醒相關(guān)人員收支異常及物料消耗異常，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。安全報(bào)表按不同的統(tǒng)計(jì)方式對(duì)報(bào)警、預(yù)警等安全事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，將異常情況實(shí)時(shí)推送給相關(guān)人員，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

在燃煤電廠原有脫硫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)升級(jí)改造成脫硫運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行系統(tǒng)的全流程監(jiān)測(cè)、設(shè)備的全周期管理、設(shè)備點(diǎn)檢維修管理、運(yùn)行優(yōu)化指導(dǎo)、參數(shù)預(yù)測(cè)、智能報(bào)表、精益管理等功能，從根本上解決原系統(tǒng)存在的一些弊端，提高操作人員和管理人員的工作效率，減少不必要的能源消耗和設(shè)備故障導(dǎo)致的停機(jī)損失。未來(lái)脫硫運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)必將隨著運(yùn)行需要和相關(guān)政策的要求進(jìn)行推廣，系統(tǒng)本身也應(yīng)結(jié)合企業(yè)需求不斷升級(jí)，并向其他領(lǐng)域進(jìn)行延伸，最終實(shí)現(xiàn)環(huán)保設(shè)施的精細(xì)化運(yùn)營(yíng)管理。