智慧环保——燃煤烟气治理必由之路

文_林冰 福建龙净环保股份有限公司

为应对日益严重的大气雾霾污染，电力行业自2014年以来全面推行超低排放，即燃煤电厂污染排放同时满足：烟尘＜5mg/Nm3，二氧化硫 ＜35mg/Nm3，氮氧化物 ＜50mg/Nm3。当前电厂烟气净化设备运行主要依据运营人员的经验进行调节控制，除尘、脱硫、脱硝设备的运行彼此独立，无法统一调整匹配。当燃用煤种、机组负荷发生变化时，各种设备所受影响程度不同且交互影响，不仅造成能源、物耗的浪费，也加大了实现超低排放治理的难度。

目前，节能减排是电力行业关注的重点。燃煤电厂环保设备在运行过程中的能耗和物耗也应同样受到关注。因此，在保证颗粒物、二氧化硫、氮氧化物超低排放的前提下，根据系统工况的变化，相应调整脱硝系统、干式电除尘系统、低低温/LGGH系统、脱硫系统、湿式电除尘系统、输灰除渣系统及风机系统等设备的工作策略，各子单元运行相互匹配，形成烟气净化环保岛对多种污染物的协同综合治理，在满足排放要求的同时降低能耗和物耗，提高设备运行可靠性和协同治理，是值得重视的工作。

福建龙净环保股份有限公司（简称“龙净环保”）是中国环保产业的领军企业，为全球最大的大气环保装备制造企业，四十余年来专业致力于大气污染控制领域环保产品的研发、设计、制造、安装、调试、运营，先后引进美国、德国、日本、澳大利亚等国家最先进的除尘、脱硫、物料输送等烟气治理技术。经过消化吸收再创新和自主研发，形成除尘、脱硫、脱硝、物料输送、电控装置等五大系列产品。公司成功开发具有自主知识产权的多项烟气净化新技术，在众多燃煤电厂成功投运，实现燃煤电站污染“超低排放”。

基于对烟气在环保岛各单元协同脱除的深刻认识及工程运维的丰富经验和专家团队，龙净环保在国内率先提出并承接首个“烟气环保岛”项目，将烟气净化设备作为一个整体系统来看待，依托物联网把之前彼此孤立的烟气净化设备联系在一起，通过高速云计算和智能数据模型对收集的海量数据进行深入分析，通过分析系统烟气量、烟气系统含水量、烟气温度等因子进而关联环保岛设备运行之间的规律，定制协同控制策略，实现环保岛系统的集中控制和最优化运行。

1 智慧环保岛构成

为了实现以信息化推动现代化，以数字为驱动的先进管理模式，龙净环保在现有烟气治理经验的基础上推出了智慧环保岛，增加了数据采集、数据传输云存储、在线监测、最优运行模型、预警预测和智能反控。

智慧环保岛大数据不仅源于企业内部信息系统的核心业务数据，还包括分布于全国各地的环保岛设备的运行数据，以及影响设备作业的气象数据、影响企业生产成本的环境政策法规数据等。鉴于数据量巨大、来源分散、格式多样、且内在关联性复杂等特点，智慧环保岛平台大致分为四个层次：

1.1 数据采集与预处理

通过SIS（电厂厂级信息系统）、IPC（智能除尘控制系统）、额外添加传感器以及移动互联网等方式获得各种类型的海量数据，并完成对已接收数据的辨析、抽取、清洗等操作。 建立涵盖整个烟气环保岛设备及关联设备的综合数据体系。

1.2 数据存储与管理

用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库进行管理和调用，主要解决大数据可存储可处理及有效传输等关键问题。数据的存储和传输具有时效性，需要实时或者近实时的数据。历史数据作为查询。

1.3 数据分析与挖掘

大数据的最核心技术，采用多指标综合分析、故障诊断分析、规则和关联分析等数据挖掘分析手段研究多维度设备运行参数，分析设备运行规律和参数关联关系，与专家知识库中的烟气净化设备机理模型进行比对修正，建立烟气环保岛设备最优运行优化模型、设备异常识别及故障诊断的知识库评估模型，进行烟气环保岛节能研究和设备劣化趋势预测，形成运维调度决策指挥和整个环保岛设备运行状态的大脑中枢。

1.4 数据展现与应用

将隐藏于海量数据中的信息挖掘出来，建立基于在线数据的统一图形化数据展示平台，通过环保岛优化策略，对各环保岛控制系统进行自动化控制，形成环保岛设备间协调和数据信息的分析、共享与仿真，从而提高各个领域的运行效率。

2 智能环保岛应用展望

智慧环保岛的应用之一即实时在线监测。监管部门通过全流程布置工控数采仪，再运用物联网技术将实时数据传输至监控中心，对环境污染企业实现全方位实时监测，因此，智慧环保岛的实时在线监测已无技术难度。而要实现智慧环保岛最重要的是数据，真实准确的数据。近年来全球物联网技术的高速发展，设备物联网已经成为了工业大数据新的、增长较快的来源。通过设备联网，可以实时自动采集生产设备与交付设备的状态及工况数据。一方面，生产设备联网数据能为智能工厂生产调度、质量控制和绩效管理提供数据依据；另一方面，在装备的使用过程中通过传感器采集的规模化时间序列数据，包括设备的状态参数、工况负载与作业环境等信息，这些数据不仅可以帮企业提高设备的运行效率，还可以拓展新的制造服务。

在智慧环保岛大数据中，如何从数据发现价值、挖掘价值将是大数据应用的核心关键。只有不停地使用数据，挖掘数据背后的关系和价值，才能如滚雪球般，使得数据之间的相互关系更丰富更完善。在当今以数据为战略资产的时代，掌握了数据就意味着拥有了核心竞争力。为了确保智慧环保岛大数据的高附加值应用，龙净环保主要以“节能降耗”、“设备运行稳定性”、“设备预警预测”、“最优运行”为场景主线，展开深入研究，挖掘数据价值。

在智慧环保岛智能学习阶段，系统性调整各净化设备运行参数，并实时采集相应排放指标和能耗物耗指标，提出优化运行策略，根据专家评判对优化方案进行筛选。以此为依据，在未来相似场景中即可采用相同策略，并根据结果进行渐进优化策略调整。由此周而复始，利用数据不断输入，不断优化学习，不断提升智慧环保岛的整体性能。在模型学习阶段中主要是通过人工调节并验证的，当模型足够成熟时，可以采用自动控制的方式。面向环保岛全岛，在控制层形成协同控制体系，包括：控制、通讯、采集硬件；控制软件、通讯软件。形成置于脱硝、电除尘、脱硫、湿式电除尘设备群顶层的，自动化协调控制系统。该系统的核心功能是协调控制环保岛子系统，确保各个子系统间的功能协调，共同完成锅炉烟气处理流程安全、优化运行。建立厂级统一的，面向环保岛全系统的信息化集成系统。将环保岛的数据进行统一的、标准化的处理，保证数据唯一性和可用性，并作为其他厂内应用系统及未来新建应用系统获得生产数据及指标的统一入口。打破主机系统管理和环保系统管理之间的界限，建立环保岛体系，实现烟气全流程、全状态、全工况管理。辅助生产人员统一管理，指导技术人员运行优化。

智慧环保岛优化运行总结为五个全面：全面采集，对环保岛设备及关联设备的全面采集；全面处理，对实时数据、历史数据、文本数据和异常数据、应用数据等全面处理；全面告警，对环保岛各设备及排放指标全面监视和告警；全面应用，建立高级应用模块，深入挖掘数据价值；全面优化，利用数据将整个环保岛运行状态全面记录并优化，建立最优运行模型，结合企业内部信息系统高价值核心业务数据，建立“用数据说话”的基础，提高管理水平。

3 结束语

随着云计算、大数据、物联网和移动互联等技术日趋成熟，它们与烟气治理环保岛的结合有助于提升电力环保整体运维和管理水平，通过人工智能系统指导环保岛优化运行，在满足污染物超低排放的同时实现能耗、物耗最低，是智慧电厂的重要组成部分，体现绿色环保理念。新一代信息技术和传统环保行业的融合，将颠覆传统企业的生产、销售和服务模式，为企业引入“互联网+”基因，建立“烟气环保岛节能提效”平台将更好地发挥龙净环保的优势，进而在海量设备运行数据的收集与存储、数据云计算、数据挖掘分析、数据可视化展示、设备远程智能运维和信息安全等领域形成一批具有自主知识产权核心技术，开创全国烟气治理业务新模式。