智慧除尘在电力行业的应用

朱文明

（广东大唐国际雷州发电有限责任公司，广东湛江 524255）

1 研究背景及相关概念基础

1.1 研究背景

粉尘是大气中的悬浮颗粒，大气中过多的粉尘会对环境产生灾难性的影响，这个影响已经波及到人们的日常生活。粉尘来源主要来自煤炭和石油燃烧。伴随着第一次和第二次全球范围内的工业革命，煤炭和石油得到了大量使用，虽然煤炭和石油在燃烧的过程中产生了工业所要运用的动力来源，但也向环境中排放了大量的燃烧所产生的粉尘。

现阶段我国的工业发展深受粉尘困扰。我国工业发展现今主要依靠电力能源，而电力来源主要为火电、水电、风电、核电和太阳能这几种能源，由于长期受传统发电能源的影响，目前仍以火力发电为主，至2020年我国火力发电量达12140.3亿kW·h，同比增长1.2%。火力发电主要依靠传统的煤炭资源，煤炭在进行燃烧，将内能转化为电能的过程中会产生大量的CO2、SO2、NOx及固体颗粒等污染物，对环境造成了较大的威胁。随着国家对环保重视程度的不断提升，电力环保也便成为重点关注领域之一。近年来，国家频频针对环境保护出台相关的政策方案，针对煤炭发电产生的污染问题也增加了较大力度的政策约束。

面对日益严重的大气污染，电力行业自2014年以来就全面推行超低排放，未来排放限制只低不高。同时为应对全球气候变化，2020年9月中国已向世界承诺，在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，并在党的十九届五中全会上将其作为“十四五”规划和2035年远景目标。在环保安全和低碳转型的双政策驱动下，必须提高燃煤电厂环保设备运行的持续稳定性，并充分挖掘设备节能降耗潜力。如图1所示为2011—2020年中国电力能源结构图。

图1 2011-2020年中国电力能源结构图

由图1可知，虽然我国一直提倡环保能源的发展，但就现状来看，火力发电仍然占据我国电力能源的主要来源。因此，研究解决火力发电中存在的一系列危害环境的问题就显得十分必要。

1.2 传统除尘与智慧除尘的概念

1.2.1 传统除尘方法

在应对粉尘问题上，我国从很早开始便对电力行业中的烟尘排放量提出比较严苛的要求。为响应国家烟尘低排放量规定，传统的燃煤电力行业主要通过电除尘器处理烟尘问题，主要是因为电能对于其他方式来说更具有便捷性。电除尘的方式是基于电子与正电荷之间的相互吸引而进行的。电除尘的简易工作原理是在烟气通过时，通过高频率的电压使得经过的烟尘附带上正向电荷，然后在后续的收集吸引回收的过程中，利用与阴极电板之间的相互吸引，使得整体的烟尘由于电荷间的引力而飞向电板，最后再被电板所吸附。在阴极电板吸收达到一定数量时的粉尘时，再通过电磁振打对阴极电板进行敲击，将粉尘收集到灰斗中，通过灰泵传输至灰库进行回收处理。

1.2.2 智慧除尘概念

为应对我国发电行业中化石能源的过多投入而造成的粉尘性污染，科研人员通过对粉尘特性的研究，再结合粉尘所产生的环境，对那些影响到人类生存环境的粉尘进行科学性去除或收集的各种方式的集合，并且通过更先进的智能控制系统实现闭环控制，被统称为智慧除尘系统。同时，作为现代化的除尘系统来说，它不仅运用时代的智慧解决了粉尘问题，也为人员的解放及电厂内的总体运作提供了效益。

2 电力行业中存在的粉尘问题及解决办法

2.1 火力发电为主的粉尘性污染

在传统的火力发电的模式下，燃煤电厂为了减少发电的成本，基本很少会运用到无尘煤和脱硫煤等这些高质量的煤炭。而火力发电中所用的煤在燃烧发电时就会伴随着大量的粉尘出现，这也就在环境的治理上留下了较大的困难。对于粉尘的危害性来说，可谓人尽皆知。空气中存在的大颗粒物PM10，是污染环境的主要元凶之一；其次是对人体危害更大的环境中肉眼不可见颗粒PM2.5，也是火力发电中所产生的重要污染物之一。如何解决这一粉尘污染的难题，为国家环境方面的治理做出贡献，就是本文介绍的主旨所在。

2.2 新技术方式下的粉尘解决

在火力发电厂通过火力发电来生产电能时所造成的粉尘污染，主要可以从两方面来进行解决。首先是针对源头下手，在煤炭的燃烧上，由于煤炭等化石燃料的品质不尽相同，所带来的污染物粉尘颗粒的大小，都是需要关注的问题，改善厂内所使用的煤炭等化石燃料的质量，可以从源头上有效改善粉尘带来的困扰，但将导致电厂的发电成本将大大增加。本文则主要针对在粉尘产生以后的处理方面给出相应的对策分析。

在火力发电的煤炭燃烧上，所产生的粉尘便通过燃烧后的炉膛烟道进入环保岛设备。解决好粉尘的流向性问题，做出定向的粉尘吸引及收集，是解决问题的关键所在。而在粉尘的吸引和收集上，除尘装置就起到了较大的作用。传统除尘器结合最新的AI 技术、大数据技术、物联网技术的智慧除尘控制系统，不但对控制粉尘排放起到了极大的作用，而且极大地节约了人力和物力的投入。因此，对于整个火力发电的电力行业来说，合理引进最新的智慧除尘控制技术是十分必要的。

3 智慧除尘管控体系工艺分析

3.1 智慧除尘管控体系的工艺特性

智慧除尘管控系统经过长期的研究发展，以先进的人工智能算法为代表的控制技术开始得到初步的建立。通过对智慧除尘控制系统的SWOT 介绍及对于其他除尘控制系统的对比分析，对其感知更加深刻。

3.1.1 智慧除尘控制系统的优势

（1）节省了大量的人力资源成本。

运用PLC 和高压控制系统的传统除尘工艺对于人力资源的要求较高，各个环节上的把控都离不开对系统操作运行较为熟悉的、有经验的运行人员，整体对于运行人员的依赖程度较大。而通过智慧除尘控制系统通过系统控制自动化极大降低了运行人员在键盘控制上的时间损耗，不仅在人力资源上得到了良好的优化，在操作运行上不再提出对于人员经验方面的要求，同时也解放了人力对于除尘操作的实时要求，为燃煤电厂除尘设备的平稳运行打下了坚实的基础。

（2）拥有更强的管控能力。

相较于人机交互式管理，工作的完成度主要取决于两个方面，分别是机器的运作状态以及人力的总体状态。而对于智慧除尘控制系统来说，将具有更多的管控流程的传统式除尘工艺交由单一且稳定的智慧除尘管控，通过前期对于智慧除尘管控工艺的模型上的构建，就已经将人员所具备和不具备的经验都划归至智慧除尘管控工艺技术之中，使之总体的管控能力得到更大程度上的加深，实现更智能化地控制除尘设备。

（3）连续性操作能力强。

传统的除尘工艺依托于人力的管控程度较大，而煤炭发电厂，基本上运作是全年无休的，即使存在有较多人员进行轮岗的情况下，一直身处于一线及时刻付诸精力的人员，在操作过程中难免会存在偏差，进而会影响到整个工厂的健康持续性运行。针对于这方面，智慧除尘控制系统就摆脱了人力资源的缺陷，只要在基本模型构建时覆盖机组运行全工况，那么在后续的运行环节中基本就不可能存在这方面的困扰。在实际的工厂操作中，可以实现工作人员所达不到的高强度连续性稳定作业。

（4）不会受到大部分外界环境因素的影响。

智慧除尘控制系统的建立主要依靠于长期积累的专家知识库和长周期设备运行历史数据，通过机器学习算法进行模型构建。这些对于除尘工作的整体环境要求程度可谓是相当之低，排除了外在因素的干扰。在这种不受外界环境影响的绝对优势情况下，对除尘作业的总体效率的提升，从总体对比上来看也是相当直观的。

3.1.2 智慧除尘控制系统的劣势

智慧除尘控制系统的运用，很大程度上做到了对于燃煤电厂除尘设备线上的全方位自动化运行。这也导致了电厂对于人员的要求上基本可以放宽，且工作人员在实际的除尘工艺的监督上有所松懈，导致对总体的认知有所下降，当在特殊工作环境中真正需要运用到这些经验性技巧的时候，往往会产生不太良好的效果。对于这部分劣势，可采取加强对工作人员的专业性技能培训的方式来加强特殊情况的应对。

3.1.3 智慧除尘控制系统的机会

现行的大部分燃煤电厂的烟气除尘管控方法及技术比较落后，且燃煤电厂在相当长的一段时间内并不会被快速取代，仍具有较长的发展趋势。就传统的燃煤电厂除尘方式而言，由于管控技术与整个烟气处理系统的连接十分薄弱，且大部分依赖于人力，电厂将耗费大量的人力物力资源，因而智慧除尘控制系统一旦正式采用和推广，系统带来的节能降耗、稳定排放、减少人力成本等经济效益与社会效益是非常可观的。

3.1.4 智慧除尘控制系统的威胁

目前，我国正处于产业结构调整的关键阶段，从低附加值向高附加值升级，从高能耗高污染向低能耗低污染升级，从粗放型向集约型升级，而燃煤电厂高能耗高污染的属性注定要升级转型。当前，国家不断加强对于新型环保发电的投入，同时也在不断加大对传统燃煤发电的管控力度。在未来的持续发展中，随着燃煤电厂数量不断精简，市场不断减小，运用到粉尘管控系统的厂家也会越来越少，进而影响依靠于此而发展起来的一系列的先进控制系统。

3.2 智慧除尘控制系统的实施流程

为应对燃煤电厂在粉尘处理上高度依赖于人工操作，进而影响电厂的长期运行问题，通过系统改造，采取新型的智慧控制系统，可有效解决燃煤电厂在这方面的困扰。通过对数据的收集感知来进行模型的构建，从而进行无人化的自动管控，人员真正参与的只是设备的故障处理工作，而脱离了真正的一线。在烟气的粉尘吸收过程中也较以往的更具检查力度，可根据煤质、工况变化智能调整设备参数，直接从源头煤炭的燃烧情况便能做出下一步管控。其主要的实施步骤包括以下几步。

3.2.1 采集相关数据信息

通过对整个煤炭燃烧和除尘设备运行过程中的各个环节的实时性监督，不断采集相关数据信息，再将所收集的信息进行筛选排除，存留有用的信息，为下一步的模型的建立提供一个良好的数据基础。

3.2.2 选定关键数据

在收集到有效数据的前提下，通过征求运行专家对数据的关键性程度做出判定，得出所给数据重要程度分配数据的程度占比，并进行多次的数据实验，总结分析所赋予数据的可靠性。

3.2.3 构建算法模型

通过多次模型的试运行及对后期结果的监督反馈，对模型进行参数调整。在多次反馈结果合乎预期的情况下，依据所给运行数据结果建立合适的控制模型。

3.2.4 做好及时的反馈信息处理系统

在模型构建完成之后，基本已经摆脱了在发电厂内除尘环节对于经验人员的需求程度，只需要对除尘过程中的各个环节的监督管理及尾部的处理故障及时性给出管控人员数据信息便可。通过接入到除尘环节的各个系统，整个智慧除尘控制系统实时地将运行数据进行监测，并根据算法给出可供检修维护的运行状况报告和相应的措施。

针对燃煤电厂的粉尘排放标准不断提高的现状，在以上的数据模型构建中同时也加入了对于烟气粉尘颗粒物的感知。通过实时监测出口排放烟气中的粉尘微粒直径的大小及含量，持续有效地使远在别处的管理者和监督者获得及时性的信息。一旦粉尘排放量超过阈值，控制系统便会自动发出警告，并通过除尘设备控制策略选择性地及时调整设备参数或通过自动的尾气再处理来进行达标后排放。遇到指标超出设定的合理区间时，便可自动关闭生产的流程线路上影响到烟气排放的非必要性流程，进而再转接至操作管理人员，极大地保障环境治理和节省人力资源。

4 结束语

我国电力行业依然是以煤炭发电为主的市场，并且随着消费需求的增加，对于煤炭的需求也在增加。但煤炭作为化石燃料，鉴于当前技术条件，不能达到完全燃烧，其产生的粉尘对环境污染极大。文章通过对智慧除尘原理的探究，通过运用智慧除尘控制技术与先前各个除尘控制方式作出了合理的对比分析，经过对火力发电厂的粉尘问题及运用智慧除尘控制技术的解决办法，明确智慧除尘控制技术在火力发电厂的粉尘管理工艺上的特征所在。期望在未来的火力发电领域，智慧除尘控制技术能够得到充分的运用和推广。