生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。
 

　　生态环境保护实用技术
 

　　2023-J-23
 

　　申报单位
 

　　福建龙净环保股份有限公司
 

　　推荐单位
 

　　福建省环境环保产业协会
 

　　一、技术简介
 

　　适用范围
 

　　本实用技术应用于包含脱硝、除尘、脱硫设备在内的大气污染治理设备控制系统，适用于污染物人工控制效果不佳、能耗物耗较高的燃煤电厂，可覆盖大中小容量机组。
 

　　技术原理
 

　　智慧环保岛优化运行技术包括智慧脱硝、智慧除尘、智慧脱硫技术。
 

　　智慧脱硝通过采集脱硝设备运行数据，找寻锅炉负荷、煤质氮分、启停磨状态、喷氨格珊压力、入口NOx等因素对脱硝效率的影响程度，挖掘各类工况下喷氨流量与出口NOx浓度、氨逃逸率的复杂关联性并进行深度学习，建立可持续演化模型，输出最优化控制策略，策略包括：喷氨时机、喷氨流量、脱硝A/B侧喷氨阀门开度等。
 

　　智慧除尘通过采集除尘设备运行数据，找寻锅炉负荷、煤质灰分、入口粉尘等因素对电除尘效率的影响程度，挖掘各类工况下高压、加热、振打设备参数与出口粉尘浓度的复杂关联性并进行深度学习，建立可持续演化模型，输出最优化控制策略，策略包括：电除尘器各电场的电流极限、电压极限、供电方式、脉冲间隔、脉冲周期、振打方式、保温箱加热设定、灰斗加热设定等。
 

　　智慧脱硫通过采集脱硫设备运行数据，找寻锅炉负荷、煤质硫分、浆液品质、入口SO2等因素对脱硫效率的影响程度，挖掘各类工况下供浆流量、循环泵组合与出口SO2浓度的复杂关联性并进行深度学习，结合物料平衡机理公式，建立可持续演化模型，输出最优化控制策略，策略包括：供浆时机、供浆流量、供浆阀门开度、切泵时机、循环泵组合、泵浆协同策略等。
 

　　工艺路线
 

　　1.数据采集接口开发
 

　　研发人员针对人工智能模型分析所需要的工况数据和设备主要关键参数，制定采集方案，编写相应的采集程序，通过OPC、MODBUS等硬件传输协议，从IPC系统、DCS系统、SIS系统按照每5秒采集一次的采集频率，进行工况数据和关键参数的收集。
 

　　2.数据传输与存储
 

　　采集的数据通过通讯传输至智能服务器进行数据存储，数据传输使用统一编码、加密。采用Redis数据库存储实时数据、实时数据库存储海量数据、MySQL数据库存储业务数据。
 

　　3.环保岛寻优运行模型搭建
 

　　结合环保岛设备运行相关原理，筛分出影响出口排放量和供料的重要指标，并进行离散化等处理，按离散化后的指标对工况做分类，对每个分类建立独立的分析、优化模型。
 

　　4.三维监控系统搭建
 

　　搭建前端可视化三维监控系统，使用图表化展示实时关键参数曲线，实时工况数据情况，展示最优化的参数调整策略、设备预警预测信息，结合三维建模技术对设备进行建模，对环保岛设备进行实时监控和指导建议。
 

　　5.模型验证调试、上线
 

　　在工程师站部署智能服务器，通过RS485协议或MODBUS协议与环保岛设备所在辅网DCS的IO通讯卡件实现数据通讯，优化控制模型训练完成后，将模型和智慧控制系统部署在人工智能服务器上，经不断训练调试，实现对环保岛设备的智慧控制。
 

　　应用效果
 

　　1.安全排放
 

　　本技术基于对工况特性的精准把控，始终把超低排放标准作为阀值，控制出口排放不超标的同时，并使排放口NOx、SO2浓度更贴近预设目标值，波动标准方差比原始PID或人为控制标准方差降低10%——30%，排放稳定性明显提高。
 

　　2.减少物耗、能耗
 

　　统计实施案例应用成效得出，平均每台机组智慧环保岛系统每年可实现节能降耗超过20%，包括脱硝节省喷氨量6%以上，降低平均氨逃逸10%以上，电除尘节电率不低于15%，脱硫供浆石灰石降耗不低于4%，循环泵节电率不低于2%，创造经济价值150万以上，降低二氧化碳释放量不少于3000吨。
 

　　3.降低设备运维工作量
 

　　本技术投运后设备的日常操作、调整等大部分工作均由系统自动跟踪控制，结合三维可视化运维页面，有效提高设备运维水平，降低人员工作时长。智慧环保岛优化系统投运率可达到95%以上，得到电厂高度认可。
 

　　4.提升设备运行稳定性
 

　　本技术通过设备健康评估与异常诊断，将现有的被动防御升级为主动预防模式，在监测期间识别设备的早期故障，提前做出处理，并通过机器优化运行来防止设备在超负荷状态下工作，提高设备整体运行稳定性。
 

　　研发背景
 

　　1.目前国内除尘设备运行主要依据运营人员的经验进行控制，电除尘器高压整流设备、电加热系统、振打系统运行状态很难达到最佳匹配状态，特别当燃用煤种、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，无法达到达标排放同时能耗最佳化匹配运行状态，造成能源浪费。
 

　　2.目前国内绝大部分脱硫控制系统采用PID控制，通过pH值的控制出口SO2浓度，或运行人员手动设置供浆量控制出口SO2浓度，这样只实现了pH值的控制，出口SO2浓度的控制还是处于开环调节状态。此外，锅炉负荷及烟气量、煤质中硫分、吸收剂品质等动态变化，给运行人员带来较大操作负担。
 

　　3.目前国内脱硝设备主要通过人工经验或PID进行调节，难以精准控制喷氨量，虽部分燃煤机组进行分区喷氨改造，PID控制不佳导致局部氨过量，造成脱氨逃逸高等问题。现有脱硝设备在启停磨、升降负荷、深度调峰情况下，NOx控制品质仍有待提升。
 

　　本技术依托人工智能、大数据、数字孪生等前沿技术手段，深入挖掘各环保设备运行数据特性和潜在规律，形成工业级设备智慧控制和故障预警方案，改善人工控制不佳的现状，实现烟气环保岛各设备稳定超低排放的同时，能耗最低、智慧预警、智慧运营。
 

　　技术特点
 

　　本技术特征如下：
 

　　1.通过除尘、脱硫、脱硝设备相关运行数据的采集，实现多设备、多数据源、多采集点、高频度、高安全、大容量、低容错、低带宽消耗、低维护量、可持久运行的数据采集和存储；
 

　　2.对环保岛设备运行数据进行智能分析，提供设备运行最优控制策略，在现场部署控制器实现闭环控制，确保环保排放指标小时均值不超标；
 

　　3.通过最优控制策略与系统投运前能耗物耗比对，实现能耗物耗降低，从而降低碳排放；
 

　　4.能够实时在线发现和预测现场设备的异常情况，并分析导致异常工况的可能原因。
 

　　二、典型应用案例
 

　　案例名称
 

　　国家电投集团江西某电厂智慧环保岛控制系统项目
 

　　案例简介
 

　　国家电投集团江西某电厂660MW超超临界燃煤发电机组，采用低氮燃烧技术，安装SCR脱硝装置，除尘器入口烟道上设有低温省煤器，采用三室五电场高效静电除尘器，石灰石—石膏湿法脱硫工艺，加装湿式电除尘装置，烟气最终经烟囱排入大气。该厂原脱硫、脱硝设备采用DCS控制，其系统为国产DCS系统，除尘设备控制原采用除尘器厂商生产的IPC系统。现场环保设备控制主要采用DCS/IPC自动+人工调控方式，但传统人工控制和单一手段运维成效不佳，人工介入耗时费力且难以达成设备最佳运行状态，能源、物料和人员浪费等问题始终存在，因此，电厂环保侧升级改造迫在眉睫。
 

　　福建龙净环保股份有限公司针对该电厂脱硝、电除尘、脱硫设备，开发了一套智慧环保岛优化控制系统。该控制系统使用外挂服务器方式，软件改造成本、风险较小。控制系统实施后，环保设备运行方式为程序自动调参，大大降低人工参与程度。该系统利用人工智能技术手段，建立机器学习模型，通过污染物排放指标、运行参数、物料平衡和动态参数分析，建立持续优化的动态控制模型，实现脱硝、除尘和脱硫设备运行参数优化和闭环控制，最大化降低设备能耗、物耗，减少二氧化碳排放量，提高系统运行稳定性。同时通过对脱硝、除尘、脱硫工艺关键参数和上下游工况信息的全流程监控，实现设备的全生命周期管理集成，对关键设备实现预警预测，科学指导设备维护及备件更换，实现污染排放管控的集成化、稳定化、智能化，同时也提高该电厂的整体设备管理水平。
 

　　达到的标准或性能要求
 

　　1)脱硝尿素降耗率不低于6%；
 

　　2)降低平均氨逃逸1-2ppm，减少空预器堵塞，降低引风机单耗；
 

　　3)电除尘节电率不低于15%；
 

　　4)在现场设备正常条件下实现控制系统投运率不低于95%；
 

　　5)实现投运后脱硫供浆石灰石降耗不低于4%。
 

　　业主单位
 

　　国电投集团江西某电厂
 

　　投运时间
 

　　2022年6月
 

　　运行情况
 

　　智慧环保岛优化控制系统于2022年5月开始试运行，2022年6月移交生产，至今稳定运行。运行情况如下：
 

　　1. 智慧环保岛优化控制系统自运行以来，各项运行指标正常，维护简单，系统稳定，各项功能运行情况良好。
 

　　2. 本系统移交以后，NOx、粉尘、SO2排放稳定，超排频率低，电厂投运率高。
 

　　3. 经第三方测试单位测试得出：智慧环保岛优化控制系统投运后，脱硝尿素降耗率为11.3%，降低平均氨逃逸为1.22ppm，电除尘节电率为33.8%，脱硫供浆石灰石降耗率为7.05%，系统投运率在99%以上，满足性能指标要求。
 

　　技术应用产生的碳减排效果
 

　　根据第三方测试数据计算，该项目每年共计降低碳排放2794.6吨。具体如下：除尘方面，通过运行参数优化降低除尘电耗33.8%，减少除尘电量消耗164.5万kWh，降低碳排放1304.5吨；脱硫方面，通过优化供浆品质可降低供浆石灰石消耗量7.05%，减少石灰石消耗2773.94吨，可节省循环泵电耗2%，减少电能消耗49.39万kWh，共降低碳排放1490.1吨。
 

　　(计算说明：脱硫过程二氧化碳排放量=碳酸盐消耗量*排放因子；碳酸盐消耗量(t)=碳酸盐消耗*碳酸盐含量(90%)；排放因子0.44(tCO2/t)取自《GB/T32151.1-2015》。节电减碳按统一标准0.793kg/kWh来计算)
 

　　三、技术申报单位联系信息
 

　　单位名称：福建龙净环保股份有限公司
 

　　单位地址：福建省龙岩市新罗区工业中路19号
 

　　联系人：张欣然
 

　　原标题：环保新质生产力 |智慧环保岛优化运行技术