supSIM仿真解决方案在60万机组脱硫装置中的应用

林文辉，陶奇俊，马玲峰

（1.浙江浙能兰溪发电有限责任公司，浙江 金华 321100；2.浙江中控技术股份有限公司，杭州 310053）

0 引言

为切实承办好浙江省脱硫值班员技术比武，浙江浙能兰溪发电有限责任公司以本厂脱硫装置为对象，采用浙江中控supSIM 仿真解决方案定制开发了浙江省脱硫值班员技术比武用脱硫仿真机系统。项目范围包括#3 机脱硫、除灰、除尘系统，DCS 系统及相应的电气系统。

本仿真装置以全机理建模和虚拟控制为核心技术，高精度地模拟了脱硫装置的工艺参数变化和控制操作过程，通过该仿真机系统的应用，使操作员对脱硫装置的正常操作和异常事故处理技能提升，起到了重要保障。

1 脱硫仿真系统架构

脱硫仿真系统采用浙江中控智慧仿真解决方案（supSIM），该方案核心技术包含全机理仿真建模和虚拟控制系统技术[1-3]。全机理仿真建模基于联立方程和序贯模块解算器进行独立或者联合求解，计算更加高效、准确；内置丰富的物性数据库和热力学方法，确保机理模型的精度。虚拟控制系统技术基于浙江中控ECS-700 控制系统的虚拟化，可提供与真实DCS 完全一致的软件环境，实现与真实装置一致的控制逻辑、界面、操作体验[3]。仿真平台的动态仿真系统架构图如图1 所示。

图1 仿真平台动态仿真系统架构图Fig.1 Architecture diagram of dynamic simulation system of simulation platform

2 脱硫系统仿真范围

2.1 脱硫系统工艺仿真

该项目主要针对浙江浙能兰溪发电有限责任公司的660MW 超临界机组除灰脱硫设备系统进行模拟设计[4]，主要包括热媒水循环系统、湿电循环水系统、吸收塔系统、塔外浆液箱系统、氧化风机系统、除雾器系统、电除尘系统、输灰系统、石子煤系统、制浆系统、石膏浆液缓冲仓系统、真空皮带机系统、回用水系统、脱硫废水系统、工艺水系统等及相应的就地操作系统。简要工艺流程如图2所示。

图2 脱硫除灰工艺流程图Fig.2 Process flow chart of desulfurization and ash removal

仿真系统按实际设备进行仿真，仿真的主要设施有：SCR 脱硝系统、管式GGH 烟气冷却器、电除尘、脱硫吸收塔系统、吸收塔除雾器、湿电、烟道除雾器、管式GGH 烟气加热器等。系统设备通过高效协同控制，进一步降低主要烟气污染物含量，实现超低排放，使燃煤机组的主要烟气污染物排放指标达到燃气发电的标准（GB 13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》)。

2.2 故障工况仿真

将生产装置的开、停车等运行操作转化成培训内容，培养学员对现场装置和设备的操作能力，设置模拟相应的故障运行过程，培训操作员熟悉掌握各类故障发生时的处理方案，考核他们的应急处理能力。

2.2.1 正常工况仿真

根据脱硫除灰系统的工艺特点，设计正常培训工况：脱硫冷态启动工况、脱硫300MW 工况、脱硫600MW 工况、脱硫600MW 真空皮带机运行工况、脱硫600MW 联锁未投用工况等。

2.2.2 故障工况仿真

根据脱硫除灰系统的操作特点，设计故障培训工况，主要包括一般故障和程度故障，其中包括一般故障218 个和程度故障75 个，故障列表见表1。

表1 故障列表Table 1 Malfunction list

3 项目功能实现

项目首次将虚拟控制系统、全范围机理动态模型、模型在线调优技术集成为一个有机的整体。主要创新点如下：

3.1 虚实互动电厂仿真系统

通过集成电厂仿真所需的完整物性库数据、热力学方法，采用全机理建模技术路线来定制设计、开发脱硫装置模型；基于实时装置运行数据（实体装置）校正仿真模型（虚拟装置）；反之，可以根据虚拟装置运行情况，指导、预测实体装置运行。

3.2 高速全机理模型

基于组分和热力学参数，灵活的颗粒度分解模型及优化的模型计算引擎，实现便捷的工艺系统建模方式。模型的机理性、参数实时传递性有效地提高系统耦合度，体现实际过程的复杂关联性。高效求解引擎，满足全流程高速联合运行，提升研究、学习效率。

3.3 虚拟DCS技术

DCS 仿真采用虚拟DCS 技术，可将实际装置控制系统组态、参数直接载入仿真系统，可代替实体装置开展控制技术研究、控制方案测试等功能。通过采用与实际控制系统完全一致的软件和虚拟控制器来虚拟整个控制系统，实现1:1 的控制系统仿真。基于虚拟DCS 技术的激励式仿真系统的出现使得仿真机的发展达到了一个新的高度，它不仅在逼真度上达到了和实际DCS 相同的效果，而且降低了仿真机的成本，是一种行之有效的仿真方式。

3.4 研究型平台

基于在线仿真系统与脱硫装置实际运行数据，研究仿真模型的在线调优。研究实际装置的动态参数与非线性特征，辨识设备关键模型参数；研究仿真模型与动态数据模型的偏差对比方法，提出模型修正；研究仿真模型参数优化方法，获得模型精度与可用性的有效提升。本系统在满足传统的操作培训外，更可用于分析工艺操作研究、事故原因分析、事故处理预案推演等。

3.5 自动评价系统

通过真实运行事件（故障）历史数据的导入，自动创建演习案例库，丰富培训课题的覆盖面和针对性，进而提升培训效果。针对不同岗位设计多维度的量化能力（岗位）适配性指标体系，平行系统据此随机生成训练课程和考核案例，对被培训人员根据其岗位需求有针对性地进行培训和评价，并能根据培训效果自适应调整培训方式或建议。系统增强了能力鉴定功能，可多维度、多等级自动鉴定员工技能。

4 结语

通过建立实训操作行为模型、开发行为记录软件、构建数据中心，并着重利用数据挖掘技术从学员实训操作行为记录数据中提取出隐藏的有价值的信息，进而能够发现大量的、真实的、个性化、细节化的培训需求，从而针对性制定培训方案，改进培训内容，提升培训质量。该系统最终能实现远程运行操作训练、虚拟机组运行演示、学员技能考核、控制策略分析、DCS 培训等多项功能。

脱硫仿真系统软件不仅可以有效提升工厂操作工的技能水平，对故障及紧急事故的处理联系能使操作员时刻保持参数的敏感度，及时发现设备事件产生并有效控制事故扩大，保障事故处理方法得当等，从而减少设备损坏，提高设备运行安全性、可靠性和经济性，本系统有着广泛的应用前景。

脱硫仿真系统为值班员比武大赛起到坚实的技术支撑，为比赛的顺利开展打下坚实基础。