脱硫运行优化系统在燃煤电厂的应用

晋能控股山西电力股份有限公司 李庆华 刘东波 晋控电力塔山发电山西有限公司 郑红旗

世界上已有多种成熟的脱硫技术应用于实际工程当中，目前在我国得到普遍应用的脱硫工艺大体可分为三类：以活性炭法为代表的干法脱硫工艺、以循环流化床法为代表的半干法脱硫工艺、以石灰石-石膏法为代表的湿法脱硫工艺。三者因其各自不同的优缺点、处理工艺及工况适应性，广泛应用于钢铁、水泥、石化、发电等行业。近年来，活性炭法和循环流化床法在钢铁行业应用较为普遍，而燃煤电厂多采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，石灰石-石膏法脱硫工艺具有技术成熟、脱硫效率高、脱硫反应速率快以及适应不用煤种等优点，并且该工艺使用石灰粉作为脱硫吸收剂，成本较为低廉，脱硫产物可外卖利用，是一种性价比极高的脱硫工艺[1]。

1 石灰石-石膏湿法脱硫系统运行现状

虽然石灰石-石膏法脱硫工艺有着先天性的优势，但是由于受运行时间和管理方式的影响，在后天的运行上还存在较多短板。

1.1 生产数据

目前，各大燃煤电厂运行的脱硫系统中，仍然存在着数据壁垒，脱硫各分系统画面相对独立，现场操作人员需要监控或者操作多个运行画面。而对于管理者而言，只能在现场运行画面中了解系统运行状况，大大降低了决策效率。

1.2 根据来烟成分被动调整

目前运行的脱硫系统中，多数采用根据来烟成分控制出口二氧化硫含量的运行方式。这样的控制方式有两方面的缺点：一是无法预测来烟成分的硫含量，在工况发生变化时，烟气中的二氧化硫含量往往会急速上升，而运行人员的操作相对滞后，极易出现出口二氧化硫超标的情况；二是面对烟气中二氧化硫的波动，为了避免超标情况的出现，操作人员往往采用增加脱硫剂的消耗量来控制出口二氧化硫的含量在红线以内，并且实际控制值远低于标准值，这就造成了脱硫剂的过度消耗，增加了运行成本[2]。

1.3 设备管理相对被动

目前运行的脱硫系统，在设备管理方面多数采用现场巡检加定期检修的管理方式，虽然该方法可以在一定程度上减少设备的故障率，但在现场实际应用中，存在点检不到位、漏检等情况的发生。可以称之为“亡羊补牢式”的管理方式，只能发现设备已经出现的问题，无法做到故障预测，存在较强的被动性。

1.4 报表手工抄写

报表是脱硫系统运行不可或缺的数据管理方式之一，大多数电厂的报表仍然采用纸质版手工抄写的方式，采用此方法不仅效率低，而且还需要占用空间存放纸质报表，即使报表保存得当，其储存的操作数据也基本没有利用价值。

近年来，随着国家“双碳”目标的提出和越来越严格的环保政策，各燃煤电厂的生产经营面临巨大压力。脱硫系统作为纯投入型项目，如何做好降本增效成为各燃煤电厂面临的一项重要工作。因此，脱硫运行优化系统也成为各企业率先开展的项目。

2 脱硫运行优化系统介绍

2.1 脱硫运行优化系统的目标

脱硫运行优化系统是以合规、避险、降本、增效为核心目标，合规即保障环保排放达标；避险即注入设备管理新理念，将设备管理模式从被动式检修转变为主动式预维修，提高设备运行的安全性；降本即在保障环保达标的前提下，最大限度降低环保消耗成本，降低企业负担；增效即借助各种智能化、自动化的手段，提高系统运维的工作效率。

2.2 脱硫运行优化系统的主要功能

2.2.1 脱硫运行系统大数据平台

数据是实现系统各项功能的基础。现有手工录入工作存在录入数据工作量大、录入时限性强、录入准确率不高且难以发现错误等问题。手工输入系统可以有效解决上述问题，实现以下功能：一次录入，数据共享；设置数据录入提醒与告警，给出未录入数据的数量，确保及时录入；数据录入越限提醒，保障录入准确性；实现历史录入数据查询；规划WEB 发布平台，实现文档信息、数据信息、图片信息展示功能[3]。

脱硫运行优化系统打通原有系统的数据壁垒，建立含手工录入系统的大数据平台。基于私有云、数据挖掘、虚拟化、可视化等技术，采用Hadoop等架构，后台借助HDFS+HBASE+实时/时序数据库+关系型数据库等数据库组合阵列，将实时数据、历史数据、设计数据、经验数据、检修记录、技术标准等信息统统汇聚起来，逐步建设成数据内容更加丰富（含结构化数据和非结构化数据）、数据共享更加充分、计算响应速度更加迅捷的大数据平台，为后续系统性的功能开发奠定基础。

2.2.2 设备运行全流程监测

脱硫运行优化系统主要是根据现场实际情况制定相应的生产监控画面，监控画面主要有全流程监控画面和各分系统监控画面，在全流程画面中集中展示所有重点参数及重点设备状态，复现DCS 系统中所有画面及实时数据，运行人员可以实时监控并优化运行工况，动态掌控重要设备的状态，提高日常工作效率，如图1所示。

图1 全流程监测示意

2.2.3 设备全生命周期管理

设备安全稳定是保证脱硫系统稳定运行的重要保障。设备全生命周期管理包括设备基础信息、设备运行信息、设备寿命信息、设备维修历史记录等，贯穿设备生命全周期。设备基础信息包括设备结构、材质、设计参数、操作说明等基础信息，建立设备三维模型，将各项基础信息融入系统，建立设备专属的设备档案，方便运行人员随时查看设备相关资料。设备运行信息主要包括设备的实时运行数据，根据获取的实时数据，对各部位分别建立数学计算模型，实时计算各位置的受损情况，预测未来故障时间，并在三维图上展示各位置寿命状态，方便人员及时获取设备运行情况，并采取相应的措施。

设备的寿命管理不单单依靠运行数据，还会获取一线人员丰富的运行经验，形成动态专家知识库，并从历史检修资料中挖掘故障规律，根据不断更新补充的故障记录进行自学习，更新专家知识库，提高寿命预测的准确性。

2.2.4 设备巡检、维修管理

传统的巡检管理没有可靠的手段监督巡检人员填写巡检记录时，所在的位置和巡检人员是否按要求的巡检频率进行巡检。脱硫运行优化系统可实现智能化的巡检管理，具备巡检计划管理、巡检任务管理、巡检报修管理、巡检监督管理、历史记录查询等，可以实现以下功能。

一是定期自动派发任务。系统根据巡检计划设定的巡检周期，自动派发巡检任务给对应的巡检人员，杜绝出现一次性填报当值多个巡检任务。二是动态二维码设备。将传统静态二维码升级成动态二维码，每条任务对应的二维码实时刷新，杜绝未实地巡检便填写巡检记录的现象。三是多种监督模式。可通过领导监督和巡检检查卡等方式加强巡检监督，并与绩效考核模块关联，对不合格巡检进行考核，杜绝应付巡检、巡检不到位现象。四是缺陷线上报修。巡检过程中发现异常时，直接在手机端提交缺陷联系单并填写异常信息，审核后由管理人员线上派发维修任务，实现管理闭环。

同时，该系统具备智能维修管理功能，主要功能包括：一是维修全流程线上智能管理。维修全流程包括派单、接单、返单、审核，全部实现线上智能管理，简化线下纸版流程，提高管理工作效率。二是工作票流程线上智能管理。将工作票的申请、签发、流程管理、审核、终结等纳入线上管理，嵌入维修管理流程中，实现线上全流程无缝对接。三是维修统计及维修指导功能。系统根据维修记录自动进行维修统计，分析易发生故障的设备和故障类型等，提醒运行人员和巡检人员重点关注，减少故障率，并根据历史维修记录提供操作指导。

2.2.5 系统运行优化指导

脱硫系统运行优化指导主要功能有二氧化硫的小时均值指导、数据的挖掘寻优、全流程关联分析等，通过关联分析、神经网络与聚类分析等大数据算法，挖掘最优工况，指导系统经济运行并沉淀优秀运行经验，形成卓越的辅助决策能力。

二氧化硫小时均值指导通过实时计算污染物小时均值，直观展示小时均值超标情况，给出当前小时段内剩余时间的排放区间指导，如图2所示。确保达标排放的同时，减少脱硫剂的消耗和无用设备的负荷，降低运行成本。

图2 系统运行优化指导示意

数据挖掘寻优以满足环保排放要求为前提，以经济性最优为目标，在历史数据中挖掘类似工况下的最经济数据，来指导当前工况的运行。全流程关联分析将各机组的前后工艺流程全部串联起来，从全局出发，考虑前后工艺流程的相互影响，对相关参数做出优化指导。系统还会总结运行人员已积累的先进运行经验，对定性描述的经验进行量化，转化成计算机可以识别的判断语句，实时指导缺乏经验的运行人员高效运行。

2.2.6 参数预测

参数预测可以根据机组的负荷计划、给煤量实时值、风量、氧量、煤质化验结果等相关量，预测未来半小时的烟气参数变化趋势，并根据烟气预测结果，采用神经网络、数据挖掘等算法计算给出pH值、浆液循环泵的变化趋势。如果预测到烟气中二氧化硫的含量会发生大的波动时，触发报警功能，及时提醒操作人员提前作出相应调整，避免超标情况的发生，如图3所示。

图3 系统运行预测预警示意

2.2.7 智能报表

报表管理实现报表自动统计，通过定时定向爬取网站数据，灵活配置并进行报表分析，也可将已有报表导入到系统中来（如图4所示），将报表统计人员从繁重的数据统计工作中解放出来，提高工作效率。报表主要分为运行报表、经济报表和安全报表等。

图4 报表导入示意

运行报表主要包括环保指标报表、重要设备运行时长统计报表等，可进行日报统计、月报统计等。经济报表统计项目收支情况、物料消耗趋势等数据，并对统计结果进行分析，提醒相关人员收支异常及物料消耗异常，实现精细化管理。安全报表按不同的统计方式对报警、预警等安全事件进行统计，分析统计结果，将异常情况实时推送给相关人员，确保系统安全运行。

3 结语

在燃煤电厂原有脱硫系统的基础上，通过升级改造成脱硫运行优化系统，可以实现运行系统的全流程监测、设备的全周期管理、设备点检维修管理、运行优化指导、参数预测、智能报表、精益管理等功能，从根本上解决原系统存在的一些弊端，提高操作人员和管理人员的工作效率，减少不必要的能源消耗和设备故障导致的停机损失。未来脱硫运行优化系统必将随着运行需要和相关政策的要求进行推广，系统本身也应结合企业需求不断升级，并向其他领域进行延伸，最终实现环保设施的精细化运营管理。