火电厂智慧水务关键技术探究

冯长宁

（国能清远发电有限责任公司， 广东 清远 513052）

0 引言

《火力发火电厂水务管理导则》中明确指出，要建立全厂主要水系统的水量平衡、 水质监测体系， 提高企业的用水效率，减少排放水量[1]。火电厂发展进程中，构建智慧水务是必然趋势，其涉及内容较广，时空跨度大，将先进的科技技术应用其中，对水质全面感知、智能分析，不仅能保障水质安全， 减少能源消耗， 还能提高水的利用率，满足企业发展需求。

1 智慧水务关键技术分析

1.1 智能感知技术

1.1.1 水务部件信息感知技术

在火电厂内部，各个水务系统设备的安装比较分散，在管理上有一定的难度，若其中一个环节出现故障问题，则需要耗费工作人员大量的时间精力去查找。为此，将无线射频识别RFID 技术应用于其中， 能够对各个设备系统等实现全方位的管理， 并在计算机中建立专门的档案库，存储各个时间段的数据。 RFID 标签具有防水、防磁、耐高温的特点， 且通常不容易受到外界的干扰影响。 同时，RFID 读写器具有穿透性强、读取速度快、操作免接触的特点，其能够同一时间处理多个电子标签，不仅效率较高，且实施也比较准确。此外，还可以将RFID 标签和地图上的位置对应起来， 对于各个供水设施系统进行精准定位，便于动态化的监测以及做好日常的维护工作，提高故障解决效率，提高水务工作运转水平[2]。

1.1.2 数据自动采集技术

火电厂智慧水务管理工作需要实时采集各个关键流量点的相关数据，并把握水质、流量等实际情况。 将智能控制器应用其中，发挥其逻辑运算功能，并通过5G 无线通信功能等和数据中心互相传输数据。 如果在数据传输的过程中，出现异常情况，则运行数据也会存储在智能控制器的存储卡上， 等待相关网络恢复正常之后， 继续上传。 如果数据达到了预设值，系统发出警报之后，智能控制器也会依据逻辑运算的结果，自动化的做出相关反应，对操作指令进行处理。

1.2 云计算技术

将云计算技术应用于智慧水务构建过程中， 对各项资源数据进行统计分析，结合实际情况合理分配，有效的提高了IT 服务水平，增强了水务工作的合理性，并为工作人员提供一个可以统一管理的云环境。 同时，在云计算服务的过程中，其核心就是数据中心，将各类数据传输到云存储中，便于追溯历史数据。再加上智慧水务平台的涉及业务范围较广，且需要集成的数据内容也比较多，为此通过可靠的数据中心建设， 则能够促进各项水务系统的智能化， 实现对生产过程的集中自动处理， 提高了工作效率，也畅通了数据传输路径。 云存储成本较低，且扩容性较强，存储量大，便于工作人员实现统一管理，将其和火电厂的各项业务工作联系起来，并选择对应的运转模式。在实时采集数据的时候，应用FC SAN 存储，不仅读取速度很快，数据完整真实，且效率很高，在短时间内完成工作任务[3]。 对火电厂水务工作建立专门的档案库，并将视频监控、文件等应用电子版的形式存储于其中，能减少物理空间的使用，降低成本支出。云GIS 还可以便于工作人员随时随地浏览相关信息，操作便捷，使得各类数据无缝嵌入到现有的水务系统中[4]。

1.3 大数据分析技术

在火电厂的运行过程中， 其每时每刻都会产生大量的关于水流量等相关数据。将信息技术应用其中，能够对各个阶段的数据进行统计分析，还能梳理历史数据，追踪溯源，对各个超限额数据实现自动会诊，明确其可能存在的原因，以及提出对应的解决措施，为工作人员的行为提供参考借鉴。 同时，构建对应的知识库，可以在该知识库中对数据信息进行分析，从而提取出其中的关键信息，感知其时空相关性分析， 为火电厂的持续化运营提供有力支撑。在智慧水务工作中，可以综合运用Hadoop 技术，对各类分布的数据进行统计和分析，不仅效率高，结果还比较准确。在数据结果中，工作人员可以第一时间发现其中存在的异常，如流量突变等，进而及时查找问题、解决原因，保障水系统运行的可靠性。通过对各个系统设备的水量、水位、浊度等数据分析，提前设置好预警数据，一旦发生异常情况则第一时间预警， 便于采取合理措施保障系统设备运转的安全性。此外，信息技术还可以对设备的能耗、运行时间、故障次数等进行记录和分析，对于个别使用效能受限、陈旧老化的设备系统，工作人员结合数据可以决定其是否被淘汰，进而推动火电厂持续化发展。

1.4 SOA 技术

火电厂搭建专门的智慧水务平台， 在该平台上以应用为中心，将SOA 技术应用其中，发挥其功能。 通过服务接口， 将其和各个子系统进行连接， 面对不同的水务特点，动态化的传输对应数据，如此工作人员便能在该平台上进行相关操作，以此满足现实工作应用需求，实现信息的高度集成。SOA 技术的应用核心是进行服务，其在各个系统中具有可相互操作性。同时，在该技术下对相关功能进行开发， 工作人员可以进一步挖掘数据信息蕴含的价值，并将各个服务模块中的数据复杂性凸显出来，将服务从其中独立出来， 通过服务完成系统实现。 采用基于Web Service 的面向服务集成框架，实现各个子系统的完美衔接，便于工作人员操作。

2 火电厂智慧水务技术搭建及应用

2.1 动态水平衡智能测算分析

2.1.1 水系统网络

依据火电厂发展现状，对其水系统网络进行改造完善，从顶层优化设计，合理规划布局，将火电厂水系统可以划分为生产用水、生活用水两部分，依据不同的用水目标和工艺流程，进一步将水系统划分为六大子系统，包含了生活用水系统、脱硫用水系统、一期循环水系统、化学除盐水系统、二期辅机循环系统等等。 火电厂从水源地取得水资源之后，水资源会通过双管道流入到平流池，而后对其进行净化处理，使得其达到工业用水的标准，能够在火电厂内充分使用。 各个子系统之间互相供水、排水，将最终的废水流入到终端进行再次处理，合理的排放到江湖海河中[5]。

2.1.2 监测设备优化布局

在一期循环水系统、化水系统、锅炉排污系统等流量取样节点安装流量计， 结合计算机设备等对其进行数据采集，建立无线数据采集平台，实现对火电厂全部水系统的全覆盖。通过实时的数据采集，有助于完成对水平衡等结果的自动测算，便于各项工作的顺利开展。

2.1.3 水平衡测试与校验

针对火电厂各个水单元和用水系统的水量， 统计并分析水量平衡关系。

式中：Vcy、Vcy'—循环水量；Vf—新水量；Vs、Vs'—串联水量；Vt—用水量；Vco—耗水量；Vd—排水量；Vl—漏失水量。

2.1.4 用水水平评价

参照已有的规章条例，如《节水型企业评价导则》《取水定额 第1 部分：火力发电》等，结合火电厂实际运行情况，以及战略发展目标，综合考虑并计算火电厂各种用水评价指标， 适当的拓展评价维度， 设计层次化的评价标准，旨在提高评价的科学性。评价的内容包含了发电耗水率、漏失率、冷却水循环率、达标排放率等等。

2.2 主要设备故障诊断与智能管理方案

将所有的数据动态化的传输到数据库中， 结合历史数据和实时监测数据， 应用信息技术从中挖掘其变化规律，采用定性和定量相结合的方法，并利用其他诊断、试验系统的特征证据，结合已有的运行经验，对故障进行诊断。诊断的信息不仅包含了维修人员的一般资料，还包含了实时数据信息，且按照一定的规律排列，便于后期对火电厂水务工作的综合状态进行评价。 结合数据分析之后，明确故障的发生特点和位置，采用对应有效的方法对数据进行进一步的分析，判断是否存在误差。 观察各项数据之间的关系，并在故障全面发生之前进行报警。 报警信息传输到对应的平台中，辅助工作人员对故障进行及时处理。

工作人员综合考虑相关影响因素， 结合历史正常数据，以及各项故障产生时的数据变化规律等，将智能学习算法等应用其中， 从而找到故障特征数据和结果之间的具体关系。 而后，工作人员构建专门的模型，将各项数据代入其中，深入分析其存在的故障，得到对应的结果。 如果诊断结果和设备故障结果之间的误差率没有超出10%，则说明该模型的信效度较高，可以投入使用。

2.3 运行成本测算方案

对火电厂水务工作中的所有设备机械等安装对应的智能电表，增加投药计量装置，能够将不同时间段的用电量、 用水量、 用药量等数据信息实时的传递在电子屏幕上。工作人员参照这些数据，则能对需要处理单元的生产成本进行核算，提高了核算效率，了解系统运行成本的综合指标。建立运行成本智能测算模型，综合运用各类信息技术， 对各个用水设备不同时间段的关键参数第一时间采集并传输到对应的数据库中。在大数据技术的支持下，结合数理统计方法， 对采集到的信息资料代入关系模型中， 得到准确的测算数据。 测算得到了系统运行成本之后，进一步对火电厂水系统设备的工作状态进行考核，分析用药量可能造成的不同影响， 进而针对性的对药剂进行优化配置，明确下一步的操作方案。

3 火电厂智慧废水零排放项目的案例

3.1 案例背景

某大型火电厂装机容量为2600MW，一、二期分别为4×330MW 湿冷机组，三期为2×640MW 湿冷机组。 发电用水的主要水源是水库水、城市中水和深井水。 循环水系统采用串联运行方式，#1、#2 机组采用水库水作为补充水，排污水经弱酸树脂处理后作为#3、#4 机组的补充水，#5 机组采用水库水作为补充水，排污水经弱酸树脂处理后与污水处理厂中水一起作为#6 机组的补充水。 各期循环水排污水和水库水用作脱硫用水，化学制水系统水源为#3、#4 机组处理后水。 生活水水源为深井水，生产水水源为城市水。

3.2 改造工艺

综合利用原有的设备，并购入新的设备，目的是为了提高废水的回收率。 同时，在设备的正常运转下，大部分废水都可以实现回收利用。对于无法二次利用的废水，对其进行脱盐处理，作为循环水补水，末端高盐废水通过旁路烟道蒸发结晶和机械强制蒸发结晶， 最终基本上实现火电厂废水“零排放”。

3.3 改造效果

（1）水资源调配更合理。 改造之后，火电厂不同水资源的利用更加细化，通过各系统安装的流量、压励、水位及水质分析测点，对各个系统的监测点情况进行汇总，预测和计算之后则能提示各系统的切换和启停运行状态， 有助于简化设备运行流程，合理分配水资源，达到节能降耗的目的。

（2） 控制各系统废水排放。 通过监测各个系统的进水、排水情况，计算对应的出水效率，有助于工作人员参考并计算，便于合理的控制各系统的排水情况。如系统可以监测循环水弱酸处理的进水量， 计算弱酸处理效和各废水的比例，还可以监督设备是否出现故障等，尽可能的尽量压低废水排放量。通过智慧水务系统的分析，对出现故障的设备进行报警，有效减少废水排水量。

（3）精确调整循环水。 对于火电厂的运行而言，循环水是用水大户。原本情况下，循环水水质控制是在排补水情况下进行。通过智慧水务的改造，可以将多种低盐废水经处理后补充到循环水中，不仅浓缩了倍率，还能保障水系统的安全运行。 由于火电厂机组循环水质受多方面因素的影响，再加上浓缩倍率是一个动态变化的过程，因此为了能够达到零排放废水的目的， 还需要对循环水浓缩倍率进行精确分析。 计算方式如下：

其中，K—监测时的浓缩倍率；CCl—监测时循环水的Cl浓度；Cl1 均—倒数第一天补充水的日平均Cl 离子浓度，以此类推；n—经过n 天的补水量等于机组循环水的保有量；Cld 均—日平均Cl 离子浓度；Q 中—循环水日中水补水量；Cl 中—中水出水Cl 离子浓度，以此类推。

按照上述公式进行计算，能够得到浓缩倍率，反映出循环水浓缩的真实情况，为水资源利用提供依据。

4 结束语

新时期下， 智慧水务系统的构建是提高火电厂水务管理工作水平的必然措施。 火电厂管理人员应正确认识到智慧水务的构建价值，并从多个层面着手，积极把握关键技术，购置先进的设备，做好系列故障维护方案，进而推动水务管理工作高效运行。