CN109656204B - 一种燃煤电厂超低排放智能环保岛系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃煤电厂超低排放智能环保岛系统，包括有数据采集单元、数据传输单元，数据存储单元、数据处理单元以及可视化监测系统，所述的数据采集单元包括机组运行状态检测仪以及CEMS检测仪，所述的数据传输单元包括多个用于采集数据传输的无线模块，所述的无线模块与机组运行状态检测仪和CEMS检测仪通讯连接，所述的数据储存单元设置计算机终端的存储器中，所述的数据采集模块与计算机终通讯连接，所述的处理单元对数据储存单元里的历史数据进行建模，传输到所述可视化监测系统中，所述可视化监测系统对数据进行可视化显示。在不增加硬件设施的情况下，实现超低排放智能环保岛低成本高收益运行，实时监测并确保系统稳定可靠运行。

Description

一种燃煤电厂超低排放智能环保岛系统

技术领域

本发明专利涉及能源、环保、信息技术领域，特别的涉及一种燃煤电厂超低排放智能环保岛系统。

背景技术

我国大气污染物排放总量巨大，大范围重污染频发，区域性大气复合污染问题日益突出；我国每年消费煤炭约36亿吨(占全球50%以上)，煤燃烧排放了约67%的NOx，约90%的SO2和约40%的烟尘，重点区域单位面积煤炭消费及污染物排放强度是欧美日发达国家的几倍甚至十几倍，是造成严重大气污染的主因之一。随着三部委《关于印发<煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）>的通知》（发改能源〔2014〕2093号）的出台，严格能效准入门槛，同时要求燃煤大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机排放限值（即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米）。针对行动计划，目前重点地区燃煤电厂都进行了超低排放的技术升级改造。

电力企业的信息化建设业已逐步开展，但现役燃煤电厂运行管理系统及污染源在线监控系统仅考虑实现部分信息的在线监测及历史记录查询，如何通过对全部运行数据的全面统计、分析，通过对运行数据的发掘、规律分析，实现环保系统平稳、节能运行尚属空白。

具体来说，在燃煤烟气污染物脱除过程中，面临以下技术难题：

1、燃煤电厂污染物控制装备的运行基本采用金字塔式的人工管理方式，而污染物脱除过程往往是动态的，锅炉燃烧的情况千变万化，烟气测量数据波动较大，给调控带来很大难度。有的电厂燃料单一，调控实现起来相对容易；而有的电厂为了降低成本，采用了燃料掺烧，后端烟气成分波动较大，造成调控相对困难。虽然有些电厂使用了反馈闭环控制，但考虑到不同的燃烧和污染物控制工艺，以及设备特性及采样延时问题，闭环控制很难达到预期的实时性和准确性；

2、在线仪器测量误差较大，由于烟气在烟道中的流动状态为湍流，同一截面不同位置烟气分布不均，差别较大。从理论上讲，同一截面测量点位越多，结果越准确。在生产实际中，也只能通过增加在线仪器的数量来解决这个问题，而企业要考虑成本问题，因此增加的数量有限，效果往往不明显；

3、仪器测量数据延时比较严重，采样需要一定的时间。目前的CEMS大多为抽取式，即将烟道内的烟气抽取到分析仪器中，采样时间受到采样管长度的影响较大。且现有的DCS系统储存的数据有限，并不能做到精准预测；

4、调控设备的精度不高，且厂家不一，设备特性千差万别，即便是同一厂家同一批次的产品，设备特性也不能做到一致，这就给现场人员造成了一定的困扰，增加了调控的难度；

5、协同效果不好，系统之间相对独立，无法进行全局的考虑。不同的污染物，如粉尘在干式静电除尘系统、湿法脱硫系统及湿式静电除尘系统均可被协同脱除，实现污染物的最优运行尚缺乏优化策略及方法。此外，不同容量机组运行往往相互独立，无法通过机组之间的数据分析实现机组运行状态的动态调控，造成管理低效，信息滞后，存在环保风险。

中国专利，公开号：CN 105737191 A，公开日：2016年7月6日，公开了一种监控尾气排放的智能化锅炉系统，包括CO/CO2含量设定和采集仪、CO/CO2含量测量仪、风机调节阀、风机、燃料流量控制调节装置、燃料喷枪，所述燃料喷枪一端连接锅炉，另一端连接燃料流量控制调节装置，所述控制调节装置与中央控制器数据连接；所述风机一端与锅炉连接，一端与风机调节阀连接，所述风机调节阀与中央控制器进行数据连接；所述CO/CO2含量测量仪设置在锅炉的排烟烟道中，用于测量烟气中的CO和CO2的含量，所述CO/CO2含量设定和采集仪一端连接CO/CO2含量测量仪，另一端与中央控制器进行数据连接；所述CO/CO2含量设定和采集仪用于采集CO/CO2含量数据和设定数据。该技术方案仅测量尾气排放的CO/CO2成分含量，测量成分单一，缺乏说服力。

发明内容

本发明的目是为了弥补由于目前燃煤电厂所有常规的运行管理技术不能为重大决策和优化运行提供客观、有前瞻性的科学依据的不足，提出了一种燃煤电厂超低排放智能环保岛系统，在不增加硬件设施的情况下对环保设备的运行情况进行调控，实现超低排放智能环保岛低成本高收益的运行，实时监测并确保系统稳定可靠运行。

为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是， 一种燃煤电厂超低排放智能环保岛系统，包括有数据采集单元、数据传输单元，数据存储单元、数据处理单元以及可视化监测系统，所述的数据采集单元包括机组运行状态检测仪以及CEMS检测仪，所述的数据传输单元包括多个用于采集数据传输的无线模块，所述的无线模块与机组运行状态检测仪和CEMS检测仪通讯连接，所述的数据储存单元设置计算机终端的存储器中，所述的数据采集模块与计算机终通讯连接，所述的处理单元对数据储存单元里的历史数据进行建模，传输到所述可视化监测系统中，所述可视化监测系统对数据进行可视化显示。本方案中，各个探测点的测量仪器与各个网络节点的无线模块通讯连接，计算机终端与无线模块通讯连接，实现无线局域网内的数据传输，计算机采用算法建模，对数据分类处理和可视化，实现数据的实时更新，故障的诊断和报警，并根据报警报提出应对措施，实现环保岛系统安全高效的运行。

所述的机组运行状态检测仪设置在烟气处理的各个设备上，用于检测机组运行工况、设备运行参数的变化状态；所述CEMS检测仪设置在烟气入口处以及烟气出口处，用于测量烟气的原料物性参数以及污染物排放参数。

所述的无线模块实现采集数据的无线传输，所述的无线模块设置在多个网络节点上，本方案中，无线模块的布置依据各个检测仪的位置进行调整，并通过有线供电，保证数据稳定的传输。

所述数据存储单元实现采集数据存储，采用互联网技术建立数据库管理系统对采集到的数据进行管理，实现数据的分类、调用以及实时更新。

所述的数据处理单元调用数据库中历史运行数据，对海量历史运行数据进行挖掘分析、自主学习，通过模型辨识对得到的数据进行建模，并对环保岛内不同系统进行联合求解，智能量化关键参数之间关系。本方案中，对整个环保岛的海量历史运行数据进行挖掘分析、自主学习，通过模型辨识对得到的数据进行建模，并对环保岛内不同系统进行联合求解，智能量化关键参数之间如原料物性参数、机组运行工况、设备运行参数与污染物排放、系统运行之间的关系，使用权重矩阵和Garson方程计算各工况因素对污染物脱除过程影响的权重，量化上游系统污染物脱除、烟气流动情况、设备运行状态对于下游系统污染物脱除效果的影响。

进一步的，将物料平衡算法对污染物排放浓度数据进行预测，并基于以上分析结果在不同煤种、不同工况下对物料平衡计算结果进行耦合校准，从而保证排放预测结果的精度和准确性。

进一步的，基于物料平衡算法的基础上，结合以上分析结果，核算机组运行所产生的污染物累积减排效果，从宏观方面观察电厂污染物脱除设备性能和运行情况，校核CEMS检测仪器的精确性，在核算的基础上自动生成报表。

进一步的，对环保岛设备运行状态参数、设备运行工况参数、设备使用过程中的环境参数、设备的维护保养记录进行挖掘，结合厂商设计指标、性能测试指标等数据，计算设备运行状态、健康程度、实时寿命曲线，动态调整设备寿命下降速率，并对设备运行中的异常数据进行跟踪、筛选，可得到设备故障预报，对设备故障进行辨识建模，根据位置、负荷、厂商测试数据等多参数建立专家系统数据库。

进一步的，进行多参数单目标运算，可设置为经济运行模式，在保证排放不超标的前提下通过对设备参数的设置达到经济最优；可设置为环保运行模式，在成本承受范围之内通过对设备运行参数的设置达到近零排放。

进一步的，结合燃煤机组生产运行状况，统计汇总一定周期内的重要运行数据，并形成分析报表呈现给管理层和决策层，可及时准确的反映生产状况中的各项参数和指标，为制定生产规划、降低成本提供数据支撑。

进一步的，基于在线数据和污染物排放预测结果，可对多电厂的污染物排放进行耦合模拟仿真分析，结合当地气候参数，模拟污染物扩散分布，为极端气候下的环境调控提供理论支撑。

进一步的，所述的可视化监测系统包括有括环保岛总览模块、环保性能模块、点位实时监测模块、系统实时报警模块、设备检修维护管理模块、物料统计管理模块、成本分析模块、智能报表模块和用户管理功能模块。

进一步的，所述的环保岛总览模块方便管理者掌控重要数据和相关生产状况，并为管理者的决策提供数据可视化依据。

进一步的，所述环保性能模块方便跟踪烟气污染物排放口实时数据及显示污染物脱除效率。

进一步的，所述点位实时监测模块掌控环保岛系统的全局生产实时状况，便于全局协同生产安排与组织。

进一步的，所述系统实时报警模块为安全生产提供远程报警功能。

进一步的，所述设备检修维护管理模块实现了设备管理综合分析，便于调整生产备品备件组织和进行有针对性的设备检修。

进一步的，所述物料统计管理模块实现了将电厂涉及环保系统的物料数据等集中起来进行管理，降低物料供应管理成本。

进一步的，所述成本分析模块通过对电厂运行数据的建模分析，实现环保系统的运行优化，降低系统运行成本。

进一步的，所述智能报表模块实现数据的自动录入与更新，实现企业进一步的减员增效。

进一步的，所述用户管理功能模块实现访客与管理者权限的逻辑分离，大大优化了管理中办公环境。

本发明的有益效果：1、以物联网与数据挖掘为代表的大数据技术可以将现有数据集成、转换到大数据库中，并通过数据挖掘提取污染物脱除实时数据库的深层次信息，将这些知识与智能控制系统结合，能够为污染物处理系统的控制做出即时、正确的判断，为管理者制定的决策提供有力的依据，从而提高企业的经济效益，真正实现信息化带动工业化，工业化促进信息化；2、在不增加硬件设施的情况下对环保设备的运行情况进行调控，实现超低排放智能环保岛低成本高收益的运行，实时监测并确保系统稳定可靠运行。

附图说明

图1是本发明一种燃煤电厂超低排放智能环保岛系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图1所示，一种燃煤电厂超低排放智能环保岛系统，包括有数据采集单元、数据传输单元，数据存储单元、数据处理单元以及可视化监测系统，所述的数据采集单元包括机组运行状态检测仪以及CEMS检测仪，所述的数据传输单元包括多个用于采集数据传输的无线模块，所述的无线模块与机组运行状态检测仪和CEMS检测仪通讯连接，所述的数据储存单元设置计算机终端的存储器中，所述的数据采集模块与计算机终通讯连接，所述的处理单元对数据储存单元里的历史数据进行建模，传输到所述可视化监测系统中，所述可视化监测系统对数据进行可视化显示。本实施例中，各个探测点的测量仪器与各个网络节点的无线模块通讯连接，计算机终端与无线模块通讯连接，实现无线局域网内的数据传输，计算机采用算法建模，对数据分类处理和可视化，实现数据的实时更新，故障的诊断和报警，并根据报警报提出应对措施，实现环保岛系统安全高效的运行。

所述的机组运行状态检测仪设置在烟气处理的各个设备上，用于检测机组运行工况、设备运行参数的变化状态；所述CEMS检测仪设置在烟气入口处以及烟气出口处，用于测量烟气的原料物性参数以及污染物排放参数。

所述的无线模块实现采集数据的无线传输，所述的无线模块设置在多个网络节点上，本方案中，无线模块的布置依据各个检测仪的位置进行调整，并通过有线供电，保证数据稳定的传输。

所述数据存储单元实现采集数据存储，采用互联网技术建立数据库管理系统对采集到的数据进行管理，实现数据的分类、调用以及实时更新。

所述的数据处理单元调用数据库中历史运行数据，对海量历史运行数据进行挖掘分析、自主学习，通过模型辨识对得到的数据进行建模，并对环保岛内不同系统进行联合求解，智能量化关键参数之间关系。本实施例中，对整个环保岛的海量历史运行数据进行挖掘分析、自主学习，通过模型辨识对得到的数据进行建模，并对环保岛内不同系统进行联合求解，智能量化关键参数之间如原料物性参数、机组运行工况、设备运行参数与污染物排放、系统运行之间的关系，使用权重矩阵和Garson方程计算各工况因素对污染物脱除过程影响的权重，量化上游系统污染物脱除、烟气流动情况、设备运行状态对于下游系统污染物脱除效果的影响。

进一步的，将物料平衡算法对污染物排放浓度数据进行预测，并基于以上分析结果在不同煤种、不同工况下对物料平衡计算结果进行耦合校准，从而保证排放预测结果的精度和准确性。

进一步的，基于物料平衡算法的基础上，结合以上分析结果，核算机组运行所产生的污染物累积减排效果，从宏观方面观察电厂污染物脱除设备性能和运行情况，校核CEMS检测仪器的精确性，在核算的基础上自动生成报表。

进一步的，对环保岛设备运行状态参数、设备运行工况参数、设备使用过程中的环境参数、设备的维护保养记录进行挖掘，结合厂商设计指标、性能测试指标等数据，计算设备运行状态、健康程度、实时寿命曲线，动态调整设备寿命下降速率，并对设备运行中的异常数据进行跟踪、筛选，可得到设备故障预报，对设备故障进行辨识建模，根据位置、负荷、厂商测试数据等多参数建立专家系统数据库。

进一步的，进行多参数单目标运算，可设置为经济运行模式，在保证排放不超标的前提下通过对设备参数的设置达到经济最优；可设置为环保运行模式，在成本承受范围之内通过对设备运行参数的设置达到近零排放。

进一步的，通过搜集机组生成状况，统计汇总一定周期内的总运行数据，并形成分析报表呈现给管理层和决策层，及时准确的反映生产状况中的各项指标，提高运行效率，为制定生产规划、降低成本提供依据。

进一步的，所述的可视化监测系统包括有括环保岛总览模块、环保性能模块、点位实时监测模块、系统实时报警模块、设备检修维护管理模块、物料统计管理模块、成本分析模块、智能报表模块和用户管理功能模块。

进一步的，所述的环保岛总览模块方便管理者掌控重要数据和相关生产状况，并为管理者的决策提供数据可视化依据。本实施例中，环保岛总览模块显示常规排放、减排总量、排放达标率、环保岛总能耗和环保岛费用5部分数据，方便管理者掌控重要数据和相关生产状况，并为管理者的决策提供数据可视化依据。

进一步的，所述环保性能模块方便跟踪烟气污染物排放口实时数据及显示污染物脱除效率。本实施例中，通过将电厂环保参数，污染物数据等集中起来进行分析，实现烟气污染物排口数据检测、超标异常排放报警记录、上报环保局环保数据趋势、环保数据流分析及环保效率分析，跟踪整个生产工艺过程数据流，从而快速的发现生产问题环节和设备故障节点。

进一步的，所述点位实时监测模块掌控环保岛系统的全局生产实时状况，便于全局协同生产安排与组织。本实施例中，通过对电厂环保系统有关的重要测点、环保岛的运行流程和趋势组的分析，方便企业管理者在办公室及移动设备上查看现场DCS数据，掌控整个环保岛系统的全局生产实时状况，便于全局协同生产安排与组织。

进一步的，所述系统实时报警模块为安全生产提供远程报警功能。本实施例中，实现了重要信息的声光报警和普通信息的报警，以及现场超排主控室DCS系统报警功能，为安全生产提供远程报警功能。

进一步的，所述设备检修维护管理模块实现了设备管理综合分析，便于调整生产备品备件组织和进行有针对性的设备检修。本实施例中，实现各设备系统的数据交流通道，实现数据共享，保证信息传递流畅；通过建立设备基础台账及检修计划、运行管理、检修管理流程，实现了设备管理综合分析；利用智能算法，定位设备的高故障点，及时发现设备故障率高的真正原因，便于调整生产备品备件组织和进行有针对性的设备检修。

进一步的，所述物料统计管理模块实现了将电厂涉及环保系统的物料数据等集中起来进行管理，降低物料供应管理成本。本实施例中，实现了将电厂涉及环保系统的物料数据等集中起来进行管理，针对电厂运行部门的需求进行优化，提供物料的实时消耗情况、历史统计情况、系统消耗差异对比以及成本波动的原因和物料消耗异常状况，便于加强管理；通过理论数据和过磅数据对比，发现物料偏差的问题所在，降低物料供应管理成本。

进一步的，所述成本分析模块通过对大量数据的建模分析，实现环保系统的运行优化，降低系统运行成本。本实施例中，通过提取大量数据，挖掘隐含规律，建立智能模型，对企业环保系统费效、能效分析，实现环保系统的运行优化，为降低成本提供建议；让企业的管理者组织生产的同时，了解并掌握各个生产环节的运行成本变化，发现高耗能系统和环节，及时调整生产，从而更好地帮助企业达到节能增效的目的、

进一步的，所述智能报表模块实现数据的自动录入与更新，实现企业进一步的减员增效。本实施例中，代替人工实现报表的自动生成、导出和打印功能，避免了数据的漏填、漏报和误报，增强数据准确性、可靠性的同时，减少人工劳动强度，实现企业进一步的减员增效。

进一步的，所述用户管理功能模块实现访客与管理者权限的逻辑分离，大大优化了管理中办公环境。本实施例中，通过对用户的信息的统计和管理，实现了用户与访问权限的逻辑分离，借助于角色这个主体，用户通过角色访问系统，大大减少了授权管理的复杂性，而且为管理人员提供了一个比较好的管理环境。

以上所述之具体实施方式为本发明一种燃煤电厂超低排放智能环保岛系统的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种燃煤电厂超低排放智能环保岛系统，其特征在于：包括有数据采集单元、数据传输单元、数据存储单元、数据处理单元以及可视化监测系统，所述的数据采集单元包括机组运行状态检测仪以及CEMS检测仪，所述的数据传输单元包括多个用于采集数据传输的无线模块，所述的无线模块与机组运行状态检测仪和CEMS检测仪通讯连接，所述的数据存储单元设置计算机终端的存储器中，所述的数据采集单元与计算机终端通讯连接，所述的数据处理单元对数据存储单元里的历史数据进行建模，传输到所述可视化监测系统中，所述可视化监测系统对数据进行可视化显示；所述的机组运行状态检测仪设置在烟气处理的各个设备上，用于检测机组运行工况、设备运行参数的变化状态；所述CEMS检测仪设置在烟气入口处以及烟气出口处，用于测量烟气的原料物性参数以及污染物排放参数；所述的数据处理单元调用数据库中历史运行数据，对海量历史运行数据进行挖掘分析、自主学习，通过模型辨识对得到的数据进行建模，并对环保岛内不同系统进行联合求解，智能量化关键参数之间关系，智能量化关键参数之间如原料物性参数、机组运行工况、设备运行参数与污染物排放、系统运行之间的关系，从而建立多参数单目标运算体系，将环保岛运行模式在经济运行和环保运行间切换；同时使用权重矩阵和Garson方程计算各工况因素对污染物脱除过程影响的权重，量化上游系统污染物脱除、烟气流动情况、设备运行状态对于下游系统污染物脱除效果的影响，将物料平衡算法对污染物排放浓度数据进行预测，在不同煤种、不同工况下对物料平衡计算结果进行耦合校准，结合上述智能量化关系，核算环保岛运行产生的污染物积累减排效果，从宏观方面监控环保岛污染物脱除设备性能和实时运行情况；

对环保岛设备运行状态参数、设备运行工况参数、设备使用过程中的环境参数、设备的维护保养记录进行挖掘，结合厂商设计指标、性能测试指标的数据，计算设备运行状态、健康程度、实时寿命曲线，动态调整设备寿命下降速率，并对设备运行中的异常数据进行跟踪、筛选，得到设备故障预报，对设备故障进行辨识建模，根据位置、负荷、厂商测试数据多参数建立专家系统数据库；

进行多参数单目标运算，当设置为经济运行模式时，在保证排放不超标的前提下通过对设备参数的设置达到经济最优；当设置为环保运行模式时，在成本承受范围之内通过对设备运行参数的设置达到近零排放。

2.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂超低排放智能环保岛系统，其特征在于：所述的无线模块实现采集数据的无线传输，所述的无线模块设置在多个网络节点上。

3.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂超低排放智能环保岛系统，其特征在于：所述数据存储单元实现采集数据存储，采用互联网技术建立数据库管理系统对采集到的数据进行管理，实现数据的分类、调用以及实时更新。

4.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂超低排放智能环保岛系统，其特征在于：所述的可视化监测系统包括有环保岛总览模块、环保性能模块、点位实时监测模块、系统实时报警模块、设备检修维护管理模块、物料统计管理模块、成本分析模块、智能报表模块和用户管理功能模块；所述的环保岛总览模块方便管理者掌控重要数据和相关生产状况，并为管理者的决策提供数据可视化依据；所述环保性能模块方便跟踪烟气污染物排放口实时数据及显示污染物脱除效率；所述点位实时监测模块掌控环保岛系统的全局生产实时状况，便于全局协同生产安排与组织；所述系统实时报警模块为安全生产提供远程报警功能；所述设备检修维护管理模块实现了设备管理综合分析，便于调整生产备品备件组织和进行有针对性的设备检修；所述物料统计管理模块实现了将电厂涉及环保系统的物料数据集中起来进行管理，降低物料供应管理成本；所述成本分析模块通过对大量数据的建模分析，实现环保系统的运行优化，降低系统运行成本；所述智能报表模块实现数据的自动录入与更新，实现企业进一步的减员增效；所述用户管理功能模块实现访客与管理者权限的逻辑分离，大大优化了管理中办公环境。

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