火电厂环保设施智能化诊断平台的应用

徐建刚 朱宇翔 王 薇 钱鑫 杨剑斌

上海申欣环保实业有限公司

1 概述

随着互联网和信息化技术的发展，电厂纷纷建立了信息化管理系统，在机组运行中积累了不同工况下大量的运行数据。为了充分运用这些历史数据进行分析，寻找特定工况下相对最优的数据，以对照实时工况，为运行提供参考[1,2]。

环保节能智能诊断系统是一个环保设施信息化管理系统，具备数据比较功能、大数据诊断模型功能和基于大数据分析脱硫系统节能达标运行智能操作指导的功能。

本软件通过分布各个现场的数据以VPN+Internet方式，将现场数据传送至公司数据库。数据引入除沿用现场单向读取DCS数据方式外，增加了SIS系统数据的单向读取和外部数据的导入方式，使系统的实用性更强大。系统将煤种信息、石灰石及脱硫添加剂等非实时数据作为扩展因子导入数据库，并向已收集的工况中插入包含相应扩展因子的数据，为数据分析提供更多的有效信息，使分析和判断更精准。系统建立标准指标库，将不同电厂的设备命名进行统一，便于指标、参数之间的对标和比较，使系统更具通用性。系统使用便捷，用户使用本系统并不受到地域的限制，通过互联网即可使用，可以实现管理者的移动办公和管理。

2 系统的框架和核心

节能智能诊断系统包括基础数据采集和环保节能智能应用模块两部分。基础数据采集系统包括基础数据管理、工况数据采集系统和模型管理系统；环保节能智能应用模块包括典型工况行业对标、典型工况历史寻优、实时工况行业比较、浆液循环泵优化运行操作指导、工艺设备智能诊断及工艺系统智能诊断。环保智能节能管理系统及其子模块智能诊断系统见图1和图2。

图1 环保智能节能管理系统架构

图2 智能诊断系统构架

软件系统的核心是基于数据的挖掘，系统包含8种算法，离散型和连续型各4种。离散型算法有linear SVM、radial SVM、C50和ctree算法；输出为连续型的有nnet、MARS、lm和glm4算法。建模算法可以在离线训练完成后，从后台导入，在模型算法定义页面新增和修改。

智能诊断系统应用模块包括：典型工况行业对标、典型工况历史寻优、实时工况行业比较、工艺设备智能诊断、工艺系统智能诊断和浆液循环泵优化运行操作指导。根据系统平台采集的典型工况数据，实现工况参数和指标数据的对标和寻优。利用本系统的环保系统标准数据库，进行数据清洗和工况数据分类，实现自学习、自寻优的系统、设备智能诊断系统。

典型工况行业对标是实现不同机组、不同电厂之间在相同工况、相同最优条件下进行的运行指标、参数比较。

3 工艺系统(设备)智能诊断

工艺系统智能诊断系统（图3）是利用本系统的环保系统标准数据库，进行数据筛选和工况数据分类所建立的一套数据可选、模型可建和可调、自学习、自寻优的智能模型系统。用户可以调用已建立的模型，输入拟诊断的参数值，诊断结果与实时数据比较，进行系统的能力诊断和设备的性能诊断。

若用户需要改变输入值，推算输出值，则在实时诊断页面，输入拟诊断的参数值，点击调用模型，系统调用大数据模型推算诊断结果。

图3 工艺系统诊断参数推算

4 现场工况操作指导

现场工况操作指导是专门对脱硫系统浆液循环泵优化运行进行的开发，后续将根据需求再开发。脱硫系统浆液循环泵运行操作指导是在系统智能诊断模型的基础上，深度开发的多输入多输出的智能模型系统。主要功能包括：

（1）系统可以根据当前的工况（负荷、进口SO2浓度），推荐出能耗最低、出口SO2最低的浆液循环泵运行方式。

（2）用户可以根据当前的工况（负荷、进口SO2浓度），自行改变p H、浆液循环泵运行组合，诊断出口SO2浓度。

（3）用户可以改变当前的工况（负荷、进口SO2浓度），预测能耗最低、出口SO2最低的浆液循环泵运行方式，诊断出口SO2浓度。

（4）系统自动计算当前SO2平均浓度（本小时），跟据设定的SO2排放指标值进行比较，估算出本小时剩余时间SO2排放浓度控制值，实现SO2小时浓度在控制范围内达标排放。

（5）用户可以根据运行的实际情况，通过选择不同模型以确定是否使用脱硫增效剂。

4.1 当前工况浆液循环泵优化运行操作指导

在当前工况浆液循环泵优化运行操作指导界面（图4）录入电厂机组出口SO2的控制值、p H的控制值和添加剂使用情况，点击“查询”，系统显示当前的运行工况，推荐出能耗最低、出口SO2最低的浆液循环泵运行方式，及自动推算出口SO2和p H值。

图4 当前工况浆液循环泵优化运行操作指导界面

录入出口SO2控制值设定值，点查询，系统自动推算出未来出口SO2预估值。

自预判，录入p H值、浆液循环泵组合,进入查询界面，系统自动推算出口SO2的值。

4.2 机组变负荷状态时浆液循环泵优化运行操作指导

进入“机组负荷变化操作建议”页面，点击“查询”，系统显示当前的运行工况及相关推荐方式。系统自动获取机组计划负荷，操作者可以对机组负荷进行加（减）调整以达到所期望的负荷，点“操作建议”，系统自动调用大数据模型进行推算并提供操作建议（见图5）。此操作前提条件：需要事前录入机组运行的负荷计划。

图5 机组负荷变化浆液循环泵优化运行操作指导

4.3 进口SO2变化浆液循环泵优化运行操作指导

进入“进口SO2”变化操作建议页面，点“查询”，系统显示当前的运行工况及相关推荐方式。修改进口SO2数值，点击“操作建议”，系统自动调用大数据模型进行推算并提供操作建议(见图6)。

图6 进口SO2变化浆液循环泵优化运行操作指导

4.4 负荷及进口SO2同时变化浆液循环泵优化运行操作指导

进入“负荷及进口SO2”变化操作建议页面，点查询，系统显示当前的运行工况及相关推荐方式。修改负荷、进口SO2数值，点击操作建议，系统自动调用大数据模型进行推算并提供操作建议（见图7）。

图7 负荷及进口SO2同时变化浆液循环泵优化运行操作指导

5 工艺系统(设备)智能诊断

工艺系统（设备）智能诊断系统是利用本环保系统标准数据库，进行数据清洗和工况数据分类所建立的一套数据可选、模型可建和可调、自学习、自寻优的智能模型系统。用户可以调用已建立的模型，输入拟诊断的参数值，诊断结果与实时数据比较，进行系统能力诊断和设备的性能诊断。

工艺设备智能诊断是针对某一设备运行状况的诊断分析，基于设备诊断类通用模型。进入工艺设备智能诊断页面，录入电厂、机组及诊断类型名称，点击“查询”，系统显示诊断结果。当系统运行的实际值与模型诊断输出值产生偏差大于设定值时，将报警提示，偏差值可以设定（见图8）。

图8 工艺设备诊断数据查询

若用户需要改变输入值，推算输出值，则在实时诊断页面，输入拟诊断的参数值，点击[调用模型]，系统调用大数据模型推算诊断结果（见图9）。

图9 工艺设备诊断参数推算

工艺系统智能诊断是针对某一系统运行状况的诊断分析，基于系统诊断类通用模型。进入工艺系统智能诊断页面，录入电厂、机组及诊断类型名称，点击[查询]，系统显示诊断结果。当前运行实际值与模型诊断输出值产生偏差大于设定值时，将报警。偏差值可以设定（见图10）。

图10 工艺系统诊断数据查询

若用户需要改变输入值，推算输出值，则在实时诊断页面，输入拟诊断的参数值，点击[调用模型]，系统调用大数据模型推算诊断结果（见图11）。

图11 工艺系统诊断参数推算

6 典型工况历史寻优

典型工况历史寻优是实现本机组相同工况、相同最优条件下，最优运行指标、参数比较。最优运行指标包括每月最优运行工况数据及至目前为止的最优运行工况数据。选择工况批次，可以对本机组相同工况、不同时段运行指标、参数进行比较。数据来自本平台典型工况管理系统所采集的满足相同采集条件和相同最优条件下典型工况的数据。

历史最优工况数据比较是本机组相同工况、相同最优条件下，月最优运行工况数据的比较。用户可以进行不同时间段满足最优条件的工况数据比较。进入典型工况历史寻优页面（见图12），选择已定义的比较指标、典型最优工况名称，电厂，机组，比较时间段的起、止时间和比较的各工况条件，点击页面下方的[查询]。历史最优工况比较数据可以按需导出（见图12）。

实时工况行业的比较是实现不同机组、不同电厂之间在当前工况的运行指标和参数比较。实时对标数据来自于本平台实时工况定义模块配置并采集的实时工况。进入实时工况行业比较页面，选择已定义的比较指标，点击页面下方的[查询]，查询各电厂机组之间在当前工况的运行指标、参数。

图12 典型工况历史寻优--历史最优工况数据比较查询

图13 实时工况指标查询比较

7 结论

火电厂环保设施智能化诊断平台，利用大数据分析技术，实现了火电厂环保设施智能诊断和生产优化，故障诊断。大数据分析源于对历史数据的挖掘，工况的划分，数据量及数据质量都影响分析结果，尚需要进一步结合生产工艺，理清数据之间的基本关系，优化环保节能智能诊断系统模型。