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【摘 要】 该项目是天业集团公司国家循环经济的重要链环项目，也是全国唯一一条自有产业链电石渣100%替代石灰石做原料的新型干法大型硅酸盐水泥厂。通过配备DCS自动化控制系统，最大限度发挥工艺控制系统为传统水泥工艺带来更有效的生产效率和生产安全。
【关键词】 循环经济；自动化；智能；控制
一、项目概述
热电联产锅炉烟气智能净化处理系统是热电企业电除尘、脱硫和脱硝装备的中枢和大脑，直接影响其安全、可靠和经济运行。针对当前燃煤机组电除尘、脱硫和脱硝装置控制系统相互独立运行，且未与机组主控系统有效集成的现状，项目研发面向天业热电2×300MW机组的烟气智能净化处理系统，通过智能集成优化设计、工艺流程参数和环境参数的在线检测和预测控制，并结合关键设备在线监控，实现装备运行的智能故障诊断和预警，实现烟气处理装备与机组运行的全流程一体化协调控制，提高装备运行平稳性和烟气处理效率，降低装备能耗和运行成本，减少因运行与控制不当造成的二次污染。
燃煤电站烟气脱硝、除尘、脱硫装备的分立设计方法已经难以满足更高的国家环保指标。集脱硫脱硝和电除尘于一体的环保岛设计已成为确保烟气净化稳定、可靠、高效运行的重要手段。为此，需研究脱硝、电除尘和脱硫在集成环境下的结构、运行参数及控制系统改进，通过主流机组环保岛的示范应用，形成环保岛装备设计、自动控制和优化运行和智能管理技术体系。
此外，环保岛所有装备的日常运行能耗已经达到火力电站自用电的四分之一，发展环保島自身的节能技术也是当务之急。
本项目将针对上述瓶颈问题展开燃煤电站烟气净化环保岛装备设计、自动控制、优化运行与智能管理等关键技术的研究。环保岛集成优化设计和优化运行的突出优势体现在：脱硝、除尘、脱硫一体化分析与设计有利于环保岛烟道压损极小化和能量循环利用优化，自动控制和智能管理有利于提高装备的检测、监控、诊断和运行管理水平，并在满足环保指标前提下使日常运行成本极小化。项目实施期间将形成一批具有自主知识产权的装备设计和运行优化控制技术，通过示范应用，推动我国燃煤电站环保岛产业的健康快速发展。
二、主要研制内容
1、装备概况（构成、主要用途）
近年来，随着环保要求的提高，静电除尘器、湿法烟气脱硫装置和SCR烟气脱硫装置已经在我国火电厂中大量投运。另一方面，由于核心技术研究和优化控制技术滞后，装置可用率低、污染物排放不达标时有发生，烟气处理能耗高也导致偷排。为此，结合我国电厂的实际情况将包括除尘、脱硫和脱硝设备的整个电厂环保岛作为一个整体进行装备设计、控制设计、运行参数优化和智能运行管理，形成烟气智能净化处理系统，以提升我国火电厂大气污染物控制技术与装备的技术水平和市场竞争力，满足电厂环保岛综合自动化的需要。
热电联产锅炉烟气智能净化处理系统是热电企业电除尘、脱硫和脱硝装备的中枢和大脑，直接影响其安全、可靠和经济运行。项目研发面向天业热电2×300MW机组（属我国量大面广的主流机组类型），通过智能集成优化设计，工艺流程参数和环境参数的在线检测、预测控制，并结合关键设备在线监控，实现装备运行的智能故障诊断和预警，实现烟气处理装备与机组运行的全流程一体化协调控制，提高装备运行平稳性和污染物脱除效率，降低装备能耗和运行成本，减少因运行与控制不当造成的二次污染。
根据国内外现状和上述需求分析，本课题规划了热电联产锅炉烟气智能净化处理系统的四个方面研制内容。
（1）环保岛全流程仿真平台与关键设备智能设计
①环保岛全流程仿真平台
图1 环保岛工艺流程图
②电除尘-脱硫装置能量耦合系统工艺优化设计
③空间受限的脱硝装备优化设计
（2）环保岛智能自动化控制系统
本项目采用中心控制室（Centre Control Room - CCR）和现场机柜室（Field Control Room - FCR）分离设置方式。烟气处理装置的控制系统操作站统一设置在中心控制室，控制站设置在相应的现场机柜室，现场仪表信号通过电缆连接到现场机柜室，从现场机柜室到中心控制室的信号传输采用双冗余光缆。操作管理人员在中心控制室完成生产装置的控制、监测、报警及报表等操作。图11是中央控制室网络连接示意图。
（3）环保岛智能多目标协同优化控制系统
采用先进控制软件分别研发电除尘装备、脱硫装备和脱硝装备的智能优化控制系统，提高上述装备的主要工艺指标的平稳性，在此基础上，通过攻关，解决上述智能优化控制系统与面向节能环保的锅炉燃烧优化控制的全流程一体化协调控制的体系结构设计、协同优化技术等关键技术，形成面向热电联产燃煤机组烟气处理的综合性智能控制系统研发应用。
（4）环保岛智能运行管理系统
采用实时数据库实现燃煤机组电除尘、脱硫和脱硝装备DCS控制系统与机组主控系统的有效集成，研发面向机组运行优化的电除尘、脱硫和脱硝装备智能运行管理系统，使环保岛生产控制中心各级人员能够实时了解烟气处理装置的运行状态和经济性能，进行高效率的监控和管理，提高环保岛的运行调度和管理水平，在满足运行考核指标的前提下，提高上述装备的运行效能和经济性能。
①装备智能运行信息集成平台
建立统一完整的装备运行实时数据库是实现高效信息化应用系统的前提和基础。新疆天业已建设了多个专业领域的信息化系统，因此，未来环保岛生产控制中心的智能运行管理系统的主要信息来源是环保岛实时数据库，此外，还将从电厂SIS、以及ERP等系统中获取数据，并以环保岛全流程仿真为预测优化计算引擎，支撑上层的装置状态实时监控、班组成本核算、经济性能动态分析与仿真等应用。
②班组成本核算系统
建设班组成本核算子系统，从装置处理量、原料消耗、烟气中粉尘、SO2和NOx脱除率以及能量消耗等多方面出发，对每班组的操作平稳性、运行质量、消耗情况、运行成本等进行统计和考核，从制度上提高班组调度的积极性和竞争性，从而辅助提高烟气处理装置的操作和优化水平。具体功能包括：
a、班组核算计划的生成和修改；
b、按班组对生产成本等关键指标自动计算；
c、班组打分和排序（按月、季度、年进行统计）；
d、班组查询等。
③经济性能动态分析与仿真系统
集成物流、能流、质量、设备等数据，采用预测、建模、优化等核心技术，实现烟气处理过程动态成本的在线计算，生产管理KPI指标的考核，分析烟气处理的消耗分布、操作成本状况、效益来源，以持续改进计划、调度、操作各业务层的管理水平，使环保岛生产效益最大化。
此外，还将根据新疆天业的行业特点和生产经营管理的要求，结合甲方企业的安全环保和管理信息化需求，实现上述系统与电厂SIS系统乃至集团生产管理系统的集成，提高生产、安全和环保的精细化管理水平。
三、主要技术参数及先进性
1、开发完成环保岛全流程仿真平台，实现关键设备的智能设计，技术水平达到国内领先；
2、开发完成环保岛智能自动化控制系统，实现各烟气处理装备的集中控制和分散管理，技术水平达到国内领先；
3、开发完成环保岛智能多目标协同优化控制系统，实现具有自主知识产权的SO2/NOx总量估计和脱硝催化剂全周期表观活性估计；实现脱硝装置喷氨量和脱硫装置电石渣浆液设定值的优化等，技术水平达到国内领先；
4、开发完成环保岛智能运行管理系统，实现烟气处理装置运行状态和经济性能的实时监控和高效管理，技术水平达到国内领先；
5、在此基础上，制订高效率、低能耗环保岛装备和控制系统设计标准。
四、主要应用领域
本项目成果的应用领域十分清晰，可以直接应用于高强度SO2、NOx、粉尘排放的火电厂燃煤锅炉、工业炉窑（含化工、冶金、水泥、玻璃等行业）的烟气处理过程，能够满足我国火电等行业“十二五”节能减排的需要。所形成的热电联产锅炉烟气智能净化处理系统，可直接推广到同类热电联产企业中，将综合全面地帮助热电企业通过提升环保设备运行水平和经济性、提高管理效能、降低能耗和物耗、降低劳动强度来提升企业的环境友好性。
【关键词】 循环经济；自动化；智能；控制
一、项目概述
热电联产锅炉烟气智能净化处理系统是热电企业电除尘、脱硫和脱硝装备的中枢和大脑，直接影响其安全、可靠和经济运行。针对当前燃煤机组电除尘、脱硫和脱硝装置控制系统相互独立运行，且未与机组主控系统有效集成的现状，项目研发面向天业热电2×300MW机组的烟气智能净化处理系统，通过智能集成优化设计、工艺流程参数和环境参数的在线检测和预测控制，并结合关键设备在线监控，实现装备运行的智能故障诊断和预警，实现烟气处理装备与机组运行的全流程一体化协调控制，提高装备运行平稳性和烟气处理效率，降低装备能耗和运行成本，减少因运行与控制不当造成的二次污染。
燃煤电站烟气脱硝、除尘、脱硫装备的分立设计方法已经难以满足更高的国家环保指标。集脱硫脱硝和电除尘于一体的环保岛设计已成为确保烟气净化稳定、可靠、高效运行的重要手段。为此，需研究脱硝、电除尘和脱硫在集成环境下的结构、运行参数及控制系统改进，通过主流机组环保岛的示范应用，形成环保岛装备设计、自动控制和优化运行和智能管理技术体系。
此外，环保岛所有装备的日常运行能耗已经达到火力电站自用电的四分之一，发展环保島自身的节能技术也是当务之急。
本项目将针对上述瓶颈问题展开燃煤电站烟气净化环保岛装备设计、自动控制、优化运行与智能管理等关键技术的研究。环保岛集成优化设计和优化运行的突出优势体现在：脱硝、除尘、脱硫一体化分析与设计有利于环保岛烟道压损极小化和能量循环利用优化，自动控制和智能管理有利于提高装备的检测、监控、诊断和运行管理水平，并在满足环保指标前提下使日常运行成本极小化。项目实施期间将形成一批具有自主知识产权的装备设计和运行优化控制技术，通过示范应用，推动我国燃煤电站环保岛产业的健康快速发展。
二、主要研制内容
1、装备概况（构成、主要用途）
近年来，随着环保要求的提高，静电除尘器、湿法烟气脱硫装置和SCR烟气脱硫装置已经在我国火电厂中大量投运。另一方面，由于核心技术研究和优化控制技术滞后，装置可用率低、污染物排放不达标时有发生，烟气处理能耗高也导致偷排。为此，结合我国电厂的实际情况将包括除尘、脱硫和脱硝设备的整个电厂环保岛作为一个整体进行装备设计、控制设计、运行参数优化和智能运行管理，形成烟气智能净化处理系统，以提升我国火电厂大气污染物控制技术与装备的技术水平和市场竞争力，满足电厂环保岛综合自动化的需要。
热电联产锅炉烟气智能净化处理系统是热电企业电除尘、脱硫和脱硝装备的中枢和大脑，直接影响其安全、可靠和经济运行。项目研发面向天业热电2×300MW机组（属我国量大面广的主流机组类型），通过智能集成优化设计，工艺流程参数和环境参数的在线检测、预测控制，并结合关键设备在线监控，实现装备运行的智能故障诊断和预警，实现烟气处理装备与机组运行的全流程一体化协调控制，提高装备运行平稳性和污染物脱除效率，降低装备能耗和运行成本，减少因运行与控制不当造成的二次污染。
根据国内外现状和上述需求分析，本课题规划了热电联产锅炉烟气智能净化处理系统的四个方面研制内容。
（1）环保岛全流程仿真平台与关键设备智能设计
①环保岛全流程仿真平台
图1 环保岛工艺流程图
②电除尘-脱硫装置能量耦合系统工艺优化设计
③空间受限的脱硝装备优化设计
（2）环保岛智能自动化控制系统
本项目采用中心控制室（Centre Control Room - CCR）和现场机柜室（Field Control Room - FCR）分离设置方式。烟气处理装置的控制系统操作站统一设置在中心控制室，控制站设置在相应的现场机柜室，现场仪表信号通过电缆连接到现场机柜室，从现场机柜室到中心控制室的信号传输采用双冗余光缆。操作管理人员在中心控制室完成生产装置的控制、监测、报警及报表等操作。图11是中央控制室网络连接示意图。
（3）环保岛智能多目标协同优化控制系统
采用先进控制软件分别研发电除尘装备、脱硫装备和脱硝装备的智能优化控制系统，提高上述装备的主要工艺指标的平稳性，在此基础上，通过攻关，解决上述智能优化控制系统与面向节能环保的锅炉燃烧优化控制的全流程一体化协调控制的体系结构设计、协同优化技术等关键技术，形成面向热电联产燃煤机组烟气处理的综合性智能控制系统研发应用。
（4）环保岛智能运行管理系统
采用实时数据库实现燃煤机组电除尘、脱硫和脱硝装备DCS控制系统与机组主控系统的有效集成，研发面向机组运行优化的电除尘、脱硫和脱硝装备智能运行管理系统，使环保岛生产控制中心各级人员能够实时了解烟气处理装置的运行状态和经济性能，进行高效率的监控和管理，提高环保岛的运行调度和管理水平，在满足运行考核指标的前提下，提高上述装备的运行效能和经济性能。
①装备智能运行信息集成平台
建立统一完整的装备运行实时数据库是实现高效信息化应用系统的前提和基础。新疆天业已建设了多个专业领域的信息化系统，因此，未来环保岛生产控制中心的智能运行管理系统的主要信息来源是环保岛实时数据库，此外，还将从电厂SIS、以及ERP等系统中获取数据，并以环保岛全流程仿真为预测优化计算引擎，支撑上层的装置状态实时监控、班组成本核算、经济性能动态分析与仿真等应用。
②班组成本核算系统
建设班组成本核算子系统，从装置处理量、原料消耗、烟气中粉尘、SO2和NOx脱除率以及能量消耗等多方面出发，对每班组的操作平稳性、运行质量、消耗情况、运行成本等进行统计和考核，从制度上提高班组调度的积极性和竞争性，从而辅助提高烟气处理装置的操作和优化水平。具体功能包括：
a、班组核算计划的生成和修改；
b、按班组对生产成本等关键指标自动计算；
c、班组打分和排序（按月、季度、年进行统计）；
d、班组查询等。
③经济性能动态分析与仿真系统
集成物流、能流、质量、设备等数据，采用预测、建模、优化等核心技术，实现烟气处理过程动态成本的在线计算，生产管理KPI指标的考核，分析烟气处理的消耗分布、操作成本状况、效益来源，以持续改进计划、调度、操作各业务层的管理水平，使环保岛生产效益最大化。
此外，还将根据新疆天业的行业特点和生产经营管理的要求，结合甲方企业的安全环保和管理信息化需求，实现上述系统与电厂SIS系统乃至集团生产管理系统的集成，提高生产、安全和环保的精细化管理水平。
三、主要技术参数及先进性
1、开发完成环保岛全流程仿真平台，实现关键设备的智能设计，技术水平达到国内领先；
2、开发完成环保岛智能自动化控制系统，实现各烟气处理装备的集中控制和分散管理，技术水平达到国内领先；
3、开发完成环保岛智能多目标协同优化控制系统，实现具有自主知识产权的SO2/NOx总量估计和脱硝催化剂全周期表观活性估计；实现脱硝装置喷氨量和脱硫装置电石渣浆液设定值的优化等，技术水平达到国内领先；
4、开发完成环保岛智能运行管理系统，实现烟气处理装置运行状态和经济性能的实时监控和高效管理，技术水平达到国内领先；
5、在此基础上，制订高效率、低能耗环保岛装备和控制系统设计标准。
四、主要应用领域
本项目成果的应用领域十分清晰，可以直接应用于高强度SO2、NOx、粉尘排放的火电厂燃煤锅炉、工业炉窑（含化工、冶金、水泥、玻璃等行业）的烟气处理过程，能够满足我国火电等行业“十二五”节能减排的需要。所形成的热电联产锅炉烟气智能净化处理系统，可直接推广到同类热电联产企业中，将综合全面地帮助热电企业通过提升环保设备运行水平和经济性、提高管理效能、降低能耗和物耗、降低劳动强度来提升企业的环境友好性。