燃煤烟气污染物超低排放智慧环保岛

煤燃烧过程产生的烟气污染物是形成大气雾霾的重要原因。在现有的烟气污染物减排过程中，烟气脱硝、脱硫、除尘等装置彼此独立运行，各单元之间形成“自动化孤岛”，缺乏信息的共享和统一管理；且脱除装置受锅炉负荷、煤质变动的影响，运行波动大，关键设备在低负荷时停运，在超低排放的高要求下易导致污染物排放超标、脱除成本高的问题。当锅炉变负荷、变燃料导致烟气处理量、污染物成分动态变化时，由于缺乏整体的协同优化与智能调控，现有控制运行管理系统难以适应超低排放关键设备性能不断提升的要求，因此，亟需开展燃煤烟气污染物超低排放智慧环保岛研究

本创新成果以工业物联网、人工智能技术为基础，挖掘电厂运行数据，重点突破了烟气处理关键装置的先进控制策略、烟气多种污染物协同脱除过程基于工艺机理模型与数据驱动模型融合的混合建模方法、基于能耗-物耗-成本分析的全局协同优化方法等关键技术，构建了可满足燃煤烟气污染物超低排放的智慧优化控制及管理系统，实现了超低排放过程的先进控制及系统的智慧管理，并已完成示范工程应用验证

本项目主要取得了三项重大创新成果（查新报告编号：201833B2116314）

创新成果一：建立了超低排放环保岛烟气多种污染物协同脱除过程的工艺机理与数据耦合的混合建模方法，实现环保岛系统多断面NOx、SO2、PM浓度预测精准达到98%以上

基于超低排放环保岛脱硝、脱硫、除尘等关键系统的污染物脱除机理，建立了污染物脱除模型，利用运行数据研发了驱动的模型误差修正方法，实现机理与数据模型的融合，实现了环保岛系统多断面主要污染物浓度的精准预测

创新成果二：研发了烟气超低排放环保岛系统多污染物协同脱除智能控制优化方法及软件包，在热电机组超低排放环保岛进行示范，显著提升了快速变负荷、变燃料条件下超低排放系统稳定性、可调性、经济性等性能，主要烟气污染物全时段达到超低排放限值要求，运行成本降低5%以上

先进控制系统实现了低浓度侧的卡边控制和基于预测模型和出口浓度反馈的优化控制，使烟气污染物排放曲线平滑稳定，保证了环保岛系统出口浓度全时段始达到超低排放限值的要求。另外，通过研发运行能耗物耗成本模型，开发运行优化控制方法，实现超低排放环保岛污染物脱除过程的优化控制，促进能源资源的合理分配，降低污染物脱除装置的运行成本，提升污染物控制水平

创新成果三：建立了包含设备层、感知层、控制层、优化层的多层次超低排放智慧环保岛物联网系统，构建了涵盖环保性能、实时监测、系统报警、设备管理、缺陷管理、物料管理、成本分析、智能报表等方面的智慧管理系统

通过建立环保岛系统设备与运行数据库，打破了超低排放系统各系统间的信息孤岛；通过构建智慧管理系统，实现了作业智能、管理集成，为生产管理提供决策支持的同时提高了管理效率，环保岛网络化、智能化管理准确率超过95%。另外，智慧管理系统增加了电厂环保的能效费效计算，通过减排成本的纵横向对比，及时发现工艺或设备问题，使电厂能够有目的、针对性的改进工艺改造设施，降低成本、提高环保效率

燃煤烟气污染物超低排放智慧环保岛在嘉兴新嘉爱斯热电有限公司2#机组上实现工程示范应用，取得了较好的节能减排效益

脱硝系统通过入口污染物浓度软测量结合动态矩阵控制的方法，实现了关键装置对负荷、入口污染物浓度、出口污染物浓度、温度、氧量等影响参数的动态响应，使氨氮摩尔比降低了2.3%

电除尘系统通过机理与数据融合建模结合基于群智能算法的优化算法和在线运行协调的方法，实现了电除尘系统的优化控制，相比于优化前节能35.5%

脱硫系统采用群智能算法对传递函数进行参数寻优，并建立基于DMC的脱硫控制系统，在提升控制品质的同时实现节能控制，使两台变频泵的能耗分别降低24.5%、17.4%，整体能耗下降16.8%

同时智慧管理系统的实施提高了运行人员的工作效率。2#机组的成功运行，可总计节省运行成本54.5万元/年，折算成供汽成本节约0.33元/t

该系统提高了控制的稳定性的同时，显著降低了环保岛系统的能耗物耗，提高了运行经济性，实现了超低排放环保岛自动化、智能化以及系统稳定、经济、高效运行，为全面提升我国燃煤污染综合治理及大气污染调控的智能化水平提供关键技术支撑，具有重要的科学意义和广阔的应用前景

本项目已实现市场推广，截止2019年底已签订产品销售合同3项，用户包括浙江物产环保能源股份有限公司、浙江物产环能浦江热电有限公司及桐乡泰爱斯环保能源有限公司，项目合同总金额达1400万元

本项目具有高新技术示范带动作用，技术产品关联度大，可以带动相关软硬件产业的发展。通过项目的示范推广，预期未来若在全国全面推广将形成3亿元以上产值，具有重大的经济效益