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“智慧電廠的建設(shè)，我理解可以叫做智慧轉(zhuǎn)移電廠，就是把工程師的智慧通過這套系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化，直觀地展示出來。因為工程師不可能全天24小時盯在機(jī)組上，但是這套系統(tǒng)是可以的，它24小時向運行人員、向相關(guān)人員提供相關(guān)的運行優(yōu)化建議?！?br/>

——信發(fā)集團(tuán)智慧電廠項目經(jīng)理劉琛

4月27日，華北電力大學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化中心與中關(guān)村華電能源電力產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟聯(lián)合主辦的2021年智慧電廠論壇（第一期）在廣東深圳成功舉辦。信發(fā)集團(tuán)智慧電廠項目經(jīng)理劉琛發(fā)表了以《信發(fā)集團(tuán)智慧電廠建設(shè)階段性總結(jié)》為主題的演講。

直播專題:2021年智慧電廠論壇（第一期）

文字實錄如下：

大家好！今天很榮幸能代表信發(fā)集團(tuán)跟我們的業(yè)務(wù)合作伙伴斯蒂雅閣向大家匯報一下我們智慧電廠建設(shè)的一個階段性總結(jié)。

斯蒂雅閣公司是歐洲五大發(fā)電集團(tuán)之一，也是數(shù)字化電廠的供應(yīng)商。信發(fā)集團(tuán)是一家發(fā)電、供熱、氧化鋁、電解鋁以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的集團(tuán)企業(yè)，總部位于山東聊城市茌平區(qū)，員工2萬人，2020年營收2200億，利潤260億。我們的主業(yè)是非常集中的，核心產(chǎn)業(yè)就是電解鋁以及鋁的后續(xù)深加工，圍繞著電解鋁，集團(tuán)配套了發(fā)電、供熱，以及相關(guān)的氧化鋁，搭配發(fā)電和氧化鋁又開發(fā)了煤礦、煤炭運輸、鋁土礦開發(fā)、鹽礦以及化工相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈，到目前為止基本上相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈可以實現(xiàn)集團(tuán)公司內(nèi)全部自產(chǎn)自銷。

今天是智慧電廠的論壇，我就著重介紹一下我們電廠的情況。我們發(fā)電板塊裝機(jī)容量大概有1600萬兆瓦，分4個生產(chǎn)基地，其中廣西、山西和新疆各有一個生產(chǎn)基地，在新疆我們有4臺35萬的亞臨界機(jī)組以及2臺110萬的超超臨界風(fēng)冷機(jī)組，這兩臺110萬的機(jī)組目前還是西北地區(qū)最大的單臺機(jī)組。在總部山東省有6臺66萬的超超臨界機(jī)組，也就是我這次著重介紹的項目。

我們集團(tuán)的第一信條就是可持續(xù)發(fā)展，始終把節(jié)能減排作為重中之重，還是國家工信部、科技部第一批資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)。

現(xiàn)在隨著碳排放指標(biāo)要求越來越嚴(yán)格，我們國家提出3060碳中和、碳達(dá)峰的概念，信發(fā)集團(tuán)也在探索智慧電廠專家系統(tǒng)，進(jìn)一步提高發(fā)電機(jī)組效率，狠抓運行細(xì)節(jié)，達(dá)到節(jié)能減排的目的。而我作為生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)方面的負(fù)責(zé)人，老板給我的壓力也是相當(dāng)大的，給我很明確的任務(wù)就是提高機(jī)組的效率，進(jìn)一步節(jié)能減排。

2018年開始，我們集團(tuán)進(jìn)行智慧電廠的調(diào)研，董事長帶隊考察了歐洲的發(fā)電集團(tuán)，包括萊茵集團(tuán)、斯蒂雅閣集團(tuán)和曼海姆發(fā)電集團(tuán)，最后決定選擇斯蒂雅閣的專家系統(tǒng)。斯蒂雅閣是歐洲的幾大發(fā)電集團(tuán)之一，他們自己提供數(shù)字電廠的解決方案，自己研發(fā)自己用，這是一個很好的開端?？疾煜聛?，他們的SR系統(tǒng)是相當(dāng)成熟可靠的，萊茵集團(tuán)作為德國最大的發(fā)電企業(yè)，也在用斯蒂雅閣集團(tuán)的這套專家系統(tǒng)。尤其是我們后面要提到的性能監(jiān)控和優(yōu)化SREPOS系統(tǒng)，萊茵發(fā)電集團(tuán)幾乎所有的電廠都配備了這套系統(tǒng)。

這套專家系統(tǒng)是通過對電廠建立詳細(xì)的機(jī)理模型實現(xiàn)數(shù)字化，而且不需要對電廠進(jìn)行改造，只需要通過ODC接口把電廠的運行數(shù)據(jù)傳導(dǎo)到服務(wù)器上面來，就可以導(dǎo)入模型進(jìn)行相關(guān)的計算。

我們2018年底簽訂了66萬6號機(jī)組的BCM智能吹灰系統(tǒng)，2019年5月份開始上線，同年8月份我們簽訂了第二套性能監(jiān)控和優(yōu)化項目EPOS。到了2020年5月份正式上線試運行。

這張圖是EPOS系統(tǒng)的內(nèi)核圖，左上角是當(dāng)時第一個項目BCM智能吹灰系統(tǒng)的模型，其中包括把鍋爐本體的受熱面，每一級受熱面都做出了詳細(xì)的計算。下半部分是為了搭配整個機(jī)組的性能優(yōu)化系統(tǒng)，把整個機(jī)組的設(shè)備按照實際回路跟實際測點搭建了模型。運行數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)之后，可以根據(jù)實際的數(shù)據(jù)進(jìn)行組件性能識別，判斷導(dǎo)入的數(shù)據(jù)是不是符合實際。比如說有時候測點不是很準(zhǔn)確，或者是臨時故障，導(dǎo)入了一個很離譜的數(shù)據(jù)，這套后臺計算就可以準(zhǔn)確地識別出來，這樣可以根據(jù)熱力學(xué)原理進(jìn)行在線的數(shù)據(jù)校核。而且在設(shè)備運行中，根據(jù)不同的負(fù)荷情況，它的各種參數(shù)的最佳區(qū)間是不同的，這套EPOS系統(tǒng)就可以在線進(jìn)行假設(shè)的仿真計算，得到不同工況下、不同條件下各個參數(shù)的最優(yōu)值。

剛才介紹的模型系統(tǒng)是智能吹灰系統(tǒng)和性能優(yōu)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所有的模塊都是搭建在那套模型系統(tǒng)之上的。

（見PPT）這個界面是智能吹灰系統(tǒng)的實際操作界面，這是一個典型的π型爐，各級受熱面都做了詳細(xì)的表述，通過后臺模型計算之后進(jìn)行可視化的顯示，把各級受熱面的清潔情況顯示出來，對于不同的狀況用不同的顏色進(jìn)行區(qū)分。

左下角是各級受熱面的實際傳熱量以及它自身的傳熱性能展示，傳熱量就是把整臺鍋爐吸收了多少熱量，分配到每一級的受熱面，比如說前豎井吸收了8兆瓦，后豎井吸收了31兆瓦，加起來總共是39兆瓦的吸熱量，相對于我的最好工況或者是設(shè)計工況來說，現(xiàn)在性能是占91%和80%，而我的平過吸收了125兆瓦的熱量，但是相對于我的設(shè)計值或者最優(yōu)值來說，我只有原來性能的54%，所以在這個界面顯示上就顯示出紅色，表示它已經(jīng)到了一個性能比較低的狀態(tài)。

這套智能吹灰系統(tǒng)（BCM）可以根據(jù)不同的情況個性化的制定吹灰的策略，在哪里吹以及吹哪個部分都可以做到有的放矢。

這個界面展示的是各個吹灰器分組的狀態(tài)，同時也可以展示受熱面的狀態(tài)，像這種矩形的方框就是受熱面的狀態(tài)，旁邊圓形的點就是吹灰器分組的。左邊是吹灰器運行的時間，它可以統(tǒng)計上一次吹灰到現(xiàn)在是有多長時間。同時也可以設(shè)定多長時間之后要提示我，不管受熱面狀態(tài)是怎么樣，到時間之后都要提示一次。這張圖的右半部分是受熱面的當(dāng)前性能以及我們可以允許它的最小值，以及我們的目標(biāo)值，還有正常值，相當(dāng)于三個判斷標(biāo)準(zhǔn)，分別對應(yīng)著受熱面的綠色顯示、黃色顯示跟紅色顯示。當(dāng)這一級的傳熱效率低于最少允許傳熱效率的時候，就需要對相應(yīng)的受熱面進(jìn)行吹灰操作。

右邊的圖片是把爐膛里面分成了六組吹灰器族。

這個操作界面的右上角是我非常感興趣的一個部分，最上面展示了這套智能吹灰BCM系統(tǒng)自身是不是正常的，自身的運算是不是好的，再稍微往下一點，這個灰色的方框就是我們的鍋爐的效率以及鍋爐當(dāng)前的負(fù)荷，通過后臺模型，每5分鐘實時計算一次，在這個方框里面做一個展示。下面有一個稍微帶點綠色方框的部分，就是這次我們要詳細(xì)介紹的部分，這是智能吹灰系統(tǒng)可以做到閉環(huán)控制。也就是說模型計算完了之后，受熱面效率分析完了之后，可以再重新實現(xiàn)閉環(huán)，向BCS系統(tǒng)里面寫入指令，自動操控吹灰器組運行，可以實現(xiàn)真正的全自動吹灰。

第一行是閉環(huán)狀態(tài)，當(dāng)然現(xiàn)在是非閉環(huán)，因為我們當(dāng)時截屏的時候切成了手動狀態(tài)。第二行是BCM向DCS寫入指令，是不是準(zhǔn)備好，只有閉環(huán)狀態(tài)并且準(zhǔn)備好的時候，BCM才會向DCS寫入指令，DCS接收到指令之后才會進(jìn)行相應(yīng)的操作。

這張圖是為了搭配性能分析做細(xì)了一個各級受熱面的趨勢圖，最頂上是水煤氣的傳熱效率，下面是低過和低載，最下面是平過的傳熱效率。從趨勢圖可以看到，剛開始的時候，平過的效率還是比較正常的，但是過了一段時間平過的效率下降得非?？欤祷抑笮侍嵘膊蝗缭瓉?，這時候我們自己可以認(rèn)為是平過出現(xiàn)了結(jié)焦的趨勢。智能吹灰系統(tǒng)同時也監(jiān)測到這種情況，而且它比原來更加頻繁地發(fā)出了吹灰指令，可以看到后臺計算還是比較準(zhǔn)確的。

我們平時運行的時候可以經(jīng)常關(guān)注受熱面的趨勢圖，這樣也就可以及時地讓運行值來調(diào)整配煤和鍋爐的運行方式，保障鍋爐的長期高效運行。作為私營企業(yè)既然上了這么一套智能吹灰系統(tǒng)，上系統(tǒng)之后要跟老板匯報，上這套系統(tǒng)，投資回收期大概有多少，每年能創(chuàng)造多少收益或者是達(dá)成什么效果。但是指望吹灰提高多少鍋爐效率應(yīng)該不是很現(xiàn)實的，所以我們現(xiàn)在在保證相同鍋爐效率的前提下，降低吹灰的頻次。本身我們大部分的電廠都是定期吹灰，比如說一天一次，或者是每個班次吹一次。但是通過智能吹灰系統(tǒng)的運行，可以有針對性地降低吹灰的頻率，比如說我們廠的鍋爐長期維持在90%以上的負(fù)荷，所以后豎井這一塊的煙氣流速是比較高的，水煤氣幾乎可以5天或者一個禮拜才吹一次。但是在之前的固定頻率吹灰的時候，到點就要。經(jīng)過智能吹灰BCM系統(tǒng)的計算，就可以把這部分的吹灰頻率降下來，通過后期的統(tǒng)計，吹灰頻率相對于原來降低39%，吹灰頻率的降低就意味著吹灰蒸汽節(jié)省，蒸汽節(jié)省了，這樣就相當(dāng)于提升了一部分的效益。

同時，通過針對性的吹灰，系統(tǒng)上線前后主蒸汽跟散熱蒸汽的溫度波動也變小了，原來可能有從595到605波動的區(qū)間范圍，有針對性的吹灰之后，現(xiàn)在的波動頻率到了600到605之間，也就是說從原來的10度左右的波動減少到了大概只有5度的波動，同時左右兩側(cè)的溫差也有減少的趨勢，這樣可以證明通過跟隨智能吹灰系統(tǒng)進(jìn)行吹灰，我們的鍋爐運行更加穩(wěn)定。

我們還上線了一套性能監(jiān)控系統(tǒng)，我們叫做EPOS系統(tǒng)。大家都知道電廠的損失基本上就是在設(shè)計煤耗的基礎(chǔ)上，有一部分是不可控?fù)p失，另外一部分是可控?fù)p失，其中包括運行當(dāng)中的可控?fù)p失和檢修當(dāng)中的可控?fù)p失。比如說設(shè)計主題溫度是605，不管是擔(dān)心受熱面的安全還是因為燃燒調(diào)整不適當(dāng)，長期運行在設(shè)計溫度之下，這都會帶來額外的經(jīng)濟(jì)損失。我們引進(jìn)的這套EPOS（性能專家監(jiān)控系統(tǒng)），可以對整個機(jī)組進(jìn)行模擬計算，精確計算當(dāng)前的環(huán)境和這個調(diào)整下的參考煤耗，精確計算出每一個設(shè)備的可控?fù)p失，它的數(shù)值和當(dāng)前的所占比例。

（見PPT）下面這張圖是EPOS系統(tǒng)的信息總攬圖。左上角這個地方是機(jī)組的毛功率、凈功率，以及系統(tǒng)計算的機(jī)組凈發(fā)電效率跟氣機(jī)的毛效率、凈效率，通過左上角的數(shù)據(jù)，可以對機(jī)組整體的運行情況有一個掌控。左下角列出了10項運行可控的損失，其中包括主機(jī)溫度不達(dá)標(biāo)的損失，主氣的節(jié)流損失，還有載熱蒸汽溫度不達(dá)標(biāo)帶來的損失等等。

右半部分是把機(jī)組的主要設(shè)備列出來，同時展現(xiàn)出這部分設(shè)備現(xiàn)在處于什么樣的運行狀態(tài)，相對于它的最佳運行工況現(xiàn)在處于什么樣的比例，比如說最上面是汽輪機(jī)本體的效率，下面是空預(yù)器的效率，可以展現(xiàn)出當(dāng)前的實際值和模型預(yù)測的最佳值之間的差距。下面還有氣機(jī)側(cè)的三臺高加和兩臺低加。再往下是氣機(jī)側(cè)的電動給水泵和氣動給水泵，還有鍋爐的三大風(fēng)機(jī)。通過對于性能不同顏色的表征，展現(xiàn)出各組件即時的能效。

這部分是性能監(jiān)控用戶界面的部分流程圖，整體的汽水系統(tǒng)、汽輪機(jī)本體、各級加熱器、鍋爐側(cè)整體的風(fēng)煙系統(tǒng)，空域器，以及幾大風(fēng)機(jī)。幾大風(fēng)機(jī)進(jìn)行詳細(xì)計算，根據(jù)當(dāng)前工況計算出來的結(jié)果來展現(xiàn)出現(xiàn)在的工況，在你的風(fēng)機(jī)的性能曲線里面是處于什么狀態(tài)，這樣運行人員或者是專業(yè)工程師就可以根據(jù)現(xiàn)在的情況，比如說現(xiàn)在的風(fēng)機(jī)已經(jīng)接近到了危險線，所以我在運行的時候就要悠著點。如果我現(xiàn)在的余量還比較大，我就可以讓它更出力一點，下半部分是兩端優(yōu)化。

同時我們做了一個班組的小指標(biāo)考評系統(tǒng)，把可控煤耗損失在各班組進(jìn)行縱向比較，指導(dǎo)班組的監(jiān)盤操作，提高機(jī)組運行效率。同時這個計算把負(fù)荷和環(huán)境條件的影響已經(jīng)全部去掉了，最下面這張圖是展現(xiàn)了四個運行值每個月累計的額外煤耗的值，前兩個月的時候，我的運行2值每個月都比其它幾個值稍微多一點，等到第三個月的時候，它自己面子上掛不住了，開始抓各種參數(shù)，后面它就處于一個比較良好的狀態(tài)。

在2020年11月份我們統(tǒng)計了一下，11月單月的煤耗相比9月份減少了143噸，如果這樣計算下來，全年單臺機(jī)組可以節(jié)省100萬的煤。

性能監(jiān)控有一個非常重要的部分，就是冷端優(yōu)化。我們有兩條循環(huán)水泵可以進(jìn)行高低速切換，在運用這套系統(tǒng)之前，什么時候切換都是我們的汽機(jī)專工算一算，一看時間差不多了，我們從低速切成高速，或者說再額外啟一臺泵。但是現(xiàn)在我們上了這套專家系統(tǒng)，可以實時給出循環(huán)泵的優(yōu)化運行建議，比如說現(xiàn)在算著凝結(jié)水的流量不足以把冷凝水冷卻到一個很經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)，就可以發(fā)出提示，我們可以根據(jù)循環(huán)泵的優(yōu)化運行建議進(jìn)行相關(guān)的切換。

我們正常情況下都是4月初進(jìn)行循環(huán)泵的切換，但是EPOS系統(tǒng)提示我們3月20號左右就要切換了，我們3月23號把循環(huán)泵切換到高速運行，從3月23號到3月底大概一個星期的時間，我們實際省煤就超過了200噸。

總結(jié)一下智慧電廠的建設(shè)心得。我認(rèn)為智慧電廠歸根結(jié)底還是要切實服務(wù)于高效運行，如果把定語全部去掉，就是服務(wù)于運行，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，在電廠設(shè)備已經(jīng)很先進(jìn)、非常高效的情況下，去挖掘運行潛能，在合理優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高發(fā)電效率，這也是我們集團(tuán)關(guān)注的最重要的點。

智慧電廠的建設(shè)，我理解可以叫做智慧轉(zhuǎn)移電廠，就是把工程師的智慧通過這套系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化，直觀地展示出來。因為工程師不可能全天24小時盯在機(jī)組上，但是這套系統(tǒng)是可以的，它24小時向運行人員、向相關(guān)人員提供相關(guān)的運行優(yōu)化建議。我們集團(tuán)也是一直致力于良好的可持續(xù)發(fā)展，不斷地嘗試各種先進(jìn)的方式方法，來提高機(jī)組的運行效率，往小了說是節(jié)能減排，為我們集團(tuán)省一點錢，省一點碳排放的指標(biāo)，往大了說是為我們國家的能源產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級做出我們自己的貢獻(xiàn)，為實現(xiàn)國家的碳達(dá)峰、碳中和做出一點貢獻(xiàn)。

今天我的匯報到此結(jié)束，同時也歡迎大家到信發(fā)集團(tuán)來指導(dǎo)、學(xué)習(xí)、互相交流。