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从建设方式入手,全面解读智慧电厂

发布时间 :

2019-09-23

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随着信息化、控制化、智能化的深入发展,智能+大数据的模式逐渐形成了智慧,将再一次掀起信息革命。发电厂是电力生产的重要环节,智慧电厂的建设势在必行。技术是辅助手段,集成优化是最终目的。通过机器互联、软件及大数据分析,提升生产高效性与稳定性,创造数字工业的未来,由智能电厂向智慧电厂转变。在当今时下,建设智慧电厂是一个大趋势。对智慧电厂进行了介绍,并结合首钢京唐公司2×300MW自备电站提出智慧电厂建设的主要方向以及关键因素。

引言

首钢京唐公司2×300 MW自备电站发电机组的信息化建设经历了分散控制阶段和网络化阶段,目前依然存在许多“电厂孤岛”,大量分散的控制系统、现场设备、元器件等局部系统的信息,无法统一纳入电厂整体的大数据稳定性分析当中。这些方面的因素严重制约了电厂的高效发展,对于它的过程监控、现代化管理、高效执行等十分不利,使得在市场竞争中处于不利地位。为了实现精细管理和高效管理,必须向着智慧化、集优化、系统化的方向发展。

1 智慧电厂的定义

智慧电厂是以物理电厂、数字化电厂为基础,以发电过程的数字化、自动化、信息化、标准化为基础,以管控一体化、大数据、云计算、物联网、AR虚拟现实为平台,集成智能传感与执行、智能控制与优化、智能管理与决策等技术,形成一种具备自学习、自适应、自组织、自趋优、自恢复的智能发电运行控制管理模式,实现更加安全、高效、清洁、低碳、灵活的生产目标。达到智能感知、信息融合、智能算法、智能决策、管控一体化、全生命周期管理。采用系统性的理论和内部资源配置最优化的理念,重新对所有内部资源再认识、再整合,使得电厂运行更加可靠,技术更加先进,系统更加合理,管理更加柔性,发展更加持续,经济效益和社会效益更加提高。

2 智慧电厂的内容

智慧电厂的建设包含基础设备、实时控制、系统优化、生产管理和电厂决策等。智慧化电厂在数字化电厂结构内容的基础上进行了不同程度的丰富和发展。在实时控制层面,包括汽机、锅炉、电气、辅机等的DCS一体化控制系统,保证火电厂的平稳安全运行。智能化电厂在此基础上,通过使用预测控制、模糊控制、神经网络控制以及遗传算法等各种智能控制和算法,实现机组的优化控制,从而使机组更加高效和安全,达到节能降耗的目的。在系统优化层面,数字化电厂与智能化电厂均具有厂级监控信息系统(SIS),对厂级生产过程进行监控,分析和优化控制系统和机组性能,并对下层的实时控制层进行指导。智能化电厂在此基础上,还加入智能化煤场、数字化视频监控等。在生产管理层,数字化电厂与智能化电厂都以电厂资产管理为主线对电厂的机组性能指标进行优化,实现电厂的经济、高效和安全地运行。此层根据从上层的电厂决策层取得的经营指标制定生产计划,并为下层的系统优化层提供指导。智能化电厂在此基础上,可结合移动互联网技术搭建移动信息管理平台,使火电厂的经营管理者可以随时随地获取电厂的相关信息,提高全厂的现代化管理水平。

3 智慧电厂建设的几个切入点

智慧型电厂,主要是对现有SIS系统和MIS系统的深度利用和升级优化,建立历史数据库,增加大数据分析,达到自主分析,机组海量数据将极大地推动人工智能技术在智慧电厂中的落地应用。结合首钢京唐公司自备电站2×300 MW机组实际情况,立足现场,需求导向,整合资源,先点后面,我们需要用最简单、最省力、最准确的方法解决现场问题,实现无纸化办公,释放劳动力,减少人为干预,可从以下五个方面进行智慧化建设。

3.1 智能监盘

智能监盘系统基于厂级监控系统(SIS)平台,在深入挖掘和分析SIS的海量历史运行数据基础上,建立各类参数的预测模型和评价模型,从设备安全性、系统安全性、经济性、自动化水平、运行状态五个维度对机组健康度进行实时量化评价,提前预警故障征兆,辅助并减轻运行人员繁重的监盘工作。采用机组健康度分值显示,画面单一,监控简便。总-分系统健康值得分法,达到智能监盘的目的,例如,在各个分系统均100分的健康情况下,机组的总体健康值100分,当某个分系统的健康值为95分时,则该系统的部分参数在控制线外,可点击进入该系统,显示异常参数。在健康值均100分的情况下,无需频繁翻阅画面,检查参数。

3.2 智能运行

3.2.1 智能燃烧

通过自动调整风量、风速、氧量、风煤比等参数,实现智能燃烧。可减轻受热面金属高温腐蚀、减少锅炉结焦;提高负荷响应速度;降低最低稳燃负荷、飞灰含炭量;降低排烟温度;烟气量减少的同时也降低了引风机出力,厂用电率可得到降低;提高锅炉效率,降低污染物排放。

3.2.2 智能喷氨(脱硝系统)

采用NOx/O2浓度分布式巡测和混合采样测量、氨氮摩尔比分区在线调平以及多维度决策的喷氨总量控制等技术,通过“总量控制阀+分区调平阀+支管调节阀”三级阀门的串联控制和调节,使SCR性能适应NOx超低排放的要求。

3.2.3 凝汽器清洗机器人和冷端优化

通过在凝汽器水侧加装在线清洗机器人,两种运行模式:

一、可以实时在线清洁冷凝管管壁,使之时刻清洁,提高换热效果,进而提高真空降低汽耗,对夏季尤为重要;

二、可以通过在线监测凝汽器清洁系数,在判断其低于某限值后自动触发清洗系统。

3.3 智能设备

3.3.1 设备大数据台账

设备基础台账、设备日常维护记录、事故事件记录、专项检修记录、设备异动记录、特种设备记录、技术监督记录、润滑油脂记录等,均系统录入,具有可追溯性,可查询,实现无纸化办公。

3.3.2 精益检修管理

固化检修业务流程,实现管理复制,避免重复的事情重复做。按照A、B、C各级年修,根据年度机组检修计划,实现“一键启动”检修项目,机组检修项目启动,根据套用的模板,自动推送标项清单,同时关联对应的标准规程和文档。精益检修管理,在线洞悉机组检修工程范围、进度、质量、成本等要素变化。(可减少必要的检修的会议。

3.3.3 预知性维护

分专业统计预防性维护指标,包括执行率、及时率、合格率等,并进行追溯挖掘。从被动维护,到预防维护,再到预测性维护。通过连续的测量和分析,预测性维护能够预测诸如机器零件剩余使用寿命等相关指标。关键的运行参数数据可以辅助决策,判断机器的运行状态、优化机器的维护时机,从而做到设备的可控、在控。做到检修前心里有数,检修时得心应手,检修后高枕无忧。

3.4 智能巡检

3.4.1 智能机器人、设备二维码应用

在一些固定的区域,设置巡检机器人,减少人员巡检。使用机器人+视频图像结构化技术,实现关键区域巡检和故障预警,关键区域如:输煤皮带、制粉、变压器、GIS、汽机。

运用智能点检仪,编制设备二维码,实现智能巡检,借助手机APP,对设备进行二维码的扫码,逐条进行设备巡检项目的检查,并进行数据的记录和上传。发现设备异常时,可直接通过手机APP进行缺陷登记,同时可上传声音、视频、图片等。智能识别、快速执行巡点检任务,集数据采集、分析于一身。

3.4.2 智能眼镜(AR)应用

采用可穿戴智能眼镜(AR),通过接口和无线通信服务,与ERP系统无缝对接。实现无纸化办公,安全高效。建立完整的标准操作票库,操作票实现全程标准化、流程化、移动化、可视化、实时化、智能化操作。通过二维扫码与机械锁结合,确保操作过程安全无误,并且现场操作结果实时回传ERP系统。

3.5 智能安全

智能安全管理主要是从技术手段上实现外来人员管控、智能安全防护、风险预控、关口前移,可作为实现本质化安全的辅助功能。

3.5.1 智能安全识别与分析

(1) 智能门禁做到入场身份识别(人脸识别、指纹识别或语音识别、无线定位)可视化视频、身份识别、智能锁控、3D模型。通过人脸识别,对进入厂区人员身份比对,实名上岗实现认证合一验证;

(2) 对进入厂区的人员行为进行智能识别,对未戴安全帽、高空作业未系安全带、危险区域动火等进行识别后警告;

(3) 对重点区域进行人员行为的监视、跟踪、警告。

以上三项安全管理技术在各领域应用较多,技术相对成熟。

3.5.2 工作票电子化、移动化

智能两票:利用物联网平台,将两票系统与操作过程安全管控实现真正闭环。工作人员(戴安全帽或其他标签)开票(移动端完成)-行走途中(安全路线指引,危险源提醒)-到达工作区域(人脸识别、穿戴识别)-门禁自动打开(防止走错间隔)-到达工作地点做防护措施(启动视频录像、自动识别措施是否完善)-开始工作(精确定位保证不走错间隔,扫码开柜门,操作过程智能监控)-完成工作(结票,上传记录和自动分析结果)。

检修作业票、动火票、临时用水用电票、高空作业票、有限空间票等可在线办理,减少人员跑办手续,线上审批,实现无纸化办公。

3.5.3 相关方安全管理

从资格预审、签订安全协议、特殊工种登记、入场证办理、安全教育、安全技术交底、现场安全监督等方面实现在线走流程,同时结合安全管理前三项内容,实现对外包商安全管理无死角。

4 智慧电厂建设的关键因素

4.1 推进业务规范和标准化

推进业务规范和标准化,是“智慧电厂”建设的前提。近年来,首钢京唐公司自备电站在生产管理标准化、规范化上开展了大量探索,也取得了良好成效。要求各部门进一步增强标准化意识,开展标准化梳理,把标准化工作与“智慧电厂”建设结合起来,形成“智慧电厂”建设的标准体系,为数据集成和平台建设奠定基础。

4.2 推进数据集成和信息化

推进数据集成和信息化是“智慧电厂”建设的基础。在生产管理工作中进一步扩大数字化集成范围,运用数字编码、自动监测、物联网等技术,在安全管理、设备运行、环境监测、经营管理等各个环节,有计划地实施数字化改造,注重信息化系统的集成和融合,进一步发挥各个信息系统的整体合力。

4.3 推进管控集中和智能化

推进管控集中和智能化是“智慧电厂”建设的关键。在生产领域,积极应用智能设备设施、智能巡检系统、移动应用设备等,不断完善智能异常分析、智能运行优化等功能,大力推动设备状态监测、故障预警、信息监控与管理一体化等技术研究。在管理领域,要充分运用经营报表指标平台、管理标准化系统等,提升经营、管理的智能化管控水平,利用好微信APP等各类便携式智能终端,研究开发各类型业务的智能化应用,深化集中管控、大数据分析、远程智能办公等工作,提升管理效能和水平。

4.4 推进整体协同和智慧化

推进整体协同和智慧化是“智慧电厂”建设的目标。通过信息化的手段推动多业务集成,实现企业生产运营全生命周期的协同管理和生产营销全经营过程的协同管理,建立起与之相适应的智慧化的技术与管理模式。智慧电厂的建设,不仅仅是标准化、信息化建设,而是依托信息化的深层次的管理意识和机制的变革,通过信息化、智能化的推进,使机制流程更加优化、工作效率更加提升。

5 结论

随着经济和科学技术的发展,智慧电厂已经越来越受到企业的重视,其发展也是一种必然的结果,它的预期效果也是显著的。作为电力主要来源的火电厂,智慧电厂的建设必将进一步深入。今后发电企业必将向着智慧电厂的方向发展。“智慧电厂”的建设未来可期。