浩普智能：超低排放环保岛智能管控平台

项目案例简介

本项目依托大数据和机器学习技术，通过挖掘历史数据中各影响因素间的隐藏关系和主要特征，将传统环保技术与人工智能有机结合在一起，通过AI算法库与控制模型，构建超低排放环保岛智能管控平台对整个环保岛系统的全局生产进行自动精准控制。针对性地解决了传统环保岛控制中因污染源负荷波动大、燃料成分复杂所导致的环保设施难以稳定达标排放、运行成本不经济等问题，实现废气排放设备中脱硝、除尘、脱硫等装置的大数据管控，达到平稳生产、排放稳定、节能降耗等目的，帮助企业用智能化手段实现生产运营的全方位感知、综合性预判及精准化一体管控，达到降低生产成本的目的，同时贯彻国家可持续发展理念。

案例专题：2023综合能源服务暨数智化转型创新优秀项目案例汇编

选送单位：浙江浩普智能科技有限公司

超低排放环保岛智能管控平台主要包括超低排放环保岛智能控制系统、超低排放环保岛智能管理系统以及超低排放环保岛碳足迹系统。超低排放环保岛智能控制系统基于对污染物浓度预测模型及先进控制运行方式的研究，通过不断的智能学习以及模型优化，使脱硝、电袋除尘、脱硫达到最优控制。超低排放环保岛智能管理系统在已有的系统分析和系统设计方案指导下，通过储备的互联网技术构建了涵盖登录界面、大数据中心、环保性能、运行中心、预计中心、设备中心、物料管理、成本分析、智能报表、系统设置等方面的管理模块。碳足迹系统实时全过程动态量化二氧化碳生成与排放，对碳排放量及碳减排量进行核算并可视化展示企业碳排放情况，帮助企业实现碳排放量化、分析、管理以及报告等功能，提升厂用电数字化管理水平。

本项目关键技术达到国际先进水平，提出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浓度的预测；建立烟气超低排放环保岛系统多种污染物协同脱除先进控制优化方法，显著提升了变负荷、变燃料条件下系统的安全性、稳定性和经济性；开发超低排放智慧环保岛物联网系统涵盖了污染物精准预测与控制、设备安全报警、实时系统费效评估等功能，实现了智慧化管理。

本项目通过在燃煤机组上的长期应用，能够保证NOx、SO2和颗粒物排放全时段稳定达到超低排放；同时，出口污染物浓度波动幅度和直接运行成本显著降低。出口污染物浓度控制方面，氮氧化物脱除装置出口NOx浓度波动和硫氧化物脱除装置出口SO2浓度波动范围均减小60%以上；节能降耗与运行成本优化方面，氮氧化物脱除装置氨耗量节约25%以上、颗粒物脱除装置能耗降低20%以上、硫氧化物脱除装置循环泵能耗下降25%以上、氧化风机能耗下降30%以上，应用效果显著。

项目案例详情

一、技术原理

本项目核心关键技术基于预测-优化-控制-管理的烟气多污染物脱除的智能调控关键技术，构建包括装置层、感知层、控制层和优化层多层结构的智能调控系统，通过 AI算法服务器上智慧算法计算后得出最优控制方式，通过对多污染物浓度预测模型建立及先进控制运行方式选择，通过不断的智能学习以及模型优化，使脱硝、电袋除尘、脱硫达到最优控制，降低设备能耗物耗，在满足生产稳定的前提下降低运行成本。

本项目技术利用OPC采集DCS相关数据，利用Modbus协议将优化后的参数传输到DCS，DCS通过无扰切换选择采用DCS系统数据生产还是采用智能控制系统数据生产，通过多种编程语言实现系统各个模块在用户界面上的复现，利用前后端的交互，满足各个场景下的业务展现。

图1 烟气多污染物脱除智能调控系统结构示意图

二、核心工艺

本项目技术的核心工艺包括智能控制系统、智能管理系统以及碳足迹系统等。

1）超低排放环保岛智能控制系统

通过对污染物浓度预测模型及先进控制运行方式的研究，建立超低排放系统多污染物协同脱除的工艺机理与数据耦合的混合建模方法，开发了超低排放多污染物脱除智能控制系统，通过不断的智能学习以及模型优化，使脱硝、除尘、脱硫达到最优控制。

脱硝控制模块：基于脱硝工艺机理，人工智能分析，确定脱硝关键因素。针对CEMS NOx浓度测量时滞等问题，建立基于机理与数据驱动的多重智能预测控制系统，对喷氨量进行优化调节，通过建立脱硝系统入口NOx浓度软测量模型，通过锅炉侧数据提前预测NOx浓度的走势，减小CEMS浓度测量滞后误差，提高脱硝系统前馈的快速性及准确性，实现智慧脱硝。智能脱硝可降低氨耗量和氨逃逸量，降低引风机空预器段能耗；同时可以极大缓解省煤器、烟道和空预器的结晶堵塞、腐蚀问题，从而降低空预器的检修费用。

图2 智能脱销控制模型

除尘控制系统：以除尘器运行成本为目标建立一个成本相关的复合目标函数并建立相关模型，根据不同工况分类进行，对电场二次电压、脉冲阀喷吹周期和脉冲阀喷吹时间这三个参数进行赋值，使所有的组合尽可能在各种工况下都运行，通过大量历史数据寻优获取除尘器不同工况下最优的控制参数组合，对模型进行综合全局寻优，发掘出最优的控制方案，在满足生产稳定的前提下降低运行成本。

图3 智能除尘控制模型

脱硫控制系统：针对多种影响因素下的多循环泵频率进行优化计算，建立基于机理与数据驱动的多重智能预测控制系统，通过大数据挖掘、机理与数据混合模型，综合考虑系统设计参数、入口烟气因素、系统运行参数、吸收剂因素等多参数及时调整脱硫循环泵频率、优化供浆方案等不同控制策略，与工艺技术相结合，实现生产连续稳定调节，改变单一策略提升效率模式，形成更合理的节能运行模式，实现稳定排放、精准控制和生产成本最优，实现智慧脱硫。降低循环泵能耗；通过降低烟道阻力，降低引风机能耗；循环泵流速的降低，可有效减少泵、喷淋管道及喷嘴的磨损；降低氧化风机能耗；可降低设备检修维护费用。

图4 智能脱硫控制模型

2）超低排放环保岛智能管理系统

在已有的系统分析和系统设计方案指导下，通过储备的互联网技术构建了涵盖登录界面、大数据中心、环保性能、运行中心、预计中心、设备中心、物料管理、成本分析、智能报表、系统设置等方面的超低排放智能管理系统。使用Java语言以及Spring框架编写基础性业务代码，和使用HTML+Javascript语言实现前端业务网页；采用Oracle的MySQL cluster部署方案，数据库系统包含各环保岛数据库服务器、环保岛二级数据库服务器、公共数据库服务器和备份数据服务器。通过OPC接口软件采集DCS数据，客户端应用程序通过MySQL JDBC和ODBC等接口访问主服务程序。通过前后端的交互，实现系统的各个模块在用户界面上的复现，并满足各个场景下的业务展现。

图5 智能管理系统大数据中心

图6 智能管理系统物料管理界面

图7 智能管理系统环保性能界面

智能管理系统为企业提供经营决策参考，实现生产管理、设备管理、物料管理等的全方位的智能化管控，不断提高企业管理水平，用户可以通过Web App的方式登录智能管理系统页面，便于生产管理者获取信息或进行远程办公。

3）超低排放环保岛碳足迹系统

基于双碳背景下热电企业量化及追踪碳排放的需求，拓展碳足迹模块，构建涵盖锅炉全流程的污染物与二氧化碳协同监测体系，实时全过程动态量化二氧化碳生成与排放，对碳排放量及碳减排量进行核算并可视化展示企业碳排放情况，直观展示厂区关键设备、关键系统耗电情况，帮助企业实现碳排放量化、分析、管理以及报告等功能，并结合大数据分析技术，为企业制定节能降碳决策及实施低碳项目提供数据支撑，提升厂用电数字化管理水平。

碳足迹模块在原有的智慧环保岛系统上进行搭建，总体架构分为三个层级，分别为电厂数据采集层、智能化大数据处理云平台层和远程web应用层。

模块可对用能全过程进行系统分割，开发了针对每个系统的碳计量算法，根据能耗、效率等主要参数，测算系统在全生命周期中的碳排放；建立针对生物质、污泥、复杂燃料参数的二氧化碳生成与排放的计量模型，建立针对不同燃料与煤炭参数的二氧化碳排放计量方法；利用传感器测量系统对排放烟气中的二氧化碳浓度进行测量，结合排放烟气总体积测算二氧化碳的排放量；综合各系统的碳排放及排放烟气中的二氧化碳，计算二氧化碳的总排放量，增加碳税计算方程，建立含经济性分析的全过程二氧化碳计算体系。

三、项目技术性能

1）可靠性和稳定性高。实现脱硝、电袋除尘、脱硫最优控制，减小污染物排放浓度波动性，在确保生产稳定运行、排放达标的同时实现了精准控制。

2）数字化水平高。实现数据共享，保证信息传递流畅，提高环保设施的数字化管理水平。

3）管理可视化和智能化。通过大数据技术，建立智能模型，分析企业环保系统费效、能效，实现企业物料管理可视化、报表智能化、AI预警诊断，全局优化环保岛能源物料，为企业节能降耗提供AI辅助决策。

4）建立信息化和智能化生产管理模式。对数据进行权限分级管理，保证数据安全，通过关键数据的分级推送，管理者可通过大数据管理系统掌控整个超低排放环保岛的全局生产实时情况，实现便捷管理、精准管理。

四、项目先进性

本项目的技术达到国际先进水平。在以下三方面具有先进性：

1）提出了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，实现了环保岛系统多断面NOx、SO2、PM浓度的预测；

2）建立了烟气超低排放环保岛系统多种污染物协同脱除先进控制优化方法，显著提升了变负荷、变燃料条件下系统的安全性、稳定性和经济性；

3）开发了涵盖污染物精准预测与控制、设备安全报警、实时系统费效评估等功能的超低排放智慧环保岛物联网系统，实现了智能化管理。

主要创新点概述

本项目以先进能源环保技术为基础，通过工业互联网、人工智能、大数据、虚拟现实等数字化技术赋能，运用全局观念和系统思维，对电力热力生产过程进行全过程智能化协同管控、系统融合、综合集成，确保电力热力企业实现系统安全、减污降碳、高效生产的目标。具体创新点如下：

1）建立了针对燃煤锅炉、脱硝、除尘、脱硫等关键装置的污染物生成/脱除机理与多工况分段机器学习协同驱动的混合模型方法，实现了变工况条件下多断面污染物浓度及环保装置关键运行参数的精确预测，解决了超低排放大时滞系统中关键调控参数的实时准确获取难题。

2）建立了工艺机理-浓度预测-数据机理融合的智能控制建模方法，研发了超低排放脱硝、除尘、脱硫关键装置的协同优化与智能控制技术，显著提高污染物脱除装置的运行控制水平，在锅炉升降负荷和工况突变条件下出口NOx、SO2等污染物浓度波动性可减小60%以上。

3）建立了污染物排放精准控制、系统协同优化、运行成本综合评估、污染治理设备管理与诊断一体化的多污染物高效协同脱除智能调控系统与平台，保证NOx、SO2、颗粒物排放全时段稳定达到超低排放的同时大幅削减物耗能耗，热电机组长期运行结果表明，脱硝装置平均氨耗量可减小25%以上，除尘装置能耗可下降20%以上，硫氧化物脱除装置循环泵能耗下降25%以上,氧化风机能耗下降30%以上。

4）建立了智能化、数字化管理模式，基于数据的高效汇聚和模型的科学分析，实现企业能耗管理的透明化和智能化，实现远程数字化掌控企业生产运行等情况，降低环保岛运行成本，提高企业能源利用效率。

5）开发了全流程碳足迹追踪系统，碳市场的运行能够有效发挥市场机制，推动碳资源优化配置，加快推动产业结构的转型升级，是双碳目标核心驱动力。作为全国碳市场首个纳入的行业，电力热力企业需要系统化、规范化管理企业能源消耗和碳排放，为接下来碳交易的顺利开展与配额履约工作做好全方位的准备。

应用情况及可推广前景简述

本项目处于应用推广阶段，目前已在40余套超低排放环保系统上得到工程应用。自应用该技术后，在保证NOx、SO2、颗粒物排放浓度全时段稳定达到超低排放要求的同时，出口污染物浓度波动幅度和直接运行成本显著降低。出口污染物浓度控制方面，氮氧化物脱除装置出口NOx浓度波动和硫氧化物脱除装置出口SO2浓度波动范围均减小60%以上；节能降耗与运行成本优化方面，氮氧化物脱除装置氨耗量节约25%以上、颗粒物脱除装置能耗降低20%以上、硫氧化物脱除装置循环泵能耗下降25%以上、氧化风机能耗下降30%以上，应用效果显著，具有很好的应用推广前景和市场推广价值。

我国经济已进入高质量发展阶段，热电生产企业需要从源头上实现绿色转型，“十四五”时期，我省将以安全、低碳、智慧和优质作为电力的发展方向，超低排放环保岛智能管控平台项目能满足电力热力生产企业的转型升级需求，帮助企业更好的面对产业升级和低碳转型这两大挑战，以数字科技创新为企业赋予发展新动能，此外，在整个电力热力供应的链条中，热电企业的绿色低碳发展还可以推动链上企业绿色发展，意义重大。

经济效益及社会效益情况

以桐乡泰爱斯环保能源有限公司超低排放环保系统为例，该项目技术应用后每套超低排放环保系统运行成本可节约107万/年。若该技术应用于国内燃煤发电机组的超低排放环保系统，在典型工况下（即SO2、NOx和颗粒物的入口浓度分别为1900~2200mg/m3、200-250mg/m3和23-25g/m3，机组发电负荷在58%-62%之间，年发电时间5500小时计），单台机组容量为300MW、600MW、1000MW机组超低排放系统每年预计可节约运行成本分别约为300万元、450万元、600万元。若该技术在全国40%的燃煤发电机组推广应用，可实现运行成本节约43亿元/年，经济效益十分可观。

截至2021年底，全国实现超低排放的煤电机组约10.3亿千瓦，占煤电总装机容量93%，主要污染物颗粒物、二氧化硫和氮氧化物排放量均明显下降，燃煤电厂超低排放工作取得了显著的成效。然而，当锅炉煤质、烟气工况快速变化时超低排放系统易出现主要污染物排放浓度波动性大、未能实现100%达标等问题。本技术成果应用效果显著，单套220t/h超低排放环保岛年可减少二氧化碳排放量902t，在节省火电环保系统运行电耗的同时，也实现了降低系统碳排放的目的，技术经济社会环境效益显著，具备很好的应用推广前景和市场推广价值。

项目案例获专利及奖励情况

1、授权发明专利8项，实用专利6项，软件著作权20项。

2、通过了浙江省能源业联合会的科技成果鉴定，成果达到国际先进水平。

3、通过了浙江省科技信息研究院的技术查新，出具了相应的科技查新报告。

4、通过了浙江省工业新产品认定。

5、认定为第一批浙江省工业节能降碳工程解决方案服务商。

选送单位简介

浙江浩普智能科技有限公司是一家专业从事大气污染控制系统应用软件开发、互联网数据服务、工程技术咨询和技术服务于一体的科技型软件企业。

公司建有省级高新技术研究开发中心，与浙江大学等科研院校及企业建立长期的友好合作关系，结合省级重点技术创新专项，将传统环保技术与新一代信息技术进行有机融合，打造超低排放环保岛智能管控平台，推动企业环保实现可视化、智能化发展。公司已通过国家高新技术企业、浙江省科技型中小企业、杭州市“雏鹰”计划、杭州高新区瞪羚企业、浙江省创新型中小企业等认证，并获得浙江省成长性科技型百强、杭州高新区重点骨干企业、首批浙江省工业节能降碳工程解决方案服务商等荣誉称号。

公司建立了一支稳定、高效、专业的研发团队，其中专职研发人员占比68%，涵盖环保、热能、控制、算法、软件开发等多个专业，具备跨领域、跨学科的综合研发能力。公司累计授权发明专利9项、实用新型专利6项、软件著作权23项。

公司关键核心技术超低排放环保岛智能管控平台已实现规模化应用，在浙江省内40多套不同燃料类型、不同机组容量的燃煤电力超低排放环保系统上成功运行，在业内树立了良好的品牌形象。