全应科技：ADMC热电智能调控系统应用案例

项目案例简介：

本项目是全应科技ADMC热电智能调控系统在热电多炉多机大波动场景下的应用案例。

传统热电生产过程依赖人工调控，受燃煤热值波动、下游负荷变化、设备特性改变等一系列因素影响，普遍面临运行不平稳、能效波动大、环保投入高、蒸汽品质难保障等主要困难。海宁马桥大都市热电有限公司是一家典型的园区供热企业，现有4台75t/h次高温次高压、1台150t/h高温高压循环流化床燃煤锅炉和1台15MW抽凝式汽轮发电机组、6MW、7MW、22MW背压式汽轮发电机组各一台。大都市热电为下游工业园区一百多家企业提供电力和蒸汽，涉及印染、制革、食品、包装、纺织、商用、电力、化工等多个行业，供热管网累计长度超60公里，年供热量可达100万吨。

由于系统复杂、热用户多，大都市热电控制运行面临的挑战尤为突出。首先，协调困难。大都市热电锅炉和汽轮机数量多、类型多，主、供汽压力各有两个不同压力等级，机炉协调、中高压协调、负荷分配等工作难度极大。其次，负荷多变。大都市热电下游热用户有156家，覆盖不同行业，每个热用户的用汽需求和变化规律差异很大且无法预知，总用汽负荷呈现出随机波动的状态，对大都市热电生产的响应速度、精准度和稳定性造成了极大挑战。

ADMC热电智能调控技术深度融合了热电机理与大数据、人工智能建模和自动控制技术，构建了覆盖热电全系统的数字孪生模型体系，能够实现对热电生产过程的在线学习、自动适应、精准预测、自动控制。ADMC热电智能调控系统在大都市热电上线后，实现了热电系统全覆盖，给煤机、一次风机、二次风机、引风机、给水泵、汽轮机进汽阀等主要控制设备全部投入智能自动运行，自动投用率可达99%以上；高压主汽压力、次高压主汽供汽压力、供汽压力、等关键参数控制精度提升50%，超限次数降低75%以上；锅炉吨标煤产汽提升1.26%，排烟温度、排烟氧含量、炉膛负压、汽机汽耗率等各项运行指标均得到明显提升。

与传统自动化产品相比，ADMC热电智能调控系统具有多炉多机全覆盖、人工智能模型构建、模型自学习自适应不退化、全系统自动化运行、热电系统更安全更平稳、全系统能效最优等显著优点，彻底改变热电运行依赖人的现状，推动热电行业迈入智能自动新时代。

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：上海全应科技有限公司

项目案例背景

海宁马桥大都市热电有限公司是一家典型的园区供热企业，现有4台75t/h次高温次高压、1台150t/h高温高压循环流化床燃煤锅炉和1台15MW抽凝式汽轮发电机组、6MW、7MW、22MW背压式汽轮发电机组各一台，为下游工业园区一百多家企业提供电力和蒸汽。

大都市热电的控制运行面临系统复杂、协调困难、热用户多、负荷多变等挑战，生产运行依赖人工调控，存在运行不平稳、能效波动大、环保投入高、蒸汽品质难保障等一系列困难。

ADMC热电智能调控技术深度融合了热电机理与大数据、人工智能建模和自动控制技术，构建了覆盖热电全系统的数字孪生模型体系，能够实现对热电生产过程的在线学习、自动适应、精准预测、自动控制。ADMC热电智能调控系统在大都市热电上线后，实现了热电系统全覆盖，主要控制设备全部投入智能自动运行，自动投用率可达99%以上；关键参数控制精度提升50%；吨标煤产汽提升1.26%，排烟温度、排烟氧含量、炉膛负压、汽机汽耗率等各项运行指标均得到明显提升。

与传统自动化产品相比，ADMC热电智能调控系统具有多炉多机全覆盖、人工智能模型构建、模型自学习自适应不退化、全系统自动化运行、热电系统更安全更平稳、全系统能效最优等显著优点，彻底改变热电运行依赖人的现状，推动热电行业迈入智能自动新时代。

主要创新点概述

1.基于云边端的工业互联网架构

热电智能调控技术既要从海量数据中学习和建模，又要对生产状况的变化进行实时感知、分析和决策，这两种需求决定了只有采用云边端的工业互联网架构才能有效落地。下图为本案例中实际使用的工业互联网逻辑架构。其中，云侧借助云计算、大数据等底层技术提供的强大存储和算力，运行离线的数据分析、模型构建等大规模计算任务。同时，边缘侧凭借更低的网络延迟、更稳定的局域网络等优点，运行实时的控制过程。最后，热电厂的工作人员通过智能看板、手机、电脑等终端，随时随地感知电厂的工作情况，做到数字化的运行和管理。

ADMC热电智能调控系统基于云边端的工业物联网架构，具备边缘自治和云边协同的能力和特点。

边缘自治。云侧和边缘侧通过互联网进行数据传输，在网络延迟、中断等特殊情况下，要保证实时数据的采集、计算和决策结果的执行不受影响，边缘侧必须具有边缘自治的能力，即边缘侧具有独立运行智能调控系统的能力，不受短时间网络波动的影响，确保智能调控系统在脱离互联网情况下仍然能够保持很长一段时间的正常运行，直至足以安全退出。

云边协同。虽然边缘侧可以独立运行智能调控系统并完成智能调控，但边缘侧计算能力、存储能力的不足使得边缘侧难以独立完成自优化、自适应的要求。因而，需要设计有效的云边协同策略，在云侧对海量数据进行处理、分析和挖掘，始终保持数据中隐含的热电生产规律变化可以及时的被获取，并令模型、策略等随时间变化的信息与热电生产现场同步。

2.热电机理+大数据+专家知识深度融合的数字孪生建模

ADMC热电智能调控系统是基于整个热电生产系统的数字孪生模型进行生产状态感知、分析以及运行决策和执行的，因此数字孪生模型的建立是该系统运行的基础。热力生产系统在底层机理、设备特性、系统构成、生产需求等方面的复杂和多变性，使得热电生产具有非线性、强耦合、大延迟、多时变等特点。人工控制多基于对系统运行的定性认知和经验，多参数的耦合决定了人不可能实时进行定量计算并做出决策，基于PID的传统自动控制系统也无法在如此复杂的场景下提供优化决策，更受限于运行人员的责任心、精力等主观因素，热电生产的四大关键因素“安全、环保、能效、品质”均难以达到最优。

获取、存储、分析、处理海量数据是大数据、云计算等技术的基本能力，通过对长期历史数据、近期历史数据的分析和挖掘，热电智能调控系统应当能够建立对设备状态、运行规律等信息的认知。但是，热电生产系统的参数数量多、准确性差、关联关系复杂，数据挖掘的难度大、效率低，结合热电机理知识则能够大幅提高建模的效率和准确性。另外，热电厂的差异化极大，炉机组合、电热需求、生产负荷等均不相同，对于每个热电系统的个性化差异，需要一定的专家知识作为补充，才能够更加准确高效地完成热电系统的数字孪生建模。因此ADMC热电智能调控系统将热电机理、大数据、专家知识深度融合，实现更加准确、高效的数字孪生建模。如下图所示，模型覆盖了锅炉、汽轮机、管网等各设备的各物理化学过程，实现了整个热电生产系统全覆盖。

3.基于预测的决策式控制

ADMC热电智能调控系统通过数字孪生建模，建立对设备状态、运行规律等热电生产信息的认知后，即可基于认知进行分析预测，结合实时数据，对当前情况进行理解分析，并对未来可能的发展进行预测。最后基于预测结果，选择最优的操作作为最终决策并加以执行。

上述基于预测的决策式控制，除了需要一套足够准确的数字孪生模型以对生产状态进行准确预测外，还需要对可能执行的操作进行定义并输入预测模型中，将操作所可能产生的效果也作为预测输出。同时，对于所有可能操作产生的效果还需要进行评价，以选择最优的操作，因此需要设计合适的评价方法。模型计算、操作预测、评价方法共同构成了基于预测的决策式控制的关键技术。

4.兼顾大数据采集和返回控制的通信架构

ADMC热电智能调控系统的通信架构如下图所示。首先，为了对热电生产系统进行全面感知和精准建模，系统必须采集生产系统的全部数据，数据量大且实时性强，需要快速地进行采集，因此全部生产数据的采集OPC协议实现。OPC协议的不足是数据的准确性略差，但大数据建模对数据的绝对准确性有一定的容忍度，因此这一方案是可以满足需求的。

但同时，返回控制指令是对热电系统进行直接控制，对指令的准确度和即时性要求极高，好在需要返回的指令较少，以1台锅炉为例一般不超过100个控制点，对于数据量较小、准确度要求高的数据传输，采用Modbus通信协议加以实现。

兼顾大数据采集和返回控制的通信架构，既满足了大数据建模所需的海量数据传输需求，又保证了返回控制指令的准确和及时，是ADMC热电智能调控系统能够实现智能调控的基础之一。

应用情况及可推广前景简述

本案例中，ADMC热电智能调控系统应用于海宁马桥大都市热电有限公司，该公司建设有4台75t/h次高温次高压、1台150t/h高温高压循环流化床燃煤锅炉和1台15MW抽凝式汽轮发电机组、6MW、7MW、22MW背压式汽轮发电机组各一台，为下游工业园区一百多家企业提供电力和蒸汽。该公司的运行控制主要面临以下难题：

（1）系统复杂，协调困难。

大都市热电锅炉和汽轮机数量多、类型多，主汽压力有2个不同压力等级，机炉协调、中高压协调、负荷分配等工作难度极大。

（2）热用户多，负荷多变。

大都市热电下游用户有156家，覆盖了民生、纺织、皮革、食品等不同行业，每个热用户的用汽需求和变化规律差异很大且无法预知，总用汽负荷呈现出随机波动的状态，对大都市热电生产的相应速度、精准度和稳定性造成了极大挑战。

1.投用率达到99%以上

ADMC热电智能调控系统上线后，实现了全厂97.81%的自动投用率，其中主要设备的自动投用率如下表所示。案例实施期间运行的炉机组合为2#锅炉、5#锅炉、3#汽机、4#汽机。因运行期间存在断堵煤等特殊工况，若特殊工况下自动退出时间不计入，此时通用率可以达到99.69%（定义为技术投用率）。

大都市ADMC智能调控系统「自动投用率」

2.控制效果明显改善

2.1 供汽压力控制更稳，应对快速变化更灵敏

ADMC热电智能调控系统实现大都市热电中压和高压两个主蒸汽压力和外供汽压力精准控制，2个主汽压力和供汽压力的控制结果数据分布明显较人工控制更加集中，显示较人工控制更“稳”，确保大都市在面对下游企业不断变化的用汽需求时反应快速、灵敏、稳定。

上图为次高压主汽压力控制对比：ADMC控制下的压力分布方差为0.0052，较人工控制的0.0118减小了56%。

上图为高压主汽压力控制对比：ADMC控制下的压力分布方差较人工控制减小近50%

上图为供汽压力控制对比：ADMC控制下的压力分布方差较人工控制减小近50%。

2.2 燃烧组织更精准，锅炉效率更高

ADMC热电智能调控系统应用后，锅炉的排烟氧含量控制方差减小了65%；炉膛负压控制方差减小了38%，说明锅炉的燃烧的风煤配合更加协调，燃烧组织更精准，最终使得锅炉效率更高，ADMC控制下的吨标煤产汽较人工控制提高1.26%。

锅炉排烟氧含量

锅炉炉膛负压

下表为人工控制和ADMC智能调控系统各72小时的锅炉能效对比，ADMC智能调控系统在总负荷降低0.82%的情况下实现了吨标煤产汽1.26%的提升效果。

3、智能管理功能：智能司炉、智能司机双看板全面展示自动化投用率

ADMC智能管理系统不仅展示设备过去6分钟内的自动化投放操作，还保留了关键超参数的变化曲线，以辅助运行人员既能掌握当前运行状态，也能够知晓过去几分钟内自动控制进行了哪些操作，以此来评估自动运行的操作是否合理。

经济效益及社会效益情况

1. 经济效益

海宁马桥大都市2022年共耗煤219140吨，该公司用煤的热值比较稳定，可按照5000kcal/kg估算，采购单价按照1000元/吨计算，吨煤产汽提升也按照1.26%进行估算，则全年节约燃煤的价值为：

219140×1.26%×1000=276万元。

按照国家发改委估算，每吨标煤燃烧约释放2.62吨CO2，则节约1.26%的煤可以减少的CO2排放量为：

219140×1.26%×5000÷7000×2.62=5167吨。

近期全国碳市场碳交易价格约为70元/吨，则减排的CO2排放量能够带来相应收益为：

5167×70=36.17万元。

本项目投用初期，基于安全考虑不建议过早替代人工。经过一段时间验证后，预计能够替代锅炉、汽机等运行人员比例约1/4。人工费用预估，共计减少12人，每个人税前工资和培训劳保等费用按每人10万估算，则成本减少

12×10万=120万元/年。

综上，该项目年收益为：

276+36.17+120=432.17万元。

2. 社会效益

经过计算，本项目年减少标准煤消耗1972吨，按《中国能源报》统计口径，每吨标准煤排放的二氧化碳为2.5吨，二氧化硫24千克，氮氧化物7千克，粉尘9.6千克计，则：

二氧化碳减排量为1972×2.62=5167吨；

二氧化硫减排量为1972×0.024=47.33吨；

氮氧化物减排量为1972×0.007=13.80吨；

粉尘减排量为1972×0.0096=18.93吨。

节能减排是实现科学发展、可持续发展的重要手段和方法，是能效双控的有利保证，将为实现“碳达峰、碳中和”做出应有的贡献。

3. 推广前景

ADMC热电智能调控系统具有多炉多机全覆盖、人工智能模型构建、模型自学习自适应不退化、全系统自动化运行、热电系统更安全更平稳、全系统能效最优等显著优点，彻底改变热电运行依赖人的现状，推动热电行业迈入智能自动新时代。

全国现有热电企业约3000家，ADMC热电智能调控系统能够适应大部分热电企业的智能化升级需求，为热电企业提供自动运行、节能降耗、安全环保的智能调控效果，具有极其广阔的推广前景。

项目案例获专利及奖励情况

发明专证书第3861997号：《煤粉锅炉瞬时给粉量的拟合样本选取及计量方法》

发明专利证书第5624209号：《面向流程型工业生产数据流的评测数据集构建方法及系统》

发明专利证书第5923266号：《一种基于修正压力趋势的机组母管压力控制方法》

发明专利证书第6163784号：《一种基于氧量预测的煤质变化监测方法》

发明专利证书第5684400号：《一种基于历史运行数据的锅炉参数优化方法》

发明专利证书第5927441号：《一种工业实时数据时序预测结果的在线修正方法》

发明专利证书第5903421号：《一种基于压力前馈的燃煤锅炉给煤控制方法》

首届中国工业互联网大赛三等奖

2019年度优秀工业互联网解决方案奖

2020年工业互联网产业联盟APP 应用案例第一名

2020年度新基建与行业创新应用优秀解决方案

2020年度中国工业互联网最佳解决方案

中国电力科学技术进步一等奖

选送单位简介

全应科技成立于2016年，是一家聚焦热电智能化的工业互联网企业，是我国数字能源的先锋者。总部位于上海，在北京、西安设有分公司。全应热电云以热电机理为基础，以大数据和人工智能为核心，通过数字孪生模型与智能决策算法实现热电系统智能化自动运行，推动热电生产运行迈入智能调控、自动运行、安全平稳、高效低碳的新时代，为我国能源安全和碳达峰碳中和做出贡献。

全应热电云已经在江苏、浙江、山西、山东、河北、湖北、陕西、宁夏、内蒙等13省市为超过50家工业客户提供热电机组智能化升级服务。

全应科技是专精特新企业、高新技术企业和双软认证企业，拥有超过50项知识产权。公司先后荣获上海市科技发展重点支持企业、中国电力科学技术进步一等奖、工信部工业互联网创新发展工程、工信部十大优秀工业APP、中国首届工业互联网大赛三等奖、全球工业互联网大会优秀产品奖、上海市创新企业50强等多项荣誉。

自2017年以来，公司获得腾讯投资、博华资本、凯辉基金、高瓴资本、明势资本、线性资本和松禾资本投资。