相比于衛(wèi)生填埋、高溫堆肥等傳統(tǒng)處理方式，技術(shù)日趨成熟、工藝更為環(huán)保的垃圾焚燒發(fā)電既能避免甲烷排放，又能替代化石燃料，具有雙重減碳效果，已成為城市生活垃圾處理的最主要方式之一。而今，我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)已經(jīng)由規(guī)?；瘮U(kuò)展轉(zhuǎn)向精細(xì)化運(yùn)營(yíng)管理階段，在節(jié)能減排政策要求和發(fā)電集約化、高效管理需求的驅(qū)動(dòng)下，生活垃圾焚燒電廠的智能化升級(jí)和降本增效成為大勢(shì)所趨。
經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，上海嘉定再生能源已經(jīng)成為整個(gè)垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，被評(píng)為“高效清潔焚燒先進(jìn)企業(yè)”。公司在領(lǐng)導(dǎo)層創(chuàng)新思想的帶領(lǐng)下，一直沒(méi)有停下前進(jìn)的步伐。2021年，公司了解到施耐德電氣基于EcoStruxure的巨化集團(tuán)熱電廠8#機(jī)組無(wú)人值守解決方案，并前往實(shí)地進(jìn)行考察，由此開(kāi)啟了和施耐德電氣攜手的契機(jī)，雙方于2022年正式開(kāi)始合作。
針對(duì)上海嘉定再生能源穩(wěn)定運(yùn)行、提質(zhì)增效、綠色發(fā)展的迫切需求，施耐德電氣助力其構(gòu)建了3爐兩機(jī)垃圾焚燒電站“少人值守”解決方案，包含APC先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)、APS機(jī)組一鍵啟停、故障自愈為核心的解決方案，并配備了AVEVA Predictive Analytics預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)、System Advisor系統(tǒng)顧問(wèn)、Control Advisor控制顧問(wèn)以及智慧報(bào)表等輔助優(yōu)化手段。迄今為止，項(xiàng)目中的三臺(tái)鍋爐都通過(guò)了驗(yàn)收，實(shí)施效果超出預(yù)期。
目前，該中心日均處理垃圾量1500噸，年處理量50萬(wàn)噸，年發(fā)電量2億千瓦時(shí)，構(gòu)建了行業(yè)智慧工廠的標(biāo)桿。
“少人值守”解決方案助力垃圾焚燒電廠安全、穩(wěn)定運(yùn)行
生活垃圾處理行業(yè)可以說(shuō)是維持城市“顏面”的幕后英雄，因此在企業(yè)責(zé)任之外，上海嘉定再生能源還需要承擔(dān)更多的社會(huì)責(zé)任，維持整個(gè)垃圾焚燒電廠安全、平穩(wěn)的運(yùn)行是其第一要?jiǎng)?wù)。
傳統(tǒng)的垃圾焚燒電廠對(duì)人力依賴(lài)較強(qiáng)，不但人員工作強(qiáng)度很大，而且人員的經(jīng)驗(yàn)可能直接影響到操作的穩(wěn)定性。以垃圾焚燒爐的啟停為例，該環(huán)節(jié)需要考慮爐溫、爐壓、風(fēng)量等多種參數(shù)的平衡，執(zhí)行多項(xiàng)操作，同時(shí)控制多臺(tái)設(shè)備，操作十分復(fù)雜，一個(gè)小小的疏忽就有可能造成設(shè)備的損壞或人員的傷害——啟機(jī)過(guò)程中，如果汽輪機(jī)的油溫過(guò)低，可能會(huì)造成設(shè)備振動(dòng)偏大，從而存在安全隱患；停爐過(guò)程中，則需確保爐內(nèi)的殘留物處理完畢，且灰渣可以安全地排出。
如今，借助施耐德電氣APC先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)，上海嘉定再生能源能夠根據(jù)機(jī)組啟停曲線、按設(shè)定的程序發(fā)出各個(gè)系統(tǒng)、設(shè)備的啟停指令，實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)或停止。由此帶來(lái)的收益顯而易見(jiàn)——一方面，在系統(tǒng)的嚴(yán)格要求之下，如果溫度或壓力等參數(shù)沒(méi)有達(dá)到相應(yīng)要求，則無(wú)法執(zhí)行后續(xù)操作，這就把安全隱患扼殺在了“搖籃”之中，保證了啟停的平穩(wěn)和安全，減少燃油和消耗；另一方面，該系統(tǒng)相當(dāng)于把熟練工人對(duì)大型設(shè)備的操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了沉淀，形成了一套標(biāo)準(zhǔn)化的流程，從而解決了專(zhuān)業(yè)人員不足的挑戰(zhàn)。
不只是焚燒爐的啟停操作，基于施耐德電氣APC先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)、APS機(jī)組一鍵啟停、AVEVA Predictive Analytics預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)等智能系統(tǒng)，上海嘉定再生能源的垃圾焚燒電廠實(shí)現(xiàn)了燃燒系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、汽機(jī)系統(tǒng)等主要工藝系統(tǒng)的全自動(dòng)運(yùn)行，操作數(shù)量減少90%以上，部分系統(tǒng)控制可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。
由于“少人值守”項(xiàng)目突出的效益提升，上海嘉定再生能源目前獲得嘉定區(qū)智能工廠獎(jiǎng)項(xiàng)。
更經(jīng)濟(jì)、更滿足環(huán)保要求的垃圾焚燒電廠
2023年初，國(guó)家能源局、財(cái)政部、國(guó)家發(fā)改委印發(fā)《關(guān)于享受中央政府補(bǔ)貼的綠電項(xiàng)目參與綠電交易有關(guān)事項(xiàng)的通知》，進(jìn)一步完善了綠電交易機(jī)制和政策，其中明確了綠電溢價(jià)收益與國(guó)家可再生能源補(bǔ)貼不可兼得，這意味著未來(lái)垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)的收益水平將和發(fā)電量直接掛鉤。當(dāng)溢價(jià)空間遠(yuǎn)超過(guò)補(bǔ)貼金額且收益較穩(wěn)定，企業(yè)可以選擇放棄補(bǔ)貼，參與綠電交易的全部收益歸其企業(yè)所有。與此同時(shí)，相關(guān)政策也要求整個(gè)行業(yè)在焚燒爐技術(shù)性能、廢氣排放控制、以及污染物的監(jiān)測(cè)和治理措施等方面遵循嚴(yán)格的環(huán)保指標(biāo)要求，否則可能會(huì)受到嚴(yán)厲處罰。
上海嘉定再生能源有限公司對(duì)此表示：“隨著政策換道和環(huán)保要求提標(biāo)，垃圾焚燒電廠在保證安全、穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)上，還需進(jìn)一步關(guān)注運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性和綠色化。”
單位垃圾焚燒發(fā)電量和燃燒的穩(wěn)定性直接掛鉤，但在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，由于垃圾成分復(fù)雜、熱值不均，焚燒鍋爐經(jīng)常偏離最佳燃燒狀況。如何保障燃燒穩(wěn)定性，優(yōu)化垃圾焚燒工藝過(guò)程，提升鍋爐的自動(dòng)化和智能化控制水平，成為影響上海嘉定再生能源電廠經(jīng)濟(jì)效益和綠色水平的關(guān)鍵要素。
垃圾焚燒電廠原本在控制上存在“強(qiáng)耦合”和“大滯后”兩大難點(diǎn)。燃燒是較為復(fù)雜的工況，涉及的變量很多，且變量直接相互關(guān)聯(lián)，“強(qiáng)耦合”意味著控制變量相互之間耦合關(guān)聯(lián)，牽一發(fā)而動(dòng)全身，可能剛把某個(gè)參數(shù)調(diào)節(jié)好，另一個(gè)參數(shù)就會(huì)隨之而變；“大滯后”意味著焚燒爐內(nèi)的溫度等參數(shù)變化是一個(gè)緩慢的過(guò)程，如果發(fā)現(xiàn)溫度不符合要求后再去調(diào)節(jié)，由于慣性很大，無(wú)法立即實(shí)現(xiàn)想要的調(diào)節(jié)目標(biāo)——這都會(huì)對(duì)控制的穩(wěn)定性帶來(lái)挑戰(zhàn)。同理，脫硫、脫硝等調(diào)節(jié)也都存在大滯后的問(wèn)題，等看到變化后再去調(diào)節(jié)可能已經(jīng)導(dǎo)致環(huán)保指標(biāo)超標(biāo)。
施耐德電氣APC先進(jìn)控制系統(tǒng)則讓這些挑戰(zhàn)迎刃而解。APC系統(tǒng)中的模型預(yù)測(cè)控制模塊，可以解決控制回路中大滯后及強(qiáng)耦合的控制回路挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)焚燒爐燃燒優(yōu)化調(diào)整（含鍋爐氧量?jī)?yōu)化、主汽溫度控制優(yōu)化、主汽壓力控制優(yōu)化）、脫硝控制優(yōu)化、脫酸控制優(yōu)化等控制系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化，使其控制指標(biāo)達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，APC系統(tǒng)中的最優(yōu)化模塊，還能對(duì)燃燒過(guò)程中的重要控制單元進(jìn)行尋優(yōu)控制，實(shí)現(xiàn)焚燒爐的效率最大化，并同時(shí)滿足NOX、HCL等排放的環(huán)保指標(biāo)。
上海嘉定再生能源有限公司對(duì)于該套系統(tǒng)給予了高度評(píng)價(jià)：“施耐德電氣APC先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)為我們帶來(lái)的收益是全方位，多維度的。它既能助力焚燒爐平穩(wěn)的運(yùn)營(yíng)，讓各參數(shù)偏差下降20%以上；又能對(duì)焚燒流程進(jìn)行全自動(dòng)控制，優(yōu)化系統(tǒng)效率，大量減少人員的干預(yù)和誤操作；還能通過(guò)環(huán)保耗材的精準(zhǔn)投用，降低耗材20%以上。值得一提的是，在環(huán)保耗材下降的同時(shí)，我們的煙氣排放濃度也比原來(lái)有所下降，相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了‘雙降’。”
精細(xì)化的日常運(yùn)營(yíng)管理，全面提質(zhì)增效
《2024中國(guó)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展年度報(bào)告》顯示，截至2023年底，我國(guó)生活垃圾焚燒發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)2577萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)7.5%。經(jīng)歷了幾年的高速發(fā)展之后，我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)由規(guī)?；瘮U(kuò)張轉(zhuǎn)向精細(xì)化運(yùn)營(yíng)管理階段。
精細(xì)化運(yùn)營(yíng)是一場(chǎng)“持久戰(zhàn)”，對(duì)上海嘉定再生能源而言，通過(guò)深入挖掘日常運(yùn)營(yíng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)背后蘊(yùn)藏的價(jià)值，可以助力自身在提質(zhì)、增效、安全、節(jié)能方面更上一層樓。
設(shè)備運(yùn)維是日常管理的重要環(huán)節(jié)，相較于傳統(tǒng)的預(yù)防性、周期性維護(hù)方案，施耐德電氣預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案+故障自愈策略，輔以系統(tǒng)顧問(wèn)+控制顧問(wèn)，能夠讓上海嘉定再生能源實(shí)現(xiàn)科學(xué)診斷和超前預(yù)警。
其中，故障自愈能讓機(jī)組在事故發(fā)生時(shí)具備自動(dòng)響應(yīng)能力，降低監(jiān)控監(jiān)盤(pán)人員的事故處理負(fù)擔(dān)，避免人員誤操作；預(yù)測(cè)性維護(hù)則通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，從而更深入地了解設(shè)備狀態(tài)，超前發(fā)現(xiàn)間歇性異常和無(wú)明顯癥狀異常，提前做出故障或運(yùn)維預(yù)警，提醒運(yùn)維人員及時(shí)干預(yù)，使設(shè)備保持最佳狀態(tài)——雙管齊下，使得焚燒電廠的報(bào)警數(shù)量減少90%以上。
而在日常管理過(guò)程中，智慧報(bào)表則可以為不同層級(jí)的人員提供更有針對(duì)性的數(shù)據(jù)信息。比如一線運(yùn)營(yíng)人員可以通過(guò)報(bào)表及時(shí)了解哪些參數(shù)和指標(biāo)是正常的，哪些出現(xiàn)了偏離，從而及時(shí)進(jìn)行調(diào)整；管理層則可以基于綜合匯總的報(bào)表，對(duì)一些經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析或預(yù)判，為關(guān)鍵決策提供有效參考。
一系列的組合拳，讓上海嘉定再生能源垃圾焚燒電廠的面貌煥然一新，公司員工表示：“以前，大家對(duì)垃圾焚燒廠的印象可能停留在環(huán)境惡劣，氣味難聞，工人從事重體力勞動(dòng)?，F(xiàn)在來(lái)到我們的工廠，呈現(xiàn)的是‘花園式工廠’，只有非常少量的員工在利用全自動(dòng)系統(tǒng)完成垃圾處理的全流程。得益于施耐德電氣的支持，我們正在打造先進(jìn)的智慧垃圾焚燒電廠，樹(shù)立行業(yè)標(biāo)桿，為大眾提供源源不斷的綠色電力。”
未來(lái)，雙方將在“少人值守”方案的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步優(yōu)化，基于施耐德電氣先進(jìn)控制APC算法結(jié)合焚燒爐燃燒參數(shù)視覺(jué)識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)燃燒參數(shù)閉環(huán)控制優(yōu)化，更有效地達(dá)到“無(wú)人值守/少人值守”目標(biāo)，向智能化2.0階段持續(xù)邁進(jìn)。
