大数据智能分析诊断平台在脱硫 CEMS 系统故障诊断研究与应用

李虎1 王成 2

摘要：本文主要针对目前湿法脱硫CEMS系统常见故障，以问题为导向，利用大数据智能分析诊断平台，开发出脱硫CEMS系统故障诊断平台，提高CEMS系统可靠性。

关键词：智能分析，脱硫CEMS，故障诊断，大数据

1.前言

安徽华电宿州公司2×630MW机组烟气脱硫系统，采用石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺，串塔方式布置，脱硫系统烟气排放连续监测系统（CEMS）装置主要由雪迪龙scs-900烟气分析仪系统；粉尘仪为杜拉格D-R800；烟气流量为多点式；烟气预处理采用美国博纯GASS-6900烟气预处理系统；数据传输系统采用安徽碧水数据采集仪。

2.问题分析

脱硫CEMS采用冷干抽取法，运行过程中，经常出现采样探头腐蚀与堵塞、采样管线伴温度低、烟气湿度超限、冷凝器储水桶液位高、压缩空气失去、抽气泵故障、环保数采仪死机、多路阀或者管路烟气泄漏监控等故障，最终导致测量精度差，环保数据无效等问题。

脱硫CEMS设备状态信息不足，无法进行有效在线状态监测；CEMS系统检修工作均通过人工，只能根据定期和故障维修，无法做预防检修，同时现有脱硫CEMS系统无法对上述常见故障进行全方位实时故障告警和故障定位，维护人员进入现场需检查确认处理故障，检修时间长，设备可靠性和管理效率低。

2.1理论研究

大数据智能分析诊断平台应用广泛，以问题为导向，开展基于大数据智能分析诊断平台在脱硫CEMS系统故障诊断研究，在脱硫CEMS系统设备上安增加新的传感器，监测工作电流、温度、压力、流量等，部署大数据智能分析诊断平台服务器和通讯管理器，图1是大数据智能分析诊断平台在CEMS系统故障诊断应用结构示意图，实现对CEMS系统的数据采集、实时监测、大数据分析、故障预警、状态诊断等功能，诊断平台提供手机APP、短信推送报警功能，数据发布和手机移动数据同步，为CEMS系统的监测与优化管理提供技术支持，从而提高设备可靠性，减少设备隐患和维护量，提高环保数据有效性。

图 1 大数据智能分析诊断平台在CEMS系统故障诊断结构示意图

2.2网络结构

诊断平台分为本地服务区和云端管理区两部分，本地服务区部署CEMS 数据分析服务器和通讯管理服务器，负责采集DAS 系统、数采仪、GASS 预处理、分析仪测控等相关数据，进行存储处理、分析和诊断等工作。

云端管理区部署数据云端服务器，负责提供信息数据发布和对移动数据同步，平台提供移动APP、信息推送的数据支持功能。

本地服务区、云端管理区及移动平台之间，通过专业的网络管理机连接，保证数据传输安全。

2.3新增测点部署

为了使各个系设备互联互通，增加CEMS系统部分设备关键性状态信息测控，在粉尘仪系统新增4个温度测点及2个电流测点，1个仪用气压力测点；取样探头新增1个温度测点；伴热管线新增1个温度测点。CEMS小屋内分析机柜内新增1个流量测点，1 个液位测点，1个电流测点，1个转速测点，3个温度测点。

图2 部分新增测点（取样流量计、粉尘风机电流变送器）

2.4软件部分

图3为软件设计整体架构，采用分布、分层的体系结构，可扩展性强；数据及软件支撑层为各应用系统的开发和运行提供统一的支撑，包括信息管理、数据库管理、事件告警、图形系统、采集服务、报表服务等；应用软件集成平台构筑在数据及软件支撑层之上，实现各类应用软件，如数据分析、智能告警、状态检修、故障预警等；整个软件架构采用分层设计，数据接入层：实现数据接入的处理、存储、通讯管理；数据及软件支撑层：实现对数据的分析、诊断、管理；应用软件集成层：实现设备状态检修，智能预警，故障诊断等功能。平台支持通过WEB或移动APP等方式访问界面，在无网络情况下，支持短信报警功能。

图3 软件设计架构

3.功能应用

大数据智能分析诊断平台在脱硫CEMS系统故障诊断应用具有实时数据采集功能，具有良好的图形化人机交互界面和稳定的数据库，并提供图形、曲线、报表等多种数据发布工具；数据处理功能，采集CEMS系统及新增传感器等数据，进行集中存储分析诊断，实现故障预警及状态维护指导，提出合理检修建议。系统应具备采集数据， 数据处理和事件告警功能；同时可以将报警推送给指定的相关人员。

3.1事件告警

大数据智能分析诊断平台在脱硫CEMS系统故障诊断应用，能提供CEMS日常运行维护过程中出现的常见故障报警，主要功能如下：

（1）CEMS 系统报警，包含如下：

①CEMS 系统烟气排放值超标报警；

②CEMS 系统运行状态量变化；

③自定义量测越限；

④被监测设备状态变化事件

⑤被监测设备故障告警；

⑥数据采集通讯状态变化 系统具备事件自定义功能。

（2）操作事件，包含如下：

①人工巡检，检修；

②分析仪定期自动校准； 系统具备事件自定义功能。

（3）报警处理

报警处理是用于引起工作人员注意的事件处理，系统可按报警类型、优先等级、报警方式进行定义；报警窗口显示报警信息、移动 APP 端推送报警信息、画面上颜色变化、音响报警等。

（4）报警确认

系统提供自动和手动方式来确认单个报警、分类报警、分组报警和全部报警。

图4 CEMS故障诊断平台报警信息

图5 CEMS故障诊断平台短信报警

3.2数据存储

系统采用实时库、关系库、时序库相结合的模式，为应用提供统一的数据库平台。通过统一的数据库模式定义工具和访问接口，可实现跨平台的数据访问。

数据采集：包括周期采样存储和事件触发存储等方式； 数据处理：包括各种统计、计算功能，用户可灵活定义；

数据维护：通过归档备份功能，实现对历史库数据自动维护；

数据访问：提供实时、历史统一检索，实现实时、历史数据透明访问；

周期采样存储：根据用户定义的采样周期，自动周期采样实时库断面数据存储到历史库中。

3.3脱硫CEMS状态可视化功能

系统提供基于HTML5的数据可视化展示能力，包括曲线，报表，波形等等，功能如下：提供任意采集数据的任意时间间隔的历史曲线显示，历史数据导出下载；提供包括曲线文件的移动端显示；提供适用于大屏幕主界面的综合数据展示功能。

图6大数据智能分析诊断平台在CEMS系统故障诊断平台

3.4手机APP

手机APP可查询相关设备的实时数据、历史数据和设备参数，查询报警推送，脱硫CEMS系统设备能采集上来的全部状态参数；设备运行健康信息筛选及查询，确保CEMS状态实时监控和诊断。

图7 CEMS故障诊断平台手机APP实时数据和状态

4.结论

通过大数据智能分析诊断平台在CEMS系统故障诊断研究，开发出脱硫CEMS系统故障诊断应用平台，项目自2020年初投运以来，诊断平台采集和监测CEMS系统设备多维度信息，如设备温度、气体压力、取样流量、风机电流波形等，真正实现脱硫CEMS系统运行状态的实时监测，过程可视化，趋势变化诊断和预警等内容，及时推送预警信息，实现预防性检修，极大的保障了CEMS系统的可靠性，提高了环保数据有效性。

参考文献：

1. 井广洲.燃煤电厂脱硝烟气稀释法测量技术故障探究 [J].中国环保产业.2017（5）：45-47.

2. 丁旭峰.基于大数据及智能分析的设备诊断系统设计 [J]. 中国钢铁业 .2016（12）：31-32.

姓名：李虎（1984-），男，安徽省阜阳市人，硕士研究生，工程师，主要从事火电厂生产管理与设备检修管理工作。

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