一、案例背景
2021年3月，习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上首次提出构建新型电力系统，党的二十大报告进一步强调加快规划建设新型能源体系，为能源电力发展指明了方向。2025年2月，国家能源局印发《2025年能源工作指导意见》，明确推动电力系统智慧化建设。新型电力系统以安全高效为前提、清洁低碳为核心、柔性灵活为支撑、智慧融合为保障，形成“四位一体”框架。燃煤电厂作为电力供应的“压舱石”，其环保升级是实现电力系统清洁化的关键。2025年3月，国家发展改革委、能源局印发《新一代煤电升级专项行动实施方案（2025—2027年）》，强调推进绿色低碳技术攻关与能源产业数字化智能化转型。在此背景下，炉后环保智慧运维技术的研发与应用，直接关系到燃煤电厂能否在保障供电安全的同时，满足新型电力系统低碳化、智慧化的要求。
二、必要性和先进性
燃煤、化工与冶金等领域的环保装备，如除尘器、脱硫塔等，普遍具有尺寸大、结构复杂等特点，长期在高温、高粉尘、强磁场等恶劣工况下运行。其内部状态难以实时感知，故障诊断多依赖人工经验，易出现积灰堵塞、构件腐蚀与性能衰退等问题，导致能效下降、运行不稳，甚至引发非计划停机或安全事故，年均经济损失巨大。在“双碳”目标持续推进的背景下，构建基于人工智能与机器人技术的智能运维体系已成为工业绿色安全高效运行的迫切需求。
本项目围绕上述瓶颈，研发了基于多模态感知、数字孪生决策、深度学习预测控制算法与智能协同控制方法的炉后环保智慧运维系统，实现从“监测-诊断-修复”的全流程闭环管理，推动实现“无人巡检、少人值守”的运维目标。通过构建智慧环保一体化运维平台、突破极端工况多模态感知和数字孪生驱动决策等关键技术，实现了从智能感知到协同优化的完整技术链条，并在典型工厂开展示范验证。该系统将率先在电力环保领域产业化应用，未来可拓展至钢铁、水泥等高耗能行业除尘系统，具备广阔市场前景。本项目的实施将为我国环保装备数字化、智能化升级提供关键技术支撑与新范式。
三、方案内容
3.1总体架构
本方案产品的技术路线基于燃煤电厂炉后环保设备的智能运维系统，通过数据采集与智能监测、参数优化与智能控制算法和基于AI提升的协同优化与闭环控制，实现对排放控制的精确管理和节能优化。本项目主要设计思路如图1所示，从机组负荷变化、烟气量变化、烟气温度变化、烟气成分变化等多个关键节点入手，实时采集相关数据。这些数据构成了整个优化控制系统的基础信息，为后续的分析与决策提供了重要依据。在数据采集的基础上，监测电场烟气流速变化、粉尘比电阻变化、粉尘电荷变化等关键过程参数，同时对电除尘器内部的二次电压、电流变化，以及振打周期、充电比设定等设备运行状态进行实时监控。慧环保系统覆盖从数据采集到优化调控的全流程功能。
3.2主要技术内容
3.2.1智慧环保运维系统设计
本案例设计的炉后环保智慧运维系统具有以下功能模块：实时数据监测模块、数据查询与数据分析模块、生产运行状态监测和预警模块、调控方案管理模块、用户管理与配置模块。
（1）实时数据展示模块：通过PC端网页实时监测并展示除尘、脱硫、输灰全流程及设备内部测点的关键数据。
（2）数据查询和数据分析模块：支持历史数据趋势查询、报表导出，并提供参数相关性分析与系统能耗评价计算。
（3）运行状态监测与AI控制模块：实时图表展示系统运行状态、关键污染物排放量、物料消耗及健康评价，推送设备、能耗与环保三类预警信息。
（4）调控方案管理模块：提供针对脱硝除尘脱硫作业线的调控方案新建、修改、查询与删除功能。
（5）用户管理与配置模块：实现用户信息、权限管理，并支持自定义工位测点与展示形式。
图1智慧环保系统首页展示
炉后环保装备智慧运维系统界面如图2所示，采用HTML、CSS与JavaScript前端开发，后端由Java编写，具备跨平台稳定运行能力，并可兼容对接DCS及电除尘电源设备。
系统整体采用B/S架构，业务功能架构如图3所示，自上而下分为用户层、应用层、业务模块层、业务支撑层、数据存储层与数据采集层，以支持完整的智慧运维功能。
该系统采用分层架构服务不同用户。用户通过PC端访问四大功能模块。业务模块基于Spring框架构建，由支撑层提供统一数据接口。数据存储层管理实时、历史及场景数据。底层通过传感器与OPC接口采集数据，经Webservice传输至数据库，形成数据闭环。
3.2.2智慧环保业务实现
（1）数据采集与智能监测
协同优化的基础是对炉后设备运行状态和工况变化的全面监测。炉后环保装备智慧运维系统通过部署多种高精度传感器和数据采集设备，实时采集运行过程中的核心参数，包括机组负荷、烟气流量、烟气温度、烟气成分等（如图4左侧部分所示）。这些参数作为整个优化控制系统的基础信息，通过采用OPC数据交换标准完成数据的采集工作，其中OPC服务器的数据采集过程如图4.1所示。在此基础上从OPC服务器内调取数据并封装成JSON格式，完成轻量级程序的数据包跨地域远程传输。在炉后环保装备智慧运维系统的构建过程中，采集与传输的特点如下：
1、数据采集系统能够捕捉机组负荷变化、烟气流速波动及烟气成分的动态变化。此类信息能够反映燃烧条件及烟气净化工艺的运行状态，为后续的优化控制提供依据。
2、除工况参数外，系统还对电除尘器的核心过程参数进行动态监测，包括电场烟气流速、粉尘比电阻、粉尘电荷特性等，这些指标直接影响设备的运行效率与排放效果。
3、实现对二次电压波形、二次电流波形、振打周期、充电比设定等设备运行参数的实时监控，确保设备处于最佳工作状态。
（2）参数优化与智能控制算法
在数据采集的基础上，智慧环保系统通过多维数据分析和智能算法，揭示关键参数间的耦合关系，动态优化设备的运行参数。具体思路如下：
1、参数间的复杂关系分析：如图4中间部分所示，机组负荷变化、烟气流速变化等工况参数与电除尘器的关键运行参数（如二次电压、电流波形变化）之间存在复杂的非线性关联。系统利用数据挖掘和建模技术，挖掘这些参数的潜在关系，为后续的智能控制提供支持。
2、动态调整优化策略：智能控制算法基于实时数据，动态调整二次电压、二次电流的设定值，以适应不同工况需求，确保除尘效率的最优状态。同时，通过调整振打周期和充电比设定值，有效减少粉尘二次扬尘，提高粉尘捕集效率。
3、异常状态处理与调控：针对火花值的变化，智能算法实时调整相关参数，避免异常放电导致的设备损耗，保障系统运行稳定性。
（3）基于AI提升的协同优化与闭环控制
智慧环保系统采用“数据采集-状态监测-智能优化-指令反馈”的闭环控制模式，通过构建“机理模型为骨、数据模型为肉”的混合孪生代理模型，解决环保设备间复杂的深度协同应用瓶颈。如图5所示，通过开发混合专家损失函数优化模块，实现除尘与脱硫协同控制系统复杂耦合模型的收敛速度与稳定性提升。在此基础上，集成自适应小波激活函数，构建AGM-PINNs“灰箱”模型，精确捕捉多模态感知数据反映的关键工况动态。
系统通过进一步部署分层递阶式模型预测控制（HMPC）算法实现对除尘、输灰及脱硫系统的智能协同优化。具体策略包括：
1、除尘与输灰的协同控制：基于极板粉尘沉积情况的实时监测，模型动态调整振打频率和灰斗排灰频率，防止灰斗过载或输灰堵塞，保障系统高效运行。
2、除尘与脱硫的协同控制：控制算法根据粉尘比电阻和粉尘含硫量的实时变化，优化脱硫塔的运行条件，提升脱硫效率，确保SO₂排放浓度始终达标。
3、整体系统优化控制：综合出口烟道浓度、设备运行能耗、粉尘沉积等多维数据，动态调整电除尘器运行模式，实现能耗与排放的最优平衡。
3.3技术指标完成度
在“燃煤电厂炉后环保装备智慧运维系统”研发过程中，项目团队围绕环保设备智能化、能效优化和污染物排放控制等核心目标，深入开展技术攻关。通过系统集成与现场调试，达到了预期的技术目标。以下为各项关键技术指标的完成情况：
表1技术指标完成度及国内外同类技术的主要参数对比
四、推广应用情况
4.1产品应用情况
“燃煤电厂炉后智慧环保岛”系统自2023年正式投放市场以来，聚焦燃煤电厂炉后环保系统智能化升级需求，广泛应用于电力行业和高耗能行业的烟气协同治理工程，市场接受度和用户认可度持续提升。产品在国能湖南岳阳2×1000MW机组智慧环保工程、浙江舟山2×660MW机组、安庆电厂2×1000MW机组、苏能内蒙古乌拉盖电厂2×1000MW机组、浙江北仑电厂2×1000MW机组和山西京能吕临2×350MW机组、广东清远等项目投入应用，系统运行效果优异，获得了用户单位的一致好评和高度认可。
图2依托工程国能湖南岳阳2×1000MW机组智慧环保工程
完成单位：浙江菲达环保科技股份有限公司
完成人：钟剑锋、楼亦刚、袁彬、赵晨