一、企业简介

宁波钢铁有限公司（以下简称“宁钢”）是由杭钢集团控股的大型钢铁联合企业，公司主体厂址座落于浙江省宁波市北仑区。是一个从原料到炼铁、炼钢、连铸、热轧等工序配套齐全,装备一流的大型现代化临海钢铁联合企业。主要生产装备为两座6m55孔焦炉，两台430平方米烧结机，两座2500立方米高炉，三座180吨转炉，一条1780mm热连轧生产线，以及配套的公用辅助设施。一期工程年产能为400万吨。项目主体装备均达到国内先进水平，并与国际接轨。宁钢产品覆盖钢坯产品、热轧直发卷以及热轧精整卷。当前热卷投放的主要地区以浙江省为主，杭州和宁波是宁波钢铁资源的主要集散地，占宁波钢铁资源总量的80%左右。宁波钢铁产品已对上海、江苏、福建和广东等地区形成区域辐射，主要为一部分附加值相对较高的品种钢产品，如冷轧深冲用钢、汽车结构用钢、电工钢等。

宁钢余能发电厂利用公司的余能、余热资源进行发电，减少了能源损失，提高了公司资源的综合利用率。目前电厂共有两套发电机组，1#机组为全燃煤气-汽轮发电机组，装机容量135MW，配置有杭州锅炉厂生产400t/h超高压煤气锅炉、南京汽轮机厂生产的超高压中间再热单轴双缸双排汽凝汽式150MW汽轮发电机组。3#机组为烧结余热回收汽轮发电机组，装机容量15MW，配置有15MW双压、单缸、单轴、冲动凝汽式汽轮机机组及双压双通道、立式、自然循环余热锅炉。此外，电厂管辖的二号烧结环冷余热回收锅炉（4#炉）、两台烧结大烟道余热回收锅炉（5#、6#炉）、三台热轧烟气余热回收锅炉、两台石灰烟气余热回收锅炉产生的蒸汽，以及公司富余低压蒸汽均并入3#机组进行发电。

二、成果简介

自2016年起，宁钢余能发电厂逐步推进智慧电厂建设，提高设备可靠性与自动化水平，将人工智能和大数据持续扩大至生产各个层面。先后完成了3#机组自动发电技术、1#锅炉自动燃烧优化、无线测温测振、设备检修质量智能管控、1#机组TDM旋转机械振动监测及故障诊断、无线传输技术、视频监控、智能安防等系统改造。智慧发电集控中心项目于2021年底建设投产。项目采用先进的数据融合及品牌融合技术，构建一体化平台，打通品牌壁垒实现控制系统及信息监视平台由原有的多品牌混杂、国产进口兼有向品牌兼容及逐步国产化过度，通过对控制系统的改造，实现统一主流品牌减轻维护人员工作强度，降低备件储备，有利于减低通讯接口方便数据传输和采集的目标。基于构建智慧管控平台的基础上，将现场就地的控制室功能集中融合在新的智慧发电集控中心中，实现了1#机组，3#机组，456#锅炉，化学水处理站，电气后台ECMS等多个控制室集中监控，取消了现场控制的值守方式，实现了现场控制室无人值守。同时新建设的集控中心管控平台预留了公司其他区域发电机组的数据接入接口（例如TRT、CDQ、热力鼓风机站等，最远距离达10多公里），利用管控平台先进的融合技术，为今后5G技术应用，实现超远距离控制创造了条件，远程集控管理的创新模式已经凸显。

智慧发电集控中心的投运，标志着宁钢智慧电厂建设已初见规模，已实现煤气发电、余热蒸汽回收、发电的集约化利用和一体化管理，发电系统主辅运行生产全流程全过程集中监控，在不同层面上进行串联打通、信息耦合，不仅提升了大发电系统的可靠性，安全性、智慧性，而且进一步提高了劳动生产率，降低了现场作业风险，大大改善了工作环境，同时该项目也是探索“无人值班、少人值守”的远程集控管理模式，并结合区域特点实施的一项创新工程。

三、项目背景

智慧电厂是在数字化和信息化的基础上，将先进的传感测量、信息通信、自动控制、人工智能、云计算、大数据、三维可视化等信息技术和发电生产过程的工业化技术、电厂管理技术相结合，并与电厂的基础设施高度集成，提升本质安全水平和防范风险能力，以达到更规范的运营管理、更高的设备可靠度、更优的运行与出力、更低的能耗与排放、更强的电力市场适应性以及更低的企业运营成本，从而实现具有智能、安全、经济、环保等特征的新型现代化发电企业。

宁钢余能发电厂由于发电机组和配套设施在不同时间相继投运，控制室随项目在不同时间段分别投用，造成各区域的生产控制室较多且分散，信息分散。1#机组区域需要运行人员常驻的控制室共2个，分别为：1#机组集控室、化水控制室；3#机组常驻控制室2个，分别为：3#锅炉集控室、3#汽轮机集控室；456锅炉常驻集控室1个。由于在余能发电厂范围内，各个生产控制室地理位置分散，同时，由于电力生产的连续性，对各个控制室内的监控、操作人员有最低人数的刚性需求，因此，在日常电力生产组织中，主要存在如下四个不利情况：

1、负荷波动大：

由于电力生产实时性的特点，设备运行期间要求对工艺过程常监控。监控负荷随生产过程燃料量变化波动。

对于1#机组，监控负荷主要取决燃料的变化，频繁的增减燃料投入量，监控负荷波动大的情况更加严重。

监控负荷波动大意味着监盘人员工作效率有进一步提高的空间。

2、控制室安全环境不利：

1#机组区域，按传统设计习惯，控制室与发电机-汽轮机同一平台布置，该区域布设多段高温及超高温、高压蒸汽管道，一旦发生蒸汽管道泄漏，对于控制室内监控人员的人身安全都有非常大的风险。

国内其它机组曾发生过控制室旁的蒸汽管道开裂，导致控制室内人员伤亡的安全事件。另外，各控制室位于锅炉旁，距离煤气管道也很近，一旦锅炉或者煤气管道发生泄漏安全事故，对于控制室内的人员也造成重大安全威胁。

3、信息沟通不畅：

在发电生产运行中，各个分散控制室之间，平时都存在生产上的联系与协调。尤其是作为调度枢纽中心的值长，在日常生产调度中，更是需要向各个区域的当班班组发布各种调度指令，并根据反馈做出生产上的相应调整。由于各个控制室地理位置分散独立，因此日常生产联系都是通过电话进行传递。日常联络主要靠电话传递指令及有关信息。值长与班组之间，也是通过电话传递指令。在电话传递生产指令或安全要求时，沟通的效果与效率不如当面沟通传递准确、高效。

四、主要做法

利用电厂办公楼4楼作为智慧发电集控中心改造区，通过重新设计功能，将1#、3#号发电机组、化水、4、5、6锅炉系统数据统一接入平台，打造了一个具备远程生产操作、集中监控、设备状态监测、视频监控、生产运营管理等多功能的综合性集中监控智慧发电集控中心，将整个化水制水、1#机组调节、各余热锅炉生产控制、低压蒸汽管网控制、3#机组发电调节、低压补汽调节阀等集于一体，达到各信息间的融合，形成具体区域性的钢厂余能、余热回收、余能余热利用发电的智慧集控中心，进一步探索余能余热回收领域管控新业态，提高机组的智能化、安全性和可靠性，进一步提升余能余热回收水平，降低碳排放。

（一）3#机组自动发电技术开发运用

从16年开始，电厂在公司低压蒸汽管网中创新采用了模拟量无线传输技术，经过了4年的不断优化，改进采用多发一收的传输设备，实现了区域型的无线传输网络。形成了已3#机为中心，测点遍布焦化厂、CDQ机组、石灰锅炉南侧、炼钢转炉区域、外送临港热力管道，实时监测整个低压蒸汽管网状态。

采用调节阀无线控制技术，对低压管网采用分段监测、分度使用、分段控制，在控制系统逻辑中，加入PID控制与斜率控制相结合，由低压蒸汽的源头炼钢分气缸压力、低压蒸汽末端海堤测压力为主控对象，以石灰侧调节阀、海堤侧调节阀，分气缸出口调节阀为控制手段， 以解列保护、分汽缸超压保护、低压汽包超压保护、跳闸保护为安全措施，结合凝结水自动控制、保安蒸汽自动控制、分汽缸压力控制，形成了完善的3#机自动发电控制逻辑。

公司低压蒸汽管网共计10余公里， 经过多年、多部分的协同配合，团队的持续公关改造，优化，测点已经全管网涵盖。使得3#机低压管网蒸汽时均补汽量在70t/h以上，发电负荷均值在13MW以上。目前全厂区域内已经实现了低压蒸汽的无感化自动调节，确保了蒸汽外供的稳定、低压蒸汽的不放散。

（二）锅炉燃烧自动系统开发攻关

宁钢电厂1#机组装机容量135MW，2011年投产。锅炉为400t/h 超高压、单锅筒自然循环、一次中间再热、燃烧器前后墙布置、平衡通风、π型半露天布置的全燃气（焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气）锅炉 ，为国内第一座投运的全烧煤气超高温、超高压机组。

1#锅炉燃烧自动采用了模型控制与PID控制相结合的方式，对设备薄弱环节进行了改进，新增氧量测点2个，风量测点2个，风门挡板执行机构更换等，控制系统系统采用大量优选、延迟、比较、F（x）、高级算法神经元网络控制、串级PID控制等。

该燃烧自动的核心技术为以富裕煤气为主控，以层操方式，结合空燃比控制，煤--风阀协同，偏至调整等措施，一整套的燃烧自动优化经验，成为了国内屈指可数的以煤气量为控制对象的燃烧自动，达到国内领先水平。自动投运后由手动控制加减煤气每项耗时5到10分钟，到现在的鼠标操作所有系统自动配合调节，运行人员只需点击加减煤气按钮，即可完成机组负荷的全部调节任务，整个过程只需1个人1秒钟，真正做到“一键调节”，实现智能化生产，通过无线传输的煤气柜位信号，让煤气调节可控、可观测，更智能。机组所有系统可以在55MW至147MW负荷范围内持续稳定运行，氧量控制波动范围从最初的1.0%至3.0%稳定在1.4%±0.2%之间，煤气量控制精度达到±2000m3/h。

（三）无线测温技术运用

将10kV送风机、引风机、给水泵、凝结水泵、闭式水泵、循环水泵高压开关柜馈出电缆接头处和厂用变压器低压母排侧安装A-09-1型无线测温传感器，在10kV配电室内安装一块A-09-240型接收仪。后台系统采用与DCS数据集成得方式实现。

通过加装的无线测温传感器将现场温度数据采集到接收仪，再使用MODBUS协议经485串口通讯至电厂OVATIONDCS系统的LC卡处。完成通讯后，将采集的温度信号放置在余能发电厂10kV系统中并可与系统中电流，工艺参数等进行交叉历史查询，亦可在程序中设置温升速率及阈值等保护预警功能。未来可根据电气设备异常时的温度特点，引入模型化或智能化算法进行更有效的设备管理。

通过加装无线测温系统，使电气维护的管理水平上了一个台阶。建立了针对开关柜和变压器的智能在线监测系统，使得以前需要人工重点巡检的部位变成由工业物联网的测温传感器实现自动化的智能监测。还建立了针对开关柜和变压器电缆接头的数字化管理档案，提高了装置的运行稳定性，形成了电气系统的开关柜母线温度、电机温度振动的无线监测网络，通过系统间通讯，将无线测温测振系统与现有DCS、SIS系统进行融合，实现了多平台测量，同平台监视的目的。

（四）设备检修质量智能管控系统

智能管控系统由前端智能检测工具和后台智能管控系统两部分组成。前段智能检测工具，将现场的原始数据真实、实时的通过无线网络传输到系统平台进行处理并将全过程进行记录，有利于追溯和分析。

后台智能管控系统由数据库服务器、应用服务器、系统管理计算机、业务操作计算机、领导查询计算机、PDA、手机/PAD等移动终端组成。该系统可以多个工作面同时进行运算操作，具有知识库、文件包及施工方案编审批、设备配件及供货计划、计划查询及过程提示，电脑端及用户app查询确认、打印结果报告、工艺流程模版等功能。检修平台的上线使检修人员严格按照文件包的检修过程进行检修，并记录其中的检修数据，包括视频和图像数据，做到检修过程可追溯性。

在电力生产企业内部使用，可以为企业提供一个检修项目的计划制定、进度跟踪监控、质量控制、以及项目相关资源管理的软件平台，实现工作的协同化、提高工作效率，通过对检修形成的大数据进行分析与共享，便于统计、分析和检索，从而提高企业管理水平。

（五）数据融合和品牌融合技术的应用

余能发电厂各控制室DCS控制系统及信息监视平台的品牌及特点参差不齐，为后续的升级改造及备件管理造成了极大的困难。项目采用先进的数据融合及品牌融合技术，构建一体化平台，打通品牌壁垒实现控制系统及信息监视平台由原有的多品牌混杂、国产进口兼有向品牌兼容及逐步国产化过度，通过对控制系统的改造，实现统一主流品牌减轻维护人员工作强度，降低备件储备，有利于减低通讯接口方便数据传输和采集的目标。基于构建智慧管控平台的基础上，将现场就地的控制室功能集中融合在新的智慧集控中心中，实现了多个控制室集中监控，取消了现场控制的值守方式，实现了现场控制室无人值守。通过控制站的分布式布局，将大屏控制器、激光大屏终端、电脑主机等布置在机房，通过网络将显示器及键鼠操作延伸至操作台，在不影响操作的基础上，实现了操作站的静音控制。

完善紧急操作布局。项目设计了完善的紧急操作按钮，独立设计了投切开关、串并联继电器、电源监视报警灯功能，在运行之余能可靠监视各继电器的状态，确保紧急操作的不拒动，不误动。同时新建设的集控中心管控平台预留了公司其他区域发电机组的数据接入接口（例如TRT发电、CDQ发电、热力鼓风机站等），利用管控平台先进的融合技术，将钢厂大型旋转设备进行集中监控。为今后5G技术应用，实现超远距离控制创造了条件，远程集控管理的创新模式已经凸显。

为了建设更加智能的智慧发电集控中心，目前几个项目已实施完成，即将投入运行。

1）升级现有SIS系统，实现厂级机组的性能计算，可编辑的小指标参数，电子日报功能，实现电子工作票、电子操作票、电子异动管理、电子缺陷处理、手机APP功能、设备电子台账、智能设备、智能运行、智能环保等功能，让机组从智能L1端从智能L2端，L3端的延伸。

2）发电设备在线检测和智能诊断系统，基于关键设备状态、工艺、生产、质量、备件等数据进行大数据综合分析，形成从单台设备到产线群的设备状态综合检测诊断能力，减少设备故障损失，形成电厂的振动诊断中心。

3）自主集成视频监控、声音传感器，二维地图等，实现在现有设备数据测量的基础上，向机组视频监控，声音检测的综合应用，并利用DCS、视频综合管理平台，实现对设备的异音检测报警、视频全覆盖等，实现运行人员的远程对设备的可看，可听，可控制；整合电厂区域范围内的电子地图，通过管理平台及现场全域安装的智能监控摄像机，在监控设备之余，实现了人员的轨迹监测，设备禁区管理，跑冒滴漏巡测，火灾隐患监测等，实现了与各控制系统的优势互补。

4）1#锅炉炉膛火焰智能监测分析及燃烧辅助控制系统的开发利用，通过炉膛火焰智能监测分析及燃烧辅助控制系统，可有效的与现有DCS系统与视频监控系统结合，通过多光谱成像测温仪和窑炉燃烧温度场红外监测系统，实现对炉膛火焰的火焰长度、火焰温度，炉膛温度场分度，炉膛壁温度等实现数字化测量、结合AI视频分析软件，形成ROI区域温度分度图、炉膛等温线、温度直方图、三维温度分布立体图等，再通过输出的4~20mA信号，有效的与DCS结合，实现炉膛的精细化燃烧控制。

通过多平台的互联互通，信息融合技术和数据融合技术的应用，实现了多产线，多机组间数据共享，实现了精准、柔性、高效、环保的生产。智慧集控中心建设最终将不断趋于完善，更加有利于提升生产效率，提升管控系统的可靠性和兼容性，逐步打破国外控制品牌的垄断局面。

五、效果

智慧发电集控中心的投运，标志着宁钢余能发电厂已实现煤气发电、余热蒸汽回收、发电的集约化利用和一体化管理，发电系统主辅运行生产全流程全过程集中监控，在不同层面上进行串联打通、信息耦合，不仅提升了大发电系统的可靠性，安全性、智慧性，而且进一步提高了劳动生产率，降低了现场作业风险，大大改善了工作环境。

1、提高区域劳动生产效率，通过集中监控，重新规划监盘与巡检人员配置，培训运行监盘人员具备1#机、化水、3#机等不同的生产区域及专业技能的监盘操作能力，实现劳动效率提升，规划通过跨专业学习及上岗实践等措施，培养全能值班员，四个翻班班组合计每班减少2人，缓解运行人员现员紧张的现状。

2、提高机组区域集中监控水平，减少信息沟通障碍，通过协同增强进一步优化机组厂用电率。

3、提高发电智能监控运行水平，提高发电过程异常处置响应速度，提高发电过程安全管控水平。

4、为实现发电生产全流程、全过程的集中监控及调度，以及多区域发电机组运行技术支持做准备。

5、通过新智慧操控中心功能设计，布置办公室区、集控区，自动化机房区，强调“创造有趣有意义的人居空间”的设计思想，处理好人与建筑、人与空间环境、人与人之间的关系。坚持实用、经济、美观的原则，同时采用新材料、新设备、新技术，实现改善办公环境，提升企业形象。

从2016年智慧电厂开始建设以来，通过智慧电厂建设小组成员的不断努力，每年的技改和科研项目得以逐步投入实施。通过对系统不断的优化，目前已实现公司厂区域蒸汽的生产和消耗的自动平衡，解决了转炉区域OG蒸汽的放散，实现了低压管网控制从人工干预到智能无感化调节的跨越；保证了钢厂其它余热蒸汽的回收，实现了良好的经济效益。截至2022年10月底，通过实施该成果，累计增发电量以及岗位精简所产生效益共计1471.2万元。