CN105363338A - 一种烟气脱硫系统中脱硫效率影响因素的分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟气脱硫系统中脱硫效率影响因素的分析方法，所述分析方法为基于响应曲面的分析方法，只需要通过若干组实验数据，即能够进行单因素分析和多因素交互作用分析，缩短了分析时间，提高了分析效率，且合理有效地给出排放达标条件下脱硫效率影响因素的优质组合，简便快速。本发明所提供的分析方法适用于一系列烟气脱硫系统中脱硫效率影响因素分析的问题，能给实际脱硫系统对于调控脱硫效率具有很好的实践指导价值与意义。

Description

一种烟气脱硫系统中脱硫效率影响因素的分析方法

技术领域

本发明涉及一种烟气脱硫系统中脱硫效率影响因素的分析方法。

背景技术

二氧化硫是大气中主要污染物之一，是衡量大气是否遭到污染的重要标志。目前，火力燃煤电厂在我国的发电市场上占有最大比重，燃煤电厂将产生大量的二氧化硫。而烟气脱硫系统作为电厂作为必不可少的一部分，对于去除二氧化硫，改善大气环境有着重要的作用。负荷的波动将会极大程度上影响到原烟气流量，进而影响到排放到大气中二氧化硫的含量。在烟气脱硫系统中，吸收剂pH值、液气比、烟气流速等都会影响脱硫反应的进行，影响脱硫效果。因此，分析研究如何在达到烟气排放标准的前提下，给出较为合理的脱硫效率影响因素组合具有重要的现实意义。

在脱硫效率分析领域，由于烟气脱硫系统作为实际的一个大系统，很难通过仿真技术准确地反映和模拟烟气脱硫系统，建立和验证数学模型显得繁琐且复杂，仿真结果也往往与实际情况有这一定的差距，分析结果难以较好地为实际运行提供依据。目前，多数研究集中在单因素实验法，即考虑单因素变化条件下，烟气脱硫系统中的脱硫效果分析，该方法只能分析单因素的脱硫效率的影响，具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于，针对以上存在的问题，提供一种烟气脱硫系统中脱硫效率影响因素的分析方法。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种烟气脱硫系统中脱硫效率影响因素的分析方法，所述分析方法包括以下步骤：

(1)选取烟气脱硫系统中脱硫效率的影响因素；

(2)选取烟气脱硫系统中脱硫效率的影响因素的水平个数；

(3)应用Box-BehnkenDesigns中心组合设计模型的响应面分析法，对脱硫效率的影响因素和脱硫效率进行拟合，并得到以脱硫效率的影响因素为自变量，以脱硫效率为因变量的回归方程；

(4)基于步骤(3)中得到的回归方程，对脱硫效率的影响因素和影响因素的响应值进行单因素方差分析，得到F统计量的F值和概率P值，并根据概率P值的大小来判断脱硫效率与脱硫效率的影响因素之间的显著性关系；

(5)基于步骤(3)中得到的回归方程，对回归方程进行绘图分析，得到回归方程的响应面及相应的等高线图；

(6)对步骤(5)中得到的回归方程的响应曲面及相应的等高线图进行分析，得到脱硫效率作为系统响应的最优值。

进一步地，所述步骤(1)中烟气脱硫系统中脱硫效率的影响因素个数优选为3～7个。

进一步地，所述步骤(1)中烟气脱离系统中脱硫效率的影响因素个数最优选为3个。

进一步地，所述脱硫效率的影响因素分别为钙硫比、吸收剂pH值和液气比。

本发明所提供的一种烟气脱硫系统中脱硫效率影响因素的分析方法，所述分析方法为基于响应曲面的分析方法，只需要通过若干组实验数据，即能够进行单因素分析和多因素交互作用分析，缩短分析时间，提高了分析效率，且合理有效地给出排放达标条件下脱硫效率影响因素的优质组合，简便快速。本发明所提供的分析方法适用于一系列烟气脱硫系统中脱硫效率影响因素分析的问题，能给实际脱硫系统对于调控脱硫效率具有很好的实践指导价值与意义。

附图说明

图1为本发明所涉及典型烟气脱硫系统的示意图；

图2为钙硫比与吸收剂pH值对于脱硫率影响的响应三维图；

图3为钙硫比与吸收剂pH值对于脱硫率影响的等高线图；

图4为钙硫比与液气比对于脱硫率影响的响应三维图；

图5为钙硫比与液气比对于脱硫率影响的等高线图；

图6为吸收剂pH值与液气比对于脱硫率影响的响应三维图；

图7为吸收剂pH值与液气比对于脱硫率影响的等高线图；

图1中标号分别表示如下：1-烟囱，2-净烟气，3-换热器，4-吸收塔，5-循环水，6-原烟气，7-增压风机，8-吸收剂，9-吸收剂制备系统，10-氧化风机，11-循环泵，12-脱水系统，13-空气，14-工业水，15-石灰石混合物，16-石膏等副产品。

具体实施方式

参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。

如图1所示，本发明所涉及的燃煤电厂中的烟气脱硫系统主要包含烟气换热系统，二氧化硫吸收系统，浆液制备系统和石膏脱水系统。烟气换热系统通过换热器3实现原烟气6的降温处理与净烟气2的升温处理，降温的原烟气6经过增压风机7增压后进入二氧化硫吸收系统，升温后的净烟气2则通过烟囱1排放到大气中。吸收剂制备系统的作用是生成和储藏吸收剂8，吸收剂8是由工业水14与石灰石混合物15经过混合搅拌溶解生成。二氧化硫吸收系统则为烟气脱硫系统的主要部分，以吸收塔4为核心，原烟气6通过塔底入口进入吸收塔4，吸收剂8通过塔顶入口进入吸收塔4，经由氧化风机10增压后的空气13也进入吸收塔4，原烟气6与吸收剂8逆向接触，产生如下的化学反应：

${\mathrm{CaCO}}_3+\frac{1}{2}{H}_{2}O+{\mathrm{SO}}_2={\mathrm{CaSO}}_3\·\frac{1}{2}{H}_{2}O+{\mathrm{CO}}_2---\left(1\right)$

${\mathrm{CaCO}}_3+2H_{2}O+{\mathrm{SO}}_2+\frac{1}{2}{O}_2={\mathrm{CaSO}}_3\·2H_{2}O+{\mathrm{CO}}_2---\left(2\right)$

原烟气6经过吸收塔4处理后，生成的产物经过脱水系统12生成石膏等副产品16，由脱水系统12产生的循环水再次进入吸收塔4循环利用，在吸收塔4内部未被利用的吸收剂8也经过循环泵11再次利用。

基于上述的烟气脱硫流程背景，选取钙硫比、吸收剂pH值及液气比作为影响脱硫效率的影响因素，利用以下公式烟气脱硫系统的脱硫效率进行计算：

$\mathrm{\η}=1-\frac{C_{{\mathrm{SO}}_2\·out}}{C_{{\mathrm{SO}}_2\·in}}---\left(3\right)$

采用Box-BehnkenDesigns(BBD)中心组合设计模型的响应面分析法，即通过如下公式所示的二阶经验模型对变量的响应行为进行表征，即：

$Y=a_0+\underset{i=1}{\overset{k}{\&Sigma;}}{a}_i{x}_i+\underset{i<j}{\&Sigma;}{a}_{ij}{x}_i{x}_j+\underset{i=1}{\overset{k}{\&Sigma;}}{a}_{ii}{x}_i^2---\left(4\right)$

式中Y为系统响应，a₀、a_i、a_ii分别是偏移项、线性偏移项及二阶偏移项，a_ij为因素i与因素j之间的交互系数，x_i为各因素编码值。

用3个变化因子，即钙硫比、吸收剂pH值与液气比来对实验方案进行设计，依据单因素实验级经验数据制定实验方案，设定结果如下表1所示：

表1影响因素及设计水平

以钙硫比、吸收剂pH值及液气比分别为自变量A，B，C，以脱硫率为响应值Y，实验方案、实验数据及实验结果如表2所示。根据实验数据及实验结果，并按照Box-BehnkenDesigns(BBD)中心组合设计模型的响应面分析法所提供的二阶经验模型，建立多元二次回归方程，如下所示：

Y＝84.74+1.58*A+0.69*B+3.67*C-0.14*A*B

+A*C-0.40*B*C-0.58*A²+0.38*B²+1.01*C²(5)

表2.实验设计及结果

依据表2所得的实验结果进行影响因素与响应值之间的方差分析，可以得到表3所示的自变量与因变量之间的关系。各因子与响应值之间线性关系显著性，由F值检验来判定，P值越小，则说明变量的显著性越高。由方差分析表，即是表3可知，模型的F值为10.81，这意味着模型显著性较强，而拟失项为的F值为1.86，意味着对于净差的显著性较弱，经过对各自变量与响应值之间的关系分析，可以得到液气比相对于钙硫比及吸收剂pH值来说，能在更大程度上影响脱硫效率，且液气比与钙硫比这两个因素之间的交互作用对于脱硫效率也有着重要的影响。

表3.各自变量与响应值之间的方差分析

根据公式(5)的多元二次回归方程进行绘图分析，得到回归方程的响应面及其等高线图，参照图2～7。经过对三维响应曲面图及等高线图的分析，针对脱硫率作为系统响应，在不计经济成本的情况下，存在最优值，即在钙硫比为1.10，吸收剂pH值为6.50，液气比为20.0时，脱硫率可达到91.951。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例而已，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种烟气脱硫系统中脱硫效率影响因素的分析方法，其特征在于，所述分析方法包括以下步骤：

（1）选取烟气脱硫系统中脱硫效率的影响因素；

（2）选取烟气脱硫系统中脱硫效率的影响因素的水平个数；

（3）应用Box-BehnkenDesigns中心组合设计模型的响应面分析法，对脱硫效率的影响因素和脱硫效率进行拟合，并得到以脱硫效率的影响因素为自变量，以脱硫效率为因变量的回归方程；

（4）基于步骤（3）中得到的回归方程，对脱硫效率的影响因素和影响因素的响应值进行单因素方差分析，得到F统计量的F值和概率P值，并根据概率P值的大小来判断脱硫效率与脱硫效率的影响因素之间的显著性关系；

（5）基于步骤（3）中得到的回归方程，对回归方程进行绘图分析，得到回归方程的响应面及相应的等高线图；

（6）对步骤（5）中得到的回归方程的响应曲面及相应的等高线图进行分析，得到脱硫效率作为系统响应的最优值。

2.根据权利要求1所述的一种烟气脱硫系统中脱硫效率影响因素的分析方法，其特征在于，所述步骤（1）中烟气脱硫系统中脱硫效率的影响因素个数优选为3~7个。

3.根据权利要求2所述的一种烟气脱硫系统中脱硫效率影响因素的分析方法，其特征在于，所述步骤（1）中烟气脱离系统中脱硫效率的影响因素个数最优选为3个。

4.根据权利要求3所述的一种烟气脱硫系统中脱硫效率影响因素的分析方法，其特征在于，所述脱硫效率的影响因素分别为钙硫比、吸收剂pH值和液气比。