CN105808917B - 用于湿法脱硫系统运行的工况定量分析方法 - Google Patents

用于湿法脱硫系统运行的工况定量分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于污染物的直接或分布数字控制系统领域，具体为一种用于湿法脱硫系统运行的工况定量分析方法。一种用于湿法脱硫系统运行的工况定量分析方法，包括采集数据，通过工况前端进行数据的采集、存储和传输，再上传，其特征是：核算仪采集前端工况数据、直采CEMS数据，与企业服务系统交换数据，进行过程工况数据的检验定性，如果过程数据异常，则启动定量进行核定，确定理论排放数据，核算仪需要进行的是工况的排口数据与直采的排口数据进行比对，确定排口数据是否在DCS中被更改，核算仪定性和定量结果上传。本发明数据准确、及时，可应用于火电厂的湿法脱硫系统运行情况（工况、过程）分析，为环保管理提供支持。

Description

用于湿法脱硫系统运行的工况定量分析方法
技术领域
本发明涉及用于污染物的直接或分布数字控制系统领域，具体为一种用于湿法脱硫系统运行的工况定量分析方法。
背景技术
目前，污染源自动监控系统研究与建设还主要处于污染源“末端监控”阶段，“末端监控”是指直接从并且只从企业的排污口进行数据采集与监控。由于数据采集器误差和人为造假等因素存在，“末端监控”不能保证数据的准确性和真实性，不能说清楚排污总量。虽然已经有研究注意到了现有污染源自动监控系统的数据准确性和真实性问题，并分析了其中的原因，但还未能提出一个完整完善的解决方案。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种准确、及时的污染物报警方法，本发明公开了一种用于湿法脱硫系统运行的工况定量分析方法。
本发明通过如下技术方案达到发明目的：
一种用于湿法脱硫系统运行的工况定量分析方法，包括通过企业服务系统从电厂的DCS系统中采集机组、FGD、CEMS数据，通过工况前端进行数据的采集、存储和传输，再上传，其特征是：
核算仪采集前端工况数据、直采CEMS数据，与企业服务系统交换数据，进行过程工况数据的检验定性，如果过程数据异常，则启动定量进行核定，确定理论排放数据，核算仪需要进行的是工况的排口数据与直采的排口数据进行比对，确定排口数据是否在DCS中被更改，核算仪定性和定量结果上传，
通过定性分析后的不正常工况数据，则需通过数学模型计算污染物产生量，然后设定环保管理系数来核算污染物排放量，
定量分析计算时包括三个基本脱硫数学模型：
Ⅰ.烟气产生量模型
锅炉产生的烟气量模型基于燃煤量、煤质等数据来判断，用元素分析法，
公式1：收到基Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar＝100％，
公式1中，Car：收到基C，％；Har：收到基H，％；Oar：收到基O，％；Nar：收到基N，％；Sar：收到基S，％；Aar：收到基灰分，％；Mar：收到基水分，％；
公式2：V0＝(1.866×Car+5.56×Har+0.7×Sar-0.7×Oar)/21，
公式2中：V0——1kg燃料完全燃烧需理论空气量；
公式3：
VY＝(1.866×Car+0.7×Sar+11.1×Har+1.24×War+0.0161×V0+0.79×V0+0.9×Nar)，
α＝21/(21-O2)，
公式3中：VY——1kg燃料完全燃烧需实际空气量，
Α——标准过剩空气系数，
O2——为烟气中含氧量；
公式4：V＝(VY+(α-1)×V0+0.0161×(α-1)×V0)×Q，
公式4中：Q——燃煤量，kg/h；V——计算烟气量，N·m3/h；
Ⅱ.烟气SO2浓度模型
锅炉产生SO2浓度模型基于煤质分析数据来计算，
公式5：全硫份St＝S有机+SFeS2+S单质+S硫酸盐；
硫的转化采用回归分析拟合，排除不同工况的误差，对理想状况下的SO2产生量进行修正：
公式6：MSO2＝mSO2×m煤＝a×20×Sar×m煤，kg/h，
公式6中：a为二氧化硫产生量的修正系数，根据实际产生量以及理论分析中二氧化硫的产生量为一级动力学反应方程，可以看出实际的烟气产生量与负荷和全硫份的关系近似为一级动力学反应，所以拟合采用线性拟合；计算得到二氧化硫浓度和全硫分的关系为：
公式7：y＝18.54998x＝18.54998×Sar×m煤＝0.9275×20×Sar×m煤，
得出二氧化硫产生量的修正系数a＝0.9275；
FGD入口SO2的浓度＝FGD入口SO2的产生量/FGD入口烟气量＝CFGD入口SO2＝MSO2/QG×103，mg/(h·N·km3)，
公式8：YSO2＝179.4×S/(VY-0.0161×α×V0-11.1×Har-1.24×War)，
公式8中，YSO2——计算SO2浓度，mg/N·m3，
S——上报硫含量，wt％；
Ⅲ.脱硫效率模型
脱硫效率的模型的基础是较为成熟的双膜理论和气液相平衡的相关理论，质量传递与化学反应对脱硫模型的建立较为关键。选取化学反应中的吸收、氧化、溶解、结晶，这些化学反应的速率决定了脱硫效率。
传质通量按公式9计算：
公式9：NSO＝KGaVPSO-PSO；
通用效率模型按公式10计算：
公式10：
Figure BDA0000645793770000031
注：为清晰起见，eμ用exp(μ)的形式表示；
结合传递理论和化学反应我们从微观的液滴到传质单元再到宏观的总传质系数建立了脱硫效率的模型，生成一系列关系曲线，这些曲线由不同的参数组成，即可以形成一些普遍的判据或结论，也可以根据具体的装置进行调整。
基于烟气流量和SO2浓度模型的定量分析方法按如下步骤实施：
1.原烟气流量核算方法：
根据定性结果，查实测原烟气流量的标签，如果是异常或者数据超范围、恒定值或数据缺失，直接出模型结果，如果正常，出实测结果；流程如图2所示；
2.净烟气流量核算方法：
根据定性结果，查实测净烟气流量的标签，如果是异常或者数据超范围、恒定值或数据缺失，直接出模型结果，如果正常，出实测结果；流程如图3所示；
3.原烟气SO2浓度核算方法：
根据定性结果，查实测原烟气SO2浓度的定性标签，如果是异常或者数据超范围、恒定值或数据缺失，直接出模型结果，如果正常，出实测结果；流程如图4所示；
4.净烟气SO2浓度核算方法：
根据定性结果，查实测净烟气SO2浓度的定性标签，如果是异常或者数据超范围、恒定值或数据缺失，直接出模型结果，如果正常，出实测结果；流程如图5所示；
5.用核算仪数据决策树核算排放量：
核算仪决策树主要是用于对核算数据进行决策追踪，确定核算仪排口数据的来源及异常原因。目前原烟气流量状态主要分为正常、超限、异常三大类，其中异常包含限值、模型切换、相关性、绝对值。SO2浓度状态主要分为正常、超限、异常三大类，其中异常包含限值、模型切换、绝对值。
本发明应用标准化模块以定性与定量相结合方式分析企业末端数据真实性的过程，定量分析能够实现对异常排污数据的核准。
附图说明
图1是本发明中的定量分析流程图；
图2是本发明中的原烟气流量核算流程图；
图3是本发明中的净烟气流量核算流程图；
图4是本发明中的原烟气SO2浓度核算流程图；
图5是本发明中的净烟气SO2浓度核算流程图；
图6是本发明中的用核算仪数据决策树核算排放量的流程图；
图7是本发明使用时某机组的实测数据。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种用于湿法脱硫系统运行的工况定量分析方法，包括通过企业服务系统从电厂的DCS系统中采集机组、FGD、CEMS数据，通过工况前端进行数据的采集、存储和传输，再上传，具体步骤如下所述：
核算仪采集前端工况数据、直采CEMS数据，与企业服务系统交换数据，进行过程工况数据的检验定性，如果过程数据异常，则启动定量进行核定，确定理论排放数据，核算仪需要进行的是工况的排口数据与直采的排口数据进行比对，确定排口数据是否在DCS中被更改，核算仪定性和定量结果上传，
定量分析的具体流程如图1所示。
通过定性分析后的不正常工况数据，则需通过数学模型计算污染物产生量，然后设定环保管理系数来核算污染物排放量，
定量分析计算时包括三个基本脱硫数学模型：
Ⅰ.烟气产生量模型
锅炉产生的烟气量模型基于燃煤量、煤质等数据来判断，用元素分析法，
公式1：收到基Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar＝100％，
公式1中，Car：收到基C，％；Har：收到基H，％；Oar：收到基O，％；Nar：收到基N，％；Sar：收到基S，％；Aar：收到基灰分，％；Mar：收到基水分，％；
公式2：V0＝(1.866×Car+5.56×Har+0.7×Sar-0.7×Oar)/21，
公式2中：V0——1kg燃料完全燃烧需理论空气量；
公式3：
VY＝(1.866×Car+0.7×Sar+11.1×Har+1.24×War+0.0161×V0+0.79×V0+0.9×Nar)，
α＝21/(21-O2)，
公式3中：VY——1kg燃料完全燃烧需实际空气量，
Α——标准过剩空气系数，
O2——为烟气中含氧量；
公式4：V＝(VY+(α-1)×V0+0.0161×(α-1)×V0)×Q，
公式4中：Q——燃煤量，kg/h；V——计算烟气量，N·m3/h；
Ⅱ.烟气SO2浓度模型
锅炉产生SO2浓度模型基于煤质分析数据来计算，
公式5：全硫份St＝S有机+SFeS2+S单质+S硫酸盐；
硫的转化采用回归分析拟合，排除不同工况的误差，对理想状况下的SO2产生量进行修正：
公式6：MSO2＝mSO2×m煤＝a×20×Sar×m煤，kg/h，
公式6中：a为二氧化硫产生量的修正系数，根据实际产生量以及理论分析中二氧化硫的产生量为一级动力学反应方程，可以看出实际的烟气产生量与负荷和全硫份的关系近似为一级动力学反应，所以拟合采用线性拟合；计算得到二氧化硫浓度和全硫分的关系为：
公式7：y＝18.54998x＝18.54998×Sar×m煤＝0.9275×20×Sar×m煤，
得出二氧化硫产生量的修正系数a＝0.9275；
FGD入口SO2的浓度＝FGD入口SO2的产生量/FGD入口烟气量＝CFGD入口SO2＝MSO2/QG×103，mg/(h·N·km3)，
公式8：YSO2＝179.4×S/(VY-0.0161×α×V0-11.1×Har-1.24×War)，
公式8中，YSO2——计算SO2浓度，mg/N·m3，
S——上报硫含量，wt％；
Ⅲ.脱硫效率模型
脱硫效率的模型的基础是较为成熟的双膜理论和气液相平衡的相关理论，质量传递与化学反应对脱硫模型的建立较为关键。选取化学反应中的吸收、氧化、溶解、结晶，这些化学反应的速率决定了脱硫效率。
传质通量按公式9计算：
公式9：NSO＝KGaVPSO-PSO；
通用效率模型按公式10计算：
公式10：
Figure BDA0000645793770000061
注：为清晰起见，eμ用exp(μ)的形式表示；
结合传递理论和化学反应我们从微观的液滴到传质单元再到宏观的总传质系数建立了脱硫效率的模型，生成一系列关系曲线，这些曲线由不同的参数组成，即可以形成一些普遍的判据或结论，也可以根据具体的装置进行调整。
基于烟气流量和SO2浓度模型的定量分析方法按如下步骤实施：
1.原烟气流量核算方法：
根据定性结果，查实测原烟气流量的标签，如果是异常或者数据超范围、恒定值或数据缺失，直接出模型结果，如果正常，出实测结果；流程如图2所示；
2.净烟气流量核算方法：
根据定性结果，查实测净烟气流量的标签，如果是异常或者数据超范围、恒定值或数据缺失，直接出模型结果，如果正常，出实测结果；流程如图3所示；
3.原烟气SO2浓度核算方法：
根据定性结果，查实测原烟气SO2浓度的定性标签，如果是异常或者数据超范围、恒定值或数据缺失，直接出模型结果，如果正常，出实测结果；流程如图4所示；
4.净烟气SO2浓度核算方法：
根据定性结果，查实测净烟气SO2浓度的定性标签，如果是异常或者数据超范围、恒定值或数据缺失，直接出模型结果，如果正常，出实测结果；流程如图5所示；
5.用核算仪数据决策树核算排放量
核算仪决策树主要是用于对核算数据进行决策追踪，确定核算仪排口数据的来源及异常原因。目前原烟气流量状态主要分为正常、超限、异常三大类，其中异常包含限值、模型切换、相关性、绝对值。SO2浓度状态主要分为正常、超限、异常三大类，其中异常包含限值、模型切换、绝对值。用核算仪数据决策树核算排放量的流程图如图6所示。
以某机组数据计算为例，数据表如图7所示。
实测过程参数表
Figure BDA0000645793770000071
实测脱硫效率：93.4。

Claims (1)

1.一种用于湿法脱硫系统运行的工况定量分析方法，包括通过企业服务系统从电厂的DCS系统中采集机组、FGD、CEMS数据，通过工况前端进行数据的采集、存储和传输，再上传，其特征是：
核算仪采集前端工况数据、直采CEMS数据，与企业服务系统交换数据，进行过程工况数据的检验定性，如果过程数据异常，则启动定量进行核定，确定理论排放数据，核算仪需要进行的是工况的排口数据与直采的排口数据进行比对，确定排口数据是否在DCS中被更改，核算仪定性和定量结果上传，
通过定性分析后的不正常工况数据，计算污染物产生量，然后设定环保管理系数来核算污染物排放量，
定量分析计算时包括三个基本脱硫数学模型：
I.烟气产生量模型
锅炉产生的烟气量模型基于燃煤量、煤质数据来判断，用元素分析法，
公式1：收到基Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar＝100％，
公式1中，Car：收到基C，％；Har：收到基H，％；Oar：收到基O，％；Nar：收到基N，％；Sar：收到基S，％；Aar：收到基灰分，％；Mar：收到基水分，％；
公式2：V0＝(1.866×Car+5.56×Har+0.7×Sar-0.7×Oar)/21，
公式2中：V0——1kg燃料完全燃烧需理论空气量；
公式3：
VY＝(1.866×Car+0.7×Sar+11.1×Har+1.24×War+0.0161×V0+0.79×V0+0.9×Nar)，
α＝21/(21-O2)，
公式3中：VY——1kg燃料完全燃烧需实际空气量，
α——标准过剩空气系数，
O2——为烟气中含氧量；
公式4：V＝(VY+(α-1)×V0+0.0161×(α-1)×V0)×Q，
公式4中：Q——燃煤量，kg/h；V——计算烟气量，N·m3/h；
II.烟气SO2浓度模型
锅炉产生SO2浓度模型基于煤质分析数据来计算，
公式5：全硫份St＝S有机+SFeS2+S单质+S硫酸盐；
硫的转化采用回归分析拟合，排除不同工况的误差，对理想状况下的SO2产生量进行修正：
公式6：MSO2＝mSO2×m煤＝a×20×Sar×m煤，kg/h，
公式6中：a为二氧化硫产生量的修正系数，根据实际产生量以及理论分析中二氧化硫的产生量为一级动力学反应方程，可以看出实际的烟气产生量与负荷和全硫份的关系近似为一级动力学反应，所以拟合采用线性拟合；计算得到二氧化硫浓度和全硫分的关系为：
公式7：y＝18.54998x＝18.54998×Sar×m煤＝0.9275×20×Sar×m煤，
得出二氧化硫产生量的修正系数a＝0.9275；
FGD入口SO2的浓度＝FGD入口SO2的产生量/FGD入口烟气量＝CFGD入口SO2＝MSO2/QG×103，mg/(h·N·km3)，
公式8：YSO2＝179.4×S/(VY-0.0161×α×V0-11.1×Har-1.24×War)，
公式8中，YSO2——计算SO2浓度，mg/N·m3，
S——上报硫含量，wt％；
Ⅲ.脱硫效率模型
传质通量按公式9计算：
公式9：NSO＝KGaVPSO-PSO；
通用效率模型按公式10计算：
公式10：
Figure FDA0002270288310000021
基于烟气流量和SO2浓度模型的定量分析方法按如下步骤实施：
1)原烟气流量核算方法：
根据定性结果，查实测原烟气流量的标签，如果是异常或者数据超范围、恒定值或数据缺失，直接出模型结果，如果正常，出实测结果；
2)净烟气流量核算方法：
根据定性结果，查实测净烟气流量的标签，如果是异常或者数据超范围、恒定值或数据缺失，直接出模型结果，如果正常，出实测结果；
3)原烟气SO2浓度核算方法：
根据定性结果，查实测原烟气SO2浓度的定性标签，如果是异常或者数据超范围、恒定值或数据缺失，直接出模型结果，如果正常，出实测结果。
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