CN116199284B - 一种电厂废水零排放系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种电厂废水零排放系统。所述系统包括：废水分析单元，配置用于对废水进行立体光谱分析，得到废水的立体光谱图，然后对立体光谱图基于多方向立体图像分析模型进行多方向立体图像分析，得到多个立体图像特征系数，将每个立体图像系数与设定的多个值域进行比较分析，得到废水中各成分的占比结果。其利用对废水中各个成分进行光谱分析，然后对这些光谱进行立体光谱分析，得到每一种成分的占比，然后根据占比来调整废水处理系统中各个单元的运行时间，以此实现废水处理的精细化，同时提升了废水处理的质量。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种电厂废水零排放系统。
背景技术
电力是以电能作为动力的能源。发现于19世纪70年代，电力的发现和应用掀起了第二次工业化高潮。成为人类历史18世纪以来，世界发生的三次科技革命之一，从此科技改变了人们的生活。
在电力中，发电是最为关键的环节，火电作为一种技术成熟、运行可靠、成本经济的发电技术，火电一直并将长期作为我国能源结构中的重要组成部分。随经济的不断发展，我国火电装机容量迅速上升，而火电引发的环境问题也越来越引发大家关注。火电厂的高含盐废水由于成分复杂，处理技术难度大，是燃煤电厂集中最难处理的废物之一。高含盐废水中含有多种重金属离子，以及浓度极高的钙、镁、硫酸根及氯离子，因此，开发高含盐废水的深度处理技术，将成为今后我国水处理领域的一个重要应用。
火电厂高含盐废水一般包括脱硫废水、化水再生废水、精处理再生废水及化水反渗透系统浓水的一种或多种。
现有高含盐废水处理的技术方案可归纳为三段式处理工艺：高含盐废水预处理、高含盐废水膜减量浓缩与淡水回收、高含盐废水固化。目前工程方案虽然基本达到了高含盐废水零排的目标，但存在问题也比较多，比如工艺流程复杂、需新增大量设备设施、投资大、运行成本高、三段式工艺进出水的水质水量不够协调等问题。
目前市场低成本的高含盐废水零排放技术采用抽取空预器与脱硝系统之间烟道的烟气至旁路蒸发结晶器，同时将高含盐废水采用雾化器在旁路蒸发结晶器内进行雾化，利用烟气的高温使雾化后的高含盐废水迅速的蒸发，废水蒸发产生的水蒸气和结晶盐随烟气一起并入空预器与低温省煤器之间烟道，结晶盐随粉煤灰一起在除尘器内被捕捉去除，不产生其他固废；水蒸气则进入脱硫系统冷凝成水，间接补充脱硫系统用水。但是由于该技术中，缺乏对废水的成分分析，也没有根据废水的成分进行对应的精细化的处理，使得设备的整体运行效率较低，同时，由于无法精细化处理，就使得各项设备需要进行过度的废水处理，才能实现零排放，从而造成设备损耗较快的问题出现。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电厂废水零排放系统，其利用对废水中各个成分进行光谱分析，然后对这些光谱进行立体光谱分析，得到每一种成分的占比，然后根据占比来调整废水处理系统中各个单元的运行时间，以此实现废水处理的精细化，同时提升了废水处理的质量。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电厂废水零排放系统，所述系统包括：废水分析单元，配置用于对废水进行立体光谱分析，得到废水的立体光谱图，然后对立体光谱图基于多方向立体图像分析模型进行多方向立体图像分析，得到多个立体图像特征系数，将每个立体图像系数与设定的多个值域进行比较分析，得到废水中各成分的占比结果；废水系统，配置用于基于得到的废水中各成分的占比结果，生成系统内各单元的运行参数，基于生成的运行参数，进行废水处理，产生处理后的废水；循环单元，配置用于将处理后的废水循环至废水分析单元；所述废水分析单元，还配置用于对接收到处理后的废水进行单方向立体图像分析，得到单向立体图像特征系数，将单向立体图像特征系数与标准区间进行差异比较，得到差异比较系数，根据差异比较系数，对多方向立体图像分析模型的参数进行调整。
进一步的，所述立体光谱分析的过程包括：使用三维光谱分析装置得到废水的三维光谱分析图，然后将三维光谱分析图中各不同频率的光谱映射到一个空间坐标系中，并为不同频率的光谱使用不同的ID值进行标记，得到立体光谱图。
进一步的，所述运行参数包括：运行起始时间和运行中止时间。
进一步的，所述对立体光谱图基于多方向立体图像分析模型进行多方向立体图像分析，得到多个立体图像特征系数的方法包括：根据立体光谱图中不同ID值的光谱值进行分类后，针对每一类光谱值，根据其在空间坐标系中的位置，按照距离原点从远到近的顺序进行连接，生成光谱线，计算光谱线的平均斜率所述平均斜率定义为：计算光谱线中的每一点的斜率，然后将所有的斜率的加和后取算术平均得到的值；将计算得到的光谱线的平均斜率/>代入立体图像分析模型中，得到对应的立体图像特征系数。
进一步的，所述立体图像分析模型使用如下公式进行表示： 其中，Diff为不同光谱的特征值，为一个设定值，至少包括以下几种取值情况：当立体光谱图中的光谱为重金属的光谱时，Diff取值为50；当立体光谱图中的光谱为Mg 2+的光谱时，Diff取值为20；当立体光谱图中的光谱为硫酸根的光谱时，Diff取值为15；当立体光谱图中的光谱为氨氮的光谱时，Diff取值为25；当立体光谱图中的光谱为F-的光谱时，Diff取值为18；D为立体图像系数；S为差异比较系数。
进一步的，所述将每个立体图像系数与设定的多个值域进行比较分析，得到废水中各成分的占比结果的方法包括：将立体图像系数代入以下公式，计算得到对应的成分的占比：其中，Lmax为值域的上限，Lmin为值域的下限，P为计算得到对应的成分的占比。
进一步的，所述废水系统，基于得到的废水中各成分的占比结果，生成系统内各单元的运行参数的方法包括：使用如下公式计算得到各单元的运行持续时间：t＝T*P；其中，T为预设的各单元的运行持续时间，t为计算得到的各单元的运行持续时间；根据计算得到的各单元的运行持续时间，按照各单元的运行顺序，以及第一个运行的单元的起始时间，则可以得到各个单元的运行起始时间和运行中止时间。
进一步的，所述废水分析单元，对接收到处理后的废水进行单方向立体图像分析，得到单向立体图像特征系数的方法包括：对处理后的废水进行光谱分析，得到其平面光谱图，针对该平面光谱图，计算光谱线的平均斜率，作为单向立体图像特征系数。
进一步的，所述废水分析单元，将单向立体图像特征系数与标准区间进行差异比较，得到差异比较系数的方法包括：当单向立体图像特征系数在标准区间内时，直接得到差异比较系数为1；当单向立体图像特征系数在标准区间外时，且当单向立体图像特征系数与标准区间的上限的差值的绝对值大于单向立体图像特征系数与标准区间的下限的差值的绝对值，将单向立体图像特征系数与标准区间的下限进行差值运算，然后取绝对值，计算绝对值与单向立体图像特征系数的比值，作为差异比较系数；当单向立体图像特征系数与标准区间的上限的差值的绝对值小于单向立体图像特征系数与标准区间的下限的差值的绝对值，将单向立体图像特征系数与标准区间的上限进行差值运算，然后取绝对值，计算绝对值与单向立体图像特征系数的比值，作为差异比较系数。
进一步的，所述废水分析单元在接收到循环单元传输过来的处理后的废水，进行分析后，将处理后的废水重新传输至废水系统。
本发明的一种电厂废水零排放系统，具有如下有益效果：
1.精细化程度高：本发明的电厂废水零排放系统可以根据实时分析出的废水成分来调整废水处理系统中各个单元的运行起始时间和运行中止时间，从而使得各个单元能够以最节省运行时间的情况来对废水进行处理，进而提升处理的精细化程度，避免资源的浪费。
2.准确率高：本发明在对废水成分分析时，没有使用传统的传感器的方式来进行分析，而是使用立体光谱图的方式来进行成分的分析，根据各个光谱中光谱线的平均斜率的不同来得到不同的系数，以此来作为后续的废水处理的参数，避免了传感器感知的误差，提升了处理的准确性，使得废水处理更加彻底。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种电厂废水零排放系统的系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电厂废水零排放系统的立体光谱图的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，一种电厂废水零排放系统，所述系统包括：废水分析单元，配置用于对废水进行立体光谱分析，得到废水的立体光谱图，然后对立体光谱图基于多方向立体图像分析模型进行多方向立体图像分析，得到多个立体图像特征系数，将每个立体图像系数与设定的多个值域进行比较分析，得到废水中各成分的占比结果；废水系统，配置用于基于得到的废水中各成分的占比结果，生成系统内各单元的运行参数，基于生成的运行参数，进行废水处理，产生处理后的废水；循环单元，配置用于将处理后的废水循环至废水分析单元；所述废水分析单元，还配置用于对接收到处理后的废水进行单方向立体图像分析，得到单向立体图像特征系数，将单向立体图像特征系数与标准区间进行差异比较，得到差异比较系数，根据差异比较系数，对多方向立体图像分析模型的参数进行调整。
具体的，在火电厂的运行过程中，火电厂废水是一种常见废水，一般包括循环排污水、脱硫废水和高盐污水，火电厂废水的水质呈酸性，含盐量高，悬浮物含量高，硬度高，腐蚀性强，成分复杂，水质变化大，未经处理不能直接排放，需要单独设置火电厂废水处理系统。
废水中各个成本的光谱图都是不同的，通过光谱分析得到的光谱图可以清晰知道各个成分的占比。
具体的，在循环单元将处理后的废水循环至废水分析单元后，废水分析单元再次对处理后的废水进行分析，可以判断是否进行了完全的废水处理，若没有完全进行处理，则需要调整废水系统的运行参数，以此提升废水处理的效果，进一步提升了废水处理的效果。
实施例2
在上一实施例的基础上，所述立体光谱分析的过程包括：使用三维光谱分析装置得到废水的三维光谱分析图，然后将三维光谱分析图中各不同频率的光谱映射到一个空间坐标系中，并为不同频率的光谱使用不同的ID值进行标记，得到立体光谱图。
具体的，根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的方法叫光谱分析。其优点是灵敏，迅速。历史上曾通过光谱分析发现了许多新元素，如铷，铯，氦等。根据分析原理光谱分析可分为发射光谱分析与吸收光谱分析二种；根据被测成分的形态可分为原子光谱分析与分子光谱分析。光谱分析的被测成分是原子的称为原子光谱,被测成分是分子的则称为分子光谱。
参考图2，立体光谱图使得光谱成像更加立体，因为废水的成分较为复杂，因此使用平面光谱很容易得到重叠部分较多的光谱图，使得最终的结果准确率不够。使用立体光谱虽然复杂度更高，但结果准确率更高。
实施例3
在上一实施例的基础上，所述运行参数包括：运行起始时间和运行中止时间。
具体的，废水系统中各个单元的运行起始时间和运行中止时间直接关系到最终废水处理的效果。
实施例4
在上一实施例的基础上，所述对立体光谱图基于多方向立体图像分析模型进行多方向立体图像分析，得到多个立体图像特征系数的方法包括：根据立体光谱图中不同ID值的光谱值进行分类后，针对每一类光谱值，根据其在空间坐标系中的位置，按照距离原点从远到近的顺序进行连接，生成光谱线，计算光谱线的平均斜率所述平均斜率定义为：计算光谱线中的每一点的斜率，然后将所有的斜率的加和后取算术平均得到的值；将计算得到的光谱线的平均斜率/>代入立体图像分析模型中，得到对应的立体图像特征系数。
具体的，由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成。这种方法叫做光谱分析。做光谱分析时，可以利用发射光谱，也可以利用吸收光谱。这种方法的优点是非常灵敏而且迅速。某种元素在物质中的含量达10^-10(10的负10次方)克，就可以从光谱中发现它的特征谱线，因而能够把它检查出来。光谱分析在科学技术中有广泛的应用。例如，在检查半导体材料硅和锗是不是达到了高纯度的要求时，就要用到光谱分析。在历史上，光谱分析还帮助人们发现了许多新元素。例如，铷和铯就是从光谱中看到了以前所不知道的特征谱线而被发现的。光谱分析对于研究天体的化学组成也很有用。十九世纪初，在研究太阳光谱时，发现它的连续光谱中有许多暗线。最初不知道这些暗线是怎样形成的，后来人们了解了吸收光谱的成因，才知道这是太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的吸收光谱。仔细分析这些暗线，把它跟各种原子的特征谱线对照，人们就知道了太阳大气层中含有氢、氦、氮、碳、氧、铁、镁、硅、钙、钠等几十种元素。
实施例5
在上一实施例的基础上，所述立体图像分析模型使用如下公式进行表示：其中，Diff为不同光谱的特征值，为一个设定值，至少包括以下几种取值情况：当立体光谱图中的光谱为重金属的光谱时，Diff取值为50；当立体光谱图中的光谱为Mg 2+的光谱时，Diff取值为20；当立体光谱图中的光谱为硫酸根的光谱时，Diff取值为15；当立体光谱图中的光谱为氨氮的光谱时，Diff取值为25；当立体光谱图中的光谱为F-的光谱时，Diff取值为18；D为立体图像系数；S为差异比较系数。
具体的，通过各种不同的Diff值，来得到各个不同成分的立体图像系数。
实施例6
在上一实施例的基础上，所述将每个立体图像系数与设定的多个值域进行比较分析，得到废水中各成分的占比结果的方法包括：将立体图像系数代入以下公式，计算得到对应的成分的占比：其中，Lmax为值域的上限，Lmin为值域的下限，P为计算得到对应的成分的占比。
实施例7
在上一实施例的基础上，所述废水系统，基于得到的废水中各成分的占比结果，生成系统内各单元的运行参数的方法包括：使用如下公式计算得到各单元的运行持续时间：t＝T*P；其中，T为预设的各单元的运行持续时间，t为计算得到的各单元的运行持续时间；根据计算得到的各单元的运行持续时间，按照各单元的运行顺序，以及第一个运行的单元的起始时间，则可以得到各个单元的运行起始时间和运行中止时间。
实施例8
在上一实施例的基础上，所述废水分析单元，对接收到处理后的废水进行单方向立体图像分析，得到单向立体图像特征系数的方法包括：对处理后的废水进行光谱分析，得到其平面光谱图，针对该平面光谱图，计算光谱线的平均斜率，作为单向立体图像特征系数。
实施例9
在上一实施例的基础上，所述废水分析单元，将单向立体图像特征系数与标准区间进行差异比较，得到差异比较系数的方法包括：当单向立体图像特征系数在标准区间内时，直接得到差异比较系数为1；当单向立体图像特征系数在标准区间外时，且当单向立体图像特征系数与标准区间的上限的差值的绝对值大于单向立体图像特征系数与标准区间的下限的差值的绝对值，将单向立体图像特征系数与标准区间的下限进行差值运算，然后取绝对值，计算绝对值与单向立体图像特征系数的比值，作为差异比较系数；当单向立体图像特征系数与标准区间的上限的差值的绝对值小于单向立体图像特征系数与标准区间的下限的差值的绝对值，将单向立体图像特征系数与标准区间的上限进行差值运算，然后取绝对值，计算绝对值与单向立体图像特征系数的比值，作为差异比较系数。
具体的，当当单向立体图像特征系数在标准区间内时，可以得出不需要进行调整，因为得到的处理的废水已经处理较为彻底。否则则需要针对具体情况进行参数的调整。
实施例10
在上一实施例的基础上，所述废水分析单元在接收到循环单元传输过来的处理后的废水，进行分析后，将处理后的废水重新传输至废水系统。
具体的，本发明中的废水系统，包括：循环流化床锅炉，所述循环流化床锅炉包括锅炉本体，所述锅炉本体具有炉膛、烟气出口、排渣口和回料口；旋风分离器，所述旋风分离器具有进气口、出气口和排料口，所述进气口通过进口烟道与所述锅炉本体的烟气出口相连；锅炉尾部烟道，所述锅炉尾部烟道与所述旋风分离器的出气口相连；回料器，所述回料器的进口与所述旋风分离器的排料口相连，所述回料器的回料通道与所述锅炉本体的回料口相连；废水处理装置，所述废水处理装置具有废水蒸发腔、进渣口、出渣口、废水进口和蒸汽出口，所述进渣口与所述锅炉本体的排渣口相连，所述蒸汽出口通过蒸汽排放管路与所述进口烟道和/或所述回料器的回料通道连通。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (7)
1.一种电厂废水零排放系统，其特征在于，所述系统包括：废水分析单元，配置用于对废水进行立体光谱分析，得到废水的立体光谱图，然后对立体光谱图基于多方向立体图像分析模型进行多方向立体图像分析，得到多个立体图像特征系数，将每个立体图像系数与设定的多个值域进行比较分析，得到废水中各成分的占比结果；废水系统，配置用于基于得到的废水中各成分的占比结果，生成系统内各单元的运行参数，基于生成的运行参数，进行废水处理，产生处理后的废水；循环单元，配置用于将处理后的废水循环至废水分析单元；所述废水分析单元，还配置用于对接收到处理后的废水进行单方向立体图像分析，得到单向立体图像特征系数，将单向立体图像特征系数与标准区间进行差异比较，得到差异比较系数，根据差异比较系数，对多方向立体图像分析模型的参数进行调整；
所述立体光谱分析的过程包括：使用三维光谱分析装置得到废水的三维光谱分析图，然后将三维光谱分析图中各不同频率的光谱映射到一个空间坐标系中，并为不同频率的光谱使用不同的ID值进行标记，得到立体光谱图；
所述对立体光谱图基于多方向立体图像分析模型进行多方向立体图像分析，得到多个立体图像特征系数的方法包括：根据立体光谱图中不同ID值的光谱值进行分类后，针对每一类光谱值，根据其在空间坐标系中的位置，按照距离原点从远到近的顺序进行连接，生成光谱线，计算光谱线的平均斜率；所述平均斜率定义为：计算光谱线中的每一点的斜率，然后将所有的斜率的加和后取算术平均得到的值 ；将计算得到的光谱线的平均斜率/>代入立体图像分析模型中，得到对应的立体图像特征系数；
所述立体图像分析模型使用如下公式进行表示：；其中，/>为不同光谱的特征值，为一个设定值，至少包括以下几种取值情况：当立体光谱图中的光谱为重金属的光谱时，/>取值为50；当立体光谱图中的光谱为Mg 2+的光谱时，取值为20；当立体光谱图中的光谱为硫酸根的光谱时，/>取值为15；当立体光谱图中的光谱为氨氮的光谱时，/>取值为25；当立体光谱图中的光谱为F -的光谱时，/>取值为18；/>为立体图像系数；/>为差异比较系数。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运行参数包括：运行起始时间和运行中止时间。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述将每个立体图像系数与设定的多个值域进行比较分析，得到废水中各成分的占比结果的方法包括：将立体图像系数代入以下公式，计算得到对应的成分的占比： ；其中，/>为值域的上限，/>为值域的下限，/>为计算得到对应的成分的占比。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述废水系统，基于得到的废水中各成分的占比结果，生成系统内各单元的运行参数的方法包括：使用如下公式计算得到各单元的运行持续时间：；其中，/>为预设的各单元的运行持续时间，/>为计算得到的各单元的运行持续时间；根据计算得到的各单元的运行持续时间，按照各单元的运行顺序，以及第一个运行的单元的起始时间，则可以得到各个单元的运行起始时间和运行中止时间。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述废水分析单元，对接收到处理后的废水进行单方向立体图像分析，得到单向立体图像特征系数的方法包括：对处理后的废水进行光谱分析，得到其平面光谱图，针对该平面光谱图，计算光谱线的平均斜率，作为单向立体图像特征系数。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述废水分析单元，将单向立体图像特征系数与标准区间进行差异比较，得到差异比较系数的方法包括：当单向立体图像特征系数在标准区间内时，直接得到差异比较系数为1；当单向立体图像特征系数在标准区间外时，且当单向立体图像特征系数与标准区间的上限的差值的绝对值大于单向立体图像特征系数与标准区间的下限的差值的绝对值，将单向立体图像特征系数与标准区间的下限进行差值运算，然后取绝对值，计算绝对值与单向立体图像特征系数的比值，作为差异比较系数；当单向立体图像特征系数与标准区间的上限的差值的绝对值小于单向立体图像特征系数与标准区间的下限的差值的绝对值，将单向立体图像特征系数与标准区间的上限进行差值运算，然后取绝对值，计算绝对值与单向立体图像特征系数的比值，作为差异比较系数。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述废水分析单元在接收到循环单元传输过来的处理后的废水，进行分析后，将处理后的废水重新传输至废水系统。
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