CN211302624U - 一种燃煤电厂湿法脱硫效率软测量系统 - Google Patents

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白建云
张�浩
侯鹏飞
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Abstract

本实用新型公开了一种燃煤电厂湿法脱硫效率软测量系统，涉及火电污染物软测量技术领域。系统包括布置在工业现场的测量仪表、信号隔离模块、数据采集PLC和监控计算机，多个测量仪表的所有信号输出端经过信号隔离模块与数据采集PLC连接，数据采集PLC通过通信模块与监控计算机连接。数据采集PLC包括CPU模块、AI模块及存储卡等，电源模块为整个数据采集PLC供电，测量仪表的所有信号经过信号隔离模块输出至AI模块，AI模块将输入的所有信号输出至CPU模块，存储卡为CPU模块提供数据存储、读取与改写，CPU模块通过通信模块与监控计算机连接，监控计算机进行建模分析及预测显示。本实用新型实现了脱硫效率的远程实时在线监测，对烟气脱硫系统的运行控制具有重要意义。

Description

一种燃煤电厂湿法脱硫效率软测量系统
技术领域
本实用新型涉及火电污染物软测量技术领域，具体为一种燃煤电厂湿法脱硫效率软测量系统。
背景技术
SO 2是火力发电过程产生的主要污染物之一，不仅对大气造成相当严重的破坏，对人体健康也会带来较大的影响。国家大力发展清洁生产，提倡节能减排，并划定了SO 2污染控制区，将燃煤电厂定格为清洁生产审核企业，通过安装大气污染物在线监测系统，严格控制燃煤电厂排放的SO 2。因此，燃煤电厂脱硫技术的相关研究已成为当前火电领域的重要课题之一。
目前，我国火电机组应用最广泛的脱硫技术是烟气湿法脱硫，其中石灰石-石膏湿法脱硫使用比例高达85%左右。因此，在提高湿法脱硫效率的同时，对湿法脱硫效率进行实时在线监测显得尤为重要。由于现场烟气分析监测仪器仅能实现脱硫塔入口与出口烟气SO 2质量浓度的在线监测，仍未实现脱硫效率的远程实时在线监测，且不能反映烟气脱硫相关的过程参数与脱硫效率间的动态关系。因此实现脱硫效率的远程实时在线监测，对烟气脱硫系统的运行和控制具有重要意义。
发明内容
本实用新型为了解决燃煤电厂脱硫效率软测量及远程实时在线监测的问题，提供了一种燃煤电厂湿法脱硫效率软测量系统。
本实用新型是通过如下技术方案来实现的：一种燃煤电厂湿法脱硫效率软测量系统，包括布置在工业现场的测量仪表、信号隔离模块、数据采集PLC和监控计算机，所述测量仪表的所有信号输出端经过信号隔离模块与数据采集PLC连接，所述数据采集PLC通过通信模块与监控计算机连接。所述测量仪表包括给煤量测量仪表、脱硫塔入口烟气流量测量仪表、脱硫塔出口烟气流量测量仪表、脱硫塔pH值测量仪表和石灰石浆液流量测量仪表。所述数据采集PLC包括CPU模块、AI模块、存储卡、电源模块与通信模块，所述电源模块为整个数据采集PLC供电，所述测量仪表的所有输出信号经过信号隔离模块输出至AI模块，所述AI模块将输入的所有信号经A/D转换后传输至CPU模块，所述存储卡与CPU模块连接、并为CPU模块提供数据存储、读取与改写，所述CPU模块通过通信模块与监控计算机连接、并与监控计算机双向传输数据。所述监控计算机内设有软测量算法模块，对于所采集的数据进行建模分析，对脱硫效率进行预测显示。
本实用新型是为了实现燃煤电厂脱硫效率软测量及远程实时在线监测而发明的，其主要包括现有已经布置在工业现场的测量仪表，包括给煤量测量仪表、脱硫塔入口烟气流量测量仪表、脱硫塔出口烟气流量测量仪表、脱硫塔pH值测量仪表和石灰石浆液流量测量仪表，用于采集烟气脱硫相关的过程数据，然后各测量仪表的输出信号经过信号隔离模块传输至数据采集PLC，信号隔离模块用于将测量仪表的模拟量信号与数据采集PLC的AI模块进行电磁隔离，避免数据采集PLC受工业现场外部环境的电磁干扰。而数据采集PLC还包括CPU模块、存储卡、电源模块与通信模块，电源模块为整个数据采集PLC供电，测量仪表的所有输出信号经过信号隔离模块电磁隔离后，传输至AI模块，并通过AI模块进行A/D转换，得到数字量信号并传送至CPU模块，存储卡与CPU模块连接、并为CPU模块提供数据存储、读取与改写，CPU模块通过通信模块与监控计算机连接、并与监控计算机双向传输数据，监控计算机内设有软测量算法模块，对于采集来的过程数据进行建模分析，然后对脱硫效率进行实时预测，并在监控计算机上输出显示。本实用新型具体操作为：给煤量测量仪表、脱硫塔入口烟气流量测量仪表、脱硫塔出口烟气流量测量仪表、脱硫塔pH值测量仪表和石灰石浆液流量测量仪表分别采集烟气脱硫相关的过程数据，通过信号隔离模块进行电磁隔离后传输至AI模块，并通过AI模块进行A/D转换，得到数字量信号并传送至CPU模块，进行数据存储，再经过通信模块传输至监控计算机，然后监控计算机内的软测量算法模块对数据进行处理与建模分析，对于脱硫效率进行预测，并在监控计算机上显示出来。
进一步的，所述监控计算机内设有偏最小二乘回归分析算法模块、SVM软测量算法模块和预测显示单元。监控计算机采用偏最小二乘回归分析（PLS）算法将测量数据进行降维处理且进行交叉有效性分析，并对主成分进行提取，提取后的主成分通过支持向量机（SVM）算法对湿法脱硫效率进行预测，并在监控计算机上显示。
与现有技术相比本实用新型具有以下有益效果：本实用新型所提供的一种燃煤电厂脱硫效率软测量系统，可实时反映过程参数与脱硫效率之间的动态关系，实现脱硫效率的远程实时在线监测，对烟气脱硫系统的运行和控制具有重要的指导意义。
附图说明
图1为本实用新型一种燃煤电厂湿法脱硫效率软测量系统的结构示意图。
图2为偏最小二乘支持向量机算法的模型方框图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
一种燃煤电厂湿法脱硫效率软测量系统，如图1所示，包括布置在工业现场的测量仪表、信号隔离模块、数据采集PLC和监控计算机，所述测量仪表的所有信号输出端经过信号隔离模块与数据采集PLC连接，所述数据采集PLC通过通信模块与监控计算机连接。所述测量仪表包括给煤量测量仪表、脱硫塔入口烟气流量测量仪表、脱硫塔出口烟气流量测量仪表、脱硫塔pH值测量仪表和石灰石浆液流量测量仪表。所述数据采集PLC包括CPU模块、AI模块、存储卡、电源模块与通信模块，所述电源模块为整个数据采集PLC供电，所述测量仪表的所有输出信号经过信号隔离模块输出至AI模块，所述AI模块将输入的所有信号经A/D转换后传输至CPU模块，所述存储卡与CPU模块连接、并为CPU模块提供数据存储、读取与改写，所述CPU模块通过通信模块与监控计算机连接、并与监控计算机双向传输数据。所述监控计算机内设有软测量算法模块，对于所采集的数据进行建模分析，对脱硫效率进行预测显示。
本实施例中：数据采集PLC采用西门子S7-1200PLC；所述监控计算机内设有偏最小二乘回归分析算法模块、SVM软测量算法模块和预测显示单元，即监控计算机采用偏最小二乘回归分析算法将测量数据进行交叉有效性分析，并对主成分进行提取，提取后的主成分通过SVM算法对湿法脱硫效率进行预测，并通过MATLAB GUI界面在监控计算机上进行显示（崔仕文, 铁治欣, 丁成富, et al. 基于偏最小二乘支持向量机的烟气湿法脱硫效率预测模型[J]. 热力发电, 2017(4).）。
本实施例具体操作为：给煤量测量仪表、脱硫塔入口烟气流量测量仪表、脱硫塔出口烟气流量测量仪表、脱硫塔pH值测量仪表和石灰石浆液流量测量仪表分别采集烟气脱硫相关的过程数据，通过信号隔离模块进行电磁隔离后，传输至AI模块，并通过AI模块进行A/D转换，得到数字量信号并传送至CPU模块，进行数据存储，再经过通信模块传输至监控计算机，然后监控计算机内的具体数据处理与建模过程如图2所示，具体如下：偏最小二乘支持向量机（PLS-SVM）算法通过安装在监控计算机的MATALB软件程序实现，基于PLS-SVM的湿法脱硫效率软测量算法如图2所示，原理如下：采用单因素变量的偏最小二乘回归方法从自变量 X（给煤量x1、脱硫塔入口烟气流量x2、脱硫塔出口烟气流量x3、脱硫塔pH 值x4、石灰石浆液流量x5）中提取主成分t1，t2，…，th，作为SVM的特征输入T，SVM的输出Y为因变量脱硫效率，即Y=f(T)。通过样本训练找到SVM的输出Y与输入T的函数关系f。SVM算法将输入空间的非线性函数估计问题转化为高维特征空间的线性函数估计问题，并依据统计学理论的结构风险最小化原理，得出拟合样本集的估计函数f(T)的解析表达式。其中，SVM算法的核函数选取RBF径向基核函数，其参数g、惩罚参数C采用交叉验证的网格搜索算法进行寻优。
本实用新型要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有多种变形和更改，凡在本实用新型的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种燃煤电厂湿法脱硫效率软测量系统，其特征在于：包括布置在工业现场的测量仪表、信号隔离模块、数据采集PLC和监控计算机，所述测量仪表的所有信号输出端经过信号隔离模块与数据采集PLC连接，所述数据采集PLC通过通信模块与监控计算机连接；
所述测量仪表包括给煤量测量仪表、脱硫塔入口烟气流量测量仪表、脱硫塔出口烟气流量测量仪表、脱硫塔pH值测量仪表和石灰石浆液流量测量仪表；
所述数据采集PLC包括CPU模块、AI模块、存储卡、电源模块与通信模块，所述电源模块为整个数据采集PLC供电，所述测量仪表的所有输出信号经过信号隔离模块输出至AI模块，所述AI模块将输入的所有信号经A/D转换后传输至CPU模块，所述存储卡与CPU模块连接、并为CPU模块提供数据存储、读取与改写，所述CPU模块通过通信模块与监控计算机连接、并与监控计算机双向传输数据；
所述监控计算机内设有软测量算法模块，对于所采集的数据进行建模分析，对脱硫效率进行预测显示。
2.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂湿法脱硫效率软测量系统，其特征在于：所述监控计算机内设有偏最小二乘回归分析算法模块、SVM软测量算法模块和预测显示单元。
3.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂湿法脱硫效率软测量系统，其特征在于：所述数据采集PLC采用西门子S7-1200PLC。
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