（环境科学专业论文）湿式石灰石石膏法烟气脱硫专家系统的开发研究.pdf

华北电力人学硕十论文摘要 摘要 面对火电厂烟气排放量大，脱硫任务沉重的现状，从基于d c s 等现代控制技术 的火电厂湿法烟气脱硫设备出发，将人工智能领域内有多次成功应用实例的专家系 统原理应用于脱硫系统的咨询服务与控制，利用v b 6 0 为语言工具，结合s q l 数 据库语言，通过调用a c c e s s 数据库，丌发了一套湿式石狄石一石膏法烟气脱硫专 家系统软件，可帮助运行人员提高烟气脱硫设备的运行维护水平，指导运行人员实 现优化控制调整，具有一定的应用价值和现实意义。 关键词：火电厂；专家系统；脱硫；d c s ； a b s t r a c t c o a l f i r e dp o w e rp l a n te m i tal o to ff l u eg a sa n dh a v eh e a v yw o r ko nf l u eg a s d e s u l f u r i z a t i o n b a s e do ns o m en e wc o n t r o lt e c h n o l o g i e sm o d e r nt i m e sj u s ta sd c s ，u s i n g v b 6 0f o rs o f e w a r ed e v e l o p m e n tt o o l ，i n t e g r a t ed a t e b a s el a n g u a g es q l ，b u i l du pw e t l i m e s t o n e g y s e mr u l eg a sd e s u l f u r i z ee x p e r ts y s t e mb yt r a n s f e ra c c e s sd a t e b a s e 。i n r e c e n t y e a r s ，e x p e i r ts y s t e mt h e o r y a r ew e l lb eu s e s e di nt h ea r e ao fa r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e ，w ec a na p p l yi to nc o a l - f i r e dp o w e rp l a n td e s u l f u r i z es y s t e m t op r o v i d e a d v i c ea n dc o n t r o ls e r v i c e s t h es o f e w a r ec a nh e l pw o r k e r st o i m p r o v e f l u e g a s d e s u l f u r i z a t i o nd e v i c ef u n c t i o na n dm a i n t e n a n c e ，i n s t r u c tw o r k e r st or e a l i z eo p t i m i z a t i o n c o n t r o la d j u s t t h i ss u b j e c tc a ni m p l ys o m ea p p l i a n c ev a l u ea n dr e a l i z a t i o nm e a n i n g y eq i u s h e n g ( e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e ) d i r e c t e db yp r o f h uz h i g u a n g k e yw o r d s ：c o a l f i r e dp o w e rp l a n t ，e x p e r ts y s t e m ，d e s u l f u r i z a t i o n ，d c s 声明尸州 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文湿式石灰石一石膏法烟气 脱硫专家系统的开发研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在 导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别 加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用 影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被 查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文：同意 学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名。：篁监吐 日 期：趁堡叁：! 塑 导师签名： 日 华北电力人学硕十论文 1 1 课题研究背景 1 1 1 课题背景 第一章引言 1 1 1 1 火电厂建立脱硫设备的必要性和重要性 我国是一个能源生产和消费大国，一次能源消费总量仅次于美国，居世界第二， 但人均消费量还不到世界人均的一半，不足美国人均的1 1 0 。目前我国能源短缺 仍然是制约经济发展的重要因素。改革开放以来随着我国经济持续、稳定地增长， 电力工业也得到了较大发展。随着我国全面小康社会建设进程的推进，到2 0 2 0 年， 我国全面实现小康社会的人均用电水平在7 1 2 k w h 左右，电力需求将持续保持较快 的发展速度，而在我国一次能源和发电能源中，煤占据了绝对的主导地位，这与多 数工业发达国家都有所不同。煤炭是一种低品味的化石能源，我国煤炭中狄分、硫 分含量都较高，大部分煤的狄分在2 5 - - 2 8 ，硫分含量变化范围较大【2 q j 。由于具 有以煤为主的一次能源构成，以及煤的发热量低、含硫量高的特点，我国s 0 2 污染 闩益严重，电力行业是用煤大户，仅至2 0 0 5 年，我国煤炭产量2 1 9 亿吨，发电用 煤占煤炭产量比例4 9 7 ，将近一半。 至2 0 0 5 年，我国s 0 2 排放总量就已高达2 5 4 9 万吨，居世界第一，由此而来的 大气污染将引起严重的环境问题，其中最主要的问题之一就是“环境酸化”。“环境酸 化”与s 0 2 、n o x 排入大气中有密切的关系，它们以两种方式进入地面： 湿沉降大气中的s 0 2 、n o x 被雨水沈脱到地面； 干沉降大气中的s 0 2 、n o x 直接落到植物或潮湿的地表面。 目前我国酸雨己从八十年代西南少数地区发展到长江以南、青藏高原以东和四 川翁地的大部分地区，降水p h 值小于5 6 的面积( 国际评价酸雨的标准) 已经占国 土面积的3 0 。华中地区酸雨污染程度已经超过八十年代污染最重的西南地区，酸 性降水频率超过9 0 。我国很多城市空气s 0 2 污染十分严重，目前已有6 2 的城市 坏境空气s 0 2 平均浓度超过国家环境空气质量标准二级标准，同平均浓度超过 国家环境空气质量标准三级标准。根据2 0 0 6 年中国环境状况公报，我国的大 气环境污染仍然以煤烟型为主，主要污染物是s 0 2 和烟尘，2 0 0 6 年s 0 2 排放总量为 2 5 8 9 力吨，酸雨问题依然严重。较2 0 0 5 年又有所增加，因此控制s 0 2 排放己成社 会和经济可持续发展的迫切要求，势在必行，这其中对火电厂开展烟气脱硫工作为重 中之重。 华北电力人学硕十论文 大气污染是全球性的，将飘越国界，引起国与国之间的纠纷。“酸雨”和s 0 2 污 染已越来越为人类重点关注的问题。 国外发达国家的大型火电厂已广泛安装了脱硫装置。根据我国环境保护法规和 最新火电厂大气污染物排放标准的有关规定，新建大型火电厂都必须配有烟气脱硫 系统。从目前我国的能源结构来看，这势必会使火电厂装备大量的脱硫设备，对脱 硫设备的深入研究，提高其自动化程度，智能化程度，是十分重要的，更是必然的。 1 1 1 2 可持续发展的要求 我国是一次能源储量丰富的国家，但从可持续发展观点看，存在着十分严重的 能源问题。主要有以下几点：人均能源不足、人均能耗低而单位产值能耗高；一次 能源分布不均：以煤为主要一次能源，是世界最大煤炭生产国与消费国；能源利用 效率低。 同时，电力用煤占全国煤炭产量的比重较大。2 0 0 5 年，全国6 0 0 0 千瓦及以上 电厂发电耗用原煤共1 0 1 亿吨，占全国煤炭总产量2 1 9 亿吨的4 5 左右。 面对可持续发展的巨大压力，党中央提出要把节约资源作为基本国策，坚持节 约发展，建设资源节约型社会。电力工业作为国民经济的基础产业和主要能源行业， 在我国资源节约工作中具有特殊重要的地位，必须坚持发展和节约并重、节约优先 的发展方针，通过立法和制定产业发展政策，并注重积极运用市场经济手段，把这 一方针落实到电力的规划设计、建设施工和生产供应的全过程。要着力调整电源结 构，重点实施高效、清洁发电工程，加快可再生能源建设；要实施节能、环保、经 济调度，优先考虑可再生能源和低能耗机组发电，努力提高高效、清洁能源在电力 生产和供应中的比重；要通过技术进步改造老机组，积极开展技术自主创新，不断 提高火电机组技术参数，提高机组运行的可靠性和技术经济水平：要加快电网建设 和改造，优化调度运行方式，规范线损管理，降低供电损耗，减少电力生产过程中 自身能源消耗。通过各种有效手段建立可持续发展的电力工业网络。 这些都要求我们要努力研究，在现有设备的基础上，努力提高设备运行的自动 化程度，力求节约人力，节约物力，这就等于节约了能源，节约了开支，从而提高 了效率。脱硫设备的同益增加，维护运行的丌支巨大，与发达国家相比的落后的工 艺状念，以及工业自动化，政府自主创新、节能增效等要求，都为本文的研究提供 了坚固的背景支持l5 1 。 l 。1 2 国内外研究动态 国内烟气脱硫技术起步于1 9 6 1 年，我国针对电厂脱硫课题进行了多次自主试 验研究工作，完成了多个技术攻关项目，陆续开发出一些简易的除尘脱硫装置，尤 2 华北电力大学硕士论文 其是针对湿式除尘脱硫技术丌展了大量工作， 从七十年代以来我国研究人员进行了一些十分有意义的烟气脱硫试验、研究、 丌发，一直到今天，我国对烟气脱硫技术的探索也一直没有停止过，不再一一陈述。 尽管我国对国际上现有的f g d ( 烟气脱硫) 技术的主要类型都进行了各种试验研究， 并且自主丌发了一些新技术，目前在火电厂大型机组f g d 技术上，我国采取了联合 设计、引进技术等方式，j 下逐步掌握设计参数、主设备选用、工艺系统设计等关键 技术，已经在对于2 0 0 m w 及以上机组烟气脱硫工艺的设计技术上有了重大突破【6 j 。 美国、日本和德国是世界上f g d 技术开发和大规模应用的国家，在火电厂f g d 领域处于领先地位。美国自2 0 世纪5 0 年代开始研究电站脱硫技术，并取得了长足 的进步。7 0 年代初湿式石狄石一石膏法洗涤工艺实现工业应用，喷雾干燥脱硫工艺 的研究丌始起步，8 0 年代，针对老电厂脱硫改造问题，对吸收剂喷射技术进行了广 泛的开发研究，但至今尚未实现大规模的工业应用f ”。德国f g d 技术起步晚于美国、 同本，但在德国政府严格的环保法规的促使下，f g d 得到迅速开发和应用。德国电 厂主要采用脱硫率较高的湿式石坎石一石膏法脱硫工艺。日本是世界上最早大规模 应用f g d 装置的国家，从1 9 6 2 年就丌始研究开发f g d 工艺和设备，7 0 年代起就 大规模实施应用，到1 9 8 9 年3 月，f g d 装置数量处于领先地位的即是火力发电业， 目前主要采用的也是湿式f g d 技术【8 】，其中又尤其以石狄石一石膏法最为成熟， 高效，是公认的优秀脱硫技术，这将为本文的研究提供大量可使用的技术帮助。 在对成熟技术的创新应用上，世界各国并没有停止过努力，近年来，网络、电 子、控制等领域的很多先进技术都尝试与脱硫技术相结合，力图可以得到良好的效 果，本文所述的专家系统e s ( e x p e r ts y s t e m ) 就是人工智能领域的一个研究分支，是 从“理论一实践”的尝试。也可以说是a i ( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ) 从理论研究转向应用 研究的一个转折点。它以知识为中心，从知识表示、知识利用和知识获取这三个环 节取得巨大成功。它实质是应用大量人类专家的知识和推理方法求解复杂的实际问 题的一种人工智能计算机程序，专家系统能够模拟、再现、保存和复制人类专家的 脑力劳动【9 j 。它也是人工智能领域中最活跃最成功的一个分支，目前已经有专家系 统应用于污染控制，但为数不多，在火电厂烟气脱硫这一重要领域还处于未成熟状 态，如果能将这一思想成功运用到实际生产中，必能节约人力，提高生产自动化程 度，这将是十分有意义的尝试。 当前，为了降低成本，提高经济效益，我国脱硫技术的国产化势在必行。虽然 我国脱硫技术发展落后于技术发达国家，但相比发达国家起步时，我们有更多的经 验可以借鉴【l0 1 。湿法脱硫工艺是目前世界上应用得最多的技术，因此针对这项技术 进行创新应用，不仅可以使核心技术逐渐为我国掌握，更可以使其发挥更好的作用。 本课题的研究f 是基于以上背景和研究动态，将人工智能领域的专家系统原理应用 3 华北电力火学硕士论文 于湿式石狄石一石膏法烟气脱硫系统，以求创新应用。 1 2 本文的研究内容与创新点 1 2 1 本文的研究内容及意义 1 2 1 1 研究内容 本文研究的主要内容是将专家系统原理应用于烟气脱硫系统的运行中，丌发出 一套湿式石狄石一石膏法烟气脱硫专家系统，软件可以提供技术帮助并尝试通过 d c s 控制系统上位机提供的系统运行的关键参数来优化系统，提高系统控制的智能 化，减少人员工作量，并提高系统的工作效率。 软件基本构成包括咨询系统和控制系统两部分，每一部分都能完成不同的工作 内容，属于由两个子系统组成的协同工作专家系统，两部分既相互独立，又相互联 系，协调完成指定工作。 湿式石狄石一石膏法烟气脱硫的专家咨询系统部分侧重解释功能，可由用户输 入检索词，程序通过推理过程，通过数据库调用，在知识库中查找符合标准的解释 提供给用户，实现咨询功能，能提供培训帮助，供用户录入数据和推理查询。 湿式石狄石一石膏法烟气脱硫的专家控制系统部分是本专家系统的主要部分， 依托湿法烟气脱硫的集散控制系统，实时取得系统各部分的动态参数，采用合理的 数学模型对数掘进行处理，可对运行重要参数如：p h 值、液气比( l g ) 、钙硫比 ( c a s ) 等系统参数进行优化，并提供脱硫效率的优化、在线故障诊断、口令保护、 数据在线更新等其它一些功能。 1 2 1 2 本研究的意义 火电厂大气污染物控制对中国电力工业的发展具有重要意义，控制s 0 2 仍将是 电力行业的主要任务，同时随着环保标准的提高，对电力企业人员的要求同益提高， 对电力企业设备的工作自动化、智能化的要求也随着这一要求的提高而提高。控制 电力排放是解决中国大气污染的关键。如何经济的、综合性控制污染排放既是政府 要研究的新问题，也是电力企业最为关注的重大事项之一。 在火力发电中可以有常规燃煤电厂，在满足相同的环保标准的前提下，如何使 用现有各领域先进技术以达到节省人力资源和提高工作效率是本课题的目的。 尽管湿式石狄石一石膏法脱硫技术是目前最成熟的烟气脱硫技术，并在国内外 得到了广泛应用。但是，湿法烟气脱硫系统复杂，烟气脱硫系统的变化因素多，系 统投资和运行费用大，又缺乏直接经济效益，故丌发一套湿式石灰石一石膏法烟气 脱硫专家系统软件，对普及、推广脱硫技术，提高运行维护水平，降低运行费用， 4 华北电力人学硕十论文 防止f g d 腐蚀、堵塞，提高石膏品质和自动化、智能化水平，均具有重要意义。 由于脱硫系统的重要性，和脱硫设备的复杂性，单纯靠人力对其进行维护操作 以保证其f 常运行几乎是不可能的事情。随着d c s 等现代先进数控技术的发展，计 算机技术广泛应用于脱硫系统，而控制系统设计的是否合理会直接影响脱硫系统甚 至主机系统的长期安全稳定运行。而且在实际运行过程中，锅炉煤种、负荷及烟气 量、烟气温度、烟尘浓度、吸收剂品质等是经常变化的，若没有人对运行参数进行 调整，使其工作在合理范围，可能会威胁发电机组的安全运行及f g d 系统本身的运 行，严重时f g d 系统根本无法运行。因此采用智能控制技术对系统各参数变化采取 监控反馈，并根据实际情况对控制系统进行优化调整，提供咨询服务就显得十分重 要1 1 1 。 另外，将人工智能领域近年来有多次成功应用实例的专家系统原理与基于 d c s ( 集散控制系统) 等新一代数控技术的火电厂湿式石次石一石膏法烟气脱硫系统 结合起来，不但有利于技术创新，也可以提高脱硫系统的工作自动化程度，提高系 统工作效率，为电力企业减轻负担。 1 2 2 本文的难点和创新点 1 2 2 1 本文的难点 专家系统的知识获耿并合理表达问题一向是比较容易影响软件使用的重要因 素，一些实际工作中才有的问题，文献、资料中并无记载，只有熟悉设备的老专家， 甚至老工人才能理解，更多的时候是一种实例或直觉，是启发式的经验，这部分知 识在实际应用中往往很有价值，而这种知识往往难于用某种语言来表达，本课题的 烟气脱硫专家系统也不能例外，在知识的获取和表达上同样存在困难，如何选用合 适的知识表达方式，不但事关软件的丌发效率，也关系到软件在应用中，操作人员 使用和维护的方便性，从而极大的关系到软件的使用价值和开发意义。 专家系统软件更应该是_ 个智能软件，这就要求其除非遇到极其不平常的状 况，否则就要求其根据其丰富的知识收集和合理的推理方式，来满足一般工作条件 下的生产需要，能做出合理j 下确的判断，提供日常帮助，协助工作人员更好的完成 任务。但实际工作条件下，工作人员所做的也大多是日常维护工作和监视工作，这 就要求推理过程尽量简单实用，不宜大量占用计算系统的资源，同时要尽量提高方 法的高效性，在遇到没有出现过的问题时，还要求专家系统能把此问题充实进知识 库，采用何种方法使提供知识的不断充实，以适应实际应用是专家系统领域不断在 研究的课题。在实际的应用中，所采取的方式必须具备易用性，从而维护便利，这 样才能提高工作效率，起到其应有的作用。 在进一步深入的功能，控制系统优化的部分，因烟气脱硫系统运行的影响因素 s 华北电力人：学硕十论文 多，工况复杂，选定什么样的参数优化以便专家系统实现对系统的优化控制是一个 难点，也对软件的丌发提出了非常高的要求。 在专家系统中，设有故障诊断的功能，为能适应实际需要，需要软件开发者有 十分深厚的专业知识和实践经验，甚至要多次向本领域的专家寻求帮助，才能使这 部分功能得以较好的实现，这对设计者提出了很高的要求，对于开发者将是一个挑 战，需要不断的学习相关的知识，并努力提高程序设计水平，才有可能完成。在软 件测试时期，将软件所具有的功能做出测试是不可能在实际生产中进行的，这就必 须要在软件功能实现之外，在测试阶段建立实验性的仿真系统，供软件测试使用， 这又增加了丌发软件的工作量，在有限的时间内，一方面要努力学习大量的本专业 知识，另一方面又要不断学习专家系统领域的知识，并要求在实际程序设计中付诸 应用，这种多学科、多方面的结合，也是本课题的研究难点。 1 2 2 2 本文的创新点 将专家系统原理应用于火电厂湿法烟气脱硫系统，开发出湿式石狄石一石膏法 烟气脱硫专家系统即是本课题的创新点，在这一领域前人虽有部分尝试性工作，但都 没有针对石灰石石膏湿法烟气脱硫系统做过全方位的、系统性的开发工作。 本文的研究f 是基于上述考虑才提出并丌始研究的，同时将咨询系统和控制功 能以及仿真系统集成在一起，做成一个统一内部相互关联的系统软件供用户使用， 也是本文的一种尝试，力求尽可能多的体现湿法烟气脱硫系统的各方面内容，突出 了软件的实用性和多方面性。在本软件中，有专家咨询和专家控制两种功能，可以 在实际工作中体现其独有的功能互补性，通过在线发现问题，不但可以报警，还可 以通过咨询功能查询相关知识，更可以将新的故障或知识内容按照操作人员的意愿 丰富到软件的知识库内，具备了易用性，同时也提供了全方面的培训功能，时刻可 以进行对操作人员进行湿法烟气脱硫知识的丰富提高，良好的人机界面和功能设计 将使人机更方便有效的互动。 在研究中，本文也尝试了将仿真系统与软件测试相结合，更好的体现了软件的 应用性，在将仿真系统结合起来的软件中，可以时刻检查软件的功能是否f 常，这 为软件同后的使用和调试升级修改都提供了良好的手段和工具，同时也是对系统工 作过程的一个比较直观的、贴切的学习过程，对软件的使用和对工作人员具有指导 和培训作用，这是将湿法烟气脱硫内容与专家系统的良好结合。 软件丌发完成后具备良好的可移植性和可维护性，是一个独立的可安装程序， 无需其它补丁和插件的支持，也不需要安装软件使用的丌发工具，考虑到升级维护 的方便，提供了适应网络升级的程序接口，这些都是本文的创新点。 6 华北电九人学颁十论文 第二章湿式石灰石石膏法烟气脱硫技术概述 21 湿式石灰石 石膏法烟气脱硫系统工艺流程 圈2 1 给了石敷石一，f 亍膏法脱硫流程示意圈。主要包括原料输送系统、吸收 剂浆液配制系统、烟气系统、s 0 2 吸收系统、石膏脱水驶贮存和石错抛弃系统。从 锚炉0 f 触机0 | f “的烟7 t 全部进入f g d 系统ti 5 先通过气l 热交换器( g gh ) 对末脱硫 烟c 进行降温，再进入吸收塔进行脱硫反应，完成脱1 i ； 后的净化炯。经溢流槽及两 级除雾_ l i 彳再通过g g h 热交换嚣的烟气吸热侧，被重新加热到8 8 以k 经烟幽排 f 。 斟2 1 石扶打石膏湿法脱硫芝流程图 作为脱硫l 吸收剂的石狄石选加石扶石矿生产的3 1 0 m m 、水份 1 的右扶石 獭牲，运输至石版打料仓。秭趴石经磨粉机磨制成3 2 5 目9 0 通过、颗车立度 t 4 3 9 m 的右驭石粉。台格的石灰“粉经制浆系统与水配簧成3 0 浓度的悬浮浆液，根据烟 l 脱硫的需要，在自动控制系统的操纵下通过石扶石浆液泉和管道送入吸收塔系 统。符扶石由于其良好的活性和低廉的价格吲索是i ；t 前世界j 。广泛采用的脱硫剂制 备原料f 1 2 1 。 娴气脱硫系统采用将升压m 机m 罱在吸收塔上游烟c 侧运行的设汁方寨，咀保 证整个f g d 系统均为i f 压远 操作，刚时还可以避免升胍风机可能受到的低渝烟气 腐蚀c 州压风机为划t 提供压头，使烟气能克服整个f g d 系统从进n 分界到烟囱之 叫的烟气阻力。 华北电力人学硕十论文 为了将f g d 系统与锅炉分离丌来，在整个脱硫烟气系统中设置有带气动执行机 构保证零泄漏的烟气档板门，在要求紧急关闭f g d 系统的状态下，旁路档板门在5 s 自动快速丌启，原烟气档板门在5 5 s 、净烟气档板门5 0 s 内自动关闭。为防上 = 烟气 在档板门中? 址漏，原烟气和旁路档板门设有密封空气系统。 脱硫系统运行刚，锅炉至烟囱的旁路档板门关闭，由锅炉引风机来的全部烟气 经过各自的原烟气档板门汇合后进入升压风机，升压后的烟气至气气热交换器 ( g g h ) 原烟气侧，g g h 选用回转再生式烟气换热器，涂搪瓷换热元件选用先进 波形和高传热系数产品以减小g g h 总重和节约业主方未：来更换换热元件的费用。 g g h 利用锅炉出来的原烟气来加热经脱硫之后的净烟气，使净烟气在烟囱进口的最 低温度达到8 0 以上大于酸露点温度后排放至烟囱。 g g h 转予采用中心驱动方式。每台g g h 设两台电动驱动装置，一台主驱动， 一台备用电机均采用空气冷却形式。如果主驱动退出工作，辅助驱动自动切换， 防j 【：转子停转。g g h 的设计能适应在厂用电失电的情况下，转子停转而不发生损坏、 变形。g g h 采取主轴垂直布置，即气流疗向为原烟气向上( 去吸收塔) ，净烟气向下 ( 去炯囱排放) 。因为原烟气中含有一定浓度的飞灰，飞狄可能会沉积在装置的l 侧， 随着时问的推移，热传递的效率可能会降低。为防止g g h 传热面问的沉积结垢丽 影响传热效率，增大阻力和漏风率，减小寿命，需要通过吹狄器使用压缩空气清沈 或月j 高压水进行定时清洗。吹狄器配有一根可伸缩的喷枪，视烟气中飞狄禽最情况 决定傅班或簿隔数小时冲洗一次g g h ，或当压降超过给定最大值时，说明有一定程 度的石膏颗粒沉积，需启动高压水泵冲沈。但用高压水泵冲洗只能在运行时进行在 线冲洗，当f g d 装臀停运时，可用低压水冲洗换热器( 离线冲洗) 。 g g h 的防腐主要有以下措施：对接触烟气的静态部件采取玻璃鳞片树脂涂层保 护，保 j i i 寿命约为1 个大修周期：对转子格仓，箱条等回转部件采用厚板考登钢l5 2 0 r a m 厚饭，寿命为3 0 年：密封片采用高级不锈钢a v e s t a2 5 4 s m o 9 0 4 l ；换热 尢什采j 1 j 脱碳钢镀搪瓷，寿命约为2 个大修周期。 祈i 热谴交换后烟气温度降温冷却至1 0 1 和8 9 3 后进入逆流喷淋吸收塔，冷 却后的原烟气进入吸收塔与同州j 匝过吸收塔上部的喷嘴进入吸收塔，并与向卜- 喷出 的雾状石灰石浆液接触进行脱硫反应，烟气中的s 0 2 、s 0 3 等被吸收塔内循环喷淋 的石灰石浆液沈涤，并与浆液中的c a c o ，发生反应，生成的弧硫酸钙悬浮颗粒存吸 收塔底部的循环浆池内，再次被氧化风机鼓入的空气强制氧化而继续发生化学反 应，最终牛成石膏颗粒。与此同时，部分其他有害物质如飞妖、s 0 3 、h c i 、h f 等 也掰到消除，这时的原烟气温度已被降低趸饱和温度4 7 2 2 。c 和4 5 5 3 c 。在吸收塔 的出【1 设有除雾器，脱除s o ! 后的烟气经除雾器除去烟气中携带的细小的液滴，进 8 华北电力人学硕十论文 入气气热交换器净烟气侧加热，此时的烟气温度进入g g h 升温到8 0 以上，经脱 硫系统净烟气档板门最后送入烟囱排向大气。 存整个脱硫系统中多处烟气温度已降至10 0 以下，接近酸露点，为烟道和支 架防腐，在设计中采用了玻璃鳞片树脂涂层。考虑至0 f f f , 温烟气对烟囱内壁产生的影 响，烟囱内壁均采用刷耐酸涂料，隔热层采用憎水膨胀珍珠岩，内衬为l 时酸砖，采 用耐酸胶泥砌筑的防腐措施。在脱硫系统内部采取的防腐措施是对接触烟7 气的静念 部位采取玻璃鳞片树脂涂层保护。 经过充分氧化生成的脱硫副产品石膏浆体，经吸收塔排出泵从吸收塔石膏浆液 池抽m 通过管道输送至石膏缓冲罐，再由石膏旋流站进料泵送入旋流站进行一级脱 水，经分离脱水后的底流石膏浆液含水率约5 0 左右，直接进入真空过滤皮带机进 行过滤脱水处i 里，在第二级脱水系统中还对石膏滤饼进行冲沈以去除氯化物，最后 制衙成含水量小于1 0 、含c r 1 0 0 p p m 的脱硫石膏粉，石膏成品堆积在脱硫石膏 仓待运。脱硫石膏可用作建材和化工原料。最后，废水经废水旋流站再次进行旋流 分离。得到含固量为3 的溢流和含固量为1 0 的底流，底流进入滤液水箱，返回 f g d 系统循朋：使用，溢流排放趸废水处理站。 ：与脱硫系统停运时，锅炉烟气旁路档扳门丌扁，脱硫装置原烟气挡板门和净烟 气挡板门关闭，原烟气通过锅炉罕烟囱的旁路烟道进入烟囱。当一台锅炉停l 卜运行 时，丌启该锅炉旁路档板门，火闭原烟气档板门。 脱硫系统设置一只事故浆池，供系统发生故障和检修时存放石膏浆液用，为防 j ：石膏浆液沉淀，儿存有浆液的罐、坑均设置连续运行的搅拌器。为减少二次污染， 在脱硫工程中又进行了改进，埔加了个塔区排水池，用来收集塔区j 下常运行、清洗 和检修中产生的排出物，收集f g d 装置的冲沈水和废水，水一集满，安装在池顶的 排水泵就：瞎其输送到吸收塔或事故浆液池，为防止坑内浆液中固体颗粒沉积，池顶 还安装了搅拌器。 脱硫系统设汁有自己的工业( 艺) 水箱和水泵，所需水源以及消防水、生活用 水均来自机组的闭式水和消防水系统。所用压缩空气系统根据实际情况可以从主机 - 3i 用或5 r 5 设套压缩空气系统，主要作用是仪表用气、气动执行机构用气、榆修用 气和g g i - ! 压绍占气三左毛i 坎扫用气。 2 2 反应原理 当吸收液通过喷嘴雾化喷入烟气时，吸收液分散成细小的液滴并覆盖i f 及收塔的 整个断面，这些液滴在与烟气逆流接触时s 0 2 被吸收。这样，s 0 2 在吸收区被吸收， 吸收刺n 勺氧化和中和反应在吸收塔底部的储液区完成并最终形成石膏。 9 华北电力人学硕士论文 为了维持吸收剂恒定的p h 值并减少石狄石耗量，吸收塔内的吸收剂被搅拌机、 氧化空气和吸收塔循环泵不停地搅动。 吸收塔巾的s 0 2 的脱除原理如下： 姑l 气中的s 0 2 与浆液中碳酸钙发生反应，生成亚硫酸钙： c a c o 3 + s 0 2 + h , o _ c a s 0 3 h ! o + h 2 0 + c 0 2( 2 一1 ) 通过烟气中的氧和亚硫酸氮根的中间过渡反应，部分的亚硫酸钙转化成石膏， 化! 学卜称作二水硫酸钙： c a s 0 3 h 2 0 + s 0 2 + h 2 0c a ( h s 0 3 ) 2 + y 2 h 2 0 ( 2 2 ) c a ( h s o d 2 + 0 2 + 2 h 2 0 c a s 0 4 。2h 2 0 + s 0 2 + h 2 0( 2 3 ) 吸l 改塔浆液池中剩余的亚硫酸钙通过由氧化风机鼓入的空气发生氧化反应，生 成硫酸钙。在该反应过程中直接的氧化是次要的，而主要是通过亚硫酸氯根与氧气 的反j 澎完成： c a ( h s 0 3 ) 2 + 0 2 + 2 h 2 0c a s 0 4 2h 2 0 + s 0 2 + h 2 0( 2 4 ) 当然，也有其他的反应，如：三氧化硫、氯化氢和氢氟酸与碳酸钙的反应，反 应生成石膏和1 氯化钙和或氟化钙化合物： c a c 0 3 + s 0 3 + 2 h , o _ c a s 0 4 2h 2 0 + c 0 2( 2 5 ) c a c 0 3 + 2 h c i c a c i _ , + h 2 0 + c 0 2( 2 6 ) c a c 0 3 + 2 h f c a f 2 + h 2 0 + c 0 2 ( 2 - - 7 ) 吸收塔浆液池中的p h 值通过加入石狄石浆液来控制，在吸收塔浆液池中的反 应需足够长的时问以使石膏能产生良好的石膏结晶( c a s 0 4 2 h 2 0 ) 。 氧化空气空压机( 1 用l 备) 安装独立j x l 机房内，用以向吸收塔浆池提供足够的 氧气和或窄气，以便于石膏的形成( 即从亚硫酸钙进一步氧化成硫酸钙) 。因为烟 厶e i j 所龠的氧不能满足氧化需要，如果输入的氧化空气不足会导致脱硫效率的降 低，并在吸收塔中产生结块，最佳的空气输入值可节约能量。氧化空气通过喷管( 喷 管上觇则问隔分布有出气孔) 分囱到吸收塔浆液池中。 新鲜的氧化空气通过消音器和空气过滤器被吸入，经过空压机压缩后再通过消 青器经过管道输送剑吸收塔。为了降低氧化空气的温度( 离丌空压机的温度高达 l1 0 ) ，需将水喷入到氧化空气管中，水蒸发后使氧化空气降温。 塔内喷淋层采用f r p 管，浆液循环管道采用法兰联结的碳钢衬胶管，氰化，气 管道采用带有傈温层的无缝钢管。f g d 工艺系统中吸收浆液最大氯离子浓度按 2 0 0 0 0 p p m 考虑并以此决定所有与浆液接触的设备和部件的防腐保护。 l o 华北电力人学硕+ 论文 2 3 湿式石灰石一石膏法烟气脱硫主要特点 ( 1 ) 脱硫效率高。湿式石狄石一石膏法烟气脱硫工艺脱硫率高达9 5 以卜，脱硫 后的烟气不但s o ! 浓度很低，而且烟气含尘量也大大减少。大机组采用湿法脱硫工 艺，s 0 2 脱除量大，有利于地区和电厂实行总量控制。 ( 2 ) 技术成熟，运行可靠性好。国外火电厂湿式石火石一石膏法烟7 毛脱硫装置投 运率般l j 达9 8 以上，幽于其发展历史长，技术成熟，运行经验多，因此不会阕 脱硫设备耐影响锅炉的萨常运行。特别是新建的人机组采用湿法脱硫工艺，使剧寿 命长，町呶得良好的投资效益。 ( 3 ) 对煤种变化的适应性强。陔工艺适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫无沦 是含硫量大于3 的高硫煤，还是含硫量低于l 的低硫煤，湿式石狄石一石膏法烟 气脱硫工艺都能适应。 4 ) 地面秘大，一次性建设投资相对较大。湿式石狄石石膏法烟气脱硫：艺 比其它jl ：艺的占地面积要大，所以现有电厂在没有预留脱硫场地的情况下采用该：i 【： 艺：仃一定的难度，其一次性建设投资比其它工艺也要高一些。 ( 5 ) 吸收剂资源丰富，价格便自：。作为湿式石灰石一石膏法烟气脱硫工艺吸收利 的石火石，在我固分布很广，资源丰富，许多地区石灰石品位也很好，碳酸钙含量 往9 0 以卜- ，优，当可达9 5 以1 。在脱硫工艺的各种吸收剂中，石灰石价格最便。f 乏， 破碎壤细较简币，钙利用率较高。 ( 6 ) 脱硫副产物便于综合利用。湿式石火石一石膏法烟气脱硫工艺的脱硫副产物 为i 水柑彳：j ：。和h 奉、德幽脱硫石膏年产量分剔为2 5 0 疗吨和3 5 0 力n 屯左右，琏本 ：都能综合利用，毛要用途是用于牛产建材产品和水泥缓凝剂。脱硫副产物综合利 用小仅可以增加电厂效益、降低运行费用，而且可以减少脱硫副产物处胃费用， 延长久场使明年限。 f 7 ) 技术进步快。近，年来国外对湿式石狄石一石膏法烟气脱硫工艺进行了深入的 研究与f i 断的改进，如吸收装置由原来的冷却、吸收、氧化三塔合为一塔，塔内流 速人幅度提高，喷嘴性能进一步改善等。通过技术进步和创新，可望使该工艺占地 面积较大、造价较高的问题逐步得到妥善解决【13 1 。 2 4 脱硫系统的运行参数优化 2 4 1 影响脱硫效率的主要因素 ( 1 ) 吸收液的p h 值。从s o ：的吸收来讲，高的p h 值有利于s o 二的吸收，p h 值= 6 时，s o ：吸收效果最佳，但此时，亚硫酸钙的氧化和石灰石的溶解受到严重 抑制，产品中出现大量难以脱水的亚硫酸钙，石狄石颗粒，石灰石的利用率下降， i l 华北电力人学硕士论文 运行成本提高，石膏综合利用难以实现，并且易发生结垢，堵塞现象。而低的p h 值有利于亚硫酸钙的氧化，石狄石溶解度增加，按一定比例鼓入空气，亚硫酸钙几 乎可以全部得到就地氧化，石狄石的利用率也有提高，原料成本降低，石膏的品质 得到保证。但低的p h 值使s 0 2 的吸收受到抑制，脱硫效率大大降低，当p h = 4 时， s 0 2 的吸收几乎无法进行，且吸收液呈酸性，对设备也有腐蚀。一般p h 在5 0 6 0 较适宜。 ( 2 ) 液气比。液气比也是设计中的一个重要参数，它在数字上就是石狄石一石膏 法脱硫系统操作线的斜率。它决定了石狄石的耗量，由于石灰石一石膏法中s 0 2 的 吸收过程是气膜控制过程，相应的，液气比的增大，代表了气液接触的机率增加， 脱硫率相应增大。但s 0 2 与吸收液有一个气液平衡，液气比超过一定值后，脱硫率 将不再增加。此时，由于液气比的提高而带来的问题却显得突出，出口烟气的雾沫 央带增加，给后续设备和烟道带来玷污和腐蚀：循环液量的增大带来的系统设计功 率及运行电耗的增加，运行成本提高较快，所以，在保证一定的脱硫率的前提下， 可以尽量采用较小的液气比，一般适宜的液气比( l g ) 操作范围为1 5 2 5 l m 3 。 ( 3 ) 系统传质性能。系统传质性能越好，系统的脱硫率就越高。系统传质系数与 物系、填料、操作温度、压力、溶质浓度，气、液、固三者的接触程度有关。选择 合理的吸收塔，降低气体湿度，提高气体压力，增加气体在塔内停留时间等，有利 于提高系统传质速率，减少传质阻力，在优化脱硫效率的同时，还能降低投资成本， 降低运行成本。 ( 4 ) 石灰石粒度。参与反应的石狄石颗粒越细，在一定的质量下，其表面积越大， 反应越充分，吸收速率越快，石狄石的利用率越高，但在使用同样的研磨系统前提 下，石灰石出料粒度越细，研磨系统消耗的功率及电耗越大。所以在选择石狄石粒 度时，应找到反应效果与电耗的最佳结合点。一般要求石狄石粒径d 。4 0 u m 较为适 宜。 ( 5 ) c 1 一含量。c 厂含量虽然很小，但对脱硫系统有着重大的影响。首先，由于s o z 、 h 2 s 0 3 、h 2 s 0 4 、h c i 在吸收塔中很快与碱性物发生反应，生成硫酸钙和氯化钙，由 于硫酸钙几乎不溶于水，s 0 4 2 - 浓度非常小，可以忽略不计，相比之下，氯化钙极易 溶于水所以c r 的浓度相对较大，其腐蚀影响就比s 0 4 z - 大得多，如果c 1 一没有被及 时排除，降低浓度，将造成很大的腐蚀破坏。 其次，氯离子还能抑制吸收塔内的化学反应，改变p h 值，降低s 0 4 卜去除率； 消耗石狄石等吸收剂；氯化物又抑制吸收剂的溶解；由于抑制了石狄石的溶解，使 石膏中的石灰石含量增加，而工业要求较高品质的石膏中石狄石含量不超过2 。 c l 一含量增加引起石膏脱水困难，使其含水量大于10 。c l - 含量增加严重降低 石膏品质，因为工业上对石膏中的c l 一含量有严格的要求，c r 超标使石膏板不能成 1 2 华北电力人! 学硕十论文 型，综合利用困难。氯化物的增加，使吸收液中不参加反应的惰性物质增加，浆液。 的利用率下降，要达到预想的脱硫率，就得增加溶液和溶质，这就使得循环系统电 耗增加。 总而言之 】，氯在系统中主要以氯化钙形式存在，去除困难，影响脱硫效率， 后续处理工艺复杂，一般在设计工艺中必须充分考虑其影响。 ( 6 ) 烟尘含量。烟气中的飞狄在一定程度上阻碍了s 0 2 与脱硫剂的接触，降低了 石狄石中c a 2 + 的溶解速率，同时飞狄中不断溶出的一些重金属如h g 、m g 、c d 、z n 等离子会抑制c a 2 + 与h s 0 3 一的反应。实践试验证明，如果烟气中粉尘含量持续超过 4 0 0m g m 3 ( 干) ，则将使脱硫率下降1 2 ，并且石膏中c a s 0 4 2 h 2 0 的含量 降低，白度减少，影响了品质。同时，大量的飞狄也会堵塞喷头。一般控制吸收塔 入口飞狄浓度小于1 0 0m g n m 3 。 总之，影响脱硫系统效率的因素众多而且复杂，通过以上论述不能一一而尽， 目前属于学术研究领域，在实际工作中，也经常凭经验进行判定。 2 4 2 脱硫效率优化模型 在综合考虑系统脱硫效率的各项影响因素后，本软件采用了如下脱硫效率模型 做为优化设计依据。软件内只考虑了参数范畴内的优化，这和软件开发目的是一致 的，建立于控制系统上位机之上，仅限于对现有关键参数在合理范围内的讨论和适 度调整，对设备的优化设计，不在本软件考虑之内，经参考众多研究成果反复验证， 在误差允许、参数控制范围内，选定如下经验模型做为效率优化参考模型【l5 j ： 1 1 = 4 6 5 5 5 e x p ( 1 9 1 4 1 p h o 2 3 6 3 ( l g ) o _ 0 6 9 4 x t 。o 13 0 5 ) ( 2 - 8 ) 式中：1 1 一一脱硫效率； p h 一一吸收液入口p h 值； l g 一一液气比( l m 3 ) ： t 一一吸收液温度( ) 。 在找到合理的系统效率以及参数模型后，即可根据最优理论、数值理论，确定 参数边界条件，对效率进行优化。 从模型表达式可知，目标函数为非线性函数，且运行参数均有一定的耿值范围， 所以，可以确定过程为有约束条件的、多变量的非线性函数的求极值问题。至此， 优化目标转化为数学问题，已经完全可以用程序代码表示。通过m a t l a b 中 f m i n c o m ( ) 函数即可直接进行优化计算，并由v b 调用。 在编程中确定变量的边界条件如下： ( 1 ) 吸收液的p h 值。如果p h 过低，那么得到的脱硫效率将无法满足环保要求， f3 华北电力人学硕十论文 在这里，我们确定它的下限为5 ；但p h 也不可过高，否则将产生系统堵塞、结垢等 严重后果，甚至会使系统无法运行。另一方面p h 越高，碳酸化现象也更加严重， 会导致脱硫剂利用率下降。综合考虑，在计算中，采用的p h 上限为6 。 ( 2 ) 吸收液温度。考虑目前的工业生产过程，冷却过程一般不是人工冷却，受到 外界坏境和数学模型适用环境的限制，所以温度在3 0 5 0 。 。 ( 3 ) 液气比。要得到较高的脱硫效率，就要有一定的液气比，综合考虑，又不宜 过高，这旱取值为1 0 2 5l m 3 。 1 4 华北电力人学硕+ 论文 3 1 什么是专家系统 第三章专家系统概述 专家系统就是一个具有智能特点的计算机程序。它的智能化主要表现为能在特 定领域内，模仿领域专家思维，帮助用户求解复杂问题。因此，专家系统包含领域 专家的大量知识，拥有类似人类专家的推理思维能力，并能用这些知识来解决实际 问题【l6 。 j 。设计专家系统，还需要知识工程师，知识工程师通过对话获取领域专家 的知识，并把这些知识翻译成计算机所能够识别的知识。专家系统( e x p e r ts y s t e m ， e s ) 是人工智能最有成效的一个研究领域。随着计算机技术与人工智能的发展，专 家系统已经广泛运用于科学管理与决策、生物工程、化学、医学、地球科学、余融 保险、教育等各领域。毋庸置疑的是，专家系统还存在广泛延展应用的潜质或领域 引。专家系统近年来在如上许多领域内的成功应用为脱硫系统的智能控制提供了技 术基础和大量的实践经验。 简单说专家系统是一类具有专门知识和经验的计算机智能程序系统，通过对人 类专家的问题求解能力的建模，采用人工智能中的知识表示和知识推理技术束模拟 通常由专家爿能解决的复杂问题，达到具有与专家同等解决问题能力的水平。这种 基于知识的系统设计方法是以知识库和推理机为中心而展丌的，即 专家系统= 知识库+ 推理机 它把知识从系统中与其他部分分离