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一种超低排放多污染物协同脱除系统的全局优化方法技术方案

技术编号:20589916 阅读:121 留言:0更新日期:2019-03-16 07:28
本发明专利技术涉及一种超低排放多污染物协同脱除系统的全局优化方法,通过超低排放系统多装置多污染物协同脱除过程的精确建模,获得多污染物在多装置生成、迁移、转化和脱除过程的精确描述;通过超低排放系统中全局运行的成本评价方法精确评估不同负荷、煤质、污染物浓度和运行参数下的多污染物减排成本;通过多污染物多目标多工况的全局运行优化方法实现不同排放目标下全局污染减排装置减排量的分钟级规划和优化;通过低排放多污染物排放可靠达标的先进控制方法保证污染物的可靠减排和卡边控制。本发明专利技术从模型、架构和算法层面对超低排放系统的建模、优化和控制方法进行了创新,提高了系统的可控和可调能力,指导超低排放系统的高效、可靠和经济运行。

【技术实现步骤摘要】
一种超低排放多污染物协同脱除系统的全局优化方法
本专利技术属于能源环境工程污染减排装置控制
,具体涉及一种超低排放多污染物协同脱除系统的全局优化方法。
技术介绍
我国煤炭资源丰富,能够稳定满足发展对电力的需求,决定了我国发电能源以煤为主的格局。这种能源结构和传统的煤利用方式产生了大量的大气污染物,随着我国经济的不断发展,对环保的要求也在逐步提高,燃煤机组实施清洁化生产大势所趋,燃煤电厂达到超低排放是一个发展趋势。为满足环保要求,我国燃煤电厂都安装了除尘装置,SCR和WFGD也成为了脱硝和脱硫的主流技术。然而这些技术大多是单独开发的,各自考虑各自的边界条件,形成相对独立的工艺技术和技术装备,各污染物单独脱除,若设计运行不当,会导致一系列问题,如系统复杂,总占地面积偏大,总成本偏高,总阻力偏大,运行和维护难度大等。因此,建立一种超低排放多污染物协同脱除系统的全局优化方法意义重大,能够充分考虑燃煤电厂现有污染物脱除设备性能和协同关系,最大限度地减小环保改造对锅炉热效率,厂用电率和机组效率的影响,实现环保方案可行,技术路线优化,整体投资减少,节能降耗显著的目标,实现超低排放系统的高效绿色运行。
技术实现思路
本专利技术针对现有超低排放系统污染物脱除装备相互独立、运行波动大、污染物脱除成本高的问题,提出了一种多变燃料、多变负荷的超低排放多污染物协同脱除系统的全局优化方法。本专利技术从模型、架构和算法层面对超低排放系统的建模、优化和控制方法进行了创新,突破多工况多污染物多装置多参数的复杂系统建模和成本评估,多输入多输出多装置的多目标优化及大时延、非线性和大范围变负荷装置的控制难题,从而提高系统的可控和可调能力,指导超低排放系统的高效、可靠和经济运行。为实现上述功能,本专利技术的技术方案是:一种超低排放多污染物协同脱除系统的全局优化方法,通过超低排放系统多装置多污染物协同脱除过程的精确建模,获得多污染物(包括氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SO2和SO3)、颗粒物(PM)和重金属(Hg)等)在多装置生成、迁移、转化和脱除过程的精确描述;通过超低排放系统中全局运行的成本评价方法精确评估不同负荷、煤质、污染物浓度和运行参数下的多污染物减排成本;通过多污染物多目标多工况的全局运行优化方法实现不同排放目标下全局污染减排装置减排量的分钟级规划和优化;通过低排放多污染物排放可靠达标的先进控制方法保证污染物的可靠减排和卡边控制。作为优选,所述超低排放系统多装置多污染物协同脱除过程的精确建模包括多污染物生成过程精确预测,脱硫系统多污染物协同脱除过程的精确建模,脱硝系统多污染物协同脱除与转化过程的精确建模,除尘系统多污染物脱除过程精确建模;多污染物生成过程精确预测:通过采集锅炉侧和污染物连续在线监测系统(CEMS)长时间运行数据,结合煤质检测数据和NOx、SO2、SO3、PM、Hg多种污染物测试报告,建立多种工况、多变煤质下的锅炉运行数据库和多污染物出口浓度数据库;通过数据建模的方法,基于锅炉运行数据库和出口污染物数据库,建立描述多种煤质、负荷等工况下锅炉及煤质参数与锅炉出口多种污染物浓度对应关系的模型;脱硫系统多污染物协同脱除过程的精确建模:基于多种污染物生成、迁移转化及在脱硫系统的脱除机理,结合煤质、锅炉运行参数、脱硫系统入口烟气参数,与脱硫系统运行参数历史数据结合,建立:入口SO2浓度、入口烟气温度、液气比、浆液密度和pH值与脱硫系统出口SO2浓度的对应关系;入口SO3浓度、入口SO2浓度、入口含尘量、入口烟气温度、液气比和烟气流速与脱硫系统出口SO3浓度的对应关系;入口Hg浓度、入口含尘量、负荷、烟气流速、入口烟气温度和出口Hg浓度的对应关系;进而获得脱硫系统内多污染物的协同脱除精确描述模型;脱硝系统多污染物协同脱除与转化过程的精确建模:基于选择性催化还原脱硝系统的运行机理,结合入口烟气参数,CEMS在线检测结果、脱硝系统运行参数的历史数据,建立:入口NOx浓度、烟气参数、反应条件和还原剂供给量与脱硝系统出口NOx浓度的对应关系;入口SO2浓度、多种烟气参数、反应条件和还原剂供给量与脱硝系统内部SO2到SO3转化率的对应关系;入口SO2浓度、多种烟气参数、反应条件和还原剂供给量与脱硝系统内SO2到SO3转化率的对应关系;入口Hg浓度、多种烟气参数、反应条件和还原剂供给量与脱硝系统内颗粒态汞(HgP)、氧化态汞(Hg2+、Hg+)以及单质汞(Hg0)之间转化比例的对应关系;基于这些对应关系,获得多种工况、多种运行参数下脱硝系统多污染物协同脱除与转化过程精确描述模型;除尘系统多污染物协同脱除过程精确建模:基于电除尘系统的颗粒物脱除机理,结合煤质、锅炉运行参数和电除尘系统入口烟气参数,与运行历史数据结合,建立:干式电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、运行电压与出口颗粒物浓度的对应关系;干式电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、脱硝系统理论SO3浓度、运行电压与出口SO3浓度的对应关系;干式电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、脱硝系统理论Hg浓度与出口Hg浓度的对应关系;湿式静电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、循环水量、运行电压与出口颗粒物浓度的对应关系;湿式静电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、进口NOx浓度、循环水量、循环水pH、运行电压与出口NOx浓度的对应关系;湿式静电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、进口SO2浓度、循环水量、循环水pH、运行电压与出口SO2浓度的对应关系;湿式静电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、进口SO3浓度、循环水量、循环水pH、运行电压与出口SO2浓度的对应关系;湿式静电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、进口Hg浓度、循环水量、循环水pH、运行电压与出口Hg浓度的对应关系;进而获得除尘系统多污染物协同脱出精确描述模型。作为优选,所述多污染物生成过程精确预测的方法是根据实时锅炉运行数据,结合定期更新的煤质报告,实现锅炉侧出口NOx、SO2、SO3、PM、Hg多种污染物浓度的精确预测;按照以下步骤建立锅炉侧模型:S101:采集锅炉测参数、煤质参数、锅炉出口检测报告;S102:采集长期运行历史数据,包括锅炉测给煤量、烟风、水,及CEMS检测的锅炉出口污染物浓度;S103:根据检测报告和在线运行数据,划分典型锅炉负荷区间,获得典型锅炉负荷区间内锅炉运行参数、煤质与出口污染物浓度的对应数据集;S104:根据所划分的数据集,对于有CEMS在线监测数据的污染物,利用数据建模方法,获得锅炉测运行数据及煤质参数与出口污染物浓度的对应关系;S105:根据所划分的数据集,对于没有CEMS在线监测数据的污染物,根据煤质数据和测试报告,利用数据建模方法,获得锅炉侧运行数据及煤质参数与出口污染物浓度的对应关系;S106:将步骤S104和S105所得到的模型结合,获得锅炉侧的多污染物浓度预测模型。作为优选,所述脱硫系统多污染物协同脱除精确描述模型的建立具体包括下述步骤:S201:采集脱硫系统各装置设计参数,测试报告;S202:采集脱硫系统在线运行的历史数据,包括锅炉负荷、入口烟气参数、烟气流量、pH值、液气比、浆液密度、入口和出口浓度;S203:根据数据分布,划分典型负荷区间和污染物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超低排放多污染物协同脱除系统的全局优化方法,其特征在于:通过超低排放系统多装置多污染物协同脱除过程的精确建模,获得多污染物在多装置生成、迁移、转化和脱除过程的精确描述;通过超低排放系统中全局运行的成本评价方法精确评估不同负荷、煤质、污染物浓度和运行参数下的多污染物减排成本;通过多污染物多目标多工况的全局运行优化方法实现不同排放目标下全局污染减排装置减排量的分钟级规划和优化;通过低排放多污染物排放可靠达标的先进控制方法保证污染物的可靠减排和卡边控制。

【技术特征摘要】
1.一种超低排放多污染物协同脱除系统的全局优化方法,其特征在于:通过超低排放系统多装置多污染物协同脱除过程的精确建模,获得多污染物在多装置生成、迁移、转化和脱除过程的精确描述;通过超低排放系统中全局运行的成本评价方法精确评估不同负荷、煤质、污染物浓度和运行参数下的多污染物减排成本;通过多污染物多目标多工况的全局运行优化方法实现不同排放目标下全局污染减排装置减排量的分钟级规划和优化;通过低排放多污染物排放可靠达标的先进控制方法保证污染物的可靠减排和卡边控制。2.根据权利要求1所述超低排放多污染物协同脱除系统的全局优化方法,其特征在于:所述超低排放系统多装置多污染物协同脱除过程的精确建模包括多污染物生成过程精确预测,脱硫系统多污染物协同脱除过程的精确建模,脱硝系统多污染物协同脱除与转化过程的精确建模,除尘系统多污染物脱除过程精确建模;多污染物生成过程精确预测:通过采集锅炉侧和污染物连续在线监测系统长时间运行数据,结合煤质检测数据和NOx、SO2、SO3、PM、Hg多种污染物测试报告,建立多种工况、多变煤质下的锅炉运行数据库和多污染物出口浓度数据库;通过数据建模的方法,基于锅炉运行数据库和出口污染物数据库,建立描述多种煤质、负荷工况下锅炉及煤质参数与锅炉出口多种污染物浓度对应关系的模型;脱硫系统多污染物协同脱除过程的精确建模:基于多种污染物生成、迁移转化及在脱硫系统的脱除机理,结合煤质、锅炉运行参数、脱硫系统入口烟气参数,与脱硫系统运行参数历史数据结合,建立:入口SO2浓度、入口烟气温度、液气比、浆液密度和pH值与脱硫系统出口SO2浓度的对应关系;入口SO3浓度、入口SO2浓度、入口含尘量、入口烟气温度、液气比和烟气流速与脱硫系统出口SO3浓度的对应关系;入口Hg浓度、入口含尘量、负荷、烟气流速、入口烟气温度与出口Hg浓度的对应关系;进而获得脱硫系统内多污染物的协同脱除精确描述模型;脱硝系统多污染物协同脱除与转化过程的精确建模:基于选择性催化还原脱硝系统的运行机理,结合入口烟气参数,CEMS在线检测结果、脱硝系统运行参数的历史数据,建立:入口NOx浓度、烟气参数、反应条件和还原剂供给量与脱硝系统出口NOx浓度的对应关系;入口SO2浓度、多种烟气参数、反应条件和还原剂供给量与脱硝系统内部SO2到SO3转化率的对应关系;入口SO2浓度、多种烟气参数、反应条件和还原剂供给量与脱硝系统内SO2到SO3转化率的对应关系;入口Hg浓度、多种烟气参数、反应条件和还原剂供给量与脱硝系统内颗粒态汞、氧化态汞以及单质汞之间转化比例的对应关系;基于这些对应关系,获得多种工况、多种运行参数下脱硝系统多污染物协同脱除与转化过程精确描述模型;除尘系统多污染物协同脱除过程精确建模:基于电除尘系统的颗粒物脱除机理,结合煤质、锅炉运行参数和电除尘系统入口烟气参数,与运行历史数据结合,建立:干式电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、运行电压与出口颗粒物浓度的对应关系;干式电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、脱硝系统理论SO3浓度、运行电压与出口SO3浓度的对应关系;干式电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、脱硝系统理论Hg浓度与出口Hg浓度的对应关系;湿式静电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、循环水量、运行电压与出口颗粒物浓度的对应关系;湿式静电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、进口NOx浓度、循环水量、循环水pH、运行电压与出口NOx浓度的对应关系;湿式静电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、进口SO2浓度、循环水量、循环水pH、运行电压与出口SO2浓度的对应关系;湿式静电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、进口SO3浓度、循环水量、循环水pH、运行电压与出口SO2浓度的对应关系;湿式静电除尘装置煤质、负荷、烟气温度、烟气流量、进口Hg浓度、循环水量、循环水pH、运行电压与出口Hg浓度的对应关系;进而获得除尘系统多污染物协同脱出精确描述模型。3.根据权利要求2所述超低排放多污染物协同脱除系统的全局优化方法,其特征在于:所述多污染物生成过程精确预测的方法是根据实时锅炉运行数据,结合定期更新的煤质报告,实现锅炉侧出口NOx、SO2、SO3、PM、Hg多种污染物浓度的精确预测;按照以下步骤建立锅炉侧模型:S101:采集锅炉测参数、煤质参数、锅炉出口检测报告;S102:采集长期运行历史数据,包括锅炉测给煤量、烟风、水,及CEMS检测的锅炉出口污染物浓度;S103:根据检测报告和在线运行数据,划分典型锅炉负荷区间,获得典型锅炉负荷区间内锅炉运行参数、煤质与出口污染物浓度的对应数据集;S104:根据所划分的数据集,对于有CEMS在线监测数据的污染物,利用数据建模方法,获得锅炉测运行数据及煤质参数与出口污染物浓度的对应关系;S105:根据所划分的数据集,对于没有CEMS在线监测数据的污染物,根据煤质数据和测试报告,利用数据建模方法,获得锅炉侧运行数据及煤质参数与出口污染物浓度的对应关系;S106:将步骤S104和S105所得到的模型结合,获得锅炉侧的多污染物浓度预测模型。4.根据权利要求2超低排放多污染物协同脱除系统的全局优化方法,其特征在于所述脱硫系统多污染物协同脱除精确描述模型的建立具体包括下述步骤:S201:采集脱硫系统各装置设计参数,测试报告;S202:采集脱硫系统在线运行的历史数据,包括锅炉负荷、入口烟气参数、烟气流量、pH值、液气比、浆液密度、入口和出口浓度;S203:根据数据分布,划分典型负荷区间和污染物浓度区间,获得典型锅炉负荷区间和污染物区间内锅炉负荷、煤质与出口污染物浓度的对应数据集;S204:根据所划分的数据集,基于脱硫塔装置脱除SO2机理,在典型锅炉负荷区间和污染物区间建立SO2脱除机理模型,并利用历史数据修正模型,获得典型锅炉负荷区间和污染物区间入口SO2浓度、入口烟气参数、液气比、浆液密度和pH值与出口SO2浓度的对应关系;S205:根据所划分的数据集,结合测试报告结果,利用数据建模方法,获得典型锅炉负荷区间和污染物区间入口SO3浓度、入口SO2浓度、入口含尘量、入口烟气温度、液气比和烟气流速与脱硫系统出口SO3浓度的对应关系;入口Hg浓度、入口含尘量、负荷、烟气流速、入口烟气温度和出口Hg浓度的对应关系;S206:基于这些对应关系,获得多种工况、多种运行参数下脱硫系统多污染物协同脱除与转化过程精确描述模型;所述脱硝系统多污染物协同脱除与转化过程精确描述模型的建立具体包括下述步骤:S301:采集脱硝装置设计参数,催化剂参数及其测试报告,还原剂测试报告,测试报告;S302:采集影响脱硝装置在线运行的历史数据,包括锅炉负荷、运行温度、烟气流量、还原剂供给量、CEMS检测的各污染物入口和出口浓度;S303:根据数据分布,划分典型负荷区间和污染物浓度区间,获得典型锅炉负荷区间和污染物区间内锅炉负荷、煤质与出口污染物浓度的对应数据集;S304:根据所划分的数据集,基于脱硝系统脱除NOx机理,在典型锅炉负荷区间和污染物区间建立脱硝装置机理模型,并利用历史数据修正模型,获得典型锅炉负荷区间和污染物区间入口NOx浓度、烟气参数、反应条件和还原剂供给量与脱硝装置出口NOx浓度的对应关系;S305:根据所划分的数据集,结合测试报告结果,利用数据建模方法,获得典型锅炉负荷区间和污染物区间入口SO2浓度、多种烟气参数、反应条件和还原剂供给量与脱硝装置内部SO2到SO3转化率的对应关系;入口SO2浓度、多种烟气参数、反应条件和还原剂供给量与脱硝装置内SO2到SO3转化率的对应关系;入口Hg浓度、多种烟气参数、反应条件和还原剂供给量与脱硝装置内颗粒态汞、氧化态汞以及单质汞之间转化比例的对应关系;S306:基于这些对应关系,获得多种工况、多种运行参数下脱硝系统多污染物协同脱除与转化过程精确描述模型;所述除尘系统多污染物协同脱出精确描述模型的建立具体包括下述步骤:S401:采集电除尘装置设计参数,测试报告;S402:采集影响电除尘装置在线运行的历史数据,包括锅炉负荷、运行温度、烟气流量、二次电压、二次电流、CEMS检测的污染物入口和出口浓度;S403:根据数据分布,划分典型负荷区间和污染物浓度区间,获得典型锅炉负荷区间和污染物区间内锅炉负荷、煤质与出口污染物浓度的对应数据集;S404:根据所划分的数据集,基于电除尘装置脱除颗粒物机理,在典型锅炉负荷区间和污染物区间建立颗粒物脱除机理模型,并利用历史数据修正模型,获得典型锅炉负荷区间和污染物区间入口PM浓度、烟气参数、运行电压与电除尘装置出口PM浓度的对应关系;S405:根据所划分的数据集,结合测试报告结果,利用数据建模方法,获得典型锅炉负荷区间和污染物区间入口SO3浓度、入口...

【专利技术属性】
技术研发人员:高翔郑成航黄悦琪郭一杉张涌新翁卫国吴卫红曲瑞阳刘少俊赵海涛
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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