大數(shù)據(jù)及其在燃煤電廠煙氣除塵中的應(yīng)用初探

張君毅，劉含笑，郭 瀅

(1.國(guó)神集團(tuán)花園電廠，新疆 哈密 839000；2.浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，浙江 諸暨 311800)

大數(shù)據(jù)及其在燃煤電廠煙氣除塵中的應(yīng)用初探

張君毅1，劉含笑2，郭 瀅2

(1.國(guó)神集團(tuán)花園電廠，新疆 哈密 839000；2.浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，浙江 諸暨 311800)

本文對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述，并初步探討其在燃煤電廠煙塵治理方面的應(yīng)用前景，旨在為后續(xù)研究提供借鑒。

大數(shù)據(jù)；燃煤電廠；電除塵器；袋式除塵器；電袋復(fù)合除塵器

近年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，“大數(shù)據(jù)時(shí)代”、“金融時(shí)代”、“物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代”等熱詞頻頻出現(xiàn)，但主要還是應(yīng)用于金融等商業(yè)領(lǐng)域，并逐漸擴(kuò)展至醫(yī)療、交通、能源等技術(shù)領(lǐng)域[1-5]，尤其今年來(lái)在智能電網(wǎng)等方面的應(yīng)用取得了可喜的成績(jī)[6]。

大數(shù)據(jù)技術(shù)在燃煤電廠除塵領(lǐng)域的應(yīng)用尚未見報(bào)道，本文對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述，并初步探討其在燃煤電廠煙塵治理方面的應(yīng)用前景，旨在為后續(xù)研究提供借鑒。

1 “大數(shù)據(jù)”分析和挖掘技術(shù)

大數(shù)據(jù)指超過傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)處理能力的數(shù)據(jù)，可以概括為4個(gè)V： 數(shù)據(jù)量大(Volume)、速度快(Velocity)、類型多(Variety)、價(jià)值密度低(Veracity)。大數(shù)據(jù)分析是指對(duì)規(guī)模巨大的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在研究大量的數(shù)據(jù)的過程中尋找模式、相關(guān)性和其他有用的信息。大數(shù)據(jù)分析的理論核心就是數(shù)據(jù)挖掘。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是指從數(shù)據(jù)庫(kù)的巨量數(shù)據(jù)中提取出未知的、潛在的、有用的信息的過程。大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)涉及的領(lǐng)域較廣，包括數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、可視化、高性能計(jì)算、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等，如圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)涉及的領(lǐng)域

大數(shù)據(jù)挖掘一般可以分成以下幾個(gè)步驟：

(1)定義問題和主題；

(2)數(shù)據(jù)預(yù)處理；

(3)建立挖掘模型；

(4)用測(cè)試集對(duì)挖掘模型評(píng)估；

(5)挖掘模型應(yīng)用。

大數(shù)據(jù)挖掘采用的優(yōu)化方法如圖2所示，涉及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹、遺傳算法、關(guān)聯(lián)分析、聚類分析等。

圖2 大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的優(yōu)化方法

2 燃煤電廠除塵技術(shù)

燃煤電廠煙氣除塵技術(shù)主要包括電除技術(shù)、電袋復(fù)合除塵技術(shù)和袋式除塵技術(shù)三種。

2.1 電除塵技術(shù)

電除塵技術(shù)是在高壓電場(chǎng)內(nèi)，使懸浮于含塵氣體中的粉塵受到氣體電離的作用而荷電，荷電顆粒在電場(chǎng)力的作用下，向極性相反的電極運(yùn)動(dòng)，并吸附在電極上，通過振打、沖刷等使其從電極表面脫落，同時(shí)在重力的作用下落入灰斗，實(shí)現(xiàn)除塵的全過程。依據(jù)電極表面灰的清除是否用水，分為干式電除塵和濕式電除塵。干式電除塵常被稱作電除塵，包括低溫、低低溫、旋轉(zhuǎn)電極等電除塵技術(shù)；濕式電除塵常被稱作濕電，有金屬極板、導(dǎo)電玻璃鋼和柔性極板三種型式。為電除塵器供電的電源主要有工頻電源、高頻電源、三相電源、和脈沖電源等。

低溫(或稱常規(guī))電除塵技術(shù)具有除塵效率高、適用范圍廣、運(yùn)行費(fèi)用較低、使用維護(hù)方便、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但其除塵效率受粉塵成分、粒徑、比電阻等影響較大，且占地面積也較大。常規(guī)電除塵技術(shù)適用于粉塵比電阻在104～1011Ω·cm范圍內(nèi)的除塵，適用于新建和技改機(jī)組，可在范圍很寬的溫度、壓力和粉塵負(fù)荷條件下應(yīng)用。電除塵器的性能要求如表1所示。

表1 電除塵器的性能要求

常規(guī)電除塵技術(shù)存在高比電阻粉塵引起的反電暈、振打引起的二次揚(yáng)塵及微細(xì)粉塵荷電不充分等導(dǎo)致除塵效率下降的問題。

2.2 袋式除塵技術(shù)

袋式除塵技術(shù)是利用纖維織物的攔截、慣性、擴(kuò)散、重力、靜電等協(xié)同作用對(duì)含塵氣體進(jìn)行過濾的技術(shù)。袋式除塵是一個(gè)過濾與清灰交替進(jìn)行的非穩(wěn)態(tài)過程。當(dāng)含塵氣體進(jìn)入袋式除塵器后，顆粒大、比重大的粉塵，由于重力的作用沉降下來(lái)，落入灰斗，含有較細(xì)小粉塵的氣體在通過濾料時(shí)，煙塵被阻留，使氣體得到凈化，隨著過濾的進(jìn)行，阻力不斷上升，需進(jìn)行清灰再生。袋式除塵器按清灰方式分為：脈沖噴吹類袋式除塵器、反吹風(fēng)類袋式除塵器及機(jī)械振打類袋式除塵器，電廠主要應(yīng)用脈沖清灰類袋式除塵器，又可細(xì)分為固定行噴吹和旋轉(zhuǎn)噴吹脈沖袋式除塵器。

袋式除塵技術(shù)適用工況條件范圍廣，具有較為穩(wěn)定的低排放、占地面積小、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。袋式除塵技術(shù)適用于溫度和水分不高且波動(dòng)不大的原料系統(tǒng)、燒結(jié)機(jī)尾、整粒和成品系統(tǒng)塵源點(diǎn)煙氣的凈化；不適用于溫度高、濕度大、含有腐蝕性氣體的燒結(jié)機(jī)頭煙氣。袋式除塵器的性能要求如表2所示。

表2 袋式除塵器的性能要求

袋式除塵技術(shù)存在的主要問題為濾袋的使用狀況對(duì)除塵器的性能及經(jīng)濟(jì)性影響較大，年運(yùn)行費(fèi)用一般高于電除塵器和電袋復(fù)合除塵器。

2.3 電袋復(fù)合除塵技術(shù)

電袋復(fù)合除塵技術(shù)是電除塵技術(shù)與袋式除塵技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種復(fù)合除塵技術(shù)，利用前級(jí)電場(chǎng)收集大部分粉塵，同時(shí)使粉塵荷電，利用后級(jí)濾袋區(qū)過濾攔截剩余的粉塵，實(shí)現(xiàn)煙氣凈化。未被前級(jí)電區(qū)捕集的荷電粉塵，由于電荷作用使細(xì)微顆粒極化或凝并成粗顆粒，同時(shí)由于同性電荷的排斥作用，到達(dá)濾袋表面堆積的粉塵層排列有序、結(jié)構(gòu)疏松，呈棉絮狀，粉塵層阻力低，容易清灰剝離，因而產(chǎn)生了荷電粉塵增強(qiáng)過濾性能的效應(yīng)，降低運(yùn)行阻力，延長(zhǎng)濾袋壽命。電袋復(fù)合除塵器按照結(jié)構(gòu)型式可分為一體式電袋復(fù)合除塵器、分體式電袋復(fù)合除塵器和嵌入式電袋復(fù)合除塵器。其中一體式電袋復(fù)合除塵器技術(shù)最為成熟，應(yīng)用最為廣泛。

電袋復(fù)合除塵技術(shù)除塵性能不受煙灰特性等因素的影響，捕集細(xì)顆粒物(PM2.5)效率高，相同工況及運(yùn)行條件下，運(yùn)行阻力明顯低于純袋式除塵器；降低濾袋破損率，延長(zhǎng)濾袋使用壽命；運(yùn)行穩(wěn)定、能耗低，操作便捷、維護(hù)方便。電袋復(fù)合除塵器性能要求如表3所示。

表3 電袋復(fù)合除塵器的性能要求

3 大數(shù)據(jù)在電除塵中的應(yīng)用構(gòu)想

圖3 模式構(gòu)想

電除塵器是燃煤電廠煙塵治理的主流技術(shù)，目前市場(chǎng)占比約70%，本文以電除塵器為例，探討大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用構(gòu)想。

電除塵器對(duì)煤種較為敏感，為探究電除塵器對(duì)不同煤種的適應(yīng)邊界及能效限值，可考慮采用大數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，構(gòu)想如圖3所示。首先收集煤種及飛灰成分?jǐn)?shù)據(jù)、表觀驅(qū)進(jìn)速度等選型數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，基于調(diào)研數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，并采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對(duì)電除塵性能的主要影響因素進(jìn)行分析，如工況條件(包括煤的灰分硫分、飛灰比電阻、飛灰粒徑、飛灰成分、煙氣溫度、煙氣SO3含量等)、技術(shù)狀況(包括極配型式、振打形式、氣流均布性、清灰方式等)和運(yùn)行條件(包括二次電壓、二次電流、清灰周期等)，深度挖掘規(guī)律，知道電除塵器的精準(zhǔn)選型設(shè)計(jì)，并在后續(xù)工程應(yīng)用中不斷驗(yàn)證。

4 結(jié)語(yǔ)

在精準(zhǔn)知道電除塵選型的同時(shí)，可考慮對(duì)現(xiàn)有的控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)及出口煙塵濃度等數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)的同時(shí)，將其遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇傉?，?duì)所有電除塵器的使用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，以長(zhǎng)期積累電除塵器的連續(xù)運(yùn)行數(shù)據(jù)。并根據(jù)數(shù)據(jù)反饋及分析，發(fā)展電除塵器的故障診斷及預(yù)測(cè)技術(shù)。

[1] 李國(guó)杰，程學(xué)旗．大數(shù)據(jù)研究：未來(lái)科技及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大戰(zhàn)略領(lǐng)域—大數(shù)據(jù)的研究現(xiàn)狀與科學(xué)思考[J]．中國(guó)科學(xué)院院刊，2012，27(6)：647-657．

[2] 趙國(guó)棟，易歡歡，糜萬(wàn)軍，等．大數(shù)據(jù)時(shí)代的歷史機(jī)遇[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2013．

[3] 張 磊. 大規(guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)圖像檢索與模式挖掘[J]. 中國(guó)科學(xué): 信息科學(xué),2013,43: 1641-1653.

[4] 李學(xué)龍，龔海剛. 大數(shù)據(jù)系統(tǒng)綜述[J].中國(guó)科學(xué): 信息科學(xué),2015,45: 1-44.

[5] 何 清，莊福振，曾 立. 等.PDMiner: 基于云計(jì)算的并行分布式數(shù)據(jù)挖掘工具平臺(tái)[J]. 中國(guó)科學(xué): 信息科學(xué),2014,44: 871-885.

[6] 張東霞，苗 新，劉麗平.智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015,35(1)：2-12.

(本文文獻(xiàn)格式：張君毅，劉含笑，郭 瀅.大數(shù)據(jù)及其在燃煤電廠煙氣除塵中的應(yīng)用初探[J].山東化工,2017,46(11):190-191,195.)

Big Data and Its Application of Dust Removal in Coal-fired Power Plant

ZhangJunyi1，LiuHanxiao2，GuoYing2

(1.Guoshen Garden Power Plant Co., Ltd.,Hami 839000,China; 2.Feida Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Zhuji 311800,China)

In this paper，the technology of data,and discusses its application prospect in coal soot governance,aimed to providing reference for subsequent research.

big data;coal-fired power plant;ESP;FF; EF

2017-04-11

張君毅(1985—)，男，山東泰安人，國(guó)神哈密花園電廠生技部熱工專業(yè)高級(jí)主管，一直從事電廠熱控專業(yè)的技術(shù)及管理工作；通訊作者：劉含笑(1987—)，男，山東濰坊人，碩士，主要從事燃煤電站PM2.5捕集增效與優(yōu)化技術(shù)研發(fā)工作。

X773

B

1008-021X(2017)11-0190-02