基于聚類分析法研究脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵的節(jié)能運(yùn)行優(yōu)化

聶濤　彭國(guó)富　高文松　劉宗奎　寇江濤

摘 要：漿液循環(huán)泵其投運(yùn)數(shù)量和配置方式關(guān)系著系統(tǒng)脫硫效率和經(jīng)濟(jì)性。通過研究脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵相關(guān)歷史數(shù)據(jù)變化規(guī)律，采用聚類分析法分析漿液循環(huán)泵的運(yùn)行組合方式與機(jī)組負(fù)荷、入口二氧化硫濃度之間的關(guān)系，將運(yùn)行規(guī)則以圖表的形式呈現(xiàn)出來，在保證環(huán)保指標(biāo)達(dá)標(biāo)，提升脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘;聚類分析法;脫硫節(jié)能優(yōu)化;漿液循環(huán)泵

中圖分類號(hào)：X701.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）20-0142-03

Energy-saving Operation Optimization of Slurry Circulating Pump

in Desulfurization System Based on Cluster Analysis

NIE Tao1 PENG Guofu2 GAO Wensong2 LIU Zongkui2 KOU Jiangtao1

（1. Pingdingshan Power Generation Branch of SPIC Henan Electric Power Company Limited，Pingdingshan Henan 467312;2. Technical Information Centerof SPIC Henan Electric Power Company Limited，Zhengzhou Henan450000）

Abstract： The amount and configuration of the slurry circulation pump are related to the system desulfurization efficiency and economy. By studying the variation law of historical data of slurry circulation pump in desulfurization system， this paper used cluster analysis method to analyze the relationship between the operation combination mode of slurry circulation pump and the unit load and inlet sulfur dioxide concentration， and presented the operation rules in the form of graphs， in order to ensure that environmental indicators meet the standards and improve the economics of the operation of the desulfurization system.

Keywords： data mining;clustering analysis;desulfurization and energy saving optimization;slurry circulating pump

我國(guó)是一個(gè)以燃煤發(fā)電為主的國(guó)家，燃煤鍋爐產(chǎn)生的SO2是大氣的重要污染物之一，控制SO2排放、推行電力潔凈生產(chǎn)對(duì)改善我國(guó)大氣環(huán)境有著十分重要的意義。目前，國(guó)內(nèi)絕大部分燃煤機(jī)組都實(shí)施了煙氣脫硫工程，其中占主導(dǎo)地位的脫硫技術(shù)是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)，該技術(shù)建造和運(yùn)營(yíng)成本較高[1]。

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝系統(tǒng)復(fù)雜，在脫除SO2的同時(shí)，要消耗大量石灰石、水、電等資源。電費(fèi)是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置總運(yùn)行費(fèi)用的主要組成部分，節(jié)電對(duì)提升脫硫系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性具有重要意義，而漿液循環(huán)泵是脫硫系統(tǒng)的主要耗電設(shè)備[2，3]。

1 某超超臨界機(jī)組脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵運(yùn)行情況

對(duì)于電廠脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化，其循環(huán)漿液量的控制是一個(gè)重要方面。循環(huán)漿液量是由循環(huán)漿液泵提供和控制的，如果脫硫系統(tǒng)需要的循環(huán)漿液量大，則需要增加循環(huán)漿液泵的臺(tái)數(shù)或流量，這意味著脫硫系統(tǒng)的電耗也會(huì)隨之增加。如果循環(huán)漿液量不足，又不能保證脫硫效率。因此，合理的循環(huán)漿液量是保證脫硫系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要因素。目前，大多數(shù)脫硫系統(tǒng)提供的漿液量偏大，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。循環(huán)漿液泵是脫硫系統(tǒng)的主要耗電設(shè)備，其電耗占到脫硫系統(tǒng)總電耗的50%左右。因此，如果挖掘循環(huán)漿液泵的節(jié)能潛力，電廠將獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

某公司1 000MW超超臨界機(jī)組脫硫系統(tǒng)配置5臺(tái)循環(huán)漿液泵（分別編號(hào)為A、B、C、D、E），其中4臺(tái)（A～D）額定功率相同，另1臺(tái)泵（E泵）出力較其他大。高負(fù)荷時(shí)4臺(tái)漿液泵同時(shí)運(yùn)行，循環(huán)漿液量將會(huì)過剩;低負(fù)荷時(shí)停運(yùn)1～2臺(tái)漿液泵，在不同的SO2量和泵組合運(yùn)行方式下，循環(huán)漿液量過剩程度不同。

2 脫硫系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)研究

分析現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，行人員為了保證出口SO2濃度達(dá)標(biāo)，往往會(huì)優(yōu)先提供過量的循環(huán)漿液量，升負(fù)荷時(shí)過早增加循環(huán)泵臺(tái)數(shù)，降負(fù)荷時(shí)過晚減少循環(huán)泵臺(tái)數(shù)。這就造成了能源浪費(fèi)。對(duì)漿液循環(huán)泵的運(yùn)行組合方式進(jìn)行優(yōu)化具有提高脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的價(jià)值。

脫硫系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)記錄了所有可測(cè)信號(hào)，包括機(jī)組負(fù)荷、原煙氣流量、原煙氣SO2濃度、凈煙氣SO2濃度、引風(fēng)機(jī)開度、吸收塔漿液pH值、吸收塔漿液液位、漿液循環(huán)泵運(yùn)行情況和石灰石供漿泵流量等，如表1所示。這些歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及一些優(yōu)化信息，如何通過分析歷史數(shù)據(jù)提取所需的優(yōu)化信息是該部分所要做的工作。最后，將提取的優(yōu)化信息總結(jié)成規(guī)則反饋到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中，從而提高漿液循環(huán)泵的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘，從大量的數(shù)據(jù)中通過算法搜索隱藏于其中的信息。數(shù)據(jù)挖掘的流程為，現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)包含很多干擾數(shù)據(jù)，通過預(yù)處理將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，輸入到數(shù)據(jù)挖掘算法中，通過數(shù)據(jù)挖掘得到的結(jié)果然后利用后處理方法進(jìn)行可視化。最后得到可以直接應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行建議。

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

脫硫系統(tǒng)歷史運(yùn)行積累的數(shù)據(jù)不僅包含人們所需的較為優(yōu)化的運(yùn)行策略，也存在許多噪聲數(shù)據(jù)和待優(yōu)化的運(yùn)行策略。評(píng)價(jià)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行情況的指標(biāo)為凈煙氣SO2濃度，該指標(biāo)為環(huán)?？己隧?xiàng)，是必須嚴(yán)格遵守的，它直接反映脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行好壞。凈煙氣SO2濃度偏高，表明此時(shí)處理效果較差，容易導(dǎo)致超標(biāo);凈煙氣SO2濃度偏低，表明此時(shí)吸收效果較好，經(jīng)濟(jì)性較差。綜上，以凈煙氣SO2濃度為限制值對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)對(duì)原始數(shù)據(jù)中的失真數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除。

2.2 數(shù)據(jù)挖掘方案和后處理

關(guān)于數(shù)據(jù)挖掘方案，擬采用聚類分析的方法分析漿液循環(huán)泵的運(yùn)行組合方式與機(jī)組負(fù)荷和入口二氧化硫濃度之間的關(guān)系，通過分類和篩選確定運(yùn)行規(guī)則。后處理是指將運(yùn)行規(guī)則以圖表的形式呈現(xiàn)出來。

對(duì)取得的未加工的脫硫系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)律將漿液循環(huán)泵運(yùn)行策略分為三類，如表2所示。

人們可以將經(jīng)過篩選后的歷史數(shù)據(jù)分別分到表2所示的三類中，形成漿液循環(huán)泵的運(yùn)行組合方式與機(jī)組負(fù)荷、入口SO2濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)取得的脫硫系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理后，通過分類和篩選，分析循環(huán)泵的組合方式與入口煙氣SO2濃度、機(jī)組負(fù)荷（或入口煙氣流量）的關(guān)系，如圖1、圖2、圖3所示。

3 漿液循環(huán)泵組合運(yùn)行優(yōu)化

優(yōu)化的漿液循環(huán)泵運(yùn)作組合方式的實(shí)施思路是：在增加或減少漿液循環(huán)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)時(shí)優(yōu)先考慮降低或增加石灰石的供漿量，達(dá)到最大的運(yùn)行節(jié)能效果。圖1、圖2和圖3是基于歷史數(shù)據(jù)得到的三大類結(jié)果，采用出口SO2濃度整點(diǎn)小時(shí)均值對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再根據(jù)漿液循環(huán)泵的運(yùn)行情況對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和篩選，最后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行策略得到以上結(jié)果，給現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行提供參考和建議。

將圖1、圖2和圖3中的三類呈現(xiàn)到一個(gè)圖上，如圖4所示。由此可以看出，三大類各自有一塊區(qū)域，將圖4所呈現(xiàn)的規(guī)律總結(jié)成現(xiàn)場(chǎng)操作人員可以參考的運(yùn)作建議。

漿液循環(huán)泵的運(yùn)行組合方式優(yōu)化建議如圖5所示，在保證吸收塔漿液池pH值維持在良好狀態(tài)的前提下（機(jī)組pH值范圍為5.0～5.4），現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員可根據(jù)圖5所示區(qū)域?qū){液循環(huán)泵的運(yùn)行組合方式進(jìn)行控制調(diào)整。

4 節(jié)能效果分析

2018年5月30日至6月28日，某公司1#機(jī)組的脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵運(yùn)行組合方式按圖5進(jìn)行了優(yōu)化，在這段時(shí)間內(nèi)，每隔1h進(jìn)行1次數(shù)據(jù)收集，共收集720h的數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。其中，功率能耗計(jì)算公式為：

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目研究了某發(fā)電公司1 000MW超超臨界機(jī)組脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵的運(yùn)行組合方式，通過分析歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，給出了優(yōu)化漿液循環(huán)泵運(yùn)行組合方式的建議并將其應(yīng)用到實(shí)際運(yùn)行過程中，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]郝潤(rùn)龍，趙毅，郭天祥.燃煤煙氣濕法脫硫系統(tǒng)模型及優(yōu)化運(yùn)行[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2016（10）：822-826.

[2]余鵬，高小春，何德明，等.石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[J].熱力發(fā)電，2007（7）：34-36.

[3]段玖祥，李小龍，蔡培，等.超低排放燃煤電廠WFGD系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行探討[J].環(huán)境工程，2017（12）：73-76.