煙氣“消白”改造項目設計參數(shù)的確定

楊彭飛，吳沖，張錫乾，王凱亮，張起

（中國華電科工集團有限公司，北京 100070）

1 研究背景

自2017年，河北、天津以及江蘇等地相繼出臺大氣污染物排放標準，提出通過采取相應技術(shù)降低煙氣溫度及含濕量，減少可溶性鹽及SO3等可凝結(jié)顆粒物的排放，進一步消除石膏雨及有色煙羽［4-11］。對于通過煙氣降溫冷凝消除石膏雨及有色煙羽的技術(shù)［12］，各地均提出了排煙溫度及含濕量的具體控制要求［13］。

對于煙氣“消白”改造項目，煤質(zhì)水分、吸收塔入口煙溫及出口煙溫等設計參數(shù)的確定，直接影響系統(tǒng)設備選型及改造成本。

常規(guī)改造項目設計參數(shù)的確定方法一般有以下2種。

（1）通過現(xiàn)場摸底試驗確定設計參數(shù)。

（2）根據(jù)機組歷史運行數(shù)據(jù)確定設計參數(shù)。

現(xiàn)場摸底試驗受試驗期間的煤質(zhì)成分、機組運行工況及氣象條件限制較大，而根據(jù)機組歷史運行數(shù)據(jù)，盲目采取最高歷史運行數(shù)據(jù)作為設計參數(shù)，改造成本較高。本文以江蘇某電廠630MW 機組煙氣消白改造為例，機組吸收塔出口煙溫可達59.50℃，較其他項目吸收塔出口煙溫偏高，達標排放溫度至少下降12.00℃，據(jù)此進行設計，工程量大，經(jīng)濟成本高，因而通過調(diào)取其全年的歷史運行數(shù)據(jù)，采用正態(tài)分布的統(tǒng)計方法，分析煤質(zhì)水分、吸收塔入口煙溫及出口煙溫的概率分布，確定項目改造的設計參數(shù)［14-15］。

2 正態(tài)分布統(tǒng)計下的設計參數(shù)

經(jīng)吸收塔噴淋后的煙氣為飽和濕煙氣或近飽和濕煙氣，本文調(diào)取了機組2017年8月至2018年8月的歷史運行數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)煙氣含濕量對應的飽和煙氣溫度平均低于顯示的排煙溫度（1.60℃），吸收塔出口煙氣為近飽和濕煙氣。同時為了便于數(shù)據(jù)的處理分析，做出如下簡化。

（1）吸收塔入口煙溫、出口煙溫只考慮機組負荷80%（500MW）以上的歷史數(shù)據(jù)。

評析： 試題以六個真實的學生認知活動情境為主線，以不同的動物呼吸系統(tǒng)或器官的結(jié)構(gòu)及功能為切入點，針對呼吸器官結(jié)構(gòu)的“是什么”、實驗現(xiàn)象的“為什么”和歸納總結(jié)的“怎么樣”三個層面進行考查。題干中已經(jīng)明確了動物呼吸的本質(zhì)的基礎上，從“為什么”層面對A草履蟲和B蚯蚓及E魚的呼吸過程分析，考查學生應用演繹推理解釋現(xiàn)象的能力。同時，對五類動物進行了呼吸的結(jié)構(gòu)或器官結(jié)構(gòu)與分類的雙重考查；再對動物呼吸的結(jié)構(gòu)和功能進行概括和總結(jié)，歸納出結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系和進化的規(guī)律。試題的綜合性充分體現(xiàn)了統(tǒng)一觀和進化觀的高度融合。

（2）采用正態(tài)分布的統(tǒng)計方法，認為發(fā)生概率小于5%的事件為小概率事件，在一次試驗中該事件是幾乎不可能發(fā)生的。

2.1 煤質(zhì)水分的確定

機組2017年8月至2018年8月的煤質(zhì)水分分布統(tǒng)計見表1。

表1 煤質(zhì)水分分布統(tǒng)計Tab.1 Coalmoisture annual distribution

根據(jù)正態(tài)分布規(guī)律可知

其中

式中：Xi為樣本；X為樣本平均值；Pi為隨機變量出現(xiàn)概率；n為樣本數(shù)量。

由式（2）、式（3），根據(jù)表1計算得：μ＝17.24℃，σ＝4.13℃。

2017年8月至2018年8月煤質(zhì)水分概率分布如圖1所示，由圖1可知，全年煤質(zhì)水分最小為5.80%，最大為30.70%，主要分布區(qū)間為9.00%～25.00%。由式（1）可知：正態(tài)分布下，橫軸區(qū)間［μ-1.96σ，μ+1.96σ］范 圍 內(nèi) 的 出 現(xiàn) 概 率 為95.44%，即煤質(zhì)水分出現(xiàn)在［9.14，25.33］范圍內(nèi)的概率為95.44%。由于發(fā)生概率小于5%的小概率事件認為在一次試驗中該事件是幾乎不可能發(fā)生的，故本項目煤質(zhì)水分可取25.00%。

圖1 煤質(zhì)水分分布概率Fig.1 Coalmoisture distribution probability

2.2 吸收塔入口煙溫的確定

機組2017年8月至2018年8月吸收塔入口煙溫分布統(tǒng)計見表2。

表2 吸收塔入口煙溫分布統(tǒng)計Tab.2 Annual distribution of tem perature at the FGD inlet

由式（2）、式（3），根據(jù)表2計算得：μ＝108.53℃，σ＝6.07℃。

機組負荷80%以上，吸收塔入口煙溫的概率分布如圖2所示。由圖可知，吸收塔入口最低煙溫94.50℃，最高煙溫124.50℃，主要分布區(qū)間在97.0～120.0℃。由式（1）可知：正態(tài)分布下，橫軸區(qū)間［μ-1.96σ，μ+1.96σ］范圍內(nèi)的出現(xiàn)概率為95.44%，即吸收塔入口煙溫出現(xiàn)在［96.60，120.40］范圍內(nèi)的概率為95.44%。由于發(fā)生概率小于5%的小概率事件認為在一次試驗中該事件是幾乎不可能發(fā)生的，故本項目吸收塔入口煙溫取120.00℃。

圖2 吸收塔入口煙溫分布概率Fig.2 Probability distribution of the temperature at the FGD inlet

2.3 吸收塔出口煙溫的確定

機組2017年8月至2018年8月吸收塔出口煙溫分布統(tǒng)計見表3。

表3 吸收塔出口煙溫分布統(tǒng)計Tab.3 Distribution of the temperature at the FGD outlet

由式（2）、式（3），根據(jù)表3計算得：μ＝54.10℃，σ＝1.73℃。

機組負荷80%以上，吸收塔出口煙溫的分布概率如圖3所示。由圖3可知，吸收塔出口最低煙溫48.20℃，最高煙溫59.50℃，主要分布區(qū)間在50.0～58.00℃。由式（1）可知：正態(tài)分布下，橫軸區(qū)間［μ-1.96σ，μ+1.96σ］范圍內(nèi)的出現(xiàn)概率為95.44%，即吸收塔出口煙溫出現(xiàn)在［50.70，57.50］范圍內(nèi)的概率為95.44%。由于發(fā)生概率小于5%的小概率事件認為在一次試驗中該事件是幾乎不可能發(fā)生的，故本項目吸收塔出口煙溫的設計參數(shù)為57.50℃，考慮到機組吸收塔出口煙溫與煙氣濕度不匹配，平均不飽和溫差為1.60℃，故本項目吸收塔出口煙溫為55.90℃，取整56.00℃，飽和濕煙氣。

圖3 吸收塔出口煙溫分布概況Fig.3 Probability distribution of the temperature at the FGD outlet

3 結(jié)束語

本文采取正態(tài)分布的統(tǒng)計方法對歷史運行數(shù)據(jù)進行分析，綜合考慮性能保證及改造成本，得出煤質(zhì)水分、吸收塔入口煙溫及出口煙溫的優(yōu)化設計參數(shù)，本次項目改造可按煤質(zhì)水分25%，吸收塔入口煙溫120.00℃，吸收塔出口煙溫56.00℃，飽和濕煙氣設計。當運行工況超出設計參數(shù)，而造成排放超標時，應適當采取控煤措施。