固體廢棄物燃燒污染的控制方法

張媛媛,張喆

固體廢棄物燃燒污染的控制方法

張媛媛1,2,3,張喆1,2,3

1. 華北電力大學(xué)能源動力與機械工程學(xué)院, 北京 102206 2. 華北電力大學(xué)生物質(zhì)發(fā)電成套設(shè)備國家工程實驗室, 北京 102206 3. 全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司, 北京 102209

傳統(tǒng)的污染物排放控制方法控制效果較差，導(dǎo)致控制后的污染物排放量也較多，因此，本文從對噴氨量優(yōu)化控制的角度出發(fā)，首先采用相關(guān)度評價方法評價脫硝系統(tǒng)各個工況參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性，然后通過比較脫硝后煙氣的濃度含量和原始煙氣中氮氧化物的濃度含量，計算脫硝效率。確定污染物排放影響參數(shù)，并設(shè)置脫硝系統(tǒng)報警值，在此基礎(chǔ)上，引入RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立脫硝系統(tǒng)模型以及混沌離子群算法，進行軋制優(yōu)化，提高脫硝率，降低氨氣逃逸率。以便將噴氨量控制在合理范圍內(nèi)，減少火電廠污染物的排放，以此完成固體廢棄物燃燒污染物排放的控制。經(jīng)實驗結(jié)果對比，此設(shè)計的固體廢棄物燃燒污染物排放控制方法，比傳統(tǒng)的控制方法控制后的污染物排放量少，具有一定的實際應(yīng)用價值。

固體廢棄物; 燃燒污染; 控制方法

近年來，由于中國的經(jīng)濟不斷發(fā)展，燃煤電廠排放的氮氧化物大量增加，造成了嚴(yán)重的大氣污染。因此降低火電廠廢棄物的排放成為了刻不容緩的問題。

我國對環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)有一定程度的提高，要求火電廠脫硝系統(tǒng)經(jīng)濟穩(wěn)定運行，垃圾排放也必須達(dá)標(biāo)。因此，對于控制火電廠固體廢棄物燃料污染物排放控制方法的研究有一定的實用價值。在火力發(fā)電廠的實際控制中，由于SCR脫硝系統(tǒng)控制不能達(dá)到穩(wěn)定的效果，負(fù)荷的變化不能及時、快速的響應(yīng)，導(dǎo)致噴氨閥控制的變化，不僅致使噴氨閥的使用壽命降低，也因為過量的噴氨量，增加了脫硝成本和嚴(yán)重的環(huán)境污染。不難看出，傳統(tǒng)的污染物排放控制方法控制后的污染物排放量也較多，因此對固體廢棄物燃燒污染物排放控制方法進行優(yōu)化設(shè)計。

污染物控制方法主要是控制噴氨量，通過確定污染物排放影響參數(shù)和污染物排放控制模型構(gòu)建實現(xiàn)污染物排放的控制，并經(jīng)實驗結(jié)果對比，以驗證該方法較傳統(tǒng)方法對污染物排放的控制效果。

1 污染物排放參數(shù)

在對固體廢棄物燃燒污染物排放控制之前，先確定污染物排放控制的影響參數(shù)，因為火電廠煙氣脫硝過程中，會受到多種因素影響，為提高對污染物排放的控制效果，對影響脫硝效率[1]的主要參數(shù)計算。首先分析火電廠煙氣脫硝SCR化學(xué)反應(yīng)原理，如下圖所示。

圖 1 SCR化學(xué)反應(yīng)原理圖

在分析影響脫硝效率之前，對脫硝系統(tǒng)的工況參數(shù)關(guān)聯(lián)性[2]分析，為污染物排放影響參數(shù)確定提供基礎(chǔ)。根據(jù)以往火電廠脫硝系統(tǒng)的工程實踐，發(fā)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)運行參數(shù)之間的相關(guān)性為線性[3]，且相差較大。因此，采用相關(guān)度評價方法評價脫硝系統(tǒng)各個工況參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性，定義為：

在實際對工況參數(shù)關(guān)聯(lián)性計算時，根據(jù)下述過程計算：

step1：選取SCR系統(tǒng)穩(wěn)定運行時段的工況數(shù)據(jù)；

step2：以小時為單位獲取前24 h系統(tǒng)數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)；

step3：計算系統(tǒng)期望值[4]與標(biāo)準(zhǔn)差，將以正態(tài)分布數(shù)據(jù)點的區(qū)間作為相關(guān)性的置信區(qū)間；

step4：關(guān)聯(lián)性需要每一個小時計算一次，如果計算結(jié)果不在置信區(qū)間內(nèi)，則認(rèn)為沒有過濾異常數(shù)據(jù)，說明工況數(shù)據(jù)是異常的，如果計算結(jié)果在置信區(qū)間內(nèi)，則認(rèn)為工況數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性是正常的。在上述對脫硝系統(tǒng)工況參數(shù)關(guān)聯(lián)性的計算的基礎(chǔ)上，通過脫硝后煙氣和原煙氣中比較的氧化氮濃度含量，即可算出脫硝效率。脫硝效率是控制污染物排放的重要因素，其計算公式如下所示：

公式（2）中，NO為未經(jīng)過處理的氮氧化物含量，NO1代表處理后的煙氣中氮氧化物含量。

分析可知，反應(yīng)溫度、氨氮比[5]和混合氣體的流動速度對脫硝效率都有一定的影響。為減少這些影響，設(shè)置脫硝系統(tǒng)報警值，如下表所示：

表 1 脫硝系統(tǒng)報警值設(shè)置

通過上述對工況參數(shù)關(guān)聯(lián)性的計算，確定污染物排放的影響參數(shù)，并設(shè)置脫硝系統(tǒng)報警值，從基礎(chǔ)操作上減少污染物的排放，為固體廢氣物燃燒污染物排放控制提供一定的基礎(chǔ)。

2 污染物排放控制模型構(gòu)建

在上述確定污染物排放影響參數(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建污染物排放控制模型，主要目的是對噴氨量優(yōu)化控制，以對最終的污染物排放控制。為降低氮氧化物的排放，達(dá)到低排放要求，因此提高噴氨量精度[6]，從根本上減少污染物排放。引入RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立脫硝系統(tǒng)模型，并利用混沌粒子群[7]進行尋優(yōu)，以達(dá)到精確的噴氨。對脫硝噴氨量控制的過程主要有下：

首先利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立脫硝系統(tǒng)模型，假如設(shè)定優(yōu)化控制中，有個訓(xùn)練的樣本，則對全部訓(xùn)練樣本的總誤差函數(shù)將計算為：

在此基礎(chǔ)上，確定隱含層神經(jīng)元徑向基函數(shù)[8]的中心，設(shè)定RBF網(wǎng)絡(luò)輸入為：

=[(),(),(),()](4)

公式（4）中，()代表入口煙氣濃度，()代表噴氨量，()代表煙氣入口溫度，()代表系統(tǒng)的機組負(fù)荷。

通過上述過程完成脫硝系統(tǒng)模型的建立，針對噴氨量控制問題，可引入混沌離子群算法，進行軋制優(yōu)化，提高脫硝系統(tǒng)脫硝率，并降低氨氣逸出率[9]。在對脫硝噴氨量控制過程中，為避免一些粒子在迭代中發(fā)生停滯的現(xiàn)象，基于全局最優(yōu)位置，迭代后產(chǎn)生一個混沌序列[10]。最后，將存在于混沌序列中最優(yōu)的粒子位置，隨機替換為當(dāng)前粒子群中任意粒子的位置。

根據(jù)上述定義，通過對噴氨量的優(yōu)化控制，能夠有效減少污染物的排放，從而實現(xiàn)對污染物排放的控制。同時，為了證明上述方法的有效性，下一步將進行實驗論證。

3 實驗對比

實驗對比是為了證明上述設(shè)計的排放控制方法的有效性，為了保證實驗的準(zhǔn)確性，將傳統(tǒng)的污染物排放控制方法和傳統(tǒng)方法進行對比，查看兩種污染物排放控制方法的控制后的污染物排放量。

3.1 實驗方案

監(jiān)測火電廠污染物排放濃度的采樣方法依據(jù)《固定污染源中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》，排放濃度的表示與折算依據(jù)《鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》。選取某火電廠作為實驗地點，分別使用兩種方法對該火電廠的污染物排放控制。

在實驗之前，對實驗所需的脫硝系統(tǒng)的調(diào)試，確保煙道和氨噴射格中不存在雜質(zhì)及堵塞等狀況，并測試傳感器和控制系統(tǒng)正常。確認(rèn)脫硝系統(tǒng)各個模塊能夠正常工作后進行噴氨。同時，手動調(diào)節(jié)氨節(jié)流閥支管，使空氣和氨氣的氣體混合，確定機組處于高負(fù)荷點的運行狀態(tài)，確定實驗鍋爐穩(wěn)定運行后，先后在SCR系統(tǒng)出口檢查楊氣質(zhì)和氨氣值，并仔細(xì)查看煙氣溫度及煙速。

采集污染物的過程中，因為當(dāng)測量不同的氣體成分和壓力時，玻璃轉(zhuǎn)子流量計需要修正指示，其方法如下所示：

公式（5）中，Q代表在標(biāo)定狀態(tài)下，空氣的絕對溫度，簡稱：標(biāo)定介質(zhì)，即，σP、h均代表了被測量的污染物在實際測量時的絕對溫度，代表空氣在標(biāo)定狀態(tài)下的密度。

通過上述過程，完成對采集污染物示數(shù)的修正，在此基礎(chǔ)上，采用DU-56JK軟件實時對實驗數(shù)據(jù)采樣，并對采樣結(jié)果分析。

3.2 實驗結(jié)果分析

測試兩種方法的污染物排放量，以驗證兩種方法的控制效果，實驗對比結(jié)果如下所示：

圖 2 實驗對比結(jié)果

分析上圖可知，此次設(shè)計的污染物排放控制方法控制后的污染物排放量較少，因為此次設(shè)計的控制方法有效解決了火電廠污染物排放的影響因素，以及提高噴氨量優(yōu)化控制脫硝的效率，降低氨氣逃逸率，避免二次空氣污染。因此減少了污染物的排放量。而傳統(tǒng)的控制方法控制后的污染物排量較多，6次實驗的污染物排放量均比此次設(shè)計的污染物排放控制方法的污染物排放量多，說明傳統(tǒng)控制方法控制效果較差，不能達(dá)到污染物排放量控制需求。

因此，通過上述實驗，能夠證明此次設(shè)計的污染物控制方法比傳統(tǒng)方法的污染物控制方法控制后的污染物排放量少，能夠合理將火電廠的污染物控制在合理范圍內(nèi)，有效減少固體廢氣燃燒污染物的排放。

4 結(jié)語

針對傳統(tǒng)的污染物控制方法控制后的污染物排放量多的問題，設(shè)計了一種固體廢氣物燃燒污染物排放控制方法。首先對對脫硝系統(tǒng)的工況參數(shù)關(guān)聯(lián)性分析，通過比較脫硝后煙氣的濃度和原始煙氣中氮氧化物的濃度，計算脫硝效率。確定污染物控制的影響因素，然后利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立脫硝系統(tǒng)模型，對噴氨量進行優(yōu)化控制，提高脫硝系統(tǒng)的脫硝率與減少氨氣的逃逸率，目的是將噴氨量控制在合理范圍內(nèi)，以減少污染物的排放，以此完成對污染物排放的控制。實驗對比結(jié)果表明，此次設(shè)計的污染物控制方法比傳統(tǒng)的控制方法控制后的污染物排放量少，具有一定的實際應(yīng)用意義。但是隨著脫硝系統(tǒng)的不斷發(fā)展，需要對脫硝系統(tǒng)的控制方面深入研究，在日后研究中，可以引入更多的被控對象，以提高污染物排放的控制效果。

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The Controlling Method for Combustion Pollution of Solid Wastes

ZHANG Yuan-yuan1,2,3, ZHANG Zhe1,2,3

1.102206,2.102206,3.102209,

Traditional control method of the pollutants discharge control effect is poorer, lead to control emissions also more, therefore, this article from the perspective of optimal control on the ammonia injection quantity, first using relevance evaluation method and evaluation of denitration system correlation between various operating conditions, and then by comparing the denitration after the concentration of the flue gas content and the original, the concentration of the concentration of nitrogen oxide in flue gas denitration efficiency calculation.Influence parameters of pollutant discharge were determined and alarm value of denitrification system was set. On this basis, RBF neural network was introduced to establish denitrification system model and chaotic ion group algorithm, and rolling optimization was carried out to improve denitrification rate and reduce ammonia escape rate.In order to control the amount of ammonia within a reasonable range, reduce the emission of pollutants from thermal power plants, so as to complete the control of the emission of pollutants from solid waste combustion.Compared with the traditional control method, the proposed control method of solid waste combustion pollutant discharge is less than the traditional control method, which has certain practical application value.

Solid wastes; combustion pollutant; controlling method

X51

A

1000-2324(2020)03-0475-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2020.03.016

2018-11-02

2019-02-18

中央大學(xué)基礎(chǔ)研究基金(2017MS026)

張媛媛(1985-),女,博士研究生,主要研究方向為污染物控制. E-mail:zyy19851130@126.com