基于物联网的火电厂烟气脱硝系统在线监测平台关键模型的研究

发布时间：2017-09-21 18:38

  本文关键词：基于物联网的火电厂烟气脱硝系统在线监测平台关键模型的研究

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【摘要】：目前国内对环境在线监测及分析系统的应用日益重视,其中内蒙古自治区建立的火电厂烟气脱硫环境管理平台已投入实际应用,且对工况数据具有较强的预测能力,能够及时发现机组和脱硫装置运行过程中的异常。本论文借鉴脱硫平台建设的成功经验,基于内蒙古环保专网的海量数据源,建立脱硝工艺模型作为脱硝装置运行监管、排污总量减排量核算及排污收费的依据,取代传统的较为粗放的环保管理方式,进一步提升内蒙古自治区大气固定污染源排放现有监控平台的管理及应用水平。本论文首先建立工况数据定性分析模块,按照从宽松到严格的策略对重要的工况参数层层筛选和过滤,以发现脱硝装置运行过程中的异常,并为定量模型提供可靠的输入数据。定性模块分为三个部分：一、根据各电厂脱硝装置的性能验收数据,总结出脱硝装置正常运行的情况下,液氨法SCR脱硝工艺在不同机组负荷下主要工况参数的范围。二、利用Pearson相关度评价法计算相关工况参数的关联性大小,并给出相应的关联性置信区间。三、根据脱硝操作的动态过程,分析各工况参数间的逻辑关系,作为工况数据有效性检验的补充。定量建模以金桥电厂作为基准电厂,从氮氧化物生成和排放两个角度出发。氮氧化物生成端的定量模型包括SCR入口氮氧化物浓度模型和氮氧化物生成量模型。入口浓度模型基于神经网络原理建立,确定影响氮氧化物生成的主要因素作为模型的输入参数,确定传递函数、训练函数及隐含层节点等模型参数,利用金桥电厂1#机组长期稳定运行的工况数据对模型进行训练。用训练完毕的模型对金桥1#、2#机组入口浓度进行预测,结果显示1#机组预测效果良好,2#机组预测效果略差,表明神经网络模型的结构一定时,需要依据不同的机组和运行工况进行有针对性的训练,以获得有针对性的模型。氮氧化物生成量可由入口浓度和烟气量相乘得到。氮氧化物排放端的定量模型包括脱硝效率模型、SCR出口氮氧化物浓度模型及氮氧化物排放量、减排量模型。使用菲克定律描述反应组分在催化剂孔道和微孔结构内的传质过程；以催化剂孔道作为研究对象,利用Eley-Rideal反应动力学方程和物料守恒原理,建立与反应组分浓度相关的、带边界条件的偏微分方程组。该方程组采用4阶Runge-Kutta法求解。考虑到计算量和现场实际情况得到以脱硝效率表示的简化模型,使用该模型对金桥电厂1#、2#机组及新丰电厂的脱硝效率工况数据进行预测,结果显示模型对1#、2#机组的预测精度较高,表明机理模型的精确性和可推广性要高于神经网络等黑箱模型。与金桥电厂相比,模型对新丰电厂脱硝效率的预测效果较差,表明工况数据在输入定量模型计算前必须经过定性分析模块的检验。其余排放端定量模型由入口浓度和脱硝效率较为简易地得出。以金桥电厂作为对象电厂验证脱硝工艺模型的工程应用价值,结果表明脱硝限值判断能够发现机组停运、脱硝停运、仪表故障、人为修改测点名称等异常。关联性分析能够发现氮氧化物生成量与气氨流量的关联异常。定量预测模型具有较好的实时性和准确性。入口浓度模型和脱硝效率预测效果良好,相对误差较小。由于误差叠加的影响,氮氧化物生成量和脱除量某些时段的预测偏差较大。出口浓度和排放量模型受到的影响较小,预测偏差基本在可接受的范围内。
【关键词】：环保专网 脱硝监管平台 脱硝工艺模型 神经网络 Eley-Rideal机理
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X773;X84
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 氮氧化物的危害及控制政策11
• 1.2 我国火电厂氮氧化物排放现状及控制技术11-14
• 1.3 国内外环境在线监测及分析平台现状14-16
• 1.3.1 国内研究现状14
• 1.3.2 国外研究现状14-15
• 1.3.3 内蒙古环境监管平台建设现状15-16
• 1.4 火电厂烟气脱硝系统对象模型的研究及应用现状16-17
• 1.5 研究内容和技术路线17-19
• 1.5.1 研究内容17-18
• 1.5.2 技术路线18-19
• 第二章 工况数据定性分析19-29
• 2.1 测点参数范围19-20
• 2.2 工况参数关联性分析20-26
• 2.2.1 分析方法的选择21-22
• 2.2.2 关联参数的选取22-24
• 2.2.3 关联性判断规则的建立24
• 2.2.4 关联性置信区间的确定24-26
• 2.3 工况参数逻辑分析26-28
• 2.3.1 氨储存与供应系统26
• 2.3.2 氨/空气喷雾系统26-27
• 2.3.3 SCR反应器27
• 2.3.4 其它附属设施27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 氮氧化物生成模型29-46
• 3.1 入口氮氧化物浓度模型29-44
• 3.1.1 建模方法的选择29-30
• 3.1.2 神经网络模型特征的选择30-35
• 3.1.3 模型输入变量的确定35-37
• 3.1.4 入口NOx浓度模型训练37-41
• 3.1.5 测试结果分析41-44
• 3.2 氮氧化物产生量模型44-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 脱硝工艺性能指标模型46-58
• 4.1 脱硝效率模型46-56
• 4.1.1 Eley-Rideal表面反应机理46-47
• 4.1.2 反应方程式和模型假设47-48
• 4.1.3 传质模型48-50
• 4.1.4 表面反应模型50-53
• 4.1.5 模型算法的选择53
• 4.1.6 模型的简化53-54
• 4.1.7 测试结果分析54-56
• 4.2 其它性能指标模型56-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第五章 工程应用58-72
• 5.1 系统结构与标准化模块58-60
• 5.1.1 脱硝工况平台及硬件部署情况58-59
• 5.1.2 脱硝工艺模型标准化模块建设59-60
• 5.2 污染物智能核算仪内置程序60-63
• 5.2.1 脱硝定量模型输入参数列表60-61
• 5.2.2 脱硝定量模型的Java实现61-63
• 5.3 工程应用结果分析63-71
• 5.3.1 脱硝限值判断63-64
• 5.3.2 关联性判断64-66
• 5.3.3 定量模型分析判断66-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 结论和展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间科研成果79

【参考文献】

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1 刘彦红;;浅析江苏省生态环境监控系统第三方软件测试实例[J];江苏科技信息;2015年09期

2 吴志强;张晏铭;秦浩东;;龙格—库塔方法与差分法的比较[J];成都大学学报(自然科学版);2014年04期

3 张吉香;万大娟;董洪梅;;国内外环境监测平台研究进展[J];环境研究与监测;2014年01期

4 岳鹏程;孟志东;梁晓瑜;;煤质工业分析转换元素分析数学模型研究[J];中国计量学院学报;2013年03期

5 王佩臣;袁海燕;刘鹏;宋玉琦;;有限差分法和隐式龙格库塔法求解Burgers方程[J];长春理工大学学报(自然科学版);2013年Z1期

6 李璞;;基于CFD的SCR系统结构仿真研究[J];汽车工程学报;2013年03期

7 王顶辉;王晓天;郭永红;孙保民;白涛;;燃尽风喷口位置对NO_x排放的影响[J];动力工程学报;2012年07期

8 李振;杜斌;彭林;孙鹏程;;山西省污染源自动监控系统的设计与实现[J];中国环境监测;2012年03期

9 梁伟业;;我国环境在线监测的现状及存在的问题[J];能源与环境;2012年02期

10 彭筱峻;袁文芳;朱艳芳;;生态环境监测的现状及发展趋势[J];江西化工;2009年02期

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本文编号：896223