燃煤机组超低排放环保岛协同运行优化研究

发布时间：2020-10-12 00:28

　　 我国一次能源以煤为主,煤炭燃烧过程中产生二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等多种大气污染物,对大气环境乃至人民生产生活造成了严重影响。在我国,火电行业耗煤量占煤炭总消费量的40%以上,是二氧化硫、氮氧化物、颗粒物的主要排放源。我国政府对环境保护日益重视,近年来不断加严火电厂大气污染物排放标准,同时积极推进燃煤电厂的超低排放改造工作。目前部分超低排放环保岛污染物控制系统为人工控制,参数的设置与设备的控制均依据人工经验调整。人工操作一方面可能投入过量物料,从而影响到环保岛运行过程的经济性,另一方面,存在因操作不当而造成污染物超标排放的可能。为解决上述问题,需对燃煤电厂污染物脱除过程予以科学的运行指导,将运行参数控制在合理范围内,节省污染物脱除过程中的能耗物耗,降低污染物脱除成本,实现燃煤电厂污染物的低成本高效脱除。本文以超低排放环保岛的主要装置,包括选择性催化还原脱硝装置(SCR)、干式静电除尘装置(ESP)、石灰石-石膏湿法脱硫装置(WFGD)与湿式静电除尘装置(WESP)为研究对象,针对运行参数的优化控制展开分析与讨论,研究内容总结如下:第一,分析了燃煤电厂超低排放环保岛,SCR、ESP、WFGD、WESP的污染物脱除过程,研究了各污染物脱除设备运行过程中的能耗、物耗及运行成本的影响因素,建立了污染物脱除系统运行成本计算模型。第二,基于改进关联规则算法优化脱硫系统运行参数,研究了运行参数与SO2出口浓度之间的潜在关联关系,建立脱硫系统优化运行工况库。理论研究结果表明,基于改进关联规则算法的系统优化可以有效降低SO2出口浓度,依据脱硫系统优化运行工况库调整脱硫系统运行参数,SO2出口浓度平均下降31%。第三,基于RBF神经网络建立干式静电除尘系统出口 PM浓度预测模型,获得了运行参数与PM出口浓度之间的关联关系,并以最小化运行成本为目标,采用差分进化算法求解多负荷条件下除尘系统最优运行工况。理论研究结果表明,优化后干式静电除尘系统的平均运行成本较优化前降低5.39%。第四,研究了超低排放环保岛各污染物脱除装置对于多种污染物的协同脱除作用,分析了污染物脱除过程中变量间的耦合关系,针对燃煤电厂超低排放环保岛多种污染物协同脱除过程的协同优化问题,构建了基于协同优化算法的超低排放环保岛污染物协同脱除运行工况优化框架。分别采用粒子群算法与协同优化算法求解多约束条件下各污染物脱除系统的最佳运行参数,在保证污染物排放浓度达标的前提下降低环保岛整体运行成本。通过试验,两种优化方法均能有效降低超低排放环保岛运行成本,相比之下,粒子群算法具有更高的寻优效率,而协同优化算法具有更强的寻优能力。优化结果表明,环保岛优化运行成本受到运行工况的影响而变化,随着锅炉负荷的上升而下降,随污染物浓度上升而上升。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X773
【部分图文】：

石灰石石膏湿法脱硫是目前技术较为成熟的脱硫方法之一，凭借其可靠性高，运行成??本低，脱硫效率高等优势，已成为目前使用最为广泛的脱硫方法［１２Ｍ２５］。典型的石灰石－石??膏湿法脱硫系统如图２－１所示。??「?——一??丨?｜?烟气出口??ＴｎｏｒＫｉｒｉｒｒＴｌ??Ｓｎｒｍｎｎｒ?ｆｎｌ??反应区?ｔ??烟气入口?一？?—?＿ｊ?ｔ??增压风机—??｜??铥侧?ｉｎ?云Ａ??氧化风机毯Ｔ?■■需縫票＾?一石音??图２－１石灰石－石膏湿法脱硫系统示意图??石灰石－石膏湿法脱硫系统的主要装置有吸收塔、氧化风机、浆液循环泵、浆液搅拌器、??除雾器等。脱硫反应可以总结为五个过程：??１１??

?—■＿＿？??图２－２选择性催化还原脱硝系统示意图??图２－２为典型的ＳＣＲ催化反应装置，锅炉烟气从上方入口进入反应装置，同时进入??反应的还有通过氨注入栅格喷出的氨气。烟气与氨气在整流层混合后进入ｆｉ化剂层，在催??化剂层表面发生如下化学反应：??４Ｎ０?＋４ＮＨ３?＋?０２?—?４Ｎ２＋?６Ｈ２０?（２－２４）??２Ｎ０２?＋?４?ＮＨ３?＋?０２?３Ｎ２?＋?６Ｈ２０?（２－２５）??由于锅炉烟气中包含尘粒，当烟气经过催化剂层时，部分尘粒覆盖在催化剂表面，阻??碍了?Ｎ０Ｘ＆原反应的进行，因此在催化剂层安装吹灰风机，定期吹扫催化剂表面附着的尘??粒，增大混合气体与催化剂的接触面积，提升Ｎ０Ｘ的脱除效果。??２．２．２脱硝系统脱硝效率影响因素??ＳＣＲ作为一种成熟高效的脱硝技术，在多个领域的脱硝过程中均实现了应用［１３３］。研??究人员已通过理论分析、实验验证、数值模拟、数据分析等多种方式对ＳＣＲ脱硝效率影??响因素进行了大量研究［１３４＿１３８］。ＳＣＲ脱硝效率影响因素可以归纳为以下几点：??（１）

脱硝反应器Ａ入口原烟气温度Ｉ?°Ｃ??￣脱硝反应器Ａ入口原烟气温度２?＂Ｃ??脱硝反应器Ａ入口原烟气温度３?＾??脱硝反应器Ａ入口原烟气温度４?＾??反应温度脱硝反应器Ｂ入口原烟气温度１?Ｖ??＾脱硝反应器Ｂ入口原烟气温度２?Ｖ??￣脱硝反应器Ｂ入口原烟气温度３?Ｖ??￣＂脱硝反应器Ｂ入口原烟气温度４??氨氮摩尔比?至脱硝反应器Ａ混合器氨气流量?ｋｇ＾ｈ＾??脱硝反应器Ａ入口原烟气０２含量?％??含氧量脱硝反应器Ｂ入口原烟气０；：含量?％??式静电除尘与湿式静电除尘??式静电除尘系统简介??１＃电场?２＃电场?３＃电场?４＃电场??
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本文编号：2837351