一种脱硫系统的优化及管理方法与流程

1.本发明涉及湿法脱硫技术领域，更具体地，涉及一种脱硫系统的优化及管理方法。

背景技术：

2.现有的电厂石灰石-石膏湿法脱硫系统，厂用电率在1.5%左右，电耗较大，脱硫系统的主要电耗集中在浆液循环泵，浆液循环泵运行组合完全依赖于脱硫操作人员的运行经验，随着机组负荷的调整，脱硫系统出口浓度也同样产生波动，这就需要脱硫系统的运行参数及浆液循环泵组合做相应的调整，通过精准管理可为脱硫系统达标排放提供保障。
3.现有技术存在的缺陷：（1）目前只是对浆液循环泵的运行过程参数如轴承温度、电机线圈温度、泵运行电流等进行检测，未对浆液循环泵的综合性能进行考评，也未对浆液循环泵的累计运行时间进行统计，无法实现精准监测和管理；（2）浆液循环泵的电机功率较大，同一台浆液循环泵的启停时间间隔较短或频繁启停会对脱硫系统电气回路的产生较大的冲击，影响脱硫系统的用电安全，频繁的启停浆液循环泵使电机存在烧坏的风险，只能通过估算来判断浆液循环泵的健康状态和启停时间间隔，无法保证浆液循环泵长期连续正常运行；（3）使用运行经验对脱硫系统进行调节的方法相对粗放，且耗费大量的人力，造成脱硫电耗较大。

技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种脱硫系统的优化及管理方法，通过脱硫系统的运行数据建立数据与机融合的脱硫效率模型，用于实际生产过程中，对脱硫系统进行实时优化，保证脱硫效率的前提下，使浆液循环泵的总电流降低，降低脱硫系统的总电耗，同时输出最优的浆液循环泵组合，供现场操作人员对浆液循环泵组合进行调整，通过边缘管理装置对浆液循环泵的启停时间间隔、累计运行时间进行统计，同时对浆液循环泵的健康状态进行监测，保证浆液循环泵的长期连续正常运行，解决了经验调节方法相对粗放、造成脱硫电耗较大的问题。
5.为解决上述问题，本发明提供一种脱硫系统的优化及管理方法，包括以下步骤：s100，实时采集浆液循环泵的电流，对比该电流值与泵电机的额定电流，判断浆液循环泵的运行状态，当该泵处于运行状态时，对其运行时间进行累计；当该泵处于停止状态时，对其停泵时间进行累计；设定浆液循环泵的启停时间间隔最小值为小时，若启停时间间隔低于小时，则该浆液循环泵将不允许启动，显示浆液循环泵的启停时间间隔；s200，采集脱硫系统历史运行数据，对采集的运行数据进行分析和预处理，得到模型数据和测试数据；s300，脱硫效率模型表达式为：，表达式中，为时刻、第种浆液循环泵组合时的脱硫效率，为运行变量向量，为时刻
的模型系数，即回归系数，提出模型系数的递推公式，建立脱硫效率的一阶差分关系与各自变量的一阶差分关系之间的数学表达式，由和建立带时变的一阶差分线性回归模型：=a(k)+b+ε；其中a(k)为k时刻的模型系数矩阵，b为常数项矩阵，ε为拟合误差项；通过带时变的一阶差分线性回归模型训练得到模型系数a(k)；一阶差分线性回归模型中引入时变算法，始终取当前时刻之前的m条数据训练模型；然后以浆液循环泵总电流最小和切换次数最少为优化目标，以达到排放要求、及优化变量上下界为约束条件，建立脱硫系统浆液循环泵组合优化模型，该模型的优化变量包含连续变量，即机组负荷，单位为mw；烟气量，单位为nm3/h；入口烟气中so2的浓度，单位为mg/nm3；液气比，单位为l/nm3；浆液ph值；浆液密度，单位为kg/m3，以及表示循环泵运行状态的二元整数变量，该二元整数变量取1时，泵状态正常，取0时，泵处于故障，该运行优化模型为混合整数非线性规划问题；s400，应用模拟自然法则的列队竞争算法求解上述混合整数非线性规划的多目标优化问题，输出浆液循环泵总电流和浓度：将时刻的脱硫运行参数代入脱硫效率模型，计算每种循泵组合方式的脱硫效率，选取时，即时刻脱硫效率大于时的第种浆液循环泵组合方式的循泵组合为达标循泵组合，然后计算达标循泵组合的总电流，取浆液循环泵总电流最小且开启的浆液循环泵的运行状态为1的组合为最优浆液循环泵组合，依据最优浆液循环泵组合在当前运行工况下的脱硫效率计算的浓度作为吸收塔出口浓度预测值，提出约束条件和脱硫系统浆液循环泵组合优化模型的表达式：；计算，即吸收塔出口处的浓度；s500，将测试数据输入到浆液循环泵组合优化模型，得到优化数据，对比测试数据与优化数据，对模型进行验证。
6.进一步地，所述s300中的模型系数的递推公式如下：取第种浆液循环泵组合经时间倒序排列后的k时刻之前的m条数据，即脱硫效率值、各变量的值、
……
，建立脱硫效率的一阶差分关系与各自变量的一阶差分关系，建立与的数学表达式：
；。
7.进一步地，所述s400中的约束条件包括：，为当前机组负荷，单位为mw，为波动范围；，为当前烟气流量，单位为nm3/h，为波动范围；，为当前入口烟气中浓度，单位为mg/nm3，为波动范围；，为当前浆液的值，为波动范围；，为当前浆液密度，单位为kg/m3，为波动范围；，为第浆液循环泵组合的浆液循环泵总电流，单位为a，为1号浆液循环泵的电流，单位为a；为2号浆液循环泵的电流，单位为a，为n号浆液循环泵的电流，单位为a；提出脱硫效率和浓度关系。
8.进一步地，脱硫效率和浓度关系为：，其中为吸收塔入口浓度，为吸收塔出口处的浓度。
9.进一步地，所述s100包括：当脱硫系统入口烟气条件发生波动时，需要调整浆液循环泵的组合状态，采用边缘管理装置对浆液循环泵的健康状态进行管理，实时评价循泵的健康状态，采集浆液循环泵的轴承温度、电机线圈温度和运行电流数据存储在数据库中，边缘管理装置直接从数据库获取数据，统计浆液循环泵的累计运行时间，当轴承温度或线圈温度超过设定值、或浆液循环泵的运行电流低于设定值、或浆液循环泵的累计运行时间超过设定值时，提示操作人员需要对浆液循环泵进行检修、维护和保养。
10.进一步地，所述s200中采集运行数据后，首先通过脱硫机理，对运行数据进行稳态检测，剔除数据中的异常值，合并变化趋势一致的同类型参数，对数据进行降维处理，最后
根据不同的浆液循环泵组合方式，将数据进行分组处理，将80%的预处理后的数据作为模型数据，用于建立模型，其余20%的数据作为测试数据，用于测试模型。
11.进一步地，运行变量向量包括所有浆液循环泵电流，单位为a；机组负荷，单位为mw；烟气流量，单位为nm3/h；入口烟气so2浓度，单位为mg/nm3；烟气氧含量，单位为%；液气比，单位为l/nm3；浆液值、浆液密度，单位为kg/m3；氧化空气流量，单位为nm3/h。
12.进一步地，所述s400中验证模型的标准为：出口浓度小于限定值，且优化后的浆液循环泵总电流不高于当前总电流值、避免频繁启停浆液循环泵，如果所有泵组合在当前工况下均不达标，系统输出当前工况超出脱硫限值，并给出报警提示。
13.进一步地，所述s200中的运行数据包括烟气量，单位为nm3/h；脱硫塔入口烟气浓度，单位为mg/nm3；液气比，单位为l/nm3；浆液ph；氧化风量，单位为nm3/h、浆液密度，单位为kg/m3；烟气含氧量，单位为%；浆液循环泵电流，单位为a；机组负荷，单位为mw。
14.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1.本发明提供一种脱硫系统的优化及管理方法，本方法包括脱硫优化方法和管理方法，通过脱硫系统的运行数据建立数据与机融合的脱硫效率模型，用于实际生产过程中，对脱硫系统进行实时优化，保证脱硫效率的前提下，输出最优的浆液循环泵组合，供现场操作人员对浆液循环泵组合进行调整，使浆液循环泵的总电流降低，降低脱硫系统的总电耗，通过边缘管理装置对浆液循环泵的启停时间间隔、累计运行时间进行统计，同时对浆液循环泵的健康状态进行监测，保证浆液循环泵的长期连续正常运行，解决了经验调节方法相对粗放、造成脱硫电耗较大的问题。
15.2.本发明提供一种脱硫系统的优化及管理方法，本优化方法采集若干条脱硫系统历史运行数据，主要包括烟气量、脱硫塔入口烟气so2浓度、液气比、浆液ph、氧化风量、浆液密度、烟气含氧量、所有浆液循环泵电流、机组负荷，对运行数据进行稳态检测，剔除数据中的异常值，合并变化趋势一致的同类型参数，对数据进行降维处理，最后根据不同的浆液循环泵组合方式，将数据进行分组处理，得到用于建立优化模型的数据，以及测试数据，将测试数据输入模型验证，若不达标则输出当前工况超出脱硫限值，并报警提示。
附图说明
16.图1为本发明实施例提供一种脱硫系统的优化及管理方法流程图。
具体实施方式
17.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
18.如图1所示，本发明提供一种脱硫系统的优化及管理方法，具体包括如下步骤：s100：实时采集浆液循环泵的电流，对比该电流值与泵电机的额定电流，判断浆液循环泵是否处于运行状态，当该泵处于运行状态时，对其运行时间进行累计；当该泵处于停
止状态时，对其停泵时间进行累计；设定浆液循环泵的启停时间间隔t最小值为小时，若启停时间间隔低于小时，则该浆液循环泵将不允许启动，同时对浆液循环泵的启停时间间隔进行显示，方便操作人员判断；s101：当脱硫系统入口烟气条件发生波动时，需要调整浆液循环泵的组合状态，采用边缘管理装置对浆液循环泵的健康状态进行管理，实时评价循泵的健康状态，采集浆液循环泵的轴承温度、电机线圈温度和运行电流等数据存储在数据库中，边缘管理装置直接从数据库获取数据，统计浆液循环泵的累计运行时间，当轴承温度或线圈温度超过设定值、或浆液循环泵的运行电流低于设定值、或浆液循环泵的累计运行时间超过设定值时，提示操作人员需要对浆液循环泵进行检修、维护和保养；s200：采集多条脱硫系统历史运行数据，该运行数据包括烟气量（nm3/h）、脱硫塔入口烟气浓度（mg/nm3）、液气比（l/nm3）、浆液ph、氧化风量（nm3/h）、浆液密度（kg/m3）、烟气含氧量（%）、浆液循环泵电流（a）、机组负荷（mw）等；对采集的运行数据进行分析和预处理，首先通过脱硫机理，对运行数据进行稳态检测，剔除数据中的异常值，合并变化趋势一致的同类型参数，对数据进行降维处理，最后根据不同的浆液循环泵组合方式，将数据进行分组处理，将80%的预处理后的数据作为模型数据，用于建立模型，其余20%的数据作为测试数据，用于测试模型；s300：以600mw机组的石灰石-石膏湿法脱硫应用场景为基础，提出脱硫效率模型表达式为：；表达式中，为时刻、第种浆液循环泵组合时的脱硫效率，为运行变量向量，该向量包括：所有浆液循环泵电流（a）、机组负荷（mw）、烟气流量（nm3/h）、入口烟气浓度（mg/nm3）、烟气氧含量（%）、液气比（l/nm3）、浆液值、浆液密度（kg/nm3）、氧化空气流量（nm3/h）等，为时刻的模型系数（即回归系数），模型系数的递推公式如下：取第种浆液循环泵组合经时间倒序排列后的k时刻之前的m条数据，即脱硫效率值、各变量的值、
……
，建立脱硫效率的一阶差分关系与各自变量的一阶差分关系，与的数学表达式如下：；
；由和建立带时变的一阶差分线性回归模型：=a(k)+b+ε；其中a(k)为k时刻的模型系数矩阵，b为常数项矩阵，ε为拟合误差项。通过带时变的一阶差分线性回归模型训练得到模型系数a(k)；一阶差分线性回归模型中引入时变算法，始终取当前时刻之前的m条数据训练模型，用于降低老数据的信息量，提升新数据的有效性；然后以浆液循环泵总电流最小和切换次数最少为优化目标，以达到排放要求、及优化变量上下界为约束条件，建立脱硫系统浆液循环泵组合优化模型，该模型的优化变量包含连续变量，即机组负荷（mw）、烟气量（nm3/h）、入口烟气中so2的浓度（mg/nm3）、液气比（l/nm3）、浆液ph值、浆液密度（kg/m3）等，以及表示循环泵运行状态的二元整数变量（取1时，泵状态正常；取0时，泵处于故障），因此，该运行优化模型为混合整数非线性规划问题；s400：应用模拟自然法则的列队竞争算法求解上述混合整数非线性规划的多目标优化问题，输出浆液循环泵的优化组合及优化后的总电流，同时预测脱硫系统出口so2的浓度，具体过程如下：将时刻的脱硫运行参数代入脱硫效率模型，计算每种循泵组合方式的脱硫效率，选取（时刻脱硫效率大于时的第种浆液循环泵组合方式）的循泵组合为达标循泵组合，然后计算达标循泵组合的总电流，取浆液循环泵总电流最小且开启的浆液循环泵的运行状态为1的组合为最优浆液循环泵组合，依据最优浆液循环泵组合在当前运行工况下的脱硫效率计算的浓度作为吸收塔出口浓度预测值，脱硫系统浆液循环泵组合优化模型表达式为：；约束条件为：，为当前机组负荷（mw），为波动范围；，为当前烟气流量（nm3/h），为波动范围；，为当前入口烟气中浓度（mg/nm3），为波动范围；，为当前浆液的值，为波动范围；，为当前浆液密度（kg/m3），为波动范围；，为第浆液循环泵组合的浆液循环泵总电流（a），为1号浆液循环泵的电流（a）；为2号浆液循环泵的电流（a），为n号浆
液循环泵的电流（a）；脱硫效率和浓度关系为：，其中为吸收塔入口浓度，为吸收塔出口处的浓度；s500：将测试数据输入到浆液循环泵组合优化模型，得到优化数据，对比测试数据与优化数据，对模型进行验证，验证标准为：出口浓度达标，小于35，且优化后的浆液循环泵总电流不高于当前总电流值、避免频繁启停浆液循环泵（同一台浆液循环泵的启停时间间隔不小于小时），如果所有泵组合在当前工况下均不达标，系统输出当前工况超出脱硫限值，并给出报警提示。
19.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种脱硫系统的优化及管理方法，其特征在于，包括以下步骤：s100，实时采集浆液循环泵的电流，对比该电流值与泵电机的额定电流，判断浆液循环泵的运行状态，当该泵处于运行状态时，对其运行时间进行累计；当该泵处于停止状态时，对其停泵时间进行累计；设定浆液循环泵的启停时间间隔最小值为小时，若启停时间间隔低于小时，则该浆液循环泵将不允许启动，显示浆液循环泵的启停时间间隔；s200，采集脱硫系统历史运行数据，对采集的运行数据进行分析和预处理，得到模型数据和测试数据；s300，脱硫效率模型表达式为：，表达式中，为时刻、第种浆液循环泵组合时的脱硫效率，为运行变量向量，为时刻的模型系数，即回归系数，提出模型系数的递推公式，建立脱硫效率的一阶差分关系与各自变量的一阶差分关系之间的数学表达式，由和建立带时变的一阶差分线性回归模型：=a(k)+b+ε；其中a(k)为k时刻的模型系数矩阵，b为常数项矩阵，ε为拟合误差项；通过带时变的一阶差分线性回归模型训练得到模型系数a(k)；一阶差分线性回归模型中引入时变算法，始终取当前时刻之前的m条数据训练模型；然后以浆液循环泵总电流最小和切换次数最少为优化目标，以达到排放要求、及优化变量上下界为约束条件，建立脱硫系统浆液循环泵组合优化模型，该模型的优化变量包含连续变量，即机组负荷，单位为mw；烟气量，单位为nm3/h；入口烟气中so2的浓度，单位为mg/nm3；液气比，单位为l/nm3；浆液ph值；浆液密度，单位为kg/m3，以及表示循环泵运行状态的二元整数变量，该二元整数变量取1时，泵状态正常，取0时，泵处于故障，该运行优化模型为混合整数非线性规划问题；s400，应用模拟自然法则的列队竞争算法求解上述混合整数非线性规划的多目标优化问题，输出浆液循环泵总电流和浓度：将时刻的脱硫运行参数代入脱硫效率模型，计算每种循泵组合方式的脱硫效率，选取时，即时刻脱硫效率大于时的第种浆液循环泵组合方式的循泵组合为达标循泵组合，然后计算达标循泵组合的总电流，取浆液循环泵总电流最小且开启的浆液循环泵的运行状态为1的组合为最优浆液循环泵组合，依据最优浆液循环泵组合在当前运行工况下的脱硫效率计算的浓度作为吸收塔出口浓度预测值，提出约束条件和脱硫系统浆液循环泵组合优化模型的表达式：；计算，即吸收塔出口处的浓度；s500，将测试数据输入到浆液循环泵组合优化模型，得到优化数据，对比测试数据与优化数据，对模型进行验证。2.根据权利要求1所述的一种脱硫系统的优化及管理方法，其特征在于，所述s300中的模型系数的递推公式如下：取第种浆液循环泵组合经时间倒序排列后的k时刻之前的m条数据，即脱硫效率值
、各变量的值、
……
，建立脱硫效率的一阶差分关系与各自变量的一阶差分关系，建立与的数学表达式：；。3.根据权利要求1所述的一种脱硫系统的优化及管理方法，其特征在于，所述s400中的约束条件包括：，为当前机组负荷，单位为mw，为波动范围；，为当前烟气流量，单位为nm3/h，为波动范围；，为当前入口烟气中浓度，单位为mg/nm3，为波动范围；，为当前浆液的值，为波动范围；，为当前浆液密度，单位为kg/m3，为波动范围；，为第浆液循环泵组合的浆液循环泵总电流，单位为a，为1号浆液循环泵的电流，单位为a；为2号浆液循环泵的电流，单位为a，为n号浆液循环泵的电流，单位为a；提出脱硫效率和浓度关系。4.根据权利要求1所述的一种脱硫系统的优化及管理方法，其特征在于，脱硫效率和浓度关系为：，其中为吸收塔入口浓度，为吸收塔出口处的浓度。5.根据权利要求1所述的一种脱硫系统的优化及管理方法，其特征在于，所述s100包
括：当脱硫系统入口烟气条件发生波动时，需要调整浆液循环泵的组合状态，采用边缘管理装置对浆液循环泵的健康状态进行管理，实时评价循泵的健康状态，采集浆液循环泵的轴承温度、电机线圈温度和运行电流数据存储在数据库中，边缘管理装置直接从数据库获取数据，统计浆液循环泵的累计运行时间，当轴承温度或线圈温度超过设定值、或浆液循环泵的运行电流低于设定值、或浆液循环泵的累计运行时间超过设定值时，提示操作人员需要对浆液循环泵进行检修、维护和保养。6.根据权利要求1所述的一种脱硫系统的优化及管理方法，其特征在于，所述s200中采集运行数据后，首先通过脱硫机理，对运行数据进行稳态检测，剔除数据中的异常值，合并变化趋势一致的同类型参数，对数据进行降维处理，最后根据不同的浆液循环泵组合方式，将数据进行分组处理，将80%的预处理后的数据作为模型数据，用于建立模型，其余20%的数据作为测试数据，用于测试模型。7.根据权利要求1所述的一种脱硫系统的优化及管理方法，其特征在于，运行变量向量包括所有浆液循环泵电流，单位为a；机组负荷，单位为mw；烟气流量，单位为nm3/h；入口烟气so2浓度，单位为mg/nm3；烟气氧含量，单位为%；液气比，单位为l/nm3；浆液值、浆液密度，单位为kg/m3；氧化空气流量，单位为nm3/h。8.根据权利要求1所述的一种脱硫系统的优化及管理方法，其特征在于，所述s400中验证模型的标准为：出口浓度小于限定值，且优化后的浆液循环泵总电流不高于当前总电流值、避免频繁启停浆液循环泵，如果所有泵组合在当前工况下均不达标，系统输出当前工况超出脱硫限值，并给出报警提示。9.根据权利要求1所述的一种脱硫系统的优化及管理方法，其特征在于，所述s200中的运行数据包括烟气量，单位为nm3/h；脱硫塔入口烟气浓度，单位为mg/nm3；液气比，单位为l/nm3；浆液ph；氧化风量，单位为nm3/h、浆液密度，单位为kg/m3；烟气含氧量，单位为%；浆液循环泵电流，单位为a；机组负荷，单位为mw。

技术总结

本发明公开了一种脱硫系统的优化及管理方法，通过脱硫系统的运行数据建立数据与机融合的脱硫效率模型，用于实际生产过程中，对脱硫系统进行实时优化，保证脱硫效率的前提下，输出最优的浆液循环泵组合，供现场操作人员对浆液循环泵组合进行调整，使浆液循环泵的总电流降低，降低脱硫系统的总电耗，通过边缘管理装置对浆液循环泵的启停时间间隔、累计运行时间进行统计，同时对浆液循环泵的健康状态进行监测，保证浆液循环泵的长期连续正常运行，解决了经验调节方法相对粗放、造成脱硫电耗较大的问题。的问题。的问题。