智能化技術(shù)在發(fā)電廠(chǎng)脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用

馬俊峰 王宏偉 劉海軍 姚俊彥 范宏偉

（國(guó)電內(nèi)蒙古東勝熱電有限公司）

0 引言

傳統(tǒng)的發(fā)電廠(chǎng)面臨著嚴(yán)重的空氣污染和環(huán)境壓力。因此，尋求一種高效、可持續(xù)的脫硫技術(shù)是推動(dòng)發(fā)電廠(chǎng)可持續(xù)化的重要措施。智能化技術(shù)作為一種新興的優(yōu)化方案，正在各工業(yè)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文旨在研究智能化技術(shù)在發(fā)電廠(chǎng)脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用，并探討其對(duì)環(huán)境保護(hù)、能源效率和運(yùn)營(yíng)成本的影響。

1 發(fā)電廠(chǎng)脫硫技術(shù)概述

脫硫是一種重要的環(huán)保技術(shù)，旨在減少發(fā)電廠(chǎng)煙氣中的二氧化硫排放。二氧化硫的排放對(duì)環(huán)境和人體的健康都會(huì)造成了嚴(yán)重的影響，因此開(kāi)發(fā)和應(yīng)用脫硫技術(shù)對(duì)于保護(hù)環(huán)境和減少空氣污染非常關(guān)鍵。目前，發(fā)電廠(chǎng)常用的脫硫技術(shù)主要包括燃煤發(fā)電廠(chǎng)的煙氣濕法脫硫和干法脫硫兩種方法：

（1）煙氣濕法脫硫是一種常見(jiàn)且廣泛應(yīng)用的技術(shù)，它使用石灰石或其他堿性劑與煙氣中的二氧化硫進(jìn)行反應(yīng)，形成硫酸鈣或其他可溶性化合物。這些化合物可以被捕集并隨后分離，從而使煙氣中的二氧化硫濃度降低如圖1所示。濕法脫硫的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠高效地去除二氧化硫，且適用于各種煤種和不同發(fā)電廠(chǎng)類(lèi)型［1］。然而，礦石準(zhǔn)備、石灰石漿液準(zhǔn)備和副產(chǎn)物處理等過(guò)程也帶來(lái)了一些問(wèn)題，如資源消耗和環(huán)境污染。

圖1 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置

（2）另一個(gè)常見(jiàn)的脫硫技術(shù)是干法脫硫。這種方法使用固體吸附劑或催化劑對(duì)煙氣中的二氧化硫進(jìn)行吸附或氧化反應(yīng)如圖2所示。干法脫硫技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是操作相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要像濕法脫硫技術(shù)那樣需要耗費(fèi)大量水資源以及后續(xù)進(jìn)行較多的副產(chǎn)物處理。此外，干法脫硫技術(shù)還可以同時(shí)去除煙氣中的顆粒物和重金屬等有害物質(zhì)。然而，干法脫硫的去除效率比濕法脫硫低，并且對(duì)煤種和煙氣成分的適應(yīng)性較差。

圖2 干法脫硫

除了以上提到的兩種方法外，煤的預(yù)處理也能夠降低二氧化硫排放。采用洗選、浸出或煅燒等方法，可以在煤炭中降低硫含量，從而減少二氧化硫的生成和排放?？偟膩?lái)說(shuō)，發(fā)電廠(chǎng)脫硫技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用對(duì)于減少大氣污染和保護(hù)環(huán)境非常重要。濕法和干法脫硫技術(shù)是目前常用的方法，它們各自具有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的技術(shù)［2］。

2 傳統(tǒng)脫硫技術(shù)的局限性

2.1 成本高與能源消耗

傳統(tǒng)脫硫技術(shù)的一個(gè)顯著局限性是其會(huì)產(chǎn)生高昂的成本和較高的能源消耗。這主要是由于傳統(tǒng)脫硫技術(shù)在煤炭燃燒過(guò)程中需要使用大量的堿性劑、催化劑或固體吸附劑等材料。而這些材料的采購(gòu)?fù)度氤杀据^高，大大增加了發(fā)電廠(chǎng)的運(yùn)營(yíng)成本。以干法脫硫?yàn)槔摲ㄔ诿摿驎r(shí)需要使用較多的吸附劑或催化劑，但這些材料的采買(mǎi)成本相對(duì)較高，也就導(dǎo)致了企業(yè)生產(chǎn)成本相應(yīng)增加。其次，就是濕法脫硫的脫硫過(guò)程中需要大量水資源的支持，所以就會(huì)產(chǎn)生了較高的能源消耗。這主要是因?yàn)闈穹摿蛐枰褂么罅康那逅苽涫沂瘽{液，并且整個(gè)后續(xù)的洗滌和脫硫也需要消耗一定的水資源，所以這樣的脫硫方式并沒(méi)有真正做到可持續(xù)化，產(chǎn)生的能源消耗和生產(chǎn)并不成正比。并且脫硫過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物仍需要專(zhuān)業(yè)的設(shè)備進(jìn)行二次處理，所以導(dǎo)致發(fā)電廠(chǎng)成本負(fù)擔(dān)重，整體經(jīng)濟(jì)效益低。

2.2 副產(chǎn)物的處理

發(fā)電廠(chǎng)傳統(tǒng)脫硫過(guò)程中的副產(chǎn)物處理是一個(gè)重要的環(huán)保問(wèn)題，需要企業(yè)認(rèn)真對(duì)待，妥善進(jìn)行二次處理。而在實(shí)際工作中這類(lèi)副產(chǎn)物的處理則需要企業(yè)投入大量的資金和能源。這主要是因?yàn)楦碑a(chǎn)物的處理需要專(zhuān)業(yè)的設(shè)備，所以企業(yè)除了在生產(chǎn)設(shè)備上投入以外，還需要花費(fèi)一定的資金進(jìn)行副產(chǎn)品處理設(shè)備的投資，這也就大大增加了企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本。此外，部分副產(chǎn)物的處理并不能一次就處理干凈，仍需要再進(jìn)行二次集中處理，下表給出不同脫硫技術(shù)下的副產(chǎn)物。因此，傳統(tǒng)脫硫技術(shù)整體處理過(guò)程繁瑣，并不能為企業(yè)帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)效益，需要近一步優(yōu)化。

表 各脫硫技術(shù)效率和副產(chǎn)物對(duì)比

3 智能化技術(shù)在發(fā)電廠(chǎng)脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制

遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制是一種智能化技術(shù)在發(fā)電廠(chǎng)脫硫系統(tǒng)中的重要應(yīng)用。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硫系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理、實(shí)時(shí)監(jiān)視和遠(yuǎn)程操作，從而提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率、安全性和可靠性。首先，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)使用傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置來(lái)實(shí)時(shí)獲取脫硫系統(tǒng)中的各種關(guān)鍵參數(shù)。例如，煙氣溫度、二氧化硫濃度、濕法脫硫中的噴水流量和泵浦狀態(tài)、干法脫硫中的固體吸附劑濃度等。而傳感器會(huì)將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置將數(shù)據(jù)上傳到中央控制室或監(jiān)控系統(tǒng)。而中央控制室或監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和分析。操作人員通過(guò)圖形化界面查看脫硫系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，包括參數(shù)趨勢(shì)、警報(bào)狀態(tài)和設(shè)備運(yùn)行狀況，可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常事件，并采取相應(yīng)的措施。同時(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)也使操作人員能夠遠(yuǎn)程操作脫硫系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備和控制單元。通過(guò)遠(yuǎn)程控制功能，操作人員可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整操作參數(shù)，如濕法脫硫中的噴水流量和干法脫硫中的吸附劑投加速率。操作人員可以在中央控制室或通過(guò)遠(yuǎn)程終端遠(yuǎn)程執(zhí)行這些操作，使系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)需求進(jìn)行調(diào)整。操作人員無(wú)需親身到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況，并采取及時(shí)的操作措施。這降低了操作人員的工作風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

3.2 智能優(yōu)化控制

智能優(yōu)化控制是指利用智能化技術(shù)和算法，對(duì)發(fā)電廠(chǎng)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化、精確控制和優(yōu)化，以提高脫硫效果和降低能耗。首先，智能優(yōu)化控制的關(guān)鍵在于建立準(zhǔn)確的脫硫系統(tǒng)模型。通過(guò)對(duì)脫硫過(guò)程進(jìn)行深入分析，可以建立脫硫過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，描述各種工藝參數(shù)和操作變量之間的關(guān)系。這些模型可以基于吸收塔的質(zhì)量平衡、熱平衡以及化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)方程來(lái)構(gòu)建。此外，脫硫系統(tǒng)的模型還應(yīng)考慮煤質(zhì)特性、煙氣成分、濕度等因素的影響，以提高模型的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。

基于建立的模型，智能優(yōu)化控制系統(tǒng)可以通過(guò)實(shí)時(shí)采集和處理脫硫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，包括煙氣溫度、流量、濕度，吸收塔液位、濃度等關(guān)鍵參數(shù)。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)傳感器、儀器和控制設(shè)備進(jìn)行采集和傳輸，并送入智能化系統(tǒng)進(jìn)行分析與反饋。除了優(yōu)化控制以外，智能優(yōu)化控制系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析和優(yōu)化。例如，可以將脫硫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與其他環(huán)境參數(shù)、能耗指標(biāo)進(jìn)行整合，并通過(guò)智能化算法進(jìn)行綜合分析，找出脫硫過(guò)程的問(wèn)題和潛在的節(jié)能措施，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的能效和環(huán)保性。

3.3 故障診斷與預(yù)警

故障診斷與預(yù)警是智能化技術(shù)在發(fā)電廠(chǎng)脫硫系統(tǒng)中的重要應(yīng)用之一。該技術(shù)能夠通過(guò)監(jiān)測(cè)、分析和處理系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硫系統(tǒng)故障的及時(shí)診斷和預(yù)警，從而幫助操作人員采取相應(yīng)措施，避免或最小化系統(tǒng)故障對(duì)發(fā)電廠(chǎng)運(yùn)行造成的不利影響。為了實(shí)現(xiàn)故障診斷與預(yù)警，智能化系統(tǒng)首先需要采集并監(jiān)測(cè)脫硫系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，如煙氣溫度、二氧化硫濃度、吸收塔液位等。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置實(shí)時(shí)獲取，并傳輸?shù)街醒肟刂剖一虮O(jiān)控系統(tǒng)。一旦數(shù)據(jù)采集完成，智能化系統(tǒng)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理。通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，如數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法，系統(tǒng)可以從大量數(shù)據(jù)中提取出有用的模式、關(guān)聯(lián)和異常信息，用于故障診斷和預(yù)測(cè)。同時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)利用這些分析結(jié)果來(lái)進(jìn)行故障診斷。通過(guò)比對(duì)實(shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的故障模式或指標(biāo)，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地判斷當(dāng)前是否發(fā)生了故障，以及故障的類(lèi)型和嚴(yán)重程度。診斷的結(jié)果將會(huì)反饋給操作人員，以便他們能夠及時(shí)采取相應(yīng)的措施。并且智能化系統(tǒng)也能夠精確判斷故障的類(lèi)型和嚴(yán)重程度，為操作人員提供準(zhǔn)確的故障診斷結(jié)果，減少診斷和修復(fù)時(shí)間，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3.4 能耗監(jiān)測(cè)與優(yōu)化

能耗監(jiān)測(cè)與優(yōu)化是指通過(guò)智能化技術(shù)對(duì)發(fā)電廠(chǎng)脫硫系統(tǒng)的能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和節(jié)能減排。這一應(yīng)用在發(fā)電廠(chǎng)脫硫系統(tǒng)中具有重要意義，因?yàn)槊摿蜻^(guò)程通常需要大量的能源投入，如電力和燃料，而實(shí)現(xiàn)能耗監(jiān)測(cè)與優(yōu)化可以在降低能源消耗的同時(shí)提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性。首先，能耗監(jiān)測(cè)是能耗優(yōu)化的前提。通過(guò)智能傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置，實(shí)時(shí)采集并記錄脫硫系統(tǒng)中的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，如煙氣流量、進(jìn)出口溫度、壓力、濃度和吸收塔液位等［3］。同時(shí)，還可以監(jiān)測(cè)與能源相關(guān)的數(shù)據(jù)，如電力消耗、燃料消耗等。這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以通過(guò)內(nèi)置的數(shù)據(jù)處理和分析算法，進(jìn)行實(shí)時(shí)的能耗分析，如對(duì)能耗的統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)比較和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析。通過(guò)能耗監(jiān)測(cè)，管理人員可以了解脫硫系統(tǒng)的能耗情況，并找出潛在的能耗降低措施。而基于能耗監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析，便可以實(shí)現(xiàn)能耗優(yōu)化的實(shí)施。通過(guò)智能化技術(shù)，可以采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化算法，對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行模型建立和優(yōu)化計(jì)算，進(jìn)而找出能耗的瓶頸和潛在的節(jié)能措施。例如，在傳統(tǒng)脫硫系統(tǒng)中，鼓風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵等設(shè)備通常是能耗較高的部分，可以通過(guò)優(yōu)化其運(yùn)行策略、調(diào)整運(yùn)行參數(shù)、改進(jìn)設(shè)備效率等手段實(shí)現(xiàn)能耗降低。此外，還可以使用先進(jìn)的控制技術(shù)，如模型預(yù)測(cè)控制、優(yōu)化控制等，對(duì)系統(tǒng)整體能耗進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)最佳的能耗與性能的平衡。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能化技術(shù)的應(yīng)用為發(fā)電廠(chǎng)的管理提供了廣闊的機(jī)遇和前景。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制、智能優(yōu)化控制、故障診斷與預(yù)警以及能耗監(jiān)測(cè)與優(yōu)化等方面的應(yīng)用，智能化技術(shù)可以提高系統(tǒng)的效率、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，減少能源消耗和環(huán)境影響。同時(shí)，通過(guò)智能化技術(shù)，發(fā)電廠(chǎng)脫硫系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、精確化和智能化的運(yùn)行管理。這不僅提高了生產(chǎn)效率，降低了脫硫成本，也減少了人為操作的風(fēng)險(xiǎn)和工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)工業(yè)的優(yōu)化和改革。