智能化技術在發電廠脫硫系統中的應用

馬俊峰 王宏偉 劉海軍 姚俊彥 范宏偉

（國電內蒙古東勝熱電有限公司）

0 引言

傳統的發電廠面臨著嚴重的空氣污染和環境壓力。因此，尋求一種高效、可持續的脫硫技術是推動發電廠可持續化的重要措施。智能化技術作為一種新興的優化方案，正在各工業領域得到越來越廣泛的應用。本文旨在研究智能化技術在發電廠脫硫系統中的應用，并探討其對環境保護、能源效率和運營成本的影響。

1 發電廠脫硫技術概述

脫硫是一種重要的環保技術，旨在減少發電廠煙氣中的二氧化硫排放。二氧化硫的排放對環境和人體的健康都會造成了嚴重的影響，因此開發和應用脫硫技術對于保護環境和減少空氣污染非常關鍵。目前，發電廠常用的脫硫技術主要包括燃煤發電廠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且廣泛應用的技術，它使用石灰石或其他堿性劑與煙氣中的二氧化硫進行反應，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。濕法脫硫的主要優點是能夠高效地去除二氧化硫，且適用于各種煤種和不同發電廠類型［1］。然而，礦石準備、石灰石漿液準備和副產物處理等過程也帶來了一些問題，如資源消耗和環境污染。

圖1 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置

（2）另一個常見的脫硫技術是干法脫硫。這種方法使用固體吸附劑或催化劑對煙氣中的二氧化硫進行吸附或氧化反應如圖2所示。干法脫硫技術的主要優點是操作相對簡單，不需要像濕法脫硫技術那樣需要耗費大量水資源以及后續進行較多的副產物處理。此外，干法脫硫技術還可以同時去除煙氣中的顆粒物和重金屬等有害物質。然而，干法脫硫的去除效率比濕法脫硫低，并且對煤種和煙氣成分的適應性較差。

圖2 干法脫硫

除了以上提到的兩種方法外，煤的預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?？偟膩碚f，發電廠脫硫技術的發展和應用對于減少大氣污染和保護環境非常重要。濕法和干法脫硫技術是目前常用的方法，它們各自具有優缺點，需要根據實際情況選擇合適的技術［2］。

2 傳統脫硫技術的局限性

2.1 成本高與能源消耗

傳統脫硫技術的一個顯著局限性是其會產生高昂的成本和較高的能源消耗。這主要是由于傳統脫硫技術在煤炭燃燒過程中需要使用大量的堿性劑、催化劑或固體吸附劑等材料。而這些材料的采購投入成本較高，大大增加了發電廠的運營成本。以干法脫硫為例，該法在脫硫時需要使用較多的吸附劑或催化劑，但這些材料的采買成本相對較高，也就導致了企業生產成本相應增加。其次，就是濕法脫硫的脫硫過程中需要大量水資源的支持，所以就會產生了較高的能源消耗。這主要是因為濕法脫硫需要使用大量的清水制備石灰石漿液，并且整個后續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有真正做到可持續化，產生的能源消耗和生產并不成正比。并且脫硫過程中產生的副產物仍需要專業的設備進行二次處理，所以導致發電廠成本負擔重，整體經濟效益低。

2.2 副產物的處理

發電廠傳統脫硫過程中的副產物處理是一個重要的環保問題，需要企業認真對待，妥善進行二次處理。而在實際工作中這類副產物的處理則需要企業投入大量的資金和能源。這主要是因為副產物的處理需要專業的設備，所以企業除了在生產設備上投入以外，還需要花費一定的資金進行副產品處理設備的投資，這也就大大增加了企業的運營成本。此外，部分副產物的處理并不能一次就處理干凈，仍需要再進行二次集中處理，下表給出不同脫硫技術下的副產物。因此，傳統脫硫技術整體處理過程繁瑣，并不能為企業帶來較高的經濟效益，需要近一步優化。

表 各脫硫技術效率和副產物對比

3 智能化技術在發電廠脫硫系統中的應用

3.1 遠程監控與控制

遠程監控與控制是一種智能化技術在發電廠脫硫系統中的重要應用。通過遠程監控與控制，可以實現對脫硫系統的遠程管理、實時監視和遠程操作，從而提高系統的運行效率、安全性和可靠性。首先，遠程監控系統使用傳感器和數據采集裝置來實時獲取脫硫系統中的各種關鍵參數。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、干法脫硫中的固體吸附劑濃度等。而傳感器會將這些參數轉換為電信號，并通過數據采集裝置將數據上傳到中央控制室或監控系統。而中央控制室或監控系統能夠對這些數據進行實時監視和分析。操作人員通過圖形化界面查看脫硫系統的實時狀態，包括參數趨勢、警報狀態和設備運行狀況，可以實現隨時掌握系統運行情況，及時發現異常事件，并采取相應的措施。同時，遠程監控系統也使操作人員能夠遠程操作脫硫系統的關鍵設備和控制單元。通過遠程控制功能，操作人員可以根據實際情況調整操作參數，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遠程終端遠程執行這些操作，使系統能夠根據實時需求進行調整。操作人員無需親身到達現場，就可以實時監測系統運行情況，并采取及時的操作措施。這降低了操作人員的工作風險，同時提高了系統的可靠性和安全性。

3.2 智能優化控制

智能優化控制是指利用智能化技術和算法，對發電廠脫硫系統進行自動化、精確控制和優化，以提高脫硫效果和降低能耗。首先，智能優化控制的關鍵在于建立準確的脫硫系統模型。通過對脫硫過程進行深入分析，可以建立脫硫過程的數學模型，描述各種工藝參數和操作變量之間的關系。這些模型可以基于吸收塔的質量平衡、熱平衡以及化學反應的動態方程來構建。此外，脫硫系統的模型還應考慮煤質特性、煙氣成分、濕度等因素的影響，以提高模型的準確性和適應性。

基于建立的模型，智能優化控制系統可以通過實時采集和處理脫硫系統的數據，包括煙氣溫度、流量、濕度，吸收塔液位、濃度等關鍵參數。這些數據可以通過傳感器、儀器和控制設備進行采集和傳輸，并送入智能化系統進行分析與反饋。除了優化控制以外，智能優化控制系統還可以實現與其他系統集成，實現多源數據的聯合分析和優化。例如，可以將脫硫系統的數據與其他環境參數、能耗指標進行整合，并通過智能化算法進行綜合分析，找出脫硫過程的問題和潛在的節能措施，進一步提高系統的能效和環保性。

3.3 故障診斷與預警

故障診斷與預警是智能化技術在發電廠脫硫系統中的重要應用之一。該技術能夠通過監測、分析和處理系統的運行數據，實現對脫硫系統故障的及時診斷和預警，從而幫助操作人員采取相應措施，避免或最小化系統故障對發電廠運行造成的不利影響。為了實現故障診斷與預警，智能化系統首先需要采集并監測脫硫系統的各項運行參數，如煙氣溫度、二氧化硫濃度、吸收塔液位等。這些數據可以通過傳感器和數據采集裝置實時獲取，并傳輸到中央控制室或監控系統。一旦數據采集完成，智能化系統會對數據進行實時分析和處理。通過應用先進的數據處理技術，如數據挖掘、機器學習和人工智能算法，系統可以從大量數據中提取出有用的模式、關聯和異常信息，用于故障診斷和預測。同時，系統也會利用這些分析結果來進行故障診斷。通過比對實時的運行數據和預設的故障模式或指標，系統可以準確地判斷當前是否發生了故障，以及故障的類型和嚴重程度。診斷的結果將會反饋給操作人員，以便他們能夠及時采取相應的措施。并且智能化系統也能夠精確判斷故障的類型和嚴重程度，為操作人員提供準確的故障診斷結果，減少診斷和修復時間，大大提高了系統的可靠性和穩定性。

3.4 能耗監測與優化

能耗監測與優化是指通過智能化技術對發電廠脫硫系統的能耗進行實時監測、分析和優化，以實現能源的高效利用和節能減排。這一應用在發電廠脫硫系統中具有重要意義，因為脫硫過程通常需要大量的能源投入，如電力和燃料，而實現能耗監測與優化可以在降低能源消耗的同時提高系統的運行效率和經濟性。首先，能耗監測是能耗優化的前提。通過智能傳感器和數據采集裝置，實時采集并記錄脫硫系統中的關鍵運行參數，如煙氣流量、進出口溫度、壓力、濃度和吸收塔液位等［3］。同時，還可以監測與能源相關的數據，如電力消耗、燃料消耗等。這些監測數據可以通過內置的數據處理和分析算法，進行實時的能耗分析，如對能耗的統計、數據比較和數據關聯分析。通過能耗監測，管理人員可以了解脫硫系統的能耗情況，并找出潛在的能耗降低措施。而基于能耗監測的數據分析，便可以實現能耗優化的實施。通過智能化技術，可以采用先進的數據處理和優化算法，對能耗數據進行模型建立和優化計算，進而找出能耗的瓶頸和潛在的節能措施。例如，在傳統脫硫系統中，鼓風機和循環泵等設備通常是能耗較高的部分，可以通過優化其運行策略、調整運行參數、改進設備效率等手段實現能耗降低。此外，還可以使用先進的控制技術，如模型預測控制、優化控制等，對系統整體能耗進行優化調節，實現最佳的能耗與性能的平衡。

4 結束語

智能化技術的應用為發電廠的管理提供了廣闊的機遇和前景。通過遠程監控與控制、智能優化控制、故障診斷與預警以及能耗監測與優化等方面的應用，智能化技術可以提高系統的效率、穩定性和經濟性，減少能源消耗和環境影響。同時，通過智能化技術，發電廠脫硫系統也可以實現自動化、精確化和智能化的運行管理。這不僅提高了生產效率，降低了脫硫成本，也減少了人為操作的風險和工作強度，實現了傳統工業的優化和改革。