超低排放条件下湿法烟气脱硫系统能效诊断研究

作     者：冷亚娟 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：董勇

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：超低排放 湿法烟气脱硫系统 运行经济性 综合能效评价体系 能效诊断 

摘      要：近年来,随着环保标准的进一步提高,燃煤电厂大气污染物达到了超低排放甚至近零排放,大大削减了大气污染物的排放量,为我国大气环境质量改善做出了巨大贡献。石灰石-石膏湿法脱硫系统作为SO2吸收单元,其浆液循环泵、氧化风机、增压风机等大功率设备的电耗、大量石灰石消耗以及大量水分蒸发导致脱硫系统能耗大大增加。同时,各电厂之间、不同容量机组之间以及相同容量的不同机组之间污染物脱除性能与能源消耗水平参差不齐,因而行业内亟待建立一种兼顾二氧化硫脱除性能与脱硫运行经济性的综合评价体系,这对于提高电厂综合性能尤为重要。为此本文建立了湿法脱硫系统运行经济性指标数学模型,以此来探究不同参数与运行经济性之间的关系。并构建了基于改进灰色关联度方法的综合能效评价体系,诊断了某1000MW燃煤机组超低排放湿法脱硫系统不同工况下的综合能效情况。首先,介绍了石灰石-石膏湿法脱硫系统的电耗、物耗以及水耗的主要构成及数学模型,并完善了脱硫运行经济性指标脱硫效能比和单位脱硫成本。脱硫效能比的含义为每消耗单位千瓦时的电能所脱除的SO2质量,电耗包括循环浆液泵、增压风机、氧化风机等大功率设备所消耗的电能;单位脱硫成本的含义为每脱除单位质量SO2所消耗的成本。根据所采集的电厂数据,依据上述数学模型分别计算各时刻脱硫效能比和单位脱硫成本的数值,并用于后续运行经济性分析和超低排放条件下湿法脱硫系统综合能效评价的研究。其次,运用粒子群算法(PSO)对最小二乘支持向量机(LS-SVM)加以改进,以此优化核函数参数γ和惩罚因子C,构建了以脱硫效能比作为输出参数的预测模型,并验证了模型的有效性。同时,运用该预测模型,采用控制变量的方法,探究不同输入参数与运行经济性之间的关系。研究结果表明:脱硫效能比与液气比和入口烟气温度呈负相关关系,与入口 SO2浓度及入口烟气量成正相关关系。其中入口烟气量对脱硫效能比的影响最大,在入口烟气量的变化区间内,单位入口烟气量所对应的平均脱硫效能比的增加幅度为1.00kg/kW·h;液气比、入口 SO2浓度和入口烟气温度对脱硫效能比的影响程度依次递减,平均脱硫效能比增/降幅度分别为0.69kg/kW·h、0.62kg/kW·h、0.10kg/kW·h。然后,结合湿法脱硫系统运行经济性研究结论,运用数学软件MATLAB构建了基于层次分析-灰色关联度(AHP-GF)的超低排放湿法脱硫系统综合能效评价体系,并进行了通用性分析。该评价体系从运行指标、排放指标及能耗指标三方面较为全面地对超低排放湿法脱硫系统的综合性能进行评价,将通过层次分析法确定的指标权重与灰色关联度方法相结合,计算加权关联度作为综合能效值,并依据关联度将能效水平划分为四个等级。该能效评价体系的构建为超低排放湿法脱硫系统的能效诊断实例应用奠定了基础,有助于电厂根据评价结果直观地认识自身能效的薄弱环节并进行节能运行改造。最后,从运行指标、排放指标及能耗指标三方面对某1000MW燃煤机组超低排放湿法脱硫系统进行多目标评价,诊断了不同工况条件下脱硫系统综合能效特性。将脱硫系统运行数据分别按照机组负荷和入口SO2质量流量划分工况,并进行能效状况评级,研究结果表明:在超低排放条件下,不同机组负荷的能效水平情况为:800MW600MW700MW500MW;不同入口 SO2质量流量的能效水平情况为:5500kg/h3500kg/h≈4500kg/h。本文基于层次分析-灰色关联度法构建的综合评价体系对不同工况下超低排放湿法脱硫系统的能效特性进行了全面的诊断,该综合评价体系对不同容量机组具有通用性,为燃煤电厂湿法脱硫系统的节能运行提供了科学的理论指导。