CN102580513A - 火电厂烟气脱硫过程模拟优化*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，由服务器和客户端组成。先建立石灰石—石膏湿法烟气脱硫模型，实现脱硫过程的模拟，用多目标归一化优化法将人工设定的工况进行优化模拟筛选出各个工况下最优的操作条件封装成一个优化操作数据库。服务器监控经由SIS数据库发送的DCS***的实时数据文件，并以数据库检索的方式，寻找优化操作数据库中的匹配记录，然后将实时数据和相关建议发送到客户端供用户查看。服务器和客户端通过局域网实现连接和用户管理。本***为火电厂脱硫***提供优化控制平台，在不直接操作DCS***的情况下，为操作人员提供优化的操作建议和预警，从而提高脱硫***的正常运转率、脱硫效率和SO2排放浓度达标率。
Description
技术领域
本发明涉及一种火电厂烟气脱硫过程模拟优化***软件，具体的说是一种燃煤电厂石灰石—石膏湿法烟气脱硫装置的过程模拟优化和在线数据查看***软件。
背景技术
为了保护环境，需要控制燃煤电厂的 
排放。目前控制燃煤电厂
排放的途径主要有燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫3种。燃烧后脱硫即烟气脱硫是目前控制
最行之有效的途径，也是国际上普遍采用的一种方式。在烟气脱硫方法中石灰石—石膏湿法烟气脱硫是目前普遍采用的技术。
石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺以石灰石(
)作为碱性脱硫吸收剂。石灰石块料经预破碎进入球磨机与水混合，磨成浆状，通过泵输送至脱硫吸收塔中。新鲜的脱硫剂进入吸收塔的浆液池与循环浆液混合，循环浆液经泵提升至塔顶喷淋层，由喷嘴分散成雾状液滴，雾状浆液液滴在下落过程中与酸性烟气混合接触，浆液液滴中的碳酸钙与烟气中的
进行一系列的物理化学的吸收反应生成亚硫酸钙，同时伴随着 pH值降低，亚硫酸钙在吸收塔浆池与鼓入的氧化空气中的氧气发生进一步反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶析出最终生成石膏(CaSO4·H2O)。脱硫后的烟气经除雾器除去烟气携带的细小液滴排入烟囱。吸收塔排出的石膏浆液经脱水***浓缩脱水后，石膏作为副产品出售，废水经简单处理后部分回用，排出的废水经处理后达标排放。全流程主要包括吸收塔***、 石灰石浆液制备***、石膏脱水处理***。
石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺较为先进，初投资费用高，运行和维护费用也相当高，并且***可用率不高。为了预测该脱硫工艺过程的性能和选择最佳设计和运行参数，需要开发优化控制软件。美国电力研究协会(EPRI)开发了一种名为“FGD工艺过程整体化和模拟模型”，但该***收费昂贵。
因此申请人自主开发了火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，该***可以实现对石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺的现场数据收集，并基于现场数据进行优化模拟，为操作人员提供操作建议。
专利申请大型燃煤电厂烟气脱硫控制***（申请号CN200610116579.3）提出了一套石灰石—石膏湿法烟气脱硫仿真控制***。该***通过对现场信号的仿真计算，然后输出信号直接操作DCS***完成对实际设备的控制。经过项目组人员考察，火电厂工作人员表示工业装置需要很高的稳定性，直接操作DCS容易对***造成冲击，并且DCS芯片操作负荷加大，容易造成***失灵，万一仿真模拟***对现场信号判断不准确将有可能出现安全事故，因此该过程存在较大安全隐患。鉴于此，本发明将模拟优化结果输送到客户端供操作人员参考，而不直接操作DCS***，避免了对设备的冲击。
发明内容
本发明的目的在于提供一种火电厂烟气脱硫过程模拟优化***用于燃煤电厂石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺的模拟优化。在无直接操作DCS控制***的情况下，为石灰石—石膏湿法烟气脱硫装置提出优化的操作条件供操作人员参考，克服了石灰石—石膏湿法烟气脱硫装置运行操作难的问题，避免直接操作DCS***对设备的冲击，提高脱硫***的正常运转率。
本发明的目的是这样实现的，所述火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于包括：
1） 火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟模型；
2） 火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟优化数据库；
3） 火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟优化软件***，包括“服务器”和“客户端”两部分。
所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟模型包含烟气脱硫工艺简化模型和脱硫塔设备模拟模型。
所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟优化数据库包含以火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟模型为基础，以“脱硫效率达到95%以上且SO2排放浓度稳定低于105mg/L”为目标得到的多目标优化数据，以及这些优化数据建立的基本数据库。
所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟优化软件***包含具有SIS数据接收处理、数据库访问及数据更新、优化控制模式查找匹配、控制信息发送、日志管理功能的“服务器”，以及具有控制信息接收、控制信息显示、控制信号预警提示功能的“客户端”。
所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的脱硫塔设备模拟模型包含浆液下落运动模型、液滴碰撞模型、SO2吸收模型、浆液滴中石灰石溶解与亚硫酸钙结晶模型。
所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的“服务器”数据库访问及数据更新是以火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟优化数据库为基础优化控制数据，以实际采集的具有参照价值的实际操作数据为校正参数，实时把校正参数写入数据库中，并在访问数据库时对基础优化控制数据进行修正，当SIS传出数据，以CSV格式存入固定路径，服务器监控并读取CSV文件中的数据，服务器查找数据库中最佳匹配的控制参数，并发送给客户端，一方面客户端接收数据，并进行显示、警告提示；另一方便服务器判别实际控制参数是否有参考价值，若有写入数据库，并回到服务器监控并读取CSV文件中的数据。
所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的“服务器”在办公局域网中接入并提供优化控制信息，从而解决了直接操作DCS***造成芯片的负载过重等安全性问题，同时“客户端”接收“服务器”的数据并在实际工艺控制流程图上的节点中显示出来，供操作人员参考。
所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的“服务器”优化控制模式查找匹配功能包含通过访问火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟优化数据库，查找与实际运行参数最相近的匹配控制方式，并提出控制建议，并通过控制信息发送功能把数据发送给局域网内的所有客户端。
所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的液滴碰撞模型中包含的如下假定条件和方程：
1） 液滴进入新一层喷淋层时只发生一次碰撞；
2） 
，其中d i 为液滴的直径；
3） 
，其中N为每层液滴数，
为每个液滴与上一层下落液滴的碰撞概率。
本发明所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***用于燃煤电厂石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺的模拟优化方法，包括如下步骤：
1、建立脱硫过程数学模型
为建立一个能指导工程实践的烟气脱硫模型，从工程实践意义的角度对脱硫过程作了简化，模型的具体前置条件如下：
1)假设烟气处于理想状态，忽略因水蒸气的蒸发及物质的吸收而导致烟气流速的改变；
2)浆液滴下落过程以球形、直线下落状态考虑，浆液滴之间的相互影响以表面更新的效果考虑，以表面暴露时间反应。不考虑因蒸发而导致浆液滴尺寸的改变及浆液滴变形对拽力系数的影响；
3)烟气中的SO2、CO2进入浆液后分别以水合二氧化硫和水合二氧化碳形式存在，忽略烟气中CO2对浆液滴中CO2解吸的影响；
4)浆液滴、浆液池内局部的电荷平衡与化学平衡在瞬时达到，而吸收、传质、溶解、结晶以及化学反应等需要一个过程；
5)由于烟气中的含氧量不高，而且浆液滴在喷淋塔内吸收区的停留时间有限，因此不考虑自然氧化过程；
6)浆液滴下落过程，不考虑六价硫总量的变化，忽略吸收区的CaSO4溶解和结晶过程；
7)认为气相流场在径向是均匀的，只考虑气相在轴向上SO2浓度的变化。忽略烟气上行过程中，浆液池对SO2的吸收作用；
8)假设浆液池内混合均匀；
9)忽略浆液池内空气在氧化过程中O2浓度的变化；
根据SO2在塔内吸收反应情况中将喷淋吸收塔分为吸收区段(喷淋区以下至浆液池液面以上区域)、氧化区段(浆液池区域)
吸收区段的基本吸收单元是浆液滴。浆液滴在下落过程中，伴随着SO2的吸收、液滴内石灰石溶解、CO2的解吸等一系列的化学反应和传递过程。
（1） 浆液滴下落运动模型
把液滴下降当作固体球体在气体中的下落进行处理。下落过程中，液滴运动满足：
其中：曳力系数
（2） 液滴碰撞方程
只考虑液滴进入新一层喷淋层时只发生一次碰撞，假设每层均有N个液滴，每个液滴与上一层下落液滴的碰撞概率为
，则有如下方程：
（3） SO2吸收模型
浆液滴中SO2的扩散传质过程将浆液滴作为喷淋塔的基本吸收单元来描述吸收过程。SO2在浆液滴表面被吸收，传质通量方程式为：
浆滴中SO2的吸收反应过程，总四价硫(
，
，
，和
)在浆滴中的变化方程：
总钙（
，
，
和
)在浆滴中的变化方程：
总碳（
，
，和
)在浆滴中的变化方程：
（4） 浆液滴中石灰石溶解与亚硫酸钙结晶模型
石灰石溶解速度反应式：
其中
将上述的脱硫模型利用图1计算框图编程计算可以得到一定工况下脱硫塔内各组分浓度分布和各流股的流量。单个工况的模拟计算是脱硫操作优化的基础。
2、脱硫过程多目标优化
多目标函数一般方程如下：
在多目标优化问题中，一般式的加权和方法进行多目标归一化处理得：
设定优化条件：SO2减排量最大的同时电耗最低，并满足脱硫效率达到一定数值或SO2排放浓度低于某一设定值的要求。由于该优化条件为多目标优化，因此采用权重法进行归一处理，以排污费和电费作为权重，归一后目标为经济效益。
以不同烟气流量、SO2入口浓度、pH值、烟气入口压力组合作为人工设定的工况，利用建立好的脱硫过程模型，通过改变各个循环浆液泵的开启组合达到预定目标。筛选出各个工况下最优的操作条件。
优化过程还发现，某些工况即使在各个浆液循环泵全部投入运行时，还可能出现SO2不能达标排放的情况。例如在循环浆液pH值低于5.2或pH值低于5.4且烟气中总SO2较多时会出现不能符合优化条件的情况，此时应采取调节pH的方式来补救，如增加石灰石浆液的供应量。
3、建立优化操作数据库
根据实际尽量选取能覆盖实际工况范围的工况条件，如
烟气流量：低于800 kNm3/hr ~高于1500kNm3/hr，变化步长100 kNm3/hr；
烟气入口SO2浓度：低于800 mg/Nm3~高于5000mg/Nm3，变化步长600mg/Nm3；
pH值：低于5.2~高于5.8，变化步长0.2；
烟气入口表压：-1000Pa~1000Pa，变化步长200 Pa。
将各工况组合输入优化模拟***，得到以各个循环浆液泵的开启组合为结果的优化操作数据库。将工况组合条件与优化操作数据库封装成一个数据包。该数据库包含当各个浆液循环泵全部投入运行时，还不能达到优化条件的情况。比如，当pH值低于5.2，应立即增加石灰石浆液的供应量；pH值应尽量控制在5.4-5.6之间，以确保***优化运行，保证脱硫效率或出口烟气浓度达到相关要求，以及保持石灰石与电能消耗之间的平衡等建议。
4、将流程优化***接入火电厂办公局域网
结合脱硫***的控制特点，如时滞性强、浆液中含固量高易堵塞、***联锁保护严格和***设备安全运行要求高等，本文采用从OA局域网上的SIS采集控制***数据，并通过编写优化控制软件给出相应的***提示，由相应的管理人员给控制室发出指定，进行人工干预调整控制***。
流程优化控制的实现过程包括以下三个步骤：
1) 通过SIS数据库接口，把脱硫***关键参数的数据打包，并按一定的结构生成csv文件，并传送至流程模拟优化控制服务器下的特定文件夹下；
2) 流程模拟优化控制服务器程序负责对特定文件夹下的csv进行监控，若文件改变则读取数据并根据相关的优化控制条件进一步处理，以数据库检索的方式，寻找匹配的记录，并生成相关信息，最后在OA局域网内广播优化控制的相关消息，以便客户端进行接收；
3) 流程模拟优化控制客户端程序（可安装在任何一台电脑中）在办公网内接收优化控制信息提示，相关管理人员可根据提示给控制室下达控制调整指令。
5、火电厂烟气脱硫过程模拟优化***软件
将上一步流程优化控制三个步骤可视化，形成可操作的软件***。即火电厂烟气脱硫过程模拟优化***软件，该软件由“服务器”和“客户端”组成。
“服务器”监控经由SIS数据库发送的DCS***的实时数据文件，实时读取更新的数据并进行分析，然后将数据和优化结果发送到“客户端”。“客户端”接收从“服务器”的实时数据和相关建议，并在“客户端”软件界面上供用户查看。“服务器”和“客户端”通过局域网实现连接和用户管理。
“服务器”包含文件监控、数据读取、模拟优化、数据发送、预警提示、日志管理、用户管理等模块。其主要功能是SIS数据接收处理、数据库访问及数据更新、优化控制模式查找匹配、控制信息发送、日志管理等。当服务器监控的文件数据发生更改，并且在服务器程序分析之后如果建议采用不同的策略时，服务器会报警并根据分析结果及时弹出一个建议框。主界面会显示最近的几条有变动的数据，并会在数据库中记录所有发生变动的数据及相关建议。主界面的少数的数据方便用户快速的回顾最近的历史数据，并且通过双击数据可以查看具体的建议。
“客户端”包含“服务器”连接、控制信息接收、控制信息显示、控制信号预警提示、数据查询、曲线绘制、日志管理等模块。其主要功能是数据的接收、数据的查询、数据的显示、曲线的显示和预警提示。实时曲线和数据查询的内容包括烟气流量、
入口浓度、pH值、压力、脱硫效率（实际脱硫效率、预计脱硫效率、误差）及
出口浓度等的实时数据变化趋势，并能实时计算出其各自的最大值、最小值和平均值。用户还可以查看一个小时以内的历史曲线。
6、模拟优化***学习功能
“服务器”记录实时工况数据，并记录具有一定参考价值工况的实际操作方式，并写入数据库中。在下次同一种工况出现时，优化控制的提示将以数据库中优化数据为基础，采用数据库所收集的历史参考数据进行校正，并提示给操作人员。经过一段时间后，原先模拟计算得到的优化操作数据库将得到进一步优化。
本发明的技术创新点在于，本发明由服务器和客户端组成。先建立石灰石—石膏湿法烟气脱硫模型，实现脱硫过程的模拟，用多目标归一化优化法将人工设定的工况进行优化模拟筛选出各个工况下最优的操作条件封装成一个优化操作数据库。服务器监控经由SIS数据库发送的DCS***的实时数据文件，并以数据库检索的方式，寻找优化操作数据库中的匹配记录，然后将实时数据和相关建议发送到客户端供用户查看。服务器和客户端通过局域网实现连接和用户管理。本***为火电厂脱硫***提供优化控制平台，在不直接操作DCS***的情况下，为操作人员提供优化的操作建议和预警，从而提高脱硫***的正常运转率、脱硫效率和SO2排放浓度达标率。
本发明的技术有益效果：
1、以理论模型出发建立基本的脱硫过程模型，能最大限度的适应于各火电厂。
2、将优化操作条件封装成数据库，实际应用中仅以查找方式匹配，反应灵敏，减少了由于模拟计算造成的迟滞。
3、将“服务器”模拟优化***放置于主机服务器上，“客户端”所在个人电脑不承担优化计算任务，只接收“服务器”数据。
4、软件界面操作简单，数据连接方便。仅做一次优化匹配即可将所得结果共享到个人电脑，便于操作人员和管理人员共同管理。
5、“客户端”仅提供数据查询和操作建议，避免直接操作DCS***对设备的冲击。
6、“服务器”的数据可以通过“客户端”或者浏览器查看，方便管理。
7、当模拟优化***与特定脱硫设备充分磨合、学习后，可将模拟优化***接入DCS操作***，实现自动化操作。
附图说明
图1是本发明SO2吸收模型整体编程计算框图。
图2是本发明客户端界面图。
图3是客户端分析曲线示例：入口烟气流量脱硫效率关系优化曲线图。
图4是服务器主界面图。
图5是服务器建议框举例图。
具体实施方式
火电厂烟气脱硫过程模拟优化***用于燃煤电厂石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺的模拟优化方法，包括如下步骤：
1、建立脱硫过程数学模型
烟气脱硫模型的具体前置条件如下：
1)假设烟气处于理想状态，忽略因水蒸气的蒸发及物质的吸收而导致烟气流速的改变；
2)浆液滴下落过程以球形、直线下落状态考虑，浆液滴之间的相互影响以表面更新的效果考虑，以表面暴露时间反应；不考虑因蒸发而导致浆液滴尺寸的改变及浆液滴变形对拽力系数的影响；
3)烟气中的SO2、CO2进入浆液后分别以水合二氧化硫和水合二氧化碳形式存在，忽略烟气中CO2对浆液滴中CO2解吸的影响；
4)浆液滴、浆液池内局部的电荷平衡与化学平衡在瞬时达到，而吸收、传质、溶解、结晶以及化学反应等需要一个过程；
5)由于烟气中的含氧量不高，而且浆液滴在喷淋塔内吸收区的停留时间有限，因此不考虑自然氧化过程；
6)浆液滴下落过程，不考虑六价硫总量的变化，忽略吸收区的CaSO4溶解和结晶过程；
7)认为气相流场在径向是均匀的，只考虑气相在轴向上SO2浓度的变化；忽略烟气上行过程中，浆液池对SO2的吸收作用；
8)假设浆液池内混合均匀；
9)忽略浆液池内空气在氧化过程中O2浓度的变化；
根据SO2在塔内吸收反应情况中将喷淋吸收塔分为吸收区段、氧化区段；
吸收区段的基本吸收单元是浆液滴；浆液滴在下落过程中，伴随着SO2的吸收、液滴内石灰石溶解、CO2的解吸等一系列的化学反应和传递过程；
（5） 浆液滴下落运动模型
把液滴下降当作固体球体在气体中的下落进行处理；下落过程中，液滴运动满足：
其中：曳力系数
（6） 液滴碰撞方程
只考虑液滴进入新一层喷淋层时只发生一次碰撞，假设每层均有N个液滴，每个液滴与上一层下落液滴的碰撞概率为
，则有如下方程：
（7） SO2吸收模型
浆液滴中SO2的扩散传质过程将浆液滴作为喷淋塔的基本吸收单元来描述吸收过程；SO2在浆液滴表面被吸收，传质通量方程式为：
浆滴中SO2的吸收反应过程，总四价硫(SO2，HSO- 3，SO2- 3，和CaSO4)在浆滴中的变化方程：
总钙（
，
，
和
)在浆滴中的变化方程：
总碳（
，
，
和
)在浆滴中的变化方程：
（8） 浆液滴中石灰石溶解与亚硫酸钙结晶模型
石灰石溶解速度反应式：
其中
将上述的脱硫模型利用图1吸收模型整体编程计算可以得到一定工况下脱硫塔内各组分浓度分布和各流股的流量；单个工况的模拟计算是脱硫操作优化的基础；
2、脱硫过程多目标优化
多目标函数一般方程如下：
在多目标优化问题中，一般式的加权和方法进行多目标归一化处理得：
设定优化条件：SO2减排量最大的同时电耗最低，并满足脱硫效率达到一定数值或SO2排放浓度低于某一设定值的要求；采用权重法进行归一处理，以排污费和电费作为权重；
以不同烟气流量、SO2入口浓度、pH值、烟气入口压力组合作为人工设定的工况，利用建立好的脱硫过程模型，通过改变各个循环浆液泵的开启组合达到预定目标；筛选出各个工况下最优的操作条件；
3、建立优化操作数据库
根据实际尽量选取能覆盖实际工况范围的工况条件，
烟气流量：低于800 kNm3/hr ~高于1500kNm3/hr，变化步长100 kNm3/hr；
烟气入口SO2浓度：低于800 mg/Nm3~高于5000mg/Nm3，变化步长600mg/Nm3；
pH值：低于5.2~高于5.8，变化步长0.2；
烟气入口表压：-1000Pa~1000Pa，变化步长200 Pa；
将各工况组合输入优化模拟***，得到以各个循环浆液泵的开启组合为结果的优化操作数据库；将工况组合条件与优化操作数据库封装成一个数据包；该数据库包含当各个浆液循环泵全部投入运行时，还不能达到优化条件的情况；当pH值低于5.2，应立即增加石灰石浆液的供应量；pH值应尽量控制在5.4-5.6之间，以确保***优化运行，保证脱硫效率或出口烟气浓度达到相关要求，以及保持石灰石与电能消耗之间的平衡等建议；
4、将流程优化***接入火电厂办公局域网
采用从OA局域网上的SIS采集控制***数据，并通过编写优化控制软件给出相应的***提示，由相应的管理人员给控制室发出指定，进行人工干预调整控制***；
流程优化控制的实现过程包括以下三个步骤：
1) 通过SIS数据库接口，把脱硫***关键参数的数据打包，并按一定的结构生成csv文件，并传送至流程模拟优化控制服务器下的特定文件夹下；
2) 流程模拟优化控制服务器程序负责对特定文件夹下的csv进行监控，若文件改变则读取数据并根据相关的优化控制条件进一步处理，以数据库检索的方式，寻找匹配的记录，并生成相关信息，最后在OA局域网内广播优化控制的相关消息，以便客户端进行接收；
3) 流程模拟优化控制客户端程序在办公网内接收优化控制信息提示，相关管理人员可根据提示给控制室下达控制调整指令；
5、火电厂烟气脱硫过程模拟优化***软件
将上一步流程优化控制三个步骤可视化，形成可操作的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***软件，该软件由“服务器”和“客户端”组成；
“服务器”监控经由SIS数据库发送的DCS***的实时数据文件，实时读取更新的数据并进行分析，然后将数据和优化结果发送到“客户端”；“客户端”接收从“服务器”的实时数据和相关建议，并在“客户端”软件界面上供用户查看；“服务器”和“客户端”通过局域网实现连接和用户管理；
“服务器”包含文件监控、数据读取、模拟优化、数据发送、预警提示、日志管理、用户管理模块；用于SIS数据接收处理、数据库访问及数据更新、优化控制模式查找匹配、控制信息发送、日志管理；当服务器监控的文件数据发生更改，并且在服务器程序分析之后如果建议采用不同的策略时，服务器会报警并根据分析结果及时弹出一个建议框；主界面会显示最近的几条有变动的数据，并会在数据库中记录所有发生变动的数据及相关建议；主界面的少数的数据方便用户快速的回顾最近的历史数据，并且通过双击数据可以查看具体的建议；
“客户端”包含“服务器”连接、控制信息接收、控制信息显示、控制信号预警提示、数据查询、曲线绘制、日志管理模块；用于数据的接收、数据的查询、数据的显示、曲线的显示和预警提示，实时曲线和数据查询的内容包括烟气流量、SO2入口浓度、pH值、压力、脱硫效率及SO2出口浓度等的实时数据变化趋势，并能实时计算出其各自的最大值、最小值和平均值；用户还可以查看一个小时以内的历史曲线；
6、模拟优化***学习功能
“服务器”记录实时工况数据，并记录具有一定参考价值工况的实际操作方式，并写入数据库中；在下次同一种工况出现时，优化控制的提示将以数据库中优化数据为基础，采用数据库所收集的历史参考数据进行校正，并提示给操作人员；经过一段时间后，原先模拟计算得到的优化操作数据库将得到进一步优化。
实施例
针对一座配置4台浆液循环泵的四层喷淋烟气脱硫吸收塔。烟气流量的波动范围为800 ~ 1500kNm3/hr。烟气入口SO2浓度波动范围为800 ~ 5000mg/Nm3。烟气入口表压波动范围为-1000~1000Pa。
1、建立优化操作数据库
按说明书编写脱硫过程计算模型。
根据相关脱硫政策、排放标准等约束性指标设定优化目标：SO2减排量最大的同时电耗最低，并满足脱硫效率达到95%或SO2排放浓度低于105mg/L的要求。采用权重法进行归一处理，以排污费和电费作为权重，归一后目标为经济效益。
设定主要工况波动范围及变化步长：
烟气流量：低于800 kNm3/hr ~高于1500kNm3/hr，变化步长100 kNm3/hr；
烟气入口SO2浓度：低于800 mg/Nm3~高于5000mg/Nm3，变化步长600mg/Nm3；
pH值：低于5.2~高于5.8，变化步长0.2；
烟气入口表压：-1000Pa~1000Pa，变化步长200 Pa。
以不同烟气流量、SO2入口浓度、pH值、烟气入口压力组合作为基本工况，利用建立好的脱硫过程模型，通过改变四个循环浆液泵的开启组合达到预定目标。筛选出各个工况下最优的操作条件。
将各工况组合输入优化模拟***，得到以四个循环浆液泵的开启组合为结果的优化操作数据库。将工况组合条件与优化操作数据库封装成一个数据包。该数据库包含当各个浆液循环泵全部投入运行时，还不能达到优化条件的情况。比如，当pH值低于5.2，应立即增加石灰石浆液的供应量；pH值应尽量控制在5.4-5.6之间，以确保***优化运行，保证脱硫效率或出口烟气浓度达到相关要求，以及保持石灰石与电能消耗之间的平衡等建议。
2、将流程优化***接入工业装置
1) 通过SIS数据库接口，把脱硫***关键参数的数据打包，并按一定的结构生成csv文件，并传送至流程模拟优化控制服务器下的特定文件夹下；
2) 流程模拟优化控制服务器程序负责对特定文件夹下的csv进行监控，若文件改变则读取数据并根据相关的优化控制条件进一步处理，以数据库检索的方式，寻找优化操作数据库中匹配的记录，并生成相关信息，最后在OA局域网内广播优化控制的相关消息，以便客户端进行接收；
3) 流程模拟优化控制客户端程序（可安装在任何一台电脑中）在办公网内接收优化控制信息提示，相关管理人员可根据提示给控制室下达控制调整指令。
3、客户端界面操作
火电厂烟气脱硫过程模拟优化***客户端接收从服务器发送过来的实时数据和相关建议。在客户端将实时数据显示在主界面背景图相对应的位置，如图2所示。
（1）客户端可以布置到局域网内的多个主机，使用的时候只需在“***/连接…”对话框，输入服务器所在主机的IP地址，连接即可。不需要接收服务器的数据时，通过“***/断开…”可弹断开连接。
（2）客户端提供实时曲线图和实时数据列表，在实时曲线图中可以方便地查看实时的数据变化趋势，而实时数据列表则存储这与实时曲线相对应的数据，可供查看具体的数值。实时曲线可查看包括烟气流量、SO2入口浓度、pH值、压力、脱硫效率（实际脱硫效率、预计脱硫效率、误差）及SO2出口浓度等的实时数据变化趋势，并能实时计算出其各自的最大值、最小值和平均值。历史曲线，可以让用户查看一个小时以内的历史曲线。查看参数内容同实时曲线。
（3）客户端分析菜单。主要显示四组***特性曲线，包括烟气流量脱硫效率关系优化曲线、入口SO2浓度脱硫效率关系优化曲线、pH脱硫效率关系优化曲线和入口烟气压力脱硫效率关系优化曲线。例如，通过“分析/烟气流量脱硫效率关系优化曲线…”可以弹出“烟气流量脱硫效率关系优化曲线”对话框，通过点击对话框中的选项卡，可以查看具体的***特性曲线。如图3所示。
4、服务器界面操作
火电厂烟气脱硫过程模拟优化***服务器，监控主机上服务器的实时数据文件，当被监控的文件中的数据有更新时，服务器会读取更新的数据进行分析，然后将实时数据和分析的结果发送到客户端进行显示。当相邻两次的分析结果有变化时，服务器会记录下这条引起变化的实时数据和相关的分析结果（及相关的建议）到数据库中。在服务器中可以随时查询历史的数据及其相关的建议。此外，服务器还实现了简单的用户管理，客户端管理等功能。如图4为服务器主界面。
（1）左边列表框显示会引起分析结果变化的实时数据。当服务器监控的文件数据发生更改，并且在服务器程序分析之后如果建议采用不同的策略时，服务器会报警并根据分析结果及时弹出一个建议框。主界面会显示最近的几条有变动的数据，并会在数据库中记录所有有变动的数据及相关建议。主界面的少数的数据方便用户快速的回顾最近的历史数据，并且通过双击数据可以查看具体的建议，如图5所示。
（2）右侧列表框显示在线的客户端。所有与服务器连接的客户端都会在该列表框中显示，服务器可以对其中的客户端进行管理。通过双击列表框中的IP地址，服务器可以断开相应的客户端。
需要说明的是：以上仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于包括：
火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟模型；
火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟优化数据库；
火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟优化软件***，包括“服务器”和“客户端”两部分。
2.根据权利要求1所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟模型包含烟气脱硫工艺简化模型和脱硫塔设备模拟模型。
3.根据权利要求1所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟优化数据库包含以火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟模型为基础，以“脱硫效率达到95%以上且SO2排放浓度稳定低于105mg/L”为目标得到的多目标优化数据，以及这些优化数据建立的基本数据库。
4.根据权利要求1或2或3所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟优化软件***包含具有SIS数据接收处理、数据库访问及数据更新、优化控制模式查找匹配、控制信息发送、日志管理功能的“服务器”，以及具有控制信息接收、控制信息显示、控制信号预警提示功能的“客户端”。
5.根据权利要求2所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的脱硫塔设备模拟模型包含浆液下落运动模型、液滴碰撞模型、SO2吸收模型、浆液滴中石灰石溶解与亚硫酸钙结晶模型。
6.根据权利要求1或4所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的“服务器”数据库访问及数据更新是以火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟优化数据库为基础优化控制数据，以实际采集的具有参照价值的实际操作数据为校正参数，实时把校正参数写入数据库中，并在访问数据库时对基础优化控制数据进行修正，当SIS传出数据，以CSV格式存入固定路径，服务器监控并读取CSV文件中的数据，服务器查找数据库中最佳匹配的控制参数，并发送给客户端，一方面客户端接收数据，并进行显示、警告提示；另一方便服务器判别实际控制参数是否有参考价值，若有写入数据库，并回到服务器监控并读取CSV文件中的数据。
7.根据权利要求1或4所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的“服务器”在办公局域网中接入并提供优化控制信息，从而解决了直接操作DCS***造成芯片的负载过重等安全性问题，同时“客户端”接收“服务器”的数据并在实际工艺控制流程图上的节点中显示出来，供操作人员参考。
8.根据权利要求6所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的“服务器”优化控制模式查找匹配功能包含通过访问火电厂石灰石湿法烟气脱硫过程模拟优化数据库，查找与实际运行参数最相近的匹配控制方式，并提出控制建议，并通过控制信息发送功能把数据发送给局域网内的所有客户端。
9.根据权利要求5所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***，其特征在于所述的液滴碰撞模型中包含的如下假定条件和方程：
液滴进入新一层喷淋层时只发生一次碰撞；
10.权利要求1-9任一所述的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***用于燃煤电厂石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺的模拟优化方法，包括如下步骤：
1、建立脱硫过程数学模型
烟气脱硫模型的具体前置条件如下：
1)假设烟气处于理想状态，忽略因水蒸气的蒸发及物质的吸收而导致烟气流速的改变；
2)浆液滴下落过程以球形、直线下落状态考虑，浆液滴之间的相互影响以表面更新的效果考虑，以表面暴露时间反应；不考虑因蒸发而导致浆液滴尺寸的改变及浆液滴变形对拽力系数的影响；
3)烟气中的SO2、CO2进入浆液后分别以水合二氧化硫和水合二氧化碳形式存在，忽略烟气中CO2对浆液滴中CO2解吸的影响；
4)浆液滴、浆液池内局部的电荷平衡与化学平衡在瞬时达到，而吸收、传质、溶解、结晶以及化学反应等需要一个过程；
5)由于烟气中的含氧量不高，而且浆液滴在喷淋塔内吸收区的停留时间有限，因此不考虑自然氧化过程；
6)浆液滴下落过程，不考虑六价硫总量的变化，忽略吸收区的CaSO4溶解和结晶过程；
7)认为气相流场在径向是均匀的，只考虑气相在轴向上SO2浓度的变化；忽略烟气上行过程中，浆液池对SO2的吸收作用；
8)假设浆液池内混合均匀；
9)忽略浆液池内空气在氧化过程中O2浓度的变化；
根据SO2在塔内吸收反应情况中将喷淋吸收塔分为吸收区段、氧化区段；
吸收区段的基本吸收单元是浆液滴；浆液滴在下落过程中，伴随着SO2的吸收、液滴内石灰石溶解、CO2的解吸等一系列的化学反应和传递过程；
(1)浆液滴下落运动模型
把液滴下降当作固体球体在气体中的下落进行处理；下落过程中，液滴运动满足：
其中：曳力系数
（2）液滴碰撞方程
只考虑液滴进入新一层喷淋层时只发生一次碰撞，假设每层均有N个液滴，每个液滴与上一层下落液滴的碰撞概率为
，则有如下方程：
(3)SO2吸收模型
浆液滴中SO2的扩散传质过程将浆液滴作为喷淋塔的基本吸收单元来描述吸收过程；SO2在浆液滴表面被吸收，传质通量方程式为：
浆滴中SO2的吸收反应过程，总四价硫(SO2，HSO- 3，SO2- 3，和CaSO4)在浆滴中的变化方程：
总钙（
，
，
和
)在浆滴中的变化方程：
总碳（，，
和
)在浆滴中的变化方程：
（4）浆液滴中石灰石溶解与亚硫酸钙结晶模型
石灰石溶解速度反应式：
和
的沉淀结晶方程：
其中
将上述的脱硫模型利用图1吸收模型整体编程计算可以得到一定工况下脱硫塔内各组分浓度分布和各流股的流量；单个工况的模拟计算是脱硫操作优化的基础；
2、脱硫过程多目标优化
多目标函数一般方程如下：
在多目标优化问题中，一般式的加权和方法进行多目标归一化处理得：
设定优化条件：SO2减排量最大的同时电耗最低，并满足脱硫效率达到一定数值或SO2排放浓度低于某一设定值的要求；采用权重法进行归一处理，以排污费和电费作为权重；
以不同烟气流量、SO2入口浓度、pH值、烟气入口压力组合作为人工设定的工况，利用建立好的脱硫过程模型，通过改变各个循环浆液泵的开启组合达到预定目标；筛选出各个工况下最优的操作条件；
3、建立优化操作数据库
根据实际尽量选取能覆盖实际工况范围的工况条件，
烟气流量：低于800 kNm3/hr ~高于1500kNm3/hr，变化步长100 kNm3/hr；
烟气入口SO2浓度：低于800 mg/Nm3~高于5000mg/Nm3，变化步长600mg/Nm3；
pH值：低于5.2~高于5.8，变化步长0.2；
烟气入口表压：-1000Pa~1000Pa，变化步长200 Pa；
将各工况组合输入优化模拟***，得到以各个循环浆液泵的开启组合为结果的优化操作数据库；将工况组合条件与优化操作数据库封装成一个数据包；该数据库包含当各个浆液循环泵全部投入运行时，还不能达到优化条件的情况；当pH值低于5.2，应立即增加石灰石浆液的供应量；pH值应尽量控制在5.4-5.6之间，以确保***优化运行，保证脱硫效率或出口烟气浓度达到相关要求，以及保持石灰石与电能消耗之间的平衡等建议；
4、将流程优化***接入火电厂办公局域网
采用从OA局域网上的SIS采集控制***数据，并通过编写优化控制软件给出相应的***提示，由相应的管理人员给控制室发出指定，进行人工干预调整控制***；
流程优化控制的实现过程包括以下三个步骤：
1) 通过SIS数据库接口，把脱硫***关键参数的数据打包，并按一定的结构生成csv文件，并传送至流程模拟优化控制服务器下的特定文件夹下；
2) 流程模拟优化控制服务器程序负责对特定文件夹下的csv进行监控，若文件改变则读取数据并根据相关的优化控制条件进一步处理，以数据库检索的方式，寻找匹配的记录，并生成相关信息，最后在OA局域网内广播优化控制的相关消息，以便客户端进行接收；
3) 流程模拟优化控制客户端程序在办公网内接收优化控制信息提示，相关管理人员可根据提示给控制室下达控制调整指令；
5、火电厂烟气脱硫过程模拟优化***软件
将上一步流程优化控制三个步骤可视化，形成可操作的火电厂烟气脱硫过程模拟优化***软件，该软件由“服务器”和“客户端”组成；
“服务器”监控经由SIS数据库发送的DCS***的实时数据文件，实时读取更新的数据并进行分析，然后将数据和优化结果发送到“客户端”；“客户端”接收从“服务器”的实时数据和相关建议，并在“客户端”软件界面上供用户查看；“服务器”和“客户端”通过局域网实现连接和用户管理；
“服务器”包含文件监控、数据读取、模拟优化、数据发送、预警提示、日志管理、用户管理模块；用于SIS数据接收处理、数据库访问及数据更新、优化控制模式查找匹配、控制信息发送、日志管理；当服务器监控的文件数据发生更改，并且在服务器程序分析之后如果建议采用不同的策略时，服务器会报警并根据分析结果及时弹出一个建议框；主界面会显示最近的几条有变动的数据，并会在数据库中记录所有发生变动的数据及相关建议；主界面的少数的数据方便用户快速的回顾最近的历史数据，并且通过双击数据可以查看具体的建议；
“客户端”包含“服务器”连接、控制信息接收、控制信息显示、控制信号预警提示、数据查询、曲线绘制、日志管理模块；用于数据的接收、数据的查询、数据的显示、曲线的显示和预警提示，实时曲线和数据查询的内容包括烟气流量、SO2入口浓度、pH值、压力、脱硫效率及SO2出口浓度等的实时数据变化趋势，并能实时计算出其各自的最大值、最小值和平均值；用户还可以查看一个小时以内的历史曲线；
6、模拟优化***学习功能
“服务器”记录实时工况数据，并记录具有一定参考价值工况的实际操作方式，并写入数据库中；在下次同一种工况出现时，优化控制的提示将以数据库中优化数据为基础，采用数据库所收集的历史参考数据进行校正，并提示给操作人员；经过一段时间后，原先模拟计算得到的优化操作数据库将得到进一步优化。
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| CN103778059A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-05-07 | 浙江大唐乌沙山发电有限责任公司 | 一种异常报警的方法和*** |
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