基于聚類分析法研究脫硫系統漿液循環泵的節能運行優化

聶濤　彭國富　高文松　劉宗奎　寇江濤

摘 要：漿液循環泵其投運數量和配置方式關系著系統脫硫效率和經濟性。通過研究脫硫系統漿液循環泵相關歷史數據變化規律，采用聚類分析法分析漿液循環泵的運行組合方式與機組負荷、入口二氧化硫濃度之間的關系，將運行規則以圖表的形式呈現出來，在保證環保指標達標，提升脫硫系統運行的經濟性。

關鍵詞：數據挖掘;聚類分析法;脫硫節能優化;漿液循環泵

中圖分類號：X701.3 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）20-0142-03

Energy-saving Operation Optimization of Slurry Circulating Pump

in Desulfurization System Based on Cluster Analysis

NIE Tao1 PENG Guofu2 GAO Wensong2 LIU Zongkui2 KOU Jiangtao1

（1. Pingdingshan Power Generation Branch of SPIC Henan Electric Power Company Limited，Pingdingshan Henan 467312;2. Technical Information Centerof SPIC Henan Electric Power Company Limited，Zhengzhou Henan450000）

Abstract： The amount and configuration of the slurry circulation pump are related to the system desulfurization efficiency and economy. By studying the variation law of historical data of slurry circulation pump in desulfurization system， this paper used cluster analysis method to analyze the relationship between the operation combination mode of slurry circulation pump and the unit load and inlet sulfur dioxide concentration， and presented the operation rules in the form of graphs， in order to ensure that environmental indicators meet the standards and improve the economics of the operation of the desulfurization system.

Keywords： data mining;clustering analysis;desulfurization and energy saving optimization;slurry circulating pump

我國是一個以燃煤發電為主的國家，燃煤鍋爐產生的SO2是大氣的重要污染物之一，控制SO2排放、推行電力潔凈生產對改善我國大氣環境有著十分重要的意義。目前，國內絕大部分燃煤機組都實施了煙氣脫硫工程，其中占主導地位的脫硫技術是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術，該技術建造和運營成本較高[1]。

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝系統復雜，在脫除SO2的同時，要消耗大量石灰石、水、電等資源。電費是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置總運行費用的主要組成部分，節電對提升脫硫系統的經濟性具有重要意義，而漿液循環泵是脫硫系統的主要耗電設備[2，3]。

1 某超超臨界機組脫硫系統漿液循環泵運行情況

對于電廠脫硫系統的運行優化，其循環漿液量的控制是一個重要方面。循環漿液量是由循環漿液泵提供和控制的，如果脫硫系統需要的循環漿液量大，則需要增加循環漿液泵的臺數或流量，這意味著脫硫系統的電耗也會隨之增加。如果循環漿液量不足，又不能保證脫硫效率。因此，合理的循環漿液量是保證脫硫系統可靠性和經濟性的重要因素。目前，大多數脫硫系統提供的漿液量偏大，造成嚴重的資源浪費。循環漿液泵是脫硫系統的主要耗電設備，其電耗占到脫硫系統總電耗的50%左右。因此，如果挖掘循環漿液泵的節能潛力，電廠將獲得較大的經濟效益[3]。

某公司1 000MW超超臨界機組脫硫系統配置5臺循環漿液泵（分別編號為A、B、C、D、E），其中4臺（A～D）額定功率相同，另1臺泵（E泵）出力較其他大。高負荷時4臺漿液泵同時運行，循環漿液量將會過剩;低負荷時停運1～2臺漿液泵，在不同的SO2量和泵組合運行方式下，循環漿液量過剩程度不同。

2 脫硫系統歷史數據研究

分析現場運行歷史數據發現，行人員為了保證出口SO2濃度達標，往往會優先提供過量的循環漿液量，升負荷時過早增加循環泵臺數，降負荷時過晚減少循環泵臺數。這就造成了能源浪費。對漿液循環泵的運行組合方式進行優化具有提高脫硫系統經濟性的價值。

脫硫系統歷史數據記錄了所有可測信號，包括機組負荷、原煙氣流量、原煙氣SO2濃度、凈煙氣SO2濃度、引風機開度、吸收塔漿液pH值、吸收塔漿液液位、漿液循環泵運行情況和石灰石供漿泵流量等，如表1所示。這些歷史運行數據蘊含著現場運行人員的運行經驗以及一些優化信息，如何通過分析歷史數據提取所需的優化信息是該部分所要做的工作。最后，將提取的優化信息總結成規則反饋到現場運行中，從而提高漿液循環泵的運行經濟性。

應用數據挖掘，從大量的數據中通過算法搜索隱藏于其中的信息。數據挖掘的流程為，現場采集的數據包含很多干擾數據，通過預處理將這些數據進行剔除，輸入到數據挖掘算法中，通過數據挖掘得到的結果然后利用后處理方法進行可視化。最后得到可以直接應用到現場的運行建議。

2.1 數據預處理

脫硫系統歷史運行積累的數據不僅包含人們所需的較為優化的運行策略，也存在許多噪聲數據和待優化的運行策略。評價脫硫系統運行情況的指標為凈煙氣SO2濃度，該指標為環?？己隧?，是必須嚴格遵守的，它直接反映脫硫系統的運行好壞。凈煙氣SO2濃度偏高，表明此時處理效果較差，容易導致超標;凈煙氣SO2濃度偏低，表明此時吸收效果較好，經濟性較差。綜上，以凈煙氣SO2濃度為限制值對原始數據進行預處理，同時對原始數據中的失真數據進行剔除。

2.2 數據挖掘方案和后處理

關于數據挖掘方案，擬采用聚類分析的方法分析漿液循環泵的運行組合方式與機組負荷和入口二氧化硫濃度之間的關系，通過分類和篩選確定運行規則。后處理是指將運行規則以圖表的形式呈現出來。

對取得的未加工的脫硫系統歷史數據進行預處理，然后結合現場運行規律將漿液循環泵運行策略分為三類，如表2所示。

人們可以將經過篩選后的歷史數據分別分到表2所示的三類中，形成漿液循環泵的運行組合方式與機組負荷、入口SO2濃度的對應關系。對取得的脫硫系統歷史數據經過預處理后，通過分類和篩選，分析循環泵的組合方式與入口煙氣SO2濃度、機組負荷（或入口煙氣流量）的關系，如圖1、圖2、圖3所示。

3 漿液循環泵組合運行優化

優化的漿液循環泵運作組合方式的實施思路是：在增加或減少漿液循環泵運行臺數時優先考慮降低或增加石灰石的供漿量，達到最大的運行節能效果。圖1、圖2和圖3是基于歷史數據得到的三大類結果，采用出口SO2濃度整點小時均值對數據進行處理，再根據漿液循環泵的運行情況對數據進行分類和篩選，最后根據現場實際運行策略得到以上結果，給現場運行提供參考和建議。

將圖1、圖2和圖3中的三類呈現到一個圖上，如圖4所示。由此可以看出，三大類各自有一塊區域，將圖4所呈現的規律總結成現場操作人員可以參考的運作建議。

漿液循環泵的運行組合方式優化建議如圖5所示，在保證吸收塔漿液池pH值維持在良好狀態的前提下（機組pH值范圍為5.0～5.4），現場運行人員可根據圖5所示區域對漿液循環泵的運行組合方式進行控制調整。

4 節能效果分析

2018年5月30日至6月28日，某公司1#機組的脫硫系統漿液循環泵運行組合方式按圖5進行了優化，在這段時間內，每隔1h進行1次數據收集，共收集720h的數據。統計結果如表3所示。其中，功率能耗計算公式為：

5 結語

本項目研究了某發電公司1 000MW超超臨界機組脫硫系統漿液循環泵的運行組合方式，通過分析歷史運行數據，給出了優化漿液循環泵運行組合方式的建議并將其應用到實際運行過程中，取得了較好的經濟效益。

參考文獻：

[1]郝潤龍，趙毅，郭天祥.燃煤煙氣濕法脫硫系統模型及優化運行[J].動力工程學報，2016（10）：822-826.

[2]余鵬，高小春，何德明，等.石灰石-石膏濕法脫硫系統的經濟運行[J].熱力發電，2007（7）：34-36.

[3]段玖祥，李小龍，蔡培，等.超低排放燃煤電廠WFGD系統優化運行探討[J].環境工程，2017（12）：73-76.