郝正，杨轶

（1.中国华电科工集团有限公司，北京 100070；2.四川广安发电有限责任公司，四川 广安 638500）

0 引言

对燃煤电厂烟气的排放标准逐渐提高是我国环保政策将来的主旋律，燃煤电厂排放的烟气中SO2占有较大比例，排放的SO2气体与大气中的水分反应生成酸雨，危害人类的生存环境和人体健康，制约社会的经济发展。控制燃煤电厂排放烟气中SO2含量，对电力清洁生产，改善我们的生存环境，建设环境友好型社会有着重要意义，我国加速推行更加严厉的环保政策，对SO2的排放要求达到了35mg/Nm3，这对各个燃煤电厂增加了不小环保压力。在发电厂运行成本因为环保政策而不断提高的情况下，优化脱硫系统的脱硫效率，成为燃煤电厂不得不考虑的重要问题之一。

目前石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统（FGD）是燃煤电厂脱硫工艺的主要选择，其研究主要是基于运行经验总结的局限性的定性研究，例如：杨爱勇[1]课题组分析了烟气脱硫系统中影响脱硫烟气的能耗主要影响因素。Guo Xin[2]课题组针对降低脱硫系统的能耗问题，提出了优化建议措施：取消气气换热器、严格选择煤炭标准，对于石灰石选择优质产品。此类研究结合燃煤电厂中脱硫系统的运行经验，定性分析了脱硫系统的运行特点，提出有效的优化方法，但利用通过脱硫系统大量的运行历史数据，找到其中的关联关系，以优化目标值定量的指导火电厂运行操作，此类研究工作还比较少见。

本文以燃煤电厂烟气脱硫运行优化系统为研究对象，总结近年来数据挖掘的研究成果，系统介绍了数据挖掘中的一些方法运用到脱硫系统的控制系统中的应用，这对燃煤电厂烟气脱硫运行优化有一定的指导作用。

1 石灰石-石膏湿法脱硫工艺流程

脱硫工艺按照脱硫产物的形式可以分成三类：湿法烟气脱硫技术、干法烟气脱硫技术和半干法烟气脱硫技术。其中我国大部分燃煤电厂机组使用的脱硫技术是石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，该技术应用案例多，控制手段有效，技术方案成熟，具有较高的稳定性和经济性。

主要技术原理是将石灰石和熟石灰进行混合并做成泥浆，在脱硫塔中被泥浆循环泵喷出成雾滴状态，吸收经过除尘设备后的烟气中的SO2，浆液被氧化风机吹出的空气氧化成石膏浆液，石膏浆液经过脱水后变成干燥的石膏，脱出的水分一部分返回脱硫系统，一部分通过进入废水处理系统。

图1 石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统工艺流程图

石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术是包含着若干化学反应、物理反应过程，包括二氧化硫的吸收，石灰石的溶解、硫化物的氧化、石膏结晶等过程。总体来说此过程是吸收、吸附、氧化和还原的过程，石灰石浆液和烟气中的二氧化硫产生化学反应分离出脱硫副产物，化学反应总反应式如下：

扩散速率的快慢与化学反应的速度同时影响着化学吸收速率的高低，在吸收过程中被吸收组分的气液平衡关系，既同相平衡液气比L/G（烟气和石灰石浆液的比值）具有相关性，也与化学平衡钙硫比Ca/S（碳酸钙和二氧化硫的比值）正相关。因此若石灰石的浓度加大，结晶的石膏排出速度增大，增加氧气的含量等有利于化学正反应方向的因素都可以促进该化学反应向正反应方向进行。

2 影响脱硫效率的主要因素

2.1 吸收塔入口烟气因素的影响

（1）含尘浓度：吸收塔在运行过程中若因除尘器的问题使得脱硫系统的入口烟尘浓度增大，烟气的飞灰大部分留在浆液中，此类情况下会使得脱硫效率降低。飞灰中的重金属元素也会对二氧化硫和石灰石浆液的接触起到反作用，其中铝离子进入石灰石浆液，生成的络合物阻碍石灰石的消融，影响浆液pH值，其他重金属离子如汞，镁，铬，锌等会阻碍钙离子和硫酸根离子的结合，影响脱硫的效率和石灰石的使用率。因此脱硫系统在投运前要检查烟气含尘量是否达标。

图2 石灰石-石膏湿法喷淋脱硫流程简图

（2）烟气温度：燃煤电厂脱硫系统的入口烟气温度取决于煤质和锅炉的燃烧情况，温度范围为100℃～160℃二氧化硫的吸收是放热反应，如果不经过烟气换热器降低烟温，也会导致吸收塔内液面二氧化硫平衡分压上升，导致溶解度降低，脱硫效率下降。

（3）SO2浓度：从总化学平衡上来看，增加反应物的浓度，可以促使反应向正反应方向移动从而提升脱硫效率。但当硫化物浓度增大到一定程度后，吸收能力受限反而会使效率降低。

（4）入口烟气量：入口烟气量影响液气比，在SO2体积浓度一定情况下，入口的烟气量增大，L/S减小，脱硫效率降低。

2.2 石灰石粉品质的影响

脱硫系统的效率和性能都受到吸收剂石灰石的影响，这与石灰石本身的反应活性、纯度、粒度都有关联性，如果石灰石粉的品质稳定，则对脱硫系统的影响可以不用考虑的。

（1）石灰石的纯度高，相应的吸收SO2量大，则供应量就可以相应的降低，这可以减小吸收塔的负荷，石膏的纯度也对应提高。

（2）石灰石的细度，细度高的石灰石粉溶解速度快，单位质量的吸收剂与硫化物的接触面积大，这可以加快二氧化硫的吸收，使脱硫效率提高。

（3）吸收剂的活性直接影响硫化物的反应，这对脱硫效率至关重要，因此尽量选择活性高的石灰石。

2.3 运行因素的影响

（1）pH值：通常在脱硫系统中根据设定的pH值和实际的pH值的偏差控制石灰石给浆泵的阀门开合度，从而控制吸收剂投料的情况。机组负荷、烟气中SO2浓度、脱硫效率控制值、石灰石品质等因素都会对pH值产生影响的影响。SO2属于酸性气体，提高浆液的pH值有利于对酸性气体的吸收，而降低pH值则有利于石灰石的溶解和CaSO3·1/2H2O的氧化，控制吸收浆液的pH值在合理范围之内，才能让脱硫塔得到理想的脱硫效率。

（2）钙硫比（Ca/S）：钙硫比反应浆液内固含量的高低，增大钙硫比有利于SO2的吸收但意味着增大石灰石的投入量，增加运行成本。钙硫比的升高意味着pH值增大，pH过大会导致石灰石溶解度降低，石膏品质下降，因此必须将钙硫比控制在合理范围之内。

3 基于数据挖掘的脱硫系统运行优化

脱硫系统经济性运行优化是一项复杂工程，利用数据挖掘技术来对运行目标值确定，综合在线和离线的脱硫系统运行数据分析重要可控运行参数和性能指标优化确定，运行人员依据大数据分析得出的最优运行值对脱硫系统进行调整，使机组处于最优状态之下。首先对于电厂运行过程中脱硫系统运行历史数据进行清洗，筛选，转换，归一化等处理，在特定负荷条件下选取相应的数据，导入大数据平台。将竞争聚集CA算法添加软化划分边界中，结合模糊Apriori或FP-tree算法进行关联规则挖掘工作，预测出不同工况条件下的全局最优解，通过运行参数最优解和设计值进行比较，对石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统的运行起到指导作用，在满足SO2排放标准的条件下，实现脱硫效率最优化，确定吸收塔浆液pH值，浆液流量、除雾器压差等参数的目标值，刘欣[3]课题组通过330MW机组脱硫系统历史数据模拟机组电耗、石灰石消耗、水耗都有所降低，按每年运行7500小时计算，按照优化值进行运行，每年能节省成本208.346万元，经济效益显著。此功能模块也可以作为sis的一部分加入进脱硫系统中，通过与DCS通讯接口实时读取数据、处理数据、挖掘数据得到运行最优目标值，为运行人员的工作提供建议和指导，使脱硫系统达到经济化运行的目的，有效降低燃煤电厂的环保成本[4]。

4 结语

本文讨论了燃煤电厂烟气脱硫系统的工艺，对于广泛采用的石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术进行概括性的工艺介绍，以及影响脱硫系统效率的关键性参数，通过基于关联规则挖掘的烟气脱硫优化运行技术总结，提供了一种适应性较强的利用脱硫系统历史数据挖掘来确定运行最优值的思路，结合工艺流程，参考设计值，提高分析结果的正确性，这为脱硫系统经济化优化运行，降低燃煤电厂烟气脱硫运行成本提供了一种新的思路。