基于聚类分析法研究脱硫系统浆液循环泵的节能运行优化

聂涛　彭国富　高文松　刘宗奎　寇江涛

摘 要：浆液循环泵其投运数量和配置方式关系着系统脱硫效率和经济性。通过研究脱硫系统浆液循环泵相关历史数据变化规律，采用聚类分析法分析浆液循环泵的运行组合方式与机组负荷、入口二氧化硫浓度之间的关系，将运行规则以图表的形式呈现出来，在保证环保指标达标，提升脱硫系统运行的经济性。

关键词：数据挖掘;聚类分析法;脱硫节能优化;浆液循环泵

中图分类号：X701.3 文献标识码：A 文章编号：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

我国是一个以燃煤发电为主的国家，燃煤锅炉产生的SO2是大气的重要污染物之一，控制SO2排放、推行电力洁净生产对改善我国大气环境有着十分重要的意义。目前，国内绝大部分燃煤机组都实施了烟气脱硫工程，其中占主导地位的脱硫技术是石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，该技术建造和运营成本较高[1]。

石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺系统复杂，在脱除SO2的同时，要消耗大量石灰石、水、电等资源。电费是石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置总运行费用的主要组成部分，节电对提升脱硫系统的经济性具有重要意义，而浆液循环泵是脱硫系统的主要耗电设备[2，3]。

1 某超超临界机组脱硫系统浆液循环泵运行情况

对于电厂脱硫系统的运行优化，其循环浆液量的控制是一个重要方面。循环浆液量是由循环浆液泵提供和控制的，如果脱硫系統需要的循环浆液量大，则需要增加循环浆液泵的台数或流量，这意味着脱硫系统的电耗也会随之增加。如果循环浆液量不足，又不能保证脱硫效率。因此，合理的循环浆液量是保证脱硫系统可靠性和经济性的重要因素。目前，大多数脱硫系统提供的浆液量偏大，造成严重的资源浪费。循环浆液泵是脱硫系统的主要耗电设备，其电耗占到脱硫系统总电耗的50%左右。因此，如果挖掘循环浆液泵的节能潜力，电厂将获得较大的经济效益[3]。

某公司1 000MW超超临界机组脱硫系统配置5台循环浆液泵（分别编号为A、B、C、D、E），其中4台（A～D）额定功率相同，另1台泵（E泵）出力较其他大。高负荷时4台浆液泵同时运行，循环浆液量将会过剩;低负荷时停运1～2台浆液泵，在不同的SO2量和泵组合运行方式下，循环浆液量过剩程度不同。

2 脱硫系统历史数据研究

分析现场运行历史数据发现，行人员为了保证出口SO2浓度达标，往往会优先提供过量的循环浆液量，升负荷时过早增加循环泵台数，降负荷时过晚减少循环泵台数。这就造成了能源浪费。对浆液循环泵的运行组合方式进行优化具有提高脱硫系统经济性的价值。

脱硫系统历史数据记录了所有可测信号，包括机组负荷、原烟气流量、原烟气SO2浓度、净烟气SO2浓度、引风机开度、吸收塔浆液pH值、吸收塔浆液液位、浆液循环泵运行情况和石灰石供浆泵流量等，如表1所示。这些历史运行数据蕴含着现场运行人员的运行经验以及一些优化信息，如何通过分析历史数据提取所需的优化信息是该部分所要做的工作。最后，将提取的优化信息总结成规则反馈到现场运行中，从而提高浆液循环泵的运行经济性。

应用数据挖掘，从大量的数据中通过算法搜索隐藏于其中的信息。数据挖掘的流程为，现场采集的数据包含很多干扰数据，通过预处理将这些数据进行剔除，输入到数据挖掘算法中，通过数据挖掘得到的结果然后利用后处理方法进行可视化。最后得到可以直接应用到现场的运行建议。

2.1 数据预处理

脱硫系统历史运行积累的数据不仅包含人们所需的较为优化的运行策略，也存在许多噪声数据和待优化的运行策略。评价脱硫系统运行情况的指标为净烟气SO2浓度，该指标为环保考核项，是必须严格遵守的，它直接反映脱硫系统的运行好坏。净烟气SO2浓度偏高，表明此时处理效果较差，容易导致超标;净烟气SO2浓度偏低，表明此时吸收效果较好，经济性较差。综上，以净烟气SO2浓度为限制值对原始数据进行预处理，同时对原始数据中的失真数据进行剔除。

2.2 数据挖掘方案和后处理

关于数据挖掘方案，拟采用聚类分析的方法分析浆液循环泵的运行组合方式与机组负荷和入口二氧化硫浓度之间的关系，通过分类和筛选确定运行规则。后处理是指将运行规则以图表的形式呈现出来。

对取得的未加工的脱硫系统历史数据进行预处理，然后结合现场运行规律将浆液循环泵运行策略分为三类，如表2所示。

人们可以将经过筛选后的历史数据分别分到表2所示的三类中，形成浆液循环泵的运行组合方式与机组负荷、入口SO2浓度的对应关系。对取得的脱硫系统历史数据经过预处理后，通过分类和筛选，分析循环泵的组合方式与入口烟气SO2浓度、机组负荷（或入口烟气流量）的关系，如图1、图2、图3所示。

3 浆液循环泵组合运行优化

优化的浆液循环泵运作组合方式的实施思路是：在增加或减少浆液循环泵运行台数时优先考虑降低或增加石灰石的供浆量，达到最大的运行节能效果。图1、图2和图3是基于历史数据得到的三大类结果，采用出口SO2浓度整点小时均值对数据进行处理，再根据浆液循环泵的运行情况对数据进行分类和筛选，最后根据现场实际运行策略得到以上结果，给现场运行提供参考和建议。

将图1、图2和图3中的三类呈现到一个图上，如图4所示。由此可以看出，三大类各自有一块区域，将图4所呈现的规律总结成现场操作人员可以参考的运作建议。

浆液循环泵的运行组合方式优化建议如图5所示，在保证吸收塔浆液池pH值维持在良好状态的前提下（机组pH值范围为5.0～5.4），现场运行人员可根据图5所示区域对浆液循环泵的运行组合方式进行控制调整。

4 节能效果分析

2018年5月30日至6月28日，某公司1#機组的脱硫系统浆液循环泵运行组合方式按图5进行了优化，在这段时间内，每隔1h进行1次数据收集，共收集720h的数据。统计结果如表3所示。其中，功率能耗计算公式为：

5 结语

本项目研究了某发电公司1 000MW超超临界机组脱硫系统浆液循环泵的运行组合方式，通过分析历史运行数据，给出了优化浆液循环泵运行组合方式的建议并将其应用到实际运行过程中，取得了较好的经济效益。

参考文献：

[1]郝润龙，赵毅，郭天祥.燃煤烟气湿法脱硫系统模型及优化运行[J].动力工程学报，2016（10）：822-826.

[2]余鹏，高小春，何德明，等.石灰石-石膏湿法脱硫系统的经济运行[J].热力发电，2007（7）：34-36.

[3]段玖祥，李小龙，蔡培，等.超低排放燃煤电厂WFGD系统优化运行探讨[J].环境工程，2017（12）：73-76.