燃煤电厂电除尘技术评估系统

摘要

本发明公开了一种燃煤电厂电除尘技术评估系统，本发明通过模糊综合评判模型，借鉴已有实验数据，集成专家经验，实现对电除尘技术方案的优劣评判，以及在具体工况和特定除尘效率下比集尘面积的预测和有效驱进速度的计算，实现对电除尘技术方案的评选，该评估系统能准确、快速、方便地实现燃煤电厂电除尘技术方案的确定。

说明书

技术领域

本发明属于电除尘器选型设计领域，特别涉及一种燃煤电厂电除尘技术方案的评估系统。

背景技术

选型设计，就是根据用户的使用要求及其提供的原始参数，来确定电除尘器的型号规格、气流分布方式、极配形式、供电方式及配套电源的型号规格等主要参数，并绘制出电除尘器的外形图、载荷图、电气原理图、布置图等，供进一步结构设计用。其基本问题就是确定主要的设计参数，如电除尘器的规格大小，极配形式，气流分布方式，振打机构，以及为适应一定的粉尘特性所需的供电条件等。设计方法大致有三种，物理模拟设计，以除尘理论和基本原理为基础的精确设计，现代设计。三种设计方法比较如下：

                   表1  常见的三种电除尘器选型设计方法

  传统设计  现代设计  物理模拟  以除尘理论和基本  原理为基础  模  式  以实验性电除尘器作为依  据，主要问题是由中试规  模的装置到生产规模的装  置应采用的放大系数。按  比例放大的效果主要决定  于能达到的供电水平和气  流质量上存在差别，以及  振打机构和粉尘在飞扬损  失。  利用现场运行经验的  统计数据去估算可调  整的电除尘器参数，去  适合电除尘器效率经  验公式。参数值用回归  分析推导，因而一般没  有物理意义。  利用当今迅速发展起来  的计算机、应用数学、  力学、电子学和测试等  技术，根据设计需求选  用系统工程、相似理论  和模型试验、仿真、优  化、计算机辅助设计等，  解决设计中的总体和各  个具体问题。  特  点  经验的、静止的、随意性较大，要经初步设计—小  试—中试—修改—再设计相当漫长的设计周期  快速、精确、可操作性  强，缩短了设计周期

传统设计是半理论、半经验的设计方法，由于受到当时技术条件的限制，忽略许多因素，并且随着技术更新速度的加快，现代设备要求更高性能和更短的设计周期。传统设计的典型代表是美国南方研究所(Southern Research Inst.)和美国通用电气公司(GE)的选型设计软件。美国南方研究所推出的电除尘数学模型和计算机软件，考虑了振打二次扬尘、气流分布不均及烟气短路等因素造成的不良影响，在完成伏安(V-I)特性计算后，根据粉尘比电阻及内存数据库估算除尘器的除尘效率；美国通用电气公司的选型软件，可以根据煤、灰参数估算粉尘的比电阻值和运行V-I特性，进而估算除尘效率，并考虑了粉尘粒径分布的影响。这两种方法均是以实验数据和现场运行经验的统计数据去估算和调整电除尘器的设计参数，经验的、静止的、随意性较大，设计周期较长。以计算机、应用数学等手段发展起来的现代设计方法更能适应电除尘器选型设计的快速、精确等要求。本发明是电除尘器现代设计方法的一种。

目前，采用可视化编程工具Visual Basic和SQL Server数据库技术在电除尘控制系统设计中应用较为广泛，但以模糊数学为基础，采用Visual Basic和SQL Server实现电除尘选型设计的方法还未见讨论。

发明内容

本发明的目的是通过模糊综合评判模型，借鉴已有实验数据，集成专家经验，实现对电除尘技术方案的优劣评判，以及在具体工况和特定除尘效率下比集尘面积的预测和有效驱进速度的计算，提供一套电除尘技术评估系统，该评估系统能准确、快速、方便地实现燃煤电厂电除尘技术方案的确定。

为实现本发明的目的，该系统利用计算机进行如下操作：

(1)、建立基本信息及当前要处理对象事实的数据库，基本信息是：除尘技术基本信息，电除尘技术基本信息，指标权重基本信息，电除尘技术评判信息的实验数据及评判标准；

(2)、输入原始参数，原始参数是：燃煤电厂条件、环保要求、烟气条件、煤质及灰分分析；

(3)、计算机读取原始参数，并估算最大电场风速、最小电场数、最小漏风率、最大本体压力；

(4)、输入所选技术应达到的技术条件，该技术条件可任意选择，技术条件分别是：技术名称、技术成熟度、除尘效率；

(5)、依据(2)中环保要求数据及数据库存放的除尘技术基本信息，系统淘汰不适用的除尘技术，完成对除尘技术的模糊初选；

(6)、根据模糊初选结果，选择电除尘技术类型，如果选择常规电除尘技术，则进入(7)，如果选择其他除尘技术，则退出该系统；

(7)、输入所选电除尘技术的电场配置参数，该参数为：气流分布技术性能指标，振打清灰技术性能指标，电气控制技术性能指标，壳体技术性能指标；

(8)、根据(7)参数及指标，调用指标权重基本信息，电除尘技术评判信息的评判标准，进行电除尘技术方案的评选，运用二级模糊综合评判模型，计算出所选电除尘技术方案的综合得分以及与除尘效率相关的技术性能得分，得分包括：板线配置，振打清灰、气流分布，电气控制、壳体；

(10)、根据与除尘效率相关的技术性能得分，计算出马茨公式中的经验系数K；

(11)、依据原始参数，运用确定比集尘面积的判断标准，计算除尘效率为99.3％时的比集尘面积，同时采用与比集尘面积相关实验曲线对灰分、烟温、硫分修正；

(12)、利用(10)、(11)计算结果，运用马茨公式，计算出所选除尘技术在设计效率下的比集尘面积；

(13)、运用多依奇—安德森公式，计算有效驱进速度；

(14)、依据(12)、(13)得出所选电除尘技术的比集尘面积、有效驱进速度两个设计参数值，确定所选电除尘技术方案。

本发明的有益效果是：

1、以模糊数学为基础，实现了对实验数据和现场运行经验数据的量化处理，克服了传统设计方法的经验性和随意性。

2、根据设计需求选用模型试验、数值模拟试验和计算机辅助设计等手段，实现了电除尘器快速选型和精确设计，比传统方法精确，设计周期短。

3、系统采用数据文件的格式(*.dat)存储实验数据，可直接处理电除尘数值模拟试验结果，易于实现各应用程序间的无缝结合。

4、采用可视化编程工具Visual Basic实现系统软件的开发，界面友好，操作方便。

附图说明

图1燃煤电厂电除尘技术评估流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明

本发明是针对传统电除尘器选型设计方法耗时费力、开发周期长等缺点，提出一种以模糊数学为基础，采用可视化编程工具VisualBasic和SQL Server数据库技术辅助电除尘选型设计的系统。

本发明设计方案如下：

(1)、建立基本信息及当前要处理对象事实的数据库，基本信息是：除尘技术基本信息，电除尘技术基本信息，指标权重基本信息，电除尘技术评判信息的实验数据及评判标准；

除尘技术基本信息的输入是用于模糊筛选适用的除尘技术，验证技术方案的初步可行性或建议应选择的除尘技术；

电除尘技术试验数据与数值模拟试验数据的输入是采用系统人机互动单元，专家或设计人员通过填写一系列技术信息录入表，实现系统对电除尘技术基本信息的收集和整理；

电除尘技术指标权重确定专家意见和模糊综合评判评语集的输入是采用系统人机互动单元，专家通过填写一系列权重量化表格，实现系统对专家意见的收集和整理，其中，电除尘技术指标权中确定专家意见包括理论、设计、制造、安装和运行5个不同阶段专家的经验。

(2)、输入原始参数，原始参数是：燃煤电厂条件、环保要求、烟气条件、煤质分析；

(3)、计算机读取原始参数，并估算最大电场风速、最小电场数、最小漏风率、最大本体压力；

(4)、输入所选除尘技术应达到的技术条件，技术条件可任意选择，技术条件分别是：技术名称、技术成熟度、除尘效率；

(5)、依据(2)的环保要求数据及数据库存放的除尘技术基本信息，系统淘汰不适用的除尘技术，完成对除尘技术的模糊初选；

(6)、根据模糊初选结果，选择电除尘技术类型，如果选择常规电除尘技术，则进入(7)，如果选择其他除尘技术，则退出该系统；

(7)、评选系统，用于对电除尘技术方案的优劣评判，以及具体工况和特定除尘效率下比集尘面积的预测和有效驱进速度的计算；

①、输入所选电除尘技术的电场配置参数，该参数为：气流分布技术性能指标，振打清灰技术性能指标，电气控制技术性能指标，壳体技术性能指标；

②、根据①参数及指标，调用指标权重基本信息，电除尘技术评判信息的评判标准，进行电除尘技术方案的评选，运用二级模糊综合评判模型，计算出所选电除尘技术方案的综合得分以及与除尘效率相关的性能得分，得分包括：板线配置，振打清灰、气流分布，电气控制、壳体；

③、根据除尘效率相关的性能得分，计算出马茨公式中的经验系数k；

④、依据原始参数，运用确定比集尘面积的判断标准，计算除尘效率为99.3％时的比集尘面积，同时采用与比集尘面积相关实验曲线对灰分、烟温、硫分修正；

⑤、利用③、④计算结果，运用马茨公式，计算出所选除尘技术在设计效率下的比集尘面积；

⑥、运用多依奇—安德森公式，计算有效驱进速度；

⑦、依据⑤、⑥得出所选电除尘技术的比集尘面积、有效驱进速度设计参数，确定所选电除尘技术方案。

实施例：

1某电厂六期工程扩建，采用本系统对配套电除尘器改造方案进行选择与评估，以确定此技术方案的可行性。

(1)、利用已建立的数据库，包括：

除尘技术基本信息：如常规电除尘技术、袋除尘技术、电—袋复合除尘技术、移动电极式电除尘技术等的技术名称、除尘效率范围、技术成熟度和技术描述等相关信息，供用户查询、添加和删除；电除尘技术基本信息：主要包括板线配置实验数据和气流分布数值模拟试验数据，提供常用的板线配置方式的实验数据、V-I特性曲线和极板表面电流密度分布曲线，以及气流分布模拟试验数据与气流速度分布图；

指标权重基本信息：包括板线配置、气流分布、振打清灰、电气控制、壳体相关技术的指标权重供用户调用；电除尘技术评判信息：包括对以上实验数据和曲线读取和存储，对评判标准(分1~5个等级)的录入；

(2)、电厂原始参数提交(通过“项目”菜单)

燃煤电厂条件：主要指机组容量和锅炉蒸发量，其余如空间限制型、经济承受能力等可空白，本项目提交的值分别是300MW、1025t/h*环保要求：指排放浓度和设计除尘效率，本项目提交的值分别是86.2mg/m³、99.6％；

烟气条件：主要指烟气量、含尘浓度、烟气温度，粘度、密度等项可空白，本项目提交的值分别是33.29m³/s、21.554g/m³、405.9K煤质与灰的化学成分分析：Aar、Sar、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、Na₂O、K₂O、dg，本项目提交的值分别是40％、0.24％、59％、22.4％、8.97％、4.33％、8.97％、4％、0.16％、0.9％；

(3)、计算机读取原始参数，根据行业标准和经验判断出最大电场风速、最小电场数、最小漏风率、最大本体阻力，本项目计算结果分别是1m/s、5个、3％、250Pa；

(4)输入所选除尘技术所达到的技术条件：技术名称、技术成熟度、除尘效率选择适用除尘技术(通过“基础信息管理—除尘技术基本信息”菜单)，实现除尘技术的模糊初选；

输入效率：99.6％；

(5)、如果选择常规电除尘技术，则进入(6)，

如果选择其他除尘技术，则退出该系统系统选择：常规电除尘技术，并提示进入下一菜单

(6)、调用数据库存放的电除尘技术基本信息，实现相关信息的查询与更新；

为了指导设计人员进行电除尘器设计，系统设计了此菜单项共设计人员查询、添加和删除，有经验的设计人员可跳过此菜单项；同时告知设计人员数据库现存的方案，防止设计方案超出系统适用范围而造成不必要的错误。如系统在板线配置技术方案中存入了包括C480型板和ZT24型板的常用配置方式40余种，不包括带辅助电极的相关配置方式；

(7)、输入所选电除尘技术的电场配置参数，气流分布技术性能指标，振打清灰技术性能指标，电气控制技术性能指标，壳体技术性能指标；

在本项目中，电场配置参数分别是：ZT24型板，前级电场采用V25线、同极距400的配置方式，后级电场采用V0线、同极距400的配置方式；

气流分布技术性能指标分别是：气流分布标准偏差取0.15~0.20，气流分布装置成本选择“较高”，预收尘功能选择“无”；

振打清灰技术性能指标分别是：振打加速度分布均匀性指标取小于0.4，最小振打加速度大于设计振打加速的1.1倍，振打装置成本选择“较高”，空间占有情况“较小”；

电气控制技术性能指标分别是：振打周期的合理性选择“良”，电流、电压与阻抗的匹配特性选择“优”，供电方式的合理性选择“良”，供电装置的成本选择“较高”；

壳体技术性能指标分别是：人机与安全选择“良”，结构紧凑性选择“优”，壳体成本选择“一般”；

(8)、根据(7)所选参数及指标，调用指标权重基本信息，如气流分布对技术方案所占权重是0.097，在二级模糊综合评判模型用A指代，其中气流分布标准偏差的相对权重是0.489，在二级模糊综合评判模型用A_k指代；

调用电除尘技术评判信息的评判标准，如选择“优”时的标准分是0.99，、选择“良”时的标准分是0.80，根据指标的性质在二级模糊综合评判模型分别用R或R_k指代；

运用二级模糊综合评判模型：

         B_k＝A_k·R_k＝(b_k1，b_k2，Λ，b_kn)

$>>B>=>A>·>R>=>A>·>\begin{array}{}>>>>A>1>>·>>R>1>>>>>>>A>2>>·>>R>2>>>>>>\Lambda \Lambda \Lambda >>>>>>A>n>>·>>R>n>>>\end{array}>>=>A>·>\begin{array}{}>>>>B>1>>>>>>>B>2>>>>>>\Lambda >>>>>>B>n>>>\end{array}>>=>>(>>b>1>>,>>b>2>>,>\Lambda >,>>b>n>>)>>>s>$

计算出所选电除尘技术方案的综合得分以及除尘性能综合得分，综合得分包括：板线配置，振打清灰、气流分布，电气控制、壳体共五项；

在本项目中电除尘技术方案的综合得分分别是：0.76、0.75、0.83、0.88、0.76，总分0.88，技术方案属于“良”；在本项目中电除尘技术方案的除尘性能综合得分分别是：0.77、0.75、0.93、0.9、定常，总分1.83；

(9)、根据除尘性能综合得分，计算出马茨公式中的经验系数k系统通过十几种成功方案的不断试算，得到系数0.38，与除尘性能综合得分相乘得到经验系数k＝0.6956；

(10)、依据原始参数，运用确定比集尘面积的相关判断标准，计算率99.3％时的比集尘面积，同时采用相关实验曲线对灰分、烟温、硫分修正；

在本项目中，依据原始参数中环保要求——效率＝99.6％除尘效率在99.3％，且SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃三种成分大于90％时比集尘面积为89m²/m³/s

Sar＝0.24％

Aar＝40％

T＝406K

根据大气污染物控制工程(第二版，马广大主编)p399页除尘效率与比集尘面积和含硫量分析曲线以及Oglesby，Sabert主编的Electrostatic Precipitator(New York 1978)p26页起晕电压随压力和温度的变化曲线修正灰分系数＝1.28

          修正烟温系数＝1.03

          硫分修正系数＝1.13；

(11)、利用(9)、(10)计算结果，运用马茨公式，计算出所选除尘技术在设计效率下的比集尘面：

$>>\eta >=>1>->exp>>>(>->>A>Q>>>\omega >k>>)>>K>>=>1>->exp>>>(>->f>>\omega >k>>)>>K>>>s>$

确定效率在99.6％时的比集尘面积是137.8m²/m³/s；

(12)、运用多依奇—安德森公式，计算有效驱进速度：

$>>\eta >=>1>->exp>>(>->>>A>>\omega >e>>>Q>>)>>=>1>->exp>>(>->f>>\omega >e>>)>>>s>$

确定效率在99.6％时的有效驱进速度时是4cm/s；

(13)、依据(11)、(12)得出所选电除尘技术的比集尘面积、有效驱进速度两个设计参数值，确定所选电除尘技术方案。