焦化烟气脱硫脱销一体化设备集中管控系统的利记博彩app

本发明涉及工业烟气处理信息管理控制系统技术领域，尤其涉及一种焦化烟气脱硫脱销一体化设备集中管控系统。

背景技术：

我国是世界上最大的炼焦生产国，2015年1月1日起正式实施的《炼焦化学污染物排放标准》对焦化工业的二氧化硫和氮氧化物的排放指标提出了严格和明确的量化要求。某焦化厂于国内率先采用湿式氨法强制湍流脱硫和强制氧化尿素脱硝一体化工艺装置是处理焦化工业烟气的一种重要手段。现有脱硫脱硝一体化装置包含的设备有引风机、余热回收锅炉、增压风机、脱硫塔、脱硝塔、硫酸铵循环槽、固液分离器、尿素溶解槽、管道与辅助泵等相关设备、过程参数检测装置、过程参数调节装置、DCS系统(Distributed Control System，分布式控制系统或集散控制系统，是一种计算机控制系统)等(如图1)。

现有工艺如下：

炼焦过程烟气经引风机送入余热回收锅炉，烟气温度由300℃降至160℃左右，经过增压风机，在进入脱硫塔之前与臭氧输入管道汇合，烟气中的部分NO与臭氧快速反应生成NO₂。烟气进入脱硫塔浓缩段，经过喷淋、洗涤，降温至60℃左右，经气帽进入到脱硫塔的吸收段，与顶部喷淋的脱硫吸收液逆流接触，烟气中的SO₂与吸收剂中的亚硫酸铵反应生成亚硫酸氢铵，SO₂得以脱除净化。吸收段底部的液体回流到脱硫塔底部的储液槽。为了恢复吸收液的吸收能力，需补充氨水。脱硫塔顶部喷淋工艺水以保持储液槽的液位在合理范围内。储液槽底部鼓入空气，将储液槽中的部分(NH₄)₂SO₃氧化为(NH₄)₂SO₄，供浓缩段中硫酸铵的喷淋-蒸发-浓缩与后续处理。

脱硫后的烟气管道与臭氧输入管道连接，向脱硫后60℃左右的烟气中混入臭氧，烟气中的部分NO与臭氧快速反应生成NO₂，随后进入脱硝塔下部，与脱硝塔顶部喷淋的尿素溶液逆流接触，NO、NO₂与溶液中的尿素发生还原反应生成N₂、CO₂和H₂O，完成脱硝。达到环保排放标准的烟气在脱硝塔顶部排入大气，完成烟气的全部处理过程。

现有装置存在如下问题：1.仅依靠脱硫脱销一体化设备自身的DCS系统进行控制，功能简单；2.脱硫脱硝段数据来源少，数据仅包括脱硫脱硝工段，没有与焦化生产段的数据进行融合分析，不利于过程的建模、优化与控制。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述至少部分问题，本发明实施例提供一种焦化烟气脱硫脱销一体化设备集中管控系统。

为了实现上述目的，提供了以下技术方案：

一种焦化烟气脱硫脱销一体化设备集中管控系统，包括：

焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统；

数据处理单元，与所述焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统相连，用于通过所述焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统采集焦化生产过程数据及烟气脱硫脱硝一体化过程的生产数据、能源数据和运行参数，并实时计算大气污染物排放浓度和脱硫脱硝效率。

进一步地，所述数据处理单元具体包括：

第一计算模块，被配置为根据下式计算所述大气污染物排放浓度：

c＝c’/[(21-O₂)/(21-O₂’)]；

式中，所述c表示所述大气污染物排放浓度；所述c’表示焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统检测到的污染物基准氧含量排放浓度；所述O2’表示实测的氧含量；所述O2表示基准氧含量。

进一步地，所述数据处理单元具体包括：

第二计算模块，被配置为根据下式计算所述脱硫脱硝效率：

式中，所述t表示当前时刻；所述X(·)表示未处理废气中的SO₂/NO_X的浓度；所述X(·)'表示处理后废气中的SO₂/NO_X的浓度；所述k1表示废气每小时入塔体积；所述k2表示废气每小时出塔体积；η(t)表示所述脱硫脱硝效率。

进一步地，所述数据处理单元具体包括：

预处理模块，用于对所采集的所述焦化生产过程数据及所述烟气脱硫脱硝一体化过程的生产数据进行滤波和去噪处理。

进一步地，所述数据处理单元具体包括：

分析模块，用于通过假设检验、显著性检验、相关分析、偏相关分析、主成分分析和聚类分析，以分类、估计、预测和量化所述焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统中脱硫脱硝装置的运行特性。

进一步地，所述管控系统还包括：

过程优化单元，与所述数据处理单元相连，用于基于能源损耗及脱硫过程中物料平衡约束条件，并利用优化算法动态控制所述脱硫脱硝过程的原料，以最小化生产成本。

进一步地，所述过程优化单元具体包括：

目标确定模块，被配置为确定所述脱硫脱硝过程的目标函数为：

其中，所述M_T表示生产成本；所述表示耗电成本；所述表示用料成本；所述表示其他成本；所述t表示时间；所述T表示计划期；

决策确定模块，被配置为将t内的脱硫脱硝成本确定为决策变量；

第一约束条件确定模块，被配置为确定出口烟气浓度约束条件为：以及工艺约束条件为：4.5<PH<6，P∈6∶4～4∶6，3％<C<10％，120<TS<200，50<TN<90；

其中，所述表示二氧化硫排放浓度阈值；所述表示氮氧化物排放浓度阈值；所述PH表示脱硫吸收剂PH值；所述P表示在臭氧调节下的NO与NO₂的浓度；所述C表示氨水质量浓度；所述TS表示脱硫烟气入口的温度；所述TN表示脱硝烟气入口的温度；

第二约束条件确定模块，被配置为确定所述脱硫过程中物料平衡约束条件为：

S_配^T＝B1^T×Ps+B2^T×F+Hs^T+S^T+Q^T；

其中，所述T表示时间段；所述S配T表示当前时间段中配合煤中的总硫含量；所述B1^T表示当前时间段中的焦炭产量；所述Ps表示焦炭中的平均含硫百分比；所述B2^T表示脱硫塔脱硫后所得硫酸铵产量；所述F表示硫酸铵中含硫比；所述S^T表示当前炼焦时段中净化塔排放的SO₂总量；所述Hs^T表示当前炼焦时段中荒煤气中含硫总量；所述Q^T表示当前时间段中煤焦油产物含硫总量；

优化模块，与所述目标确定模块、所述决策确定模块、所述第一约束条件确定模块和所述第二约束条件确定模块相连，并被配置为基于所述目标确定模块、所述决策确定模块、所述第一约束条件确定模块和所述第二约束条件确定模块的结果，利用优化算法对所述脱硫脱硝过程进行稳态优化。

进一步地，所述管控系统还包括显示单元；其中，显示单元包括：

构建模块，被配置为构建焦化煤气燃烧和脱硫脱硝塔的物理模型；

模拟模块，与所述构建模块相连，并被配置为对所述焦化生产段和所述脱硫脱硝一体化工程段的浓度、温度和压力场进行数值模拟；

显示模块，与所述模拟模块相连，并被配置为通过图形对数值模拟后的结果进行显示。

进一步地，所述管控系统还包括：

服务器，包括：

数据库服务器，与所述焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统相连，用于实时存储所述焦化生产过程数据及所述烟气脱硫脱硝一体化过程的所述生产数据、所述能源数据和所述运行参数；

备份服务器，与所述数据库服务器相连，用于备份所述焦化生产过程数据及所述烟气脱硫脱硝一体化过程的所述生产数据、所述能源数据；

网络服务器，与所述数据库服务器相连并与终端通信连接，用于基于终端的请求而提供所述焦化生产过程数据及所述烟气脱硫脱硝一体化过程的所述生产数据、所述能源数据和所述运行参数的查询服务；

所述终端，用于以图形的形式显示所述焦化生产过程和所述烟气脱硫脱硝一体化过程中的变量数据。

本发明实施例提供一种焦化烟气脱硫脱销一体化设备集中管控系统。该系统可包括焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统和数据处理单元。其中，数据处理单元与焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统相连，用于通过焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统采集焦化生产过程数据及烟气脱硫脱硝一体化过程的生产数据、能源数据和运行参数，并实时计算大气污染物排放浓度和脱硫脱硝效率。本发明实施例利用焦化生产及脱硫脱硝一体化DCS系统，将焦化生产与脱硫脱硝两部分有机集成为一个完整的工业流程环，实现了焦化生产及烟气脱硫脱硝一体化两部分数据的互联互通，充分发掘焦化生产段对于脱硫脱硝一体化段的关系，通过数据的互联互通，实现了焦化企业脱硫脱硝一体化设备数据的信息化。

附图说明

图1是现有脱硫脱硝一体化装置示意图；

图2为根据本发明实施例的焦化烟气脱硫脱销一体化设备集中管控系统的结构示意图；

图3为根据本发明另一实施例的焦化烟气脱硫脱销一体化设备集中管控系统的结构示意图；

图4为根据本发明实施例的过程优化单元的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种焦化烟气脱硫脱销一体化设备集中管控系统。如图2所示，该系统20可以包括：焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统22和数据处理单元24。其中，数据处理单元24用于通过焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统22采集焦化生产过程数据及烟气脱硫脱硝一体化过程的生产数据、能源数据和运行参数，并实时计算大气污染物排放浓度和脱硫脱硝效率。

本发明实施例利用焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统22，通过采集焦化生产过程数据及烟气脱硫脱硝一体化过程的生产数据、能源数据和运行参数，来实时计算大气污染物排放浓度和脱硫脱硝效率，解决了现有技术仅依靠脱硫脱销一体化设备自身的DCS系统进行控制，功能简单，而且脱硫脱硝段数据来源少，数据仅包括脱硫脱硝工段，没有与焦化生产段的数据进行融合分析，不利于过程的建模、优化与控制的缺陷。

在上述实施例中，焦化生产过程数据包括但不限于焦化原料数据类型(例如：入炉煤成分、装煤量、回炉煤气成分)、焦化产物数据类型(例如：焦炭质量及产量、煤焦油等产物量及成分、废气量及成分)、生产状态数据类型(例如：焦炉温度制度、焦炉压力制度、煤气量和空气流量)。

具体地，焦化生产过程数据可如表一所示。

表一：

烟气脱硫脱硝一体化过程的生产数据可以包括但不限于液位数据、温度数据、压力数据、流量数据、PH值、浓度数据及能源数据。其中，能源数据例如可以包括臭氧发生机组耗电量、喷淋耗电量以及氨水和尿素等原料成本。

具体地，烟气脱硫脱硝一体化过程的生产数据和能源数据可如表二所示。

表二：

上述烟气脱硫脱硝一体化过程的生产数据可以通过工业检测仪表获取到。

运行参数可以包括但不限于焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统检测到的污染物基准氧含量排放浓度、实测的氧含量、未处理废气中的二氧化硫浓度和氮氧化物浓度、处理后废气中的二氧化硫浓度和氮氧化物浓度、废气每小时入塔体积及废气每小时出塔体积。

在实际应用中，数据处理单元可以作为管控中心通过工业通信网络与焦化生产DCS系统和脱硫脱硝一体化DCS系统进行数据互联。其中，工业通信网络用于单元、模块之间或设备、装置之间(含DCS、SCADA(数据采集与监视控制)服务器、PLC(可编程逻辑控制器)、RTU(远程终端单元)、仪表等)的数据采集和通讯链路转换，以统一标准协议上传给应用层，本发明实施例采用的工业通信网络具有自动网络通信负荷平衡功能和断线数据缓存功能，支持通过RS232、RS422、RS485、电台、电话轮巡拨号、以太网、移动GPRS、3G、4G等通信方式。

在一些可选的实施方式中，上述数据处理单元具体可以包括：第一计算模块。其中，第一计算模块被配置为根据下式计算大气污染物排放浓度：

c＝c’/[(21-O₂)/(21-O₂’)]；

式中，c表示大气污染物排放浓度(mg/m³)；c’表示焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统检测到的污染物基准氧含量排放浓度(mg/m³)；O₂’表示实测的氧含量(％)；O₂表示基准氧含量(％)；“21”表示氧气在空气所占的体积为21％。

其中，污染物排放浓度通过对烟气浓度反折算得到。烟气浓度例如可以为烟气氮氧化物浓度。

在一些可选的实施方式中，上述数据处理单元具体可包括第二计算模块。其中，第二计算模块被配置为根据下式计算脱硫脱硝效率：

其中，t表示当前时刻；X(·)表示未处理废气中的SO₂/NO_X的浓度(mg/m³)，也即脱硫塔入口处废气中的SO₂/NO_X的浓度；X(·)'表示处理后废气中的SO₂/NO_X的浓度(mg/m³)；k1表示废气每小时入塔体积；k2表示废气每小时出塔体积。作为示例，k1＝π×R_入²×3600(m³)，其中优选地，R_入＝1(m)；k2＝π×R_出²×3600(m³)，其中优选地，R_出＝1.25(m)；η(t)表示所述脱硫脱硝效率。

在一些可选的实施方式中，数据处理单元还具体可包括预处理模块。其中，预处理模块用于对所采集的焦化生产过程数据及烟气脱硫脱硝一体化过程的生产数据进行滤波、去噪处理。

作为示例，本发明实施例可以使用小波去噪工具对所采集的数据进行去噪处理。其中，参数设定为软阈值，并采用3层sym8小波。

在另一些在一些可选的实施方式中，数据处理单元还具体可包括分析模块。其中，分析模块用于通过假设检验、显著性检验、相关分析、偏相关分析、主成分分析和聚类分析，以分类、估计、预测和量化焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统中脱硫脱硝装置的运行特性。

在本实施例中，数据处理单元通过诸如假设检验、显著性检验、相关分析、偏相关分析、主成分分析和聚类分析等统计分析和数据挖掘算法实施大数据分析，以分类、估计、预测和量化焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统中脱硫脱硝装置的运行特性，从而发现该脱硫脱硝装置运行中的各种潜在规律，进而可以为脱硫脱硝装置的改进与运行优化提供信息化技术支撑，集成了故障诊断，能够查找故障的根源和传播路径，实现了管控系统的智能化。

在一些可选的实施方式中，如图3所示，管控系统还可以包括：过程优化单元26，其与数据处理单元相连，用于基于能源损耗及脱硫过程中物料平衡约束条件，并利用优化算法动态控制脱硫脱硝过程的原料，以最小化生产成本。

这里，脱硫脱硝过程优化的目标是在保证出口二氧化硫和氮氧化物严格不高于规定值的前提下，使生产成本最小。

具体地，如图4所示，过程优化单元40被配置具体可包括：目标确定模块41、决策确定模块42、第一约束条件确定模块43和第二约束条件确定模块44及优化模块45。其中：

目标确定模块41被配置为确定脱硫脱硝过程的目标函数为：

其中，M_T表示生产成本；表示耗电成本，例如臭氧机组耗电量、各喷淋耗电量及其他装置或设备的耗电量；表示用料成本，例如用料成本可以包括氨水、尿素成本及水成本；表示诸如人工成本等其他成本；t表示时间；T表示计划期。

确定目标函数时通常确定与生产成本、产量等有关的经济指标，优化的目的是使其最大或最小化。

决策确定模块42被配置为将时间t内的脱硫脱硝成本确定为决策变量。

第一约束条件确定模块43被配置为确定出口烟气浓度约束条件为以及工艺约束条件为4.5<PH<6，P∈6∶4～4∶6，3％<C<10％，120<TS<200，50<TN<90。

其中，表示二氧化硫排放浓度阈值，例如其可以为《炼焦化学污染物排放标准》中规定的二氧化硫排放浓度上限；表示氮氧化物排放浓度阈值，例如其可以为《炼焦化学污染物排放标准》中规定的氮氧化物排放浓度上限；PH表示脱硫吸收剂PH值；P表示在臭氧调节下的NO与NO₂的浓度；C表示氨水质量浓度；TS表示脱硫烟气入口的温度；TN表示脱硝烟气入口的温度。

第二约束条件确定模块44被配置为确定下式为脱硫过程中物料平衡约束条件：

S_配T＝B1^T×Ps+B2^T×F+Hs^T+S^T+Q^T；

其中，T表示时间段；S_配^T表示当前时间段中配合煤中的总硫含量；B1^T表示当前时间段中的焦炭产量；Ps表示焦炭中的平均含硫百分比；B2^T表示脱硫塔脱硫后所得硫酸铵产量；F表示硫酸铵中含硫比；S^T表示当前炼焦时段中净化塔排放的SO₂总量；Hs^T表示当前炼焦时段中荒煤气中含硫总量；Q^T表示当前时间段中煤焦油产物含硫总量。

上述建立约束条件的过程是建立设备负荷限制、产品质量限制及基本规律的限制等的过程。

优化模块45与目标确定模块41、决策确定模块42、第一约束条件确定模块43和第二约束条件确定模块44相连，并被配置为基于目标确定模块41、决策确定模块42、第一约束条件确定模块43和第二约束条件确定模块44的结果，利用优化算法对脱硫脱硝过程进行稳态优化。

在上述实施例中，优化算法包括但不限于二次逼近法、罚函数法、广义梯度法、复合型法、随机搜索法、遗传算法或群集智能优化算法。

在利用优化算法对脱硫脱硝过程进行稳态优化的过程中，可以将得到的控制量进行OPC写入操作，例如：进行OPC写入数据库操作或与DCS进行通信。作为示例，具体步骤可以为：创建OPC服务器并启动；组态软件与OPC服务器进行连接；对变量或控制量进行读写操作。

通过采用上述过程优化单元，实现了脱硫、脱硝过程的成本最低化，解决了现有技术不能实现对脱硫脱硝流程的优化操作的缺陷，降低了脱硫脱硝的物耗和能耗等运行成本，确保了管控系统运行的高效性与经济性。

在一些可选的实施方式中，上述管控系统还可以包括显示单元。

具体地，显示单元可包括：构建模块、模拟模块和显示模块。其中，构建模块被配置为构建焦化煤气燃烧和脱硫脱硝塔的物理模型。模拟模块与构建模块相连，并被配置为对焦化生产段和脱硫脱硝一体化工程段的浓度、温度和压力场进行数值模拟。显示模块与模拟模块相连，并被配置为通过图形对数值模拟后的结果进行显示。

其中，图形包括但不限于分布图、三维图、折线图或柱形图亦或是图表。

在上述实施例中，数值模拟可以利用例如Fluent工具等流体力学分析工具，并结合有限元或有限容积的有关知识进行，在此不再赘述。

上述实施例通过多种图示对数值模拟的结果进行了显示，解决了现有技术表现形式单一，数据仅用曲线图进行表示，不够直观形象的缺陷，实现了焦化企业脱硫脱硝一体化设备数据的可视化，可以帮助操作和管理人员更加及时、准确、全面地监管装置的运行，提升管理水平和管理能力，为装置在工艺、制造和运行方面的持续改进提供数据支持。

在一些可选的实施方式中，上述系统还可以包括服务器和终端。其中，服务器包括数据库服务器、备份服务器和网络服务器。数据库服务器与焦化生产段及脱硫脱硝一体化工程段DCS系统相连，用于实时存储焦化生产过程数据及烟气脱硫脱硝一体化过程的生产数据、能源数据和运行参数。备份服务器与数据库服务器相连，用于备份焦化生产过程数据及烟气脱硫脱硝一体化过程的生产数据、能源数据。网络服务器与数据库服务器相连并与终端通信连接，用于基于终端的请求而提供焦化生产过程数据及烟气脱硫脱硝一体化过程的生产数据、能源数据和运行参数的查询服务。终端用于以图形的形式显示焦化生产过程和烟气脱硫脱硝一体化过程中的变量数据。

上述备份服务器例如可以为用于备份的企业云数据库。上述网络服务器例如可以为企业Web服务器。

在实际应用中，对于焦化生产段的数据，备份服务器进行全部备份；对于脱硫脱硝一体化段的数据，备份服务器视实际情况而定，以DCS系统采样频率的若干倍为周期进行备份。

在上述实施例中，该终端优选为移动显示终端，尤其是诸如基于IOS或Android系统的智能手机、个人数字助理、各类移动嵌入式设备、各类平板电脑、笔记本电脑、手持终端等。

本发明实施例通过服务器与终端，使相关人员无论在何地都可以实现对生产、运行情况的随时掌握。解决了现有技术仅能在操作室计算机上进行运行监测，不利于进行远程监控的缺陷。

本领域技术人员应清楚，在具体实施过程中，管控系统还可以包括必不可少的接口(例如：OPC(OLE for Process Control,用于过程控制的OLE(Object Linking and Embedding))接口等)，用于与MATLAB、CFD(例如：CFX、FLUENT等)等工具相连，以进行协同仿真、计算或数值模拟。其中，OPC是一个工业标准，其包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。此外，管控系统还可以包括处理器和存储器及总线等公知的结构。

在一个优选的实施例中，管控系统可以包括数据处理单元、过程优化单元、显示单元和接口。其中，数据处理单元与过程优化单元和接口双向互联，且与显示单元单向连接；过程优化单元与接口双向互联，且与显示单元单向连接。通过接口，显示单元可以利用MATLAB、CFD等工具构建焦化煤气燃烧和脱硫脱硝塔的物理模型，并对焦化段和脱硫脱硝一体化段的浓度、温度和压力场进行数值模拟，通过图形对数值模拟后的数据中的变量数据进行显示。

需要说明的是，本领域技术人员应清楚，为了确保系统的安全可靠运行，上述系统还可以包括诸如工业防火墙、相关网络设备、数据存储单元等外部设备，其中，数据存储单元可以保存处理后的数据；例如可以使用云数据库对所有原始数据及数据库系统均进行实时备份，在此不再赘述。

需要说明的是，上述实施例提供的焦化烟气脱硫脱销一体化设备集中管控系统在进行工作时，仅以上述各功能模块、单元的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块、单元来完成，即将本发明实施例中的模块、单元再分解或者组合，不视为对本发明保护范围的不当限定。

如本文中所使用的，术语“模块”、“单元”可以指代在计算系统上执行的软件对象或例程。可以将本文中所描述的不同模块、单元实现为在计算系统上执行的对象或过程(例如，作为独立的线程)。虽然优选地以软件来实现本文中所描述的系统和方法，但是以硬件或者软件和硬件的组合的实现也是可以的并且是可以被设想的。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，但是，本领域技术人员容易理解的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。