燃煤电厂脱硫脱硝系统的智能化控制策略与节能减排效果评估

摘要：燃煤电厂在能源供应中占据重要地位，但其排放的二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）等污染物对大气环境造成了严重影响。为了应对这一问题，燃煤电厂普遍采用了脱硫脱硝系统以减少污染物排放。然而，传统脱硫脱硝系统存在自动化程度低、运行效率低、能耗大等问题。因此，引入智能化控制策略成为提高脱硫脱硝效率和节能减排效果的关键。鉴于此，本文就此展开了论述，以供参阅。

关键词：燃煤电厂；脱硫脱硝系统；智能化；节能减排

引言

燃煤电厂在满足能源需求的同时，也带来了严重的环境污染问题。脱硫脱硝技术作为减少燃煤电厂大气污染的主要手段，其效率和稳定性直接影响到环保效果。近年来，随着智能化技术的发展，燃煤电厂脱硫脱硝系统的智能化控制成为可能，通过优化控制策略，提高脱硫脱硝效率，降低能耗，实现节能减排的目标。

一、燃煤电厂脱硫脱硝系统概述

（一）脱硫系统

在燃煤电厂污染物治理体系里，脱硫系统举足轻重。常见脱硫工艺有石灰石-石膏湿法、海水脱硫、循环流化床干法等。石灰石-石膏湿法因技术成熟、脱硫效率高达90%以上，且能适配多种煤种，应用最为广泛。其原理是将石灰石磨成浆液，引入吸收塔与烟气接触，石灰石中碳酸钙与二氧化硫经复杂反应生成亚硫酸钙，再经空气氧化成硫酸钙（石膏）。此工艺运行稳定，产物石膏可回收利用，增加经济效益。系统由吸收塔、烟气、石灰石浆液制备及石膏脱水系统构成。吸收塔是核心，促进二氧化硫吸收；烟气系统引导烟气；浆液制备系统提供合格浆液；脱水系统处理产物，各系统协同保障脱硫高效运行。

（二）脱硝系统

脱硝系统对控制燃煤电厂氮氧化物排放极为关键。常用的SCR和SNCR工艺中，SCR因脱硝效率超80%、适用范围广而备受推崇。在催化剂作用下，向含氮氧化物烟气喷入氨气，二者发生还原反应生成氮气和水，实现脱除。该工艺能精准调控反应条件，低温下也能高效运行，对不同浓度氮氧化物均有良好效果。SCR脱硝系统含脱硝反应器、氨气供应、催化剂及烟气系统。反应器是反应核心；氨气供应系统保障氨气输送；催化剂系统提升反应速率；烟气系统确保烟气进出顺畅，各部分紧密协作，降低氮氧化物排放，助力大气环境改善。

二、智能化控制策略在脱硫脱硝系统中的应用

（一）基于模型预测控制（MPC）的策略

模型预测控制（MPC）在燃煤电厂脱硫脱硝系统里堪称“智慧大脑”，是前沿的基于模型的优化控制算法。其核心在于搭建能精准契合脱硫脱硝系统动态特征的数学模型。运行期间，持续采集烟气流量、污染物浓度、温度等实时关键数据，模型据此对系统未来一段时间的输出进行预测，像精确预估脱硫脱硝效率的走势。依据预测结果，MPC可在线智能优化控制输入，保障系统时刻向最优状态运行。例如，一旦监测到烟气流量骤增，MPC能迅速响应，精准调节石灰石浆液流量，匹配突增的二氧化硫负荷；同时，对氨气喷射量也能精准调控，维持对氮氧化物的高效脱除。

相较于传统控制手段，MPC优势显著。它能完美适配脱硫脱硝系统多变量、非线性及时变的特性，大幅提升控制精度。在复杂工况下，系统响应更为迅速、准确，有效抑制超调和振荡，极大降低能源消耗，全方位提升系统的运行效率与稳定性，为燃煤电厂节能减排目标的实现提供有力支撑。

（二）模糊控制策略

模糊控制是燃煤电厂脱硫脱硝系统中极具价值的智能控制手段。它把操作人员长期积累的经验与领域知识，转化为模糊规则。在系统运行时，关注烟气温度、压力、污染物浓度等模糊变量。例如，当烟气温度处于“较高”区间，且二氧化硫浓度“偏高”，模糊控制依据预设规则，快速判定加大石灰石浆液泵功率，增加石灰石浆液量，强化二氧化硫吸收；同时调整风机转速，优化烟气流通，保证反应充分。

模糊控制最大优势在于无需精确数学模型，这对复杂且参数多变的脱硫脱硝系统极为实用。面对系统参数波动与不确定性，它展现出强大鲁棒性，能灵活适应复杂工况，无论何种运行条件，都可确保脱硫脱硝系统稳定、高效运行，有力提升系统整体性能。

（三）神经网络控制策略

神经网络控制策略是借鉴生物神经网络结构与功能发展而来的先进信息处理体系，在燃煤电厂脱硫脱硝系统中具有广阔的应用前景。其运作原理基于大量历史运行数据展开深度学习。在脱硫脱硝系统里，神经网络持续分析过往不同工况下的各类数据，包括但不限于设备运行参数、烟气成分及浓度变化等，从而挖掘并掌握系统内部潜在的运行规律。基于这些学习成果，神经网络能够精准预测系统在未来不同条件下的性能表现，例如预测在特定煤种变化时，脱硫脱硝效率将如何改变。并且，依据预测结果，神经网络能够对诸如石灰石浆液流量调节阀开度、氨气喷射装置压力等控制参数进行智能优化。

神经网络具备强大的自学习、自适应以及非线性映射能力。这使得它能够有效处理脱硫脱硝系统中复杂的非线性问题，相较于传统控制策略，能够显著提升系统的控制性能，确保系统在面对复杂多变的运行环境时，始终维持高效稳定的运行状态，为实现节能减排目标提供有力支撑。

三、节能减排效果评估

（一）脱硫效果评估

在评估脱硫成效时，二氧化硫减排量的精确计算是关键环节。需借助专业监测设备，精准采集采用智能化控制策略前后，电厂烟气中二氧化硫的排放浓度数据，同时结合实时监测的烟气流量，再依据系统运行时长，代入特定公式：减排量=（改造前排放浓度-改造后排放浓度）×烟气流量×运行时间，以此得出确切的二氧化硫减排量。此外，通过对改造前后脱硫系统实际运行数据的对比分析，能直观评估出智能化控制策略促使脱硫效率提升的幅度，判断其对二氧化硫脱除能力的增强效果。

（二）脱硝效果评估

脱硝效果评估与脱硫类似，氮氧化物减排量的核算，要仔细对比改造前后烟气中氮氧化物的排放浓度与排放量。运用与计算二氧化硫减排量相仿的方法，将监测数据代入对应公式，得出氮氧化物减排量。而对于脱硝效率提升的评估，需深入分析智能化控制策略在调整氨气喷射量、优化反应器内反应条件等方面的作用，判断其对降低氮氧化物排放所做出的实质性贡献，明确策略在提升脱硝效率上的实际成效。

（三）能源消耗评估

针对能源消耗的评估，首先聚焦电耗分析。智能化控制策略可依据实时工况，对风机、泵等主要设备的运行参数进行智能优化。通过对比改造前后这些设备的电耗数据，能够直观看到策略对电耗的影响程度。此外，在其他能耗方面，像石灰石、氨气等原材料的消耗同样不容忽视。智能化控制策略能精准把控实际工况，精确调整原材料投入量，避免浪费，降低原材料消耗，全方位展现其在节能降耗上的积极作用。

结束语

总而言之，燃煤电厂脱硫脱硝系统的智能化控制策略在提高脱硫脱硝效率、降低能耗和减少污染物排放方面具有显著优势。随着物联网、大数据和人工智能等技术的不断发展，智能化脱硫脱硝系统将在更多燃煤电厂得到应用，推动绿色环保产业的发展。未来，应继续加大研发投入，提升自主创新能力，推动智能化脱硫脱硝技术的不断进步和应用推广。同时，政府和企业应共同推动智能化技术的应用与推广，为实现可持续发展目标贡献力量。

参考文献

[1]任志宏.热电厂燃煤锅炉烟气脱硫脱硝的节能减排改造实践[J].资源节约与环保.2024（05）：5-8

[2]刘凤清.燃煤电厂脱硫及除尘系统节能减排改造技术研究[J].能源与节能.2024（04）：75-78，82

[3]樊成军.燃煤电厂烟气脱硫脱硝技术分析[J].中国科技期刊数据库工业A.2024（09）：0153-0156