烟气“消白”改造项目设计参数的确定

杨彭飞，吴冲，张锡乾，王凯亮，张起

（中国华电科工集团有限公司，北京 100070）

1 研究背景

自2017年，河北、天津以及江苏等地相继出台大气污染物排放标准，提出通过采取相应技术降低烟气温度及含湿量，减少可溶性盐及SO3等可凝结颗粒物的排放，进一步消除石膏雨及有色烟羽［4-11］。对于通过烟气降温冷凝消除石膏雨及有色烟羽的技术［12］，各地均提出了排烟温度及含湿量的具体控制要求［13］。

对于烟气“消白”改造项目，煤质水分、吸收塔入口烟温及出口烟温等设计参数的确定，直接影响系统设备选型及改造成本。

常规改造项目设计参数的确定方法一般有以下2种。

（1）通过现场摸底试验确定设计参数。

（2）根据机组历史运行数据确定设计参数。

现场摸底试验受试验期间的煤质成分、机组运行工况及气象条件限制较大，而根据机组历史运行数据，盲目采取最高历史运行数据作为设计参数，改造成本较高。本文以江苏某电厂630MW 机组烟气消白改造为例，机组吸收塔出口烟温可达59.50℃，较其他项目吸收塔出口烟温偏高，达标排放温度至少下降12.00℃，据此进行设计，工程量大，经济成本高，因而通过调取其全年的历史运行数据，采用正态分布的统计方法，分析煤质水分、吸收塔入口烟温及出口烟温的概率分布，确定项目改造的设计参数［14-15］。

2 正态分布统计下的设计参数

经吸收塔喷淋后的烟气为饱和湿烟气或近饱和湿烟气，本文调取了机组2017年8月至2018年8月的历史运行数据，研究发现烟气含湿量对应的饱和烟气温度平均低于显示的排烟温度（1.60℃），吸收塔出口烟气为近饱和湿烟气。同时为了便于数据的处理分析，做出如下简化。

（1）吸收塔入口烟温、出口烟温只考虑机组负荷80%（500MW）以上的历史数据。

评析： 试题以六个真实的学生认知活动情境为主线，以不同的动物呼吸系统或器官的结构及功能为切入点，针对呼吸器官结构的“是什么”、实验现象的“为什么”和归纳总结的“怎么样”三个层面进行考查。题干中已经明确了动物呼吸的本质的基础上，从“为什么”层面对A草履虫和B蚯蚓及E鱼的呼吸过程分析，考查学生应用演绎推理解释现象的能力。同时，对五类动物进行了呼吸的结构或器官结构与分类的双重考查；再对动物呼吸的结构和功能进行概括和总结，归纳出结构与功能的关系和进化的规律。试题的综合性充分体现了统一观和进化观的高度融合。

（2）采用正态分布的统计方法，认为发生概率小于5%的事件为小概率事件，在一次试验中该事件是几乎不可能发生的。

2.1 煤质水分的确定

机组2017年8月至2018年8月的煤质水分分布统计见表1。

表1 煤质水分分布统计Tab.1 Coalmoisture annual distribution

根据正态分布规律可知

其中

式中：Xi为样本；X为样本平均值；Pi为随机变量出现概率；n为样本数量。

由式（2）、式（3），根据表1计算得：μ＝17.24℃，σ＝4.13℃。

2017年8月至2018年8月煤质水分概率分布如图1所示，由图1可知，全年煤质水分最小为5.80%，最大为30.70%，主要分布区间为9.00%～25.00%。由式（1）可知：正态分布下，横轴区间［μ-1.96σ，μ+1.96σ］范 围 内 的 出 现 概 率 为95.44%，即煤质水分出现在［9.14，25.33］范围内的概率为95.44%。由于发生概率小于5%的小概率事件认为在一次试验中该事件是几乎不可能发生的，故本项目煤质水分可取25.00%。

图1 煤质水分分布概率Fig.1 Coalmoisture distribution probability

2.2 吸收塔入口烟温的确定

机组2017年8月至2018年8月吸收塔入口烟温分布统计见表2。

表2 吸收塔入口烟温分布统计Tab.2 Annual distribution of tem perature at the FGD inlet

由式（2）、式（3），根据表2计算得：μ＝108.53℃，σ＝6.07℃。

机组负荷80%以上，吸收塔入口烟温的概率分布如图2所示。由图可知，吸收塔入口最低烟温94.50℃，最高烟温124.50℃，主要分布区间在97.0～120.0℃。由式（1）可知：正态分布下，横轴区间［μ-1.96σ，μ+1.96σ］范围内的出现概率为95.44%，即吸收塔入口烟温出现在［96.60，120.40］范围内的概率为95.44%。由于发生概率小于5%的小概率事件认为在一次试验中该事件是几乎不可能发生的，故本项目吸收塔入口烟温取120.00℃。

图2 吸收塔入口烟温分布概率Fig.2 Probability distribution of the temperature at the FGD inlet

2.3 吸收塔出口烟温的确定

机组2017年8月至2018年8月吸收塔出口烟温分布统计见表3。

表3 吸收塔出口烟温分布统计Tab.3 Distribution of the temperature at the FGD outlet

由式（2）、式（3），根据表3计算得：μ＝54.10℃，σ＝1.73℃。

机组负荷80%以上，吸收塔出口烟温的分布概率如图3所示。由图3可知，吸收塔出口最低烟温48.20℃，最高烟温59.50℃，主要分布区间在50.0～58.00℃。由式（1）可知：正态分布下，横轴区间［μ-1.96σ，μ+1.96σ］范围内的出现概率为95.44%，即吸收塔出口烟温出现在［50.70，57.50］范围内的概率为95.44%。由于发生概率小于5%的小概率事件认为在一次试验中该事件是几乎不可能发生的，故本项目吸收塔出口烟温的设计参数为57.50℃，考虑到机组吸收塔出口烟温与烟气湿度不匹配，平均不饱和温差为1.60℃，故本项目吸收塔出口烟温为55.90℃，取整56.00℃，饱和湿烟气。

图3 吸收塔出口烟温分布概况Fig.3 Probability distribution of the temperature at the FGD outlet

3 结束语

本文采取正态分布的统计方法对历史运行数据进行分析，综合考虑性能保证及改造成本，得出煤质水分、吸收塔入口烟温及出口烟温的优化设计参数，本次项目改造可按煤质水分25%，吸收塔入口烟温120.00℃，吸收塔出口烟温56.00℃，饱和湿烟气设计。当运行工况超出设计参数，而造成排放超标时，应适当采取控煤措施。