用于湿法脱硫系统运行工况分析的定性方法

摘要

本发明涉及用于污染物的直接或分布数字控制系统领域，具体为一种用于湿法脱硫系统运行工况分析的定性方法。一种用于湿法脱硫系统运行工况分析的定性方法，其特征是：按如下步骤依次实施：Ⅰ.工况采集数据进入标准化模块，Ⅱ.通过定性分析后的正常工况数据，直接输出在线监测结果。本发明应用标准化模块以定性与定量相结合方式分析企业末端数据真实性的过程，定性分析能够实现对排污异常数据的报警。

主权项

一种用于湿法脱硫系统运行工况分析的定性方法，其特征是：按如下步骤依次实施：Ⅰ.工况采集数据进入标准化模块，首先对工况采集数据进行定性分析，判断其可用性，定性分析的过程：过滤异常数据，对其中的信号采集异常导致的畸变数据进行剔除；利用工况参数有效性校验方法判别工况设备运行是否正常；Ⅱ.通过定性分析后的正常工况数据，直接输出在线监测结果；A.数据预处理A.1 数据缺失判断单点数据缺失判断，用数据质量点判断。如果数据质量点为timeout，则为数据缺失；A.2 满屏跳计算一段时间的波动程度指标index和平均波动与均值ratio的比值，测试时间长度暂定为10min，测试间隔为1min，公式为：波动程度指标$\mathrm{index}=\frac{\Sigma |x_i-x_{i-1}|}{n\left(\bar{F}\right)},$$\mathrm{ratio}=(\frac{F}{\bar{x}}-1)\times 100\%,$其中，n是点的个数，F是点的平均振幅，即把数据分成长度为m个点的若干段，求其平均振幅，F＝|x_max‑x_min|，当index>0.05且ratio>20％，认为是满屏跳；A.3 数据跳变/吹扫处理即滤波采用的判定方法为：采用1hour计算一次，每次取数据片段为本小时和前1h作为数据样本，进行2h数据的方差计算，数据小周期初步设定为5分钟，每1分钟进行前5分钟的均值计算，再设定方差范围，如果数据点或者数据片段超过设定的方差范围，则认为数据跳变，此时，还需要对数据进行范围比较，如果数据在有效性范围内，则不进行处理，认为正常，如果不在范围内，则需对数据进行剔除；如果数据跳变长度小于1min，则直接剔除，不报警；如果数据跳变长度大于1min，剔除，并对数据进行差值计算，输出数据跳变起始和结束时间；A.4 恒定值判断目前有两种形式的恒定值：一种是原始测点故障，在DCS中已经是恒定值，这种情况，采用判断数据长周期差异的方式进行数据判断；一种是数据库插值导致的恒定值，这种情况，采用取数据点状态判断；首先查询判断时段数据的质量点，如果是timeout点，则直接输出数据缺失，如果数据质量点为good，则进入第二步判断，采用数据长周期差异性的方式进行判断；长周期差异性方法：计算一段时间的方差，测试时间定为10min，测试间隔为1min，若方差小于0.01，则说明这段时间内的数值是恒定值；B.定性判断B.1 数据有效性范围校验数据有效性范围基于脱硫工艺设计、锅炉和脱硫性能试验、脱硫运行经验，确定了不同装机容量下石灰石湿法脱硫工艺的关键因子合理性范围；数据有效性范围校验1hour检验一次，检验该小时的实时值；实时值与范围比较，如果不在范围内，则进行标记，如果累计有15min超过范围，认为该小时数据超限，该小时数据不可用；B.2 关联度判断关联度判断进行三步进行计算，首先对实时数据进行去噪处理，然后进行参数长周期关联度计算，第三步进行陡升陡降时的精细化关联度计算；首先对数据进行去噪处理以减少采样值波动的影响，采用去噪的方法为：每秒钟计算一次，每次计算前5min的均值，存储为最新样本；长周期计算是对一天数据大趋势的检验，检验两个因子之间大趋势是否一致；当大趋势不在关联度范围内，再进行数据样本中陡升陡降片段的抓取，确定陡升陡降片段之后，按照时间周期1hour，计算该段时间参数之间的关联度；陡升陡降抓取的方式是，对因子小周期均值进行计算，计算该因子在本周期与上一周期的均值是否大于10％。如果大于10％，则认为陡升陡降；去噪处理之后，再进行关联度的计算，首先进行两个参数的关联度计算，每个因子都和其他因子做关联度计算，然后建立各因子之间的关联度矩阵，引进了对相关程度的度量——Pearson相关系数来定量分析两变量的线性相关性，Pearson相关系数又叫相关系数或者线性相关系数，用字母r表示，由两个变量样本取值得到，是一个描述线性相关强度的量。其中‑1<r<1，|r|表明两变量间相关的程度，r>0表示正相关，r<0表示负相关，r＝0表示零相关。|r|越接近于1，表明两变量相关程度越高，它们之间的关系越密切，相关系数用r公式为：$r_{\mathrm{xy}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(x_i-\bar{x})(y_i-\bar{y})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(x_i-\bar{x})}^2\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(y_i-\bar{y})}^2}},$采用关联度矩阵的方式对烟气侧各因子进行定性判断，每个因子都和其他因子做关联度计算，然后建立如下表所示的关联度矩阵：关联度矩阵首先确定每一组参数关联度的权重，然后结合单因子与其他因子关联度计算的结果，用权重计算的方式，进行结果计算，最终确定是哪个因子出现异常；B.3 逻辑判断当目标因子出现不随其他因子变化时，再进入逻辑关系判断，对其关联的因子变化进行判断，确定其变化趋势，最终异常原因进行定性，B.3.1 脱硫效率脱硫效率有三类异常，一类是跳变，用数据有效性范围进行判断；第二类是与出入口浓度无关，检验方式是用出入口浓度计算脱硫效率，然后与实测脱硫效率进行比对；第三类是脱硫效率为恒定值，此时出口浓度直接判定为作假。脱硫效率＝(入口SO₂浓度‑出口SO₂浓度)/入口SO₂浓度×100％，B.3.2 pHpH值存在三类异常，一是跳变偏低或者偏高；二是恒定值；三是不随其他因子变化，跳变偏低或者偏高用数据有效性范围进行校验，恒定值采用数据质量点结合数据差异性进行判断，不随其他因子变化主要存在当出口浓度升高时pH值不变和出口烟气流量升高时pH值不变；当pH存在两个测点即能获得pH1和pH2两个值时，当pH1和pH2均正常时，对pH1和pH2进行平均作为使用值；当pH1或者pH2中有一个异常，一个正常时，则使用正常的这个值；当pH1和pH2都异常时，则对pH值进行补遗；pH补遗方案如下：当pH异常<72hour时，用异常前1hour进行补遗；B.4 燃煤量B.4.1 出口烟气流量通过因子关联度判断出趋势不一致时，再确定是烟气流量未升降还是负荷未升降，或者是反向升降，采用均值的方式确定时间点和变化趋势，陡升陡降判断：计算一段时间内的均值，测试时间长度10min和测试间隔长度1min，设本次测定的均值为m1，上次测定的均值为m2，波动幅度为t，当|m1/m2‑1|>t(t＝0.1)，则认为该时间发生了陡升陡降；对于限值判断，首先确定关联度不一致，负荷上升、烟气流量不变，然后再根据三阶拟合公式检验出口流量是否不负荷逻辑关系，三阶拟合公式是拟合负荷和烟气流量之间的；三阶拟合公式：Y＝a+bX+cX²+dX³，其中：Y为负荷，X为烟气流量，a、b、c、d为系数；B.4.2 原烟气流量模型校验实测原烟气流量经过定性判断后，确定为正常的，需要再和模型进行绝对值比对；如果异常，直接输出模型结果；在核算模型原烟气流量需要用的参数包含全硫份、空干基灰分、空干基水份、固定碳、燃煤量，而其中燃煤量需要进行定性判断，定性判断目前采用关联度矩阵的形式进行判断，如果正常，直接使用，如果异常，则使用机组负荷进行推算燃煤量，推算燃煤量的度电煤耗采用CEMS补数规范，小于1day的，用前一天和后一天的均值核算，大于1day的，用前720hour的有效数据进行补遗；模型原烟气流量与实测原烟气流量进行比对，如果实测原烟气流量在模型原烟气流量的±20％以内，则认为实测正确，输出实测原烟气流量，如果实测原烟气流量不在模型原烟气流量的±20％以内，则认为实测原烟气流量绝对值有误，输出模型原烟气流量，并标记实测原烟气流量与机组负荷逻辑不符；B.4.3 净烟气流量模型校验实测净烟气流量首先根据定性判断，其是否正常，如果异常，则直接使用模型值，如果正常，则与模型净烟气流量进行比对，如果实测净烟气流量在模型净烟气流量的±20％以内，则认为实测正确，输出实测净烟气流量，如果实测净烟气流量不在模型净烟气流量的±20％以内，则认为实测净烟气流量绝对值有误，输出模型净烟气流量，并标记实测净烟气流量与机组负荷逻辑不符；B.5 出口SO₂浓度在脱硫运行时，出口SO₂浓度从表观上分为两大类，分别为表观正常、表观异常，表观异常再细划分包含四类，浓度偏低、恒定值、限值、浓度偏高；使用上报硫份对预判做分阶，当上报硫份>0.4时，出口浓度初步认定小于40mg/m³，为偏低，直接使用模型数据；如果>40mg/m³，则启用模型对出口浓度进行校验；当上报硫份<0.4时，直接使用模型对出口浓度进行校验；设限值：出现的点的个数或持续的时间超过一定时间，认为该值就是限值，设定方法如下：1)求出该段时间点最大值；2)设定一个误差值，当该点与最大值的差值小于误差值，则认为该点为疑似限值处理；3)疑似限值的个数超过600，即10min，则认为这段时间内该数据作了限值处理；恒定值：使用长周期差异性进行确定；B.5.1 原烟气SO₂浓度模型校验实测SO₂浓度检验方法采用上报硫份推算的方式进行检验，首先对上报硫份进行正太分布统计，确定硫份的分布情况，如果上报的新硫份不在范围内，则系统会提示上报硫份与以往硫份差异较大，请再次核对，但继续使用该硫份作为计算硫份；根据全硫份、空干基水份、空干基灰分、固定碳根据工艺基础表格查出模型原烟气SO₂浓度，再与实测原烟气SO₂浓度进行比对，如果实测原烟气SO₂浓度>模型的100％～20％，则认为实测是对的，输出实测值；如果实测原烟气SO₂浓度<模型的100％～20％，则使用模型原烟气SO₂浓度，并输出硫份与实测原烟气SO₂浓度逻辑不符。B.5.2 净烟气SO₂浓度模型校验净烟气SO₂浓度检验和核定的方式是采用原烟气SO₂浓度和脱硫效率，脱硫效率核定方法主要是采用的液气比和钙硫比的方式核算塔区的去除能力，使用的是核算仪原烟气SO₂浓度、核算仪原烟气流量、循环浆液泵额定流量、循环浆液泵电流、吸收塔pH来核算的；首先计算液气比，然后根据pH、液气比、原烟气SO₂浓度查工艺基础表格进行确定脱硫效率；液气比计算方法：通过脱硫效率和原烟气SO₂浓度计算出模型净烟气SO₂浓度，然后与实测净烟气SO₂浓度进行范围比对，如果实测净烟气SO₂浓度>模型的100％～20％，则认为实测是对的，输出实测值；如果实测净烟气SO₂浓度<模型的100％～20％，则使用模型净烟气SO₂浓度；这里使用模型净烟气SO₂浓度时，需要确定异常原因，两种原因导致的，一种是原烟气SO₂浓度，一种是脱硫效率，如果原烟气浓度模型高于实测，则此处输出原因为原烟气浓度高，脱硫不能达到预期要求；如果原烟气浓度模型小于等于实测，则说明脱硫效率模型小于实测，此时输出塔区反应条件不足。