大數據及其在燃煤電廠煙氣除塵中的應用初探

張君毅，劉含笑，郭 瀅

(1.國神集團花園電廠，新疆 哈密 839000；2.浙江菲達環保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800)

大數據及其在燃煤電廠煙氣除塵中的應用初探

張君毅1，劉含笑2，郭 瀅2

(1.國神集團花園電廠，新疆 哈密 839000；2.浙江菲達環保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800)

本文對大數據技術進行簡單闡述，并初步探討其在燃煤電廠煙塵治理方面的應用前景，旨在為后續研究提供借鑒。

大數據；燃煤電廠；電除塵器；袋式除塵器；電袋復合除塵器

近年來，隨著互聯網技術的迅猛發展，“大數據時代”、“金融時代”、“物聯網時代”等熱詞頻頻出現，但主要還是應用于金融等商業領域，并逐漸擴展至醫療、交通、能源等技術領域[1-5]，尤其今年來在智能電網等方面的應用取得了可喜的成績[6]。

大數據技術在燃煤電廠除塵領域的應用尚未見報道，本文對大數據技術進行簡單闡述，并初步探討其在燃煤電廠煙塵治理方面的應用前景，旨在為后續研究提供借鑒。

1 “大數據”分析和挖掘技術

大數據指超過傳統數據庫系統處理能力的數據，可以概括為4個V： 數據量大(Volume)、速度快(Velocity)、類型多(Variety)、價值密度低(Veracity)。大數據分析是指對規模巨大的數據進行分析，在研究大量的數據的過程中尋找模式、相關性和其他有用的信息。大數據分析的理論核心就是數據挖掘。數據挖掘技術是指從數據庫的巨量數據中提取出未知的、潛在的、有用的信息的過程。大數據挖掘技術涉及的領域較廣，包括數據庫技術、統計學、可視化、高性能計算、人工智能、機器學習等，如圖1所示。

圖1 大數據挖掘技術涉及的領域

大數據挖掘一般可以分成以下幾個步驟：

(1)定義問題和主題；

(2)數據預處理；

(3)建立挖掘模型；

(4)用測試集對挖掘模型評估；

(5)挖掘模型應用。

大數據挖掘采用的優化方法如圖2所示，涉及人工神經網絡、決策樹、遺傳算法、關聯分析、聚類分析等。

圖2 大數據挖掘技術的優化方法

2 燃煤電廠除塵技術

燃煤電廠煙氣除塵技術主要包括電除技術、電袋復合除塵技術和袋式除塵技術三種。

2.1 電除塵技術

電除塵技術是在高壓電場內，使懸浮于含塵氣體中的粉塵受到氣體電離的作用而荷電，荷電顆粒在電場力的作用下，向極性相反的電極運動，并吸附在電極上，通過振打、沖刷等使其從電極表面脫落，同時在重力的作用下落入灰斗，實現除塵的全過程。依據電極表面灰的清除是否用水，分為干式電除塵和濕式電除塵。干式電除塵常被稱作電除塵，包括低溫、低低溫、旋轉電極等電除塵技術；濕式電除塵常被稱作濕電，有金屬極板、導電玻璃鋼和柔性極板三種型式。為電除塵器供電的電源主要有工頻電源、高頻電源、三相電源、和脈沖電源等。

低溫(或稱常規)電除塵技術具有除塵效率高、適用范圍廣、運行費用較低、使用維護方便、無二次污染等優點，但其除塵效率受粉塵成分、粒徑、比電阻等影響較大，且占地面積也較大。常規電除塵技術適用于粉塵比電阻在104～1011Ω·cm范圍內的除塵，適用于新建和技改機組，可在范圍很寬的溫度、壓力和粉塵負荷條件下應用。電除塵器的性能要求如表1所示。

表1 電除塵器的性能要求

常規電除塵技術存在高比電阻粉塵引起的反電暈、振打引起的二次揚塵及微細粉塵荷電不充分等導致除塵效率下降的問題。

2.2 袋式除塵技術

袋式除塵技術是利用纖維織物的攔截、慣性、擴散、重力、靜電等協同作用對含塵氣體進行過濾的技術。袋式除塵是一個過濾與清灰交替進行的非穩態過程。當含塵氣體進入袋式除塵器后，顆粒大、比重大的粉塵，由于重力的作用沉降下來，落入灰斗，含有較細小粉塵的氣體在通過濾料時，煙塵被阻留，使氣體得到凈化，隨著過濾的進行，阻力不斷上升，需進行清灰再生。袋式除塵器按清灰方式分為：脈沖噴吹類袋式除塵器、反吹風類袋式除塵器及機械振打類袋式除塵器，電廠主要應用脈沖清灰類袋式除塵器，又可細分為固定行噴吹和旋轉噴吹脈沖袋式除塵器。

袋式除塵技術適用工況條件范圍廣，具有較為穩定的低排放、占地面積小、控制系統簡單等特點。袋式除塵技術適用于溫度和水分不高且波動不大的原料系統、燒結機尾、整粒和成品系統塵源點煙氣的凈化；不適用于溫度高、濕度大、含有腐蝕性氣體的燒結機頭煙氣。袋式除塵器的性能要求如表2所示。

表2 袋式除塵器的性能要求

袋式除塵技術存在的主要問題為濾袋的使用狀況對除塵器的性能及經濟性影響較大，年運行費用一般高于電除塵器和電袋復合除塵器。

2.3 電袋復合除塵技術

電袋復合除塵技術是電除塵技術與袋式除塵技術有機結合的一種復合除塵技術，利用前級電場收集大部分粉塵，同時使粉塵荷電，利用后級濾袋區過濾攔截剩余的粉塵，實現煙氣凈化。未被前級電區捕集的荷電粉塵，由于電荷作用使細微顆粒極化或凝并成粗顆粒，同時由于同性電荷的排斥作用，到達濾袋表面堆積的粉塵層排列有序、結構疏松，呈棉絮狀，粉塵層阻力低，容易清灰剝離，因而產生了荷電粉塵增強過濾性能的效應，降低運行阻力，延長濾袋壽命。電袋復合除塵器按照結構型式可分為一體式電袋復合除塵器、分體式電袋復合除塵器和嵌入式電袋復合除塵器。其中一體式電袋復合除塵器技術最為成熟，應用最為廣泛。

電袋復合除塵技術除塵性能不受煙灰特性等因素的影響，捕集細顆粒物(PM2.5)效率高，相同工況及運行條件下，運行阻力明顯低于純袋式除塵器；降低濾袋破損率，延長濾袋使用壽命；運行穩定、能耗低，操作便捷、維護方便。電袋復合除塵器性能要求如表3所示。

表3 電袋復合除塵器的性能要求

3 大數據在電除塵中的應用構想

圖3 模式構想

電除塵器是燃煤電廠煙塵治理的主流技術，目前市場占比約70%，本文以電除塵器為例，探討大數據技術的應用構想。

電除塵器對煤種較為敏感，為探究電除塵器對不同煤種的適應邊界及能效限值，可考慮采用大數據及數據挖掘技術，構想如圖3所示。首先收集煤種及飛灰成分數據、表觀驅進速度等選型數據、現場實測及在線監測數據等，基于調研數據構建數據庫，并采用數據挖掘技術，對電除塵性能的主要影響因素進行分析，如工況條件(包括煤的灰分硫分、飛灰比電阻、飛灰粒徑、飛灰成分、煙氣溫度、煙氣SO3含量等)、技術狀況(包括極配型式、振打形式、氣流均布性、清灰方式等)和運行條件(包括二次電壓、二次電流、清灰周期等)，深度挖掘規律，知道電除塵器的精準選型設計，并在后續工程應用中不斷驗證。

4 結語

在精準知道電除塵選型的同時，可考慮對現有的控制系統進行改進優化，實現運行參數及出口煙塵濃度等數據在線監測的同時，將其遠程實時傳輸到總站，對所有電除塵器的使用情況進行實時在線監測，以長期積累電除塵器的連續運行數據。并根據數據反饋及分析，發展電除塵器的故障診斷及預測技術。

[1] 李國杰，程學旗．大數據研究：未來科技及經濟社會發展的重大戰略領域—大數據的研究現狀與科學思考[J]．中國科學院院刊，2012，27(6)：647-657．

[2] 趙國棟，易歡歡，糜萬軍，等．大數據時代的歷史機遇[M]．北京：清華大學出版社，2013．

[3] 張 磊. 大規模互聯網圖像檢索與模式挖掘[J]. 中國科學: 信息科學,2013,43: 1641-1653.

[4] 李學龍，龔海剛. 大數據系統綜述[J].中國科學: 信息科學,2015,45: 1-44.

[5] 何 清，莊福振，曾 立. 等.PDMiner: 基于云計算的并行分布式數據挖掘工具平臺[J]. 中國科學: 信息科學,2014,44: 871-885.

[6] 張東霞，苗 新，劉麗平.智能電網大數據技術發展研究[J].中國電機工程學報，2015,35(1)：2-12.

(本文文獻格式：張君毅，劉含笑，郭 瀅.大數據及其在燃煤電廠煙氣除塵中的應用初探[J].山東化工,2017,46(11):190-191,195.)

Big Data and Its Application of Dust Removal in Coal-fired Power Plant

ZhangJunyi1，LiuHanxiao2，GuoYing2

(1.Guoshen Garden Power Plant Co., Ltd.,Hami 839000,China; 2.Feida Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Zhuji 311800,China)

In this paper，the technology of data,and discusses its application prospect in coal soot governance,aimed to providing reference for subsequent research.

big data;coal-fired power plant;ESP;FF; EF

2017-04-11

張君毅(1985—)，男，山東泰安人，國神哈密花園電廠生技部熱工專業高級主管，一直從事電廠熱控專業的技術及管理工作；通訊作者：劉含笑(1987—)，男，山東濰坊人，碩士，主要從事燃煤電站PM2.5捕集增效與優化技術研發工作。

X773

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1008-021X(2017)11-0190-02