[发明专利]循环流化床脱硫剂预投入量多目标优化方法

说明书

技术领域

本发明技术属于钢铁烧结循环流化床生产过程的优化技术领域，涉及一种循环流化床脱硫剂预投入量多目标优化方法。

技术背景

钢铁工业是国民经济的支柱产业，在国民经济发展中一直占据着非常重要的位置。我国粗钢产量占世界总产量的三分之一以上，是世界第一大产钢国。但是，由于传统冶金生产工艺技术发展的局限性以及我国多年来一直延续的粗放生产经济增长方式，整体工艺技术装备水平仍然比较落后，导致钢铁工业成为高排放、高污染、高能耗的行业，一直是国内几大重点污染行业之一。

烧结是钢铁冶炼的重要环节，钢铁行业的二氧化硫（SO₂）主要由烧结工序中的烟气产生。烧结烟气产生的SO₂占钢铁企业排放总量的70%以上，个别企业达到90%左右（不含燃煤自备电厂产生的SO₂）。因此，控制烧结烟气中产生的巨大SO₂排放量已成为钢铁企业减排工作的关键，而脱硫生产需要大量的脱硫剂浆液，由于缺乏理论指导，大量的脱硫剂由于投入过量，使得脱硫反应趋于饱和，浪费了大量脱硫剂，且收集的未反应完全的循环物料量，未能充分利用，导致脱硫成本居高不下。本文针对循环流化床脱硫工艺，研发循环流化床脱硫剂预投入量多目标优化方法，在保证生产稳顺的前提下，提高脱硫效率，降低脱硫成本，成为了一个重要课题。

循环流化床的工艺如图1所示，由工业设备（图中4）所排放的含有SO₂的高温废气进入脱硫塔主体部分，经文丘里管（图中5）段处加速后，进入脱硫塔上部圆柱形管段。消石灰浆液泵（图中1）抽取消石灰浆液（脱硫剂），就地浆液泵（图中2）抽取工业用水，二者经空气泵（图中8）提供的压缩空气加压后进入脱硫塔（图中7）和SO₂进行化学反应。经过脱硫反应的烟气到达脱硫塔顶旋风分离器，经过气固分离之后，未反应完全的脱硫剂固体物进入循环给料机的灰仓中，并通过循环给料机再次进入脱硫塔参与脱硫过程。

脱硫效率定义为脱硫塔入口和出口处二氧化硫浓度之差与出口处二氧化硫浓度的百分比，是衡量脱硫效果的关键指标。根据机理分析，在脱硫过程中，影响脱硫效率的因素包括脱硫塔内的温度、压力、湿度和Ca/S（钙硫比）。

脱硫塔内的塔顶温度是影响脱硫效率的主要因素之一。喷水量的大小控制主要通过调节就地喷水泵（图中2）的频率实现。

Ca/S即脱硫塔内有效钙与全硫含量的摩尔比，通常可认为脱硫塔内投入的脱硫剂越多，一定浓度的SO₂脱硫时，其Ca/S也越高。主要通过脱硫塔入口处的消石灰浆液泵（图中1）频率以及循环给料机频率进行控制。

发明内容

本发明的目的是提出一种循环流化床脱硫剂预投入量多目标优化方法。采用该方法，能有效地利用脱硫塔内检测到的塔内压差，确定在保证生产稳顺的前提下，以脱硫效率最高，脱硫成本最低为优化目标，以塔内压差为约束条件，充分利用循环物料返回量，计算得到关键操作参数的具体数值，以降低脱硫剂的原始成本。

本发明的技术方案如下：

一种循环流化床脱硫剂预投入量多目标优化方法，包括以下步骤：

步骤1：当用来搜集循环物料的灰仓满载后，若塔内压差Δp小于脱硫剂总体投入量所产生的重力，则停止脱硫作业并报警，若塔内压差Δp大于脱硫剂总体投入量所产生的重力，则以当前塔内压差Δp的值作为塔内反应物投入的最大上限值ub_i，最小下限值lb_i为0；

步骤2：以当前脱硫生产所需要达到的具体脱硫效率和脱硫成本，来建立以脱硫效率最高且脱硫成本最低为多目标优化模型的目标函数，并以步骤1中所得到的塔内反应物投入的最大上限值ub_i、最小下限值lb_i作为约束条件，其中约束条件包括：

η_min≤η_i≤η_max；

其中：η_i表示i时刻脱硫塔内的脱硫效率；η_min表示脱硫效率下限值；η_max表示脱硫效率上限值；

[Ca_i+Ca_i′]x_min≤[Ca_i+Ca_i′]x_i≤[Ca_i+Ca_i′]x_max；