用于脱硫吸收塔的浆液系统及浆液健康状态在线评估方法

摘要

本发明涉及一种用于脱硫吸收塔的浆液系统及浆液健康状态在线评估方法，该浆液系统包括整流可调旋流分离器、工业相机、石膏浆液样品槽、真空皮带脱水器和石膏废液样品槽，本发明采用机器视觉代替人眼观测对处理后的浆液进行分析；利用浆液浑浊程度、颜色等信息，以机器视觉得到的图像信息判断吸收塔浆液状态，进而判断吸收塔内部运行状态；通过图像分析元素识别，通过故障诊断系统调节整流可调旋流分离器内部结构以及石膏浆液入口流量，从而减小真空皮带脱水器发生故障的频率。本发明可有效缩短吸收塔浆液异常预警时间，减缓真空皮带脱水机等设备因浆液异常而带来的损伤，从而对电厂经济利益和环境保护做出贡献。

权利要求

1.一种用于脱硫吸收塔的浆液系统，包括整流可调旋流分离器、工业相机、石膏浆液样品槽、石膏废液样品槽、吸收塔、真空皮带脱水器和石膏废液回收池，其特征在于：所述整流可调旋流分离器包括下锥段内壁、内管外壁、切向入口和整流模块，该整流可调旋流分离器的整体框架采用切向入口水力旋流器，整流模块安装在整流可调旋流分离器入口位置，下锥段内壁和外壁及内管外壁和内管内壁间设有空隙，用于装填压缩空气，压缩空气由进气口实时充气放气，出气口连接气阀，气阀为电动阀，其能够接受信号改变充气或放气状态；

石膏浆液样品槽和石膏废液样品槽，其分别安装在吸收塔出口进入石膏浆液池之前和从真空皮带脱水器脱水后进入石膏废液回收池之前的支路；石膏浆液样品槽、石膏废液样品槽和工业相机镜头之间没有壁面遮挡；上游管路和下游管路之间为独立管道，下游管路通过泵打回至主体管路中；工业相机通过前端相机拍摄吸收塔浆液图像数据，使用程序将拍摄的浆液图片进行处理，根据处理的结果对吸收塔内故障类型进行专家诊断；以图像分析模块的输出作为输入条件，通过浆液健康状态在线评估方法，输出吸收塔浆液品质的评估结果。

2.根据权利要求1所述的用于脱硫吸收塔的浆液系统，其特征在于：所述整流可调旋流分离器设置有溢流口、底流管、外机筒、上封盖、内管封口和底部封口，整流可调旋流分离器的上下位置分别设置上部进气口与底部进气口。

3.根据权利要求1所述的用于脱硫吸收塔的浆液系统，其特征在于：所述整流模块包括整流模块一级叶片、整流模块二级叶片和整流模块三级叶片。

4.根据权利要求1所述的用于脱硫吸收塔的浆液系统，其特征在于：所述整流模块包括数层圆形碟片间隔布置，该圆形碟片整体性状为盘状，边缘位置设有沿中心对称的数个开槽用于流体通过。

5.根据权利要求4所述的用于脱硫吸收塔的浆液系统，其特征在于：所述开槽大小由内之外依次减小，开槽从内而外沿顺时针或逆时旋转呈一定角度阵列布置，用于将通入分离器入口的流体进行预混合；开槽边缘结构锋利，用于剪切流体中的大颗粒，避免分离器堵塞。

6.根据权利要求1所述的用于脱硫吸收塔的浆液系统，其特征在于：所述下锥段内壁、内管外壁均为软性膨胀材料。

7.一种浆液健康状态在线评估方法，其特征在于：根据物料颜色特征，计算浆液健康状态，其方法由以下步骤实现：（S1）在稳定的工况条件下，通过泵将石膏浆液和石膏废液抽入至样品槽中；

（S2）图像获取模块捕集样品槽内物料图像，图像分析模块分析图像获得所述物料颜色特征；

（S3）对物料取样，化验获得浆液成分，评估浆液健康状态；

（S4）调整工况条件使吸收塔浆液成分改变，重复步骤（S1）至（S2），建立物料颜色特征与对应浆液健康状态的数据集；

（S5）基于步骤（S4）所述数据集，采用机器学习方法建立根据浆液颜色特征推算浆液健康状态的映射模型；

（S6）将某一未知吸收塔浆液健康信息情况下的物料信息特征输入步骤（S5）所述映射模型，映射模型输出推算的吸收塔浆液健康状态；根据浆液健康状态情况从而调整整流可调旋流分离器运行状态以及吸收塔出口阀门开度，从而避免真空皮带脱水器堵塞。

8.根据权利要求7所述的浆液健康状态在线评估方法，其特征在于：浆液健康状态的监测系统，按以下步骤工作：（1）将某一未知吸收塔浆液健康信息情况下的石膏浆液和石膏废液流体信息特征输入上述步骤（S5）所述映射模型，映射模型输出推算的吸收塔浆液健康状态；

（2）所述吸收塔浆液品质评估算法模块根据物料的颜色特征信息结合评判浆液健康程度正常或异常，废液健康程度正常或异常；浆液健康指数符合或超过相关技术标准、规定限值的，吸收塔内浆液品质判断为正常或异常；

（3）用户服务模块将物料图像、颜色特征、吸收塔浆液品质评估结果的信息通过图形界面呈现给用户，并提供用户交互功能。

9.根据权利要求7所述的浆液健康状态在线评估方法，其特征在于：所述颜色特征，通过获取得图像灰度值大小、RGB分量占比、HSV分量占比判断图像是否异常。

10.根据权利要求8所述的浆液健康状态在线评估方法，其特征在于：所述用户服务模块，载体为计算机，当浆液品质为异常时通过软件弹框、声音、光字牌方式提醒用户。

说明书

用于脱硫吸收塔的浆液系统及浆液健康状态在线评估方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种浆液系统和评估方法，尤其是涉及一种用于脱硫吸收塔的浆液系统及浆液健康状态在线评估方法，它属于燃煤电厂石灰石‑石膏湿法烟气脱硫领域。

背景技术

[0002] 现阶段我国大部分在役和新建火电机组都装备了烟气脱硫装置,以保证锅炉烟气达标排放，其中绝大多数电厂均采用石灰石‑石膏湿法脱硫工艺。该工艺通过使用石灰石将二氧化硫转化为石膏，从而达到脱除二氧化硫的目的。石灰石与二氧化硫发生反应的位置是在吸收塔。正常状态下当二氧化硫增高时，工作人员通过增加吸收塔石灰石浆液供应量以保证后续管道净烟气二氧化硫含量达标。而在某些异常状况时，石灰石不能有效的和二氧化硫结合而导致该举措失控，即发生浆液“中毒”（也称石灰石盲区）现象。

[0003] 事实上，当浆液中毒发生时，其吸收塔内的浆液颜色及浑浊程度会发生明显改变，例如，由于含氧量不足致使内部亚硫酸钙等成分含量超标导致浆液颜色变浑。未燃尽的煤粉进入吸收塔导致浆液颜色发黑，产生较多气泡。较多的飞灰、金属离子、酸不溶物、油污等杂质导致其浆液颜色变得鲜艳。于此同时，浆液中毒发生时，其生成杂质往往堵塞真空皮带脱水机的滤布孔隙而造成脱水困难，致使其脱出的石膏废液其流量、颜色等性状发生改变。

[0004] 而目前燃煤电厂石灰石‑石膏湿法脱硫系统不具备浆液品质的在线监测手段，而当将浆液中毒发生时，当现场人员察觉到时往往已是晚期，不仅造成真空皮带脱水机故障，同时为达标排放要求不得不停机检修，造成经济损失。

[0005] 因为本发明申请旨在提供一种实时监测石膏浆液和石膏废液的诊断方法，同时基于该方法设计了一种用于吸收塔浆液的整流可调旋流分离器，通过调整旋流分离器状态及入口流量，从而控制减缓真空皮带脱水机故障程度，提前异常预警时间，从而提高生产技术水平。

[0006] 本相关领域目前未有相关技术的报道，事实上，除本技术团队外，未见机器视觉技术应用于湿法浆液健康状态监测的报道及专利文件。

[0007] 公开日为2015年10月21日，公开号为CN103071381B的中国专利中，公开了一种名称为“一种用于石灰石法烟气脱硫的复合添加剂”的发明专利。该专利所述复合添加剂由质量百分比为85%‑90%的尼龙酸萃取剩余物、1%‑3%的水杨酸、1%‑3%的腐植酸、1%‑5%的氯化锰及1%‑5%的二甲基硅消泡剂混合而成。所述尼龙酸萃取剩余物为萃取出尼龙酸内大部分戊二酸后的剩余物。虽然该专利的复合添加剂有效地解决了使用尼龙酸类添加剂进行烟气脱硫后排水的颜色较深、致使脱硫排水色度不合格的缺点，同时拥有较宽的pH值缓冲区域，加速二氧化硫气体溶入石灰石浆中，加快石灰石碳酸钙的溶解，提高脱硫效率、极大地节约了成本，并且具有提高亚硫酸钙的氧化效率、解决石灰石浆液中毒问题、消除脱硫塔泡沫、保障脱硫塔高效稳定运行的功能；但是该专利并未解决上述的缺陷，也未公开本专利申请的技术方案。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种诊断方法合理可靠，实时监测石膏浆液和石膏废液，通过调整旋流分离器状态，从而控制减缓真空皮带脱水机故障程度，同时达到异常预警的效果，从而提高生产技术水平的用于脱硫吸收塔的用于脱硫吸收塔的浆液系统及浆液健康状态在线评估方法。

[0009] 本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该用于脱硫吸收塔的浆液系统，包括整流可调旋流分离器、工业相机、石膏浆液样品槽和石膏废液样品槽、吸收塔、真空皮带脱水器和石膏废液回收池，其特征在于：所述整流可调旋流分离器包括下锥段内壁、内管外壁、切向入口和整流模块，该整流可调旋流分离器的整体框架采用切向入口水力旋流器，整流模块安装在整流可调旋流分离器入口位置，下锥段内壁和外壁及内管外壁和内管内壁间设有空隙，用于装填压缩空气，压缩空气由进气口实时充气放气，出气口连接气阀，气阀为电动阀，其能够接受信号改变充气或放气状态；石膏浆液样品槽和石膏废液样品槽，其分别安装在吸收塔出口进入石膏浆液池之前和从真空皮带脱水器脱水后进入石膏废液回收池之前的支路；石膏浆液样品槽、石膏废液样品槽和工业相机镜头之间没有壁面遮挡；上游管路和下游管路之间为独立管道，下游管路通过泵打回至主体管路中；工业相机通过前端相机拍摄吸收塔浆液图像数据，使用程序将拍摄的浆液图片进行处理，根据处理的结果对吸收塔内故障类型进行专家诊断；以图像分析模块的输出作为输入条件，通过浆液健康状态在线评估方法，输出吸收塔浆液品质的评估结果。

[0010] 作为优选，本发明所述整流可调旋流分离器相应设置有溢流口、底流管、外机筒、上封盖、内管封口和底部封口，整流可调旋流分离器的上下位置分别设置上部进气口与底部进气口。

[0011] 作为优选，本发明所述整流模块包括整流模块一级叶片、整流模块二级叶片和整流模块三级叶片。

[0012] 作为优选，本发明所述整流模块包括数层圆形碟片间隔布置，该圆形碟片整体性状为盘状，边缘位置设有沿中心对称的数个开槽用于流体通过。

[0013] 作为优选，本发明所述开槽大小由内之外依次减小，开槽从内而外沿顺时针或逆时旋转呈一定角度阵列布置，用于将通入分离器入口的流体进行预混合；开槽边缘结构锋利，用于剪切流体中的大颗粒，避免分离器堵塞。

[0014] 作为优选，本发明所述下锥段内壁、内管外壁均为软性膨胀材料。

[0015] 本发明还提供一种浆液健康状态在线评估方法，其特征在于：根据所述物料颜色特征，计算浆液健康状态，其方法由以下步骤实现：

[0016] （S1）在稳定的工况条件下，通过泵将石膏浆液和石膏废液抽入至样品槽中；

[0017] （S2）图像获取模块捕集样品槽内物料图像，图像分析模块分析图像获得所述物料颜色特征；

[0018] （S3）对物料取样，化验获得浆液成分，评估浆液健康状态；

[0019] （S4）调整工况条件使吸收塔浆液成分改变，重复步骤（S1）至（S2），建立物料颜色特征与对应浆液健康状态的数据集；

[0020] （S5）基于步骤（S4）所述数据集，采用机器学习方法建立根据浆液颜色特征推算浆液健康状态的映射模型；

[0021] （S6）将某一未知吸收塔浆液健康信息情况下的物料信息特征输入步骤（S5）所述映射模型，映射模型输出推算的吸收塔浆液健康状态；根据浆液健康状态情况从而调整整流可调旋流分离器运行状态以及吸收塔出口阀门开度，从而避免真空皮带脱水器堵塞。

[0022] 本发明所述的浆液健康状态监测系统，其特征是，按以下步骤工作：

[0023] (1) 将某一未知吸收塔浆液健康信息情况下的石膏浆液和石膏废液流体信息信息特征输入上述步骤（S5）所述映射模型，映射模型输出推算的吸收塔浆液健康状态；

[0024] (2) 所述吸收塔浆液品质评估算法模块根据物料的颜色特征信息结合评判浆液健康程度正常/异常，废液健康程度正常/异常。浆液健康指数符合/超过相关技术标准、规定限值的，吸收塔内浆液品质判断为正常/异常；

[0025] (3) 用户服务模块将物料图像、颜色特征、吸收塔浆液品质评估结果等信息通过图形界面呈现给用户，并提供用户交互功能，包括（但不限于）图像和数据的检索、保存等。

[0026] 所述颜色特征，其特征是，通过获取得图像灰度值大小/RGB分量占比/HSV分量占比判断图像是否异常。

[0027] 所述的用户服务模块，其载体为计算机，其特征是，当浆液品质为异常时通过软件弹框、声音、光字牌等方式提醒用户。

[0028] 本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：提供一种实时监测石膏浆液和石膏废液的诊断方法，同时设计了一种可接受信息反馈的整流可调旋流分离器，通过调整旋流分离器状态，从而控制减缓真空皮带脱水机故障程度，同时达到异常预警的效果，从而提高生产技术水平。

附图说明

[0029] 图1是吸收塔石膏浆液在线诊断工艺流程图。

[0030] 图2是整流可调旋流分离器结构示意图。

[0031] 图3是分离器入口整流模块示意图。

[0032] 图4是整流模块叶片示意图。

[0033] 图5是浆液样品槽示意图。

[0034] 图中：整流可调旋流分离器A，工业相机B，石膏浆液样品槽C，石膏废液样品槽D，吸收塔E，真空皮带脱水器F，石膏废液回收池G；

[0035] 整流可调旋流分离器A：溢流口1，上封盖2，外机筒3，下锥段内壁4，内管外壁5，内管封口6，底部封口7，底流管8，底部进气口9，切向入口10，整流模块11，上部进气口12；

[0036] 整流模块11：整流模块一级叶片11‑1,整流模块二级叶片11‑2,整流模块三级叶片11‑3。

具体实施方式

[0037] 下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

[0038] 实施例。

[0039] 参见图1至图5，本实施例用于脱硫吸收塔的浆液系统包括整流可调旋流分离器A、工业相机B、石膏浆液样品槽C、石膏废液样品槽D、吸收塔E、真空皮带脱水器F和石膏废液回收池G，整流可调旋流分离器A包括下锥段内壁4、内管外壁5、切向入口10和整流模块11，整流可调旋流分离器A的整体框架采用切向入口10水力旋流器，整流模块11安装在整流可调旋流分离器A入口位置，下锥段内壁4和外壁及内管外壁5和内管内壁间设有空隙，用于装填压缩空气，压缩空气由进气口实时充气放气，出气口连接气阀，气阀为电动阀，其能够接受信号改变充气或放气状态。

[0040] 本实施例石膏浆液样品槽C和石膏废液样品槽D，其分别安装在吸收塔E出口进入石膏浆液池之前和从真空皮带脱水器F脱水后进入石膏废液回收池G之前的支路。

[0041] 本实施例石膏浆液样品槽C、石膏废液样品槽D和工业相机B镜头之间没有壁面遮挡；上游管路和下游管路之间为独立管道，下游管路通过泵打回至主体管路中；工业相机B通过前端相机拍摄吸收塔E浆液图像数据，使用程序将拍摄的浆液图片进行处理，根据处理的结果对吸收塔E内故障类型进行专家诊断；以图像分析模块的输出作为输入条件，通过浆液健康状态在线评估方法，输出吸收塔E浆液品质的评估结果。

[0042] 本发明原理为：分别在吸收塔E出口进入石膏浆液池之前和从真空皮带脱水器F脱水后进入石膏废液回收池G之前的支路安装浆液样品槽，使用机器视觉相机连续不间断的监测该位置处的浆液颜色及状态，当浆液异常时，通过发送信号给前端的整流可调分离器从而改变该位置的分离效率，同时将报警信息发送给工作人员，从而避免/缓解真空皮带脱水机的故障，及缩短吸收塔E浆液中毒的抢救时间。

[0043] 实施例1：

[0044] 某600MW厂煤质恶劣、同时因锅炉设计问题导致其燃烧不充分，经常有少量未完全燃烧的煤粉和飞灰进入吸收塔E。

[0045] 本实施例采用以下方式实现浆液健康状态监测：

[0046] （S1）该厂停机改造过程中，在石膏处理支路中引进本发明诊断系统，如图1所示，在石膏浆液池之前和石膏废液回收池G之前设立旁路，旁路位置开设样品槽，并使用机器视觉相机连续不间断的监测该位置的浆液颜色及状态。

[0047] （S2）将原厂入口水力旋流器更换为本发明所述的可调旋流分离器，图2为本发明整流可调旋流分离器结构示意，分离器包括溢流口1、上封盖2、外机筒3、下锥段内壁4、内管外壁5、内管封口6、底部封口7、底流管8、底部进气口9、切向入口10、整流模块11和上部进气口12。

[0048] （S3）整流可调旋流分离器A入口的整流模块11结构如图3所示，图中所示整流模块11包括整流模块一级叶片11‑1、整流模块二级叶片11‑2和整流模块三级叶片11‑3，每级叶片呈花瓣状。其开口逐级增大。安装方向沿顺时针旋转（如图4所示）。设计其目的为：（1）预混合流体，保持分离器分离性能稳定，避免流体中杂质聚团结垢，调整分离器入口的流速，避免喘振，搅碎大颗粒入口的极大颗粒物质。

[0049] （S4）图5为一种浆液样品槽示意。为了工业相机B拍摄清晰的图像，避免浆液挂壁对拍摄图像产生影响，同时为了方便清理拍摄区域壁面，从而设计观测区域为半开口状。

[0050] （S5）工业相机B可以通过监测浆液的颜色(灰度值/RGB分量)从而判断浆液是否发生异常。当数值落在设定异常范围内时，故障诊断系统迅速判断故障类型，并发出预警信号给工作人员，同时发送信号给整流可调分离器的充气阀，入口阀门等从而改变流量分离器性能的方式减小下游设备故障。

[0051] 本实施例的流程为：

[0052] （1）通过图像获取模块的工业相机B拍摄吸收塔E浆液的照片图像；

[0053] （2）图像获取模块将图像传输至图像分析模块，后者通过图像识别算法分别获得浆液的颜色数据，将颜色数据RGB格式转化为HSL格式，统计获得各自分量的平均值；

[0054] （3）现场人工对石膏浆液和石膏废液进行取样，化验获得浆液成分；

[0055] （4）调整工况条件使浆液成分改变，重复步骤（1）至（3），建立HSL分量与对应吸收塔E浆液成分的数据集；

[0056] （5）基于步骤（4）所述数据集，采用自动机器学习工具/软件对杂质浓度和类型的定量关系进行分类，从而建立起根据颜色分量数值推算吸收塔E浆液成分的映射模型，并将该映射模型整合进浆液品质评估算法模块；

[0057] （6）系统进入连续监测状态，即执行步骤（1）至（2），将步骤（2）获得的HSL输入浆液品质评估算法模块，后者推算出浆液故障类型和强度，并将其与浆液合格限值做比较，设定合格阈值。高于合格限值的，浆液为异常，否则为合格（正常）；

[0058] （7）用户服务模块从图像获取模块读取原始图像、从图像分析模块读取标记了浆液健康状态的后处理图像、从浆液品质评估算法模块读取浆液成分推算值和成分正常/异常状态标识，通过网页界面将其呈现给运行人员，为其提供浆液品质监测信息。

[0059] 实施例2：

[0060] 与实施例1相比，不同在于：

[0061] （1）整流可调旋流分离器A的结构调整由充气放气更换为液压驱动；

[0062] （2）只针对石膏浆液设立样品槽并进行机器视觉监督；

[0063] （3）整流可调旋流分离器A入口处的整流装置其叶片结构为5级；

[0064] （4）故障诊断系统采用图像信息与流体信息（流量，压力等）联合进行故障类型学习。

[0065] 其他条件同实施例1。

[0066] 本发明申请的目的是通过使用工业相机B对吸收塔E出口的石膏浆液和从真空皮带脱水器F脱出的石膏废液进行在线图像分析从而在线判断电厂吸收塔E运行状态是否发生异常。与传统现场化验方法相比，本发明申请对吸收塔E浆液分析为连续，在线分析；本发明申请采用机器视觉代替人眼观测对处理后的浆液进行分析；本发明申请利用浆液浑浊程度、颜色等信息，以机器视觉得到的图像信息判断吸收塔E浆液状态，进而判断吸收塔E内部运行状态；本发明申请通过图像分析元素识别，通过故障诊断系统调节整流可调旋流分离器A内部结构以及石膏浆液入口流量，从而减小真空皮带脱水器F发生故障的频率。本发明申请可有效缩短吸收塔E浆液异常预警时间，减缓真空皮带脱水机等设备因浆液异常而带来的损伤，,从而对电厂经济利益和环境保护做出贡献。

[0067] 通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。

[0068] 此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。