[发明专利]低成本高效的污染物与CO2

权利要求书

1.一种低成本高效的污染物与CO₂协同吸收-解吸解耦方法，其特征在于：烟气进入吸收系统，吸收系统包括多级循环吸收塔，经过设置在多级循环吸收塔前部的预洗涤段后依次进入一段污染物吸收段、二段CO₂吸收段、三段CO₂吸收段和四段水洗段；富液经贫富液换热器进入解吸系统，解吸系统包括解吸塔，贫液出解吸塔进入贫富液换热器；解吸塔再生蒸汽进入分离提纯系统；吸收系统、解吸系统分别通过解耦控制系统控制，所述解耦控制系统包括吸收控制单元和解吸控制单元，所述吸收控制单元包括一段循环控制单元、二段循环控制单元、三段循环控制单元、四段循环控制单元和吸收剂配置单元；

吸收与解吸解耦方法包括两个方面：一是吸收系统中四段循环的解耦，通过分区调控四段循环将吸收过程分成四部分，一段循环对应多级循环吸收塔底层，对污染物进行吸收并进行独立调控，保证污染物脱除效率；二段循环对应多级循环吸收塔第二层，对CO₂进行吸收并进行独立调控，提高吸收剂CO₂负载；三段循环对应多级循环吸收塔第三层，对CO₂进行吸收并进行独立调控，保证CO₂吸收效率；四段循环对应多级循环吸收塔顶层，脱除气溶胶并进行独立调控，烟气气溶胶排放达标；二是吸收系统与解吸系统的解耦，采用多级循环吸收方式使吸收液进入解吸塔处于饱和状态，减少吸收过程对解吸的影响；

吸收与解吸解耦方法具体包括下述步骤：

(1)建立基于实时数据与历史数据的冷却水路、吸收液路和烟气路的三路参数建立数据库，所述参数包括烟气流量G，烟气中气体分压p_out和p_in，吸收剂浓度c_ab，各级循环液的pH值pH_i，温度T_i，循环量L_i，进入解吸塔富液的pH值pH_rich，温度T_rich，流量L_rich，离开解吸塔贫液的pH值pH_lean，温度T_lean，新鲜吸收液伯胺、仲胺、叔胺浓度c_pa、c_sa、c_ta，再沸器热负荷W；

(2)基于所建立的数据库，建立不同工况下的污染物与CO₂协同捕集吸收与解吸解耦控制优化模型；根据工业碳捕集及超低排放系统实际运行情况，设置各操作参数调节范围约束条件如下：

η_cont≥η_set,cont

G_max≥G≥G_min

p_in,max≥p_in≥p_in,min

c_ab,max≥c_ab≥c_ab,min

pH_i,max≥pH_i≥pH_i,min,i∈[1,4]

T_i,max≥T_i≥T_i,min,i∈[1,4]

L_i,max≥L_i≥L_i,min,i∈[1,4]

其中，依次为CO₂脱除效率和目标效率；η_cont、η_set,cont依次为污染物脱除效率和目标效率；

一段循环控制单元、二段循环控制单元、三段循环控制单元、四段循环控制单元、吸收剂配置单元和解吸控制单元的调控关键参数模型为：

η_absorbent＝f_absorbent(c_pa,c_sa,c_ta)

η_desorption＝f_desorption(L_rich,W)

其中，η_absorbent、η_desorption分别为一段循环控制单元、二段循环控制单元、三段循环控制单元、四段循环控制单元、吸收剂配置单元、解吸控制单元的效率；

污染物与CO₂协同捕集的吸收与解吸解耦运行优化的总目标为成本最优，即最优的粒子适应度Fitness：

其中，cost_absorbent和cost_desorption分别为一段循环控制单元、二段循环控制单元、三段循环控制单元、四段循环控制单元、吸收剂配置单元和解吸控制单元的能耗物耗成本；

(3)构造罚函数加入到目标函数当中，通过目标函数惩罚策略，将有约束优化问题的求解转变成无约束优化问题；将粒子进化迭代过程中获取到的自身信息和种群信息都作为反馈条件，用于动态调整每一次迭代后的超过可行域范围的粒子适应度的罚系数；

Fitness(x)＝f(x)·Penalty

Penalty＝λ(t)·G_p

λ(t)＝(μ·t)^α

其中，x为寻优目标，Penalty为罚函数，λ为自适应因子，G_p为分层罚系数，η_i为各单元运行脱除效率，η_seti为各单元运行目标效率，t为迭代次数，μ、ε₁、β₁、β₂为罚函数比例因子，ε₂、α为罚函数幂因子，RELU为激活函数判断模块，RELU(x)＝max(0,x)；

β₁β₂1，case1代表迭代过程中最优个体全部为可行解的情况，case2代表迭代过程中最优个体中没有可行解；

(4)在获取一段循环控制、二段循环控制、三段循环控制、四段循环控制、吸收剂配置和解吸控制的最优参数组合后，以该参数组合作为控制目标，采用包括预测控制、模糊控制在内的先进控制方法，实现参数的实时、精确、稳定控制，保证污染物与CO₂协同捕集吸收与解吸解耦效率稳定达标的同时实现能耗成本的最优。