330MW循環流化床鍋爐脫硫自動控制技術

淮南礦業集團電力公司顧橋電廠 安徽淮南 232001

摘要：本文對330MW循環流化床鍋爐摻燒石灰石進行脫硫處理進行了深入分析，之后通過實驗和分析運行規律總結出運用鍋爐指令函數作為設定值主控，SO2測量值函數，石灰石料位函數作為主控修正，SO2偏差和氧量函數作為前饋的自動控制方案，實現了SO2排放量自動控制。運用自動控制后，有效的提高了SO2排放量的控制效果并極大的提高了經濟效益。

關鍵詞：循環流化床；SO2排放；自動控制

一、概述

安徽淮南礦業集團電力公司顧橋電廠是330MW機組1100T/H循環流化床鍋爐、單床、亞臨界、一次中間再熱、單汽包自然循環、單爐膛、平衡通風、汽冷式旋風分離器、露天布置的循環流化床鍋爐。該機組經過優化控制后投入了BFCCS的協調控制，并投入了AGC。控制指標優良，安全可靠。

循環流化床鍋爐具有效率高、燃料適應性廣、負荷調節靈活、環保性能好等優點，近年來發展非常迅速，技術日趨成熟。隨著我國對環保要求越來越高，環保電價政策的出臺，該廠采用爐內脫硫，雙機雙變頻互為備用，通過調節變頻器的頻率達到改變石灰石的投放量達到脫硫的目的。

二、存在問題

電廠在未采用SO2排放量自動控制之前采取手動調整石灰石旋轉給料機的變頻器頻率，來調整與SO2反應的石灰石給料量。由于循環流化床本身具有純遲延、大慣性的燃燒特性，人為控制總有較大的滯后性，所以手動控制容易導致SO2排放量容易超出環保要求的最大值，或者存在SO2排放量控制穩定但石灰石嚴重過投的現象?？刂菩Ч缓?。

三、設計方案

1、主要設計思想

通過對曲線的分析和理論研究，可以得到影響SO2生成的幾個因素（如下表）。

影響因素

測量量影響程度

石灰石給料量給煤量床溫氧量一次風量

SO2強強較強中弱

由于給煤量是根據機組AGC指令經鍋爐主控運算后得出的，在SO2排放的同時，石灰石旋轉給料機變頻器作出頻率調整，向爐膛里輸送對應的石灰石量用來和SO2進行化學反應。所以SO2排放量的主體控制思路就是用負荷指令對應一定的石灰石旋轉給料機的頻率作為設定值，同時根據SO2測量值的不同進行修正。

2、石灰石旋轉給料機主控指令形成回路

由于SO2排放量對應的石灰石給料量控制存在純遲延、大滯后的燃燒特性，所以針對這種情況設計了以“AGC指令/床溫均值——石灰石旋轉給料機轉速”函數作為主控設定值的粗調，SO2測量值經過比例積分微分（proportion integration differentiation，PID）控制器的輸出與石灰石粉倉料位函數的和進行細致修正的控制方式；在SO2變化偏差較大時，則通過其偏差信號與氧量信號進行前饋加速補償。由以上幾部分共同構成了石灰石旋轉給料機主控邏輯，如圖所示。

石灰石旋轉給料機主控指令形成回路示意圖

下面簡要介紹一下主控回路中的組成部分：

（1）粗調設定值。函數發生器f1為“AGC指令——石灰石旋轉給料機轉速”函數，在床溫低于900℃時，用AGC指令對應一定的給料機轉速。在負荷變化時，石灰石旋轉給料機能夠快速響應負荷、煤量變化，給出對應的基準石灰石給料量。函數發生器f2為“平均床溫——石灰石旋轉給料機轉速”函數，在床溫高于900℃時，用平均床溫對應一定的給料機轉速。在這種情況下存在負荷較高、煤量大、反應溫度高等條件，結合SO2與在高溫下石灰石（主要成分是CaCO3）的化學反應為：SO2+CaCO3+O2→（高溫）CaSO4+CO2可以看出此時用床溫函數控制才能夠滿足SO2排放控制要求。并且在床溫達到900℃時對應的負荷也應在270MW左右，此時f1，f2的函數值均對應30左右，所以在切換過程中粗調設定值不會出現擾動。

（2）設定值修正系數。為了更準確地對主控設定值進行修正，加入了SO2測量值和石灰石粉倉料位對粗調設定值的系數修正。將SO2測量值和運行人員的手動設定值經過PID控制器運算，控制器的調節指令再經過函數發生器f3的線性運算，得到修正后的調節器輸出。考慮到石灰石粉進入時的自身重力影響因素，將石灰石粉倉料位經過反比例線性函數發生器f4的作用后，對粗調設定值進行乘法修正。

（3）總控前饋。這一部分的作用是為了消除在負荷變動較大或煤質含硫成分變化較大時對SO2排放量的影響。當SO2測量值和設定值偏差較大時，直接用其偏差經過線性函數加入到主控PID控制器的前饋中；同時變負荷或煤質變化均對氧量產生影響，而氧量是固化SO2化學反應中必不可少的反應物，所以，將氧量信號通過f6反正態分布曲線加入到主控前饋中。

（4）為了加快SO2對煙氣排放量的響應速度，及時對石灰石投入量進行補充調整，特意將SO2測量值和設定值的偏差作為直接前饋再經過經驗放大函數f5加入到控制策略中。這是最直接最有效的補充方式，既減少了運算和實際執行機構的延時，也不會造成過分的震蕩超調。

四、實施效果

在SO2自動控制調試中，完成了對其邏輯參數的修改，經過調試和不斷優化取得了很好的控制品質。下圖為連續5小時SO2排放自動控制狀態的趨勢圖。負荷最低205MW最高240MW，在升負荷較快的時候，SO2也同樣迅速升高，最大值達到232mg/m3，平均值為152mg/m3。

通過對投用前后的趨勢圖進行分析，總結自動控制的優點。在投用前，運行人員的手動控制對SO2排放量控制效果很不好，不僅波動大，而且還有超過環保限值的情況。自動控制投用后，效果十分明顯，通過自動控制投用前后對比，能夠明顯的看出自動投用后控制的迅速性，而且在石灰石投用量上的控制也很經濟。

投入自動控制后的 SO2排放圖

五、結論

在采用了上述SO2排放量自動控制技術后，從經濟效應，社會效應，可推廣性上都有了極大的成果。在沒有采用自動控制前，單臺機組石灰石用量從平均每日200多噸下降至每日100噸，按照每噸120元來計算，每臺年能夠節省近500萬元，兩臺機組節省近千萬元。再考慮到節省的人員勞動力情況，極大的提高了運行監盤的效率。同時在滿足環保要求的前提下極大的節約了石灰石的用量，而且在環保方面能很好的控制SO2排放量，穩定，高效，在循環流化床機組中樹立了典范。最后希望此項技術能推廣至廣大相關的同類型機組，實現效益的最大化。

參考文獻：

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作者簡介：

陳長利（1969年9月），男，漢，工程師，安徽淮南人，畢業于南京電力高等專科學校（第二學歷本科，安徽理工大學）。顧橋電廠熱控主管，長期從事循環流化床自動控制技術工作。