330MW循環(huán)流化床鍋爐脫硫自動控制技術(shù)

淮南礦業(yè)集團(tuán)電力公司顧橋電廠 安徽淮南 232001

摘要：本文對330MW循環(huán)流化床鍋爐摻燒石灰石進(jìn)行脫硫處理進(jìn)行了深入分析，之后通過實(shí)驗(yàn)和分析運(yùn)行規(guī)律總結(jié)出運(yùn)用鍋爐指令函數(shù)作為設(shè)定值主控，SO2測量值函數(shù)，石灰石料位函數(shù)作為主控修正，SO2偏差和氧量函數(shù)作為前饋的自動控制方案，實(shí)現(xiàn)了SO2排放量自動控制。運(yùn)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(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；SO2排放；自動控制

一、概述

安徽淮南礦業(yè)集團(tuán)電力公司顧橋電廠是330MW機(jī)組1100T/H循環(huán)流化床鍋爐、單床、亞臨界、一次中間再熱、單汽包自然循環(huán)、單爐膛、平衡通風(fēng)、汽冷式旋風(fēng)分離器、露天布置的循環(huán)流化床鍋爐。該機(jī)組經(jīng)過優(yōu)化控制后投入了BFCCS的協(xié)調(diào)控制，并投入了AGC。控制指標(biāo)優(yōu)良，安全可靠。

循環(huán)流化床鍋爐具有效率高、燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活、環(huán)保性能好等優(yōu)點(diǎn)，近年來發(fā)展非常迅速，技術(shù)日趨成熟。隨著我國對環(huán)保要求越來越高，環(huán)保電價(jià)政策的出臺，該廠采用爐內(nèi)脫硫，雙機(jī)雙變頻互為備用，通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率達(dá)到改變石灰石的投放量達(dá)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(diào)整石灰石旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的變頻器頻率，來調(diào)整與SO2反應(yīng)的石灰石給料量。由于循環(huán)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(dǎo)致SO2排放量容易超出環(huán)保要求的最大值，或者存在SO2排放量控制穩(wěn)定但石灰石嚴(yán)重過投的現(xiàn)象。控制效果不好。

三、設(shè)計(jì)方案

1、主要設(shè)計(jì)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(gè)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(fēng)量

SO2強(qiáng)強(qiáng)較強(qiáng)中弱

由于給煤量是根據(jù)機(jī)組AGC指令經(jīng)鍋爐主控運(yùn)算后得出的，在SO2排放的同時(shí)，石灰石旋轉(zhuǎn)給料機(jī)變頻器作出頻率調(diào)整，向爐膛里輸送對應(yīng)的石灰石量用來和SO2進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。所以SO2排放量的主體控制思路就是用負(fù)荷指令對應(yīng)一定的石灰石旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的頻率作為設(shè)定值，同時(shí)根據(jù)SO2測量值的不同進(jìn)行修正。

2、石灰石旋轉(zhuǎn)給料機(jī)主控指令形成回路

由于SO2排放量對應(yīng)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(shè)計(jì)了以“AGC指令/床溫均值——石灰石旋轉(zhuǎn)給料機(jī)轉(zhuǎn)速”函數(shù)作為主控設(shè)定值的粗調(diào)，SO2測量值經(jīng)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(shù)的和進(jìn)行細(xì)致修正的控制方式；在SO2變化偏差較大時(shí)，則通過其偏差信號與氧量信號進(jìn)行前饋加速補(bǔ)償。由以上幾部分共同構(gòu)成了石灰石旋轉(zhuǎn)給料機(jī)主控邏輯，如圖所示。

石灰石旋轉(zhuǎn)給料機(jī)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(diào)設(shè)定值。函數(shù)發(fā)生器f1為“AGC指令——石灰石旋轉(zhuǎn)給料機(jī)轉(zhuǎn)速”函數(shù)，在床溫低于900℃時(shí)，用AGC指令對應(yīng)一定的給料機(jī)轉(zhuǎn)速。在負(fù)荷變化時(shí)，石灰石旋轉(zhuǎn)給料機(jī)能夠快速響應(yīng)負(fù)荷、煤量變化，給出對應(yīng)的基準(zhǔn)石灰石給料量。函數(shù)發(fā)生器f2為“平均床溫——石灰石旋轉(zhuǎn)給料機(jī)轉(zhuǎn)速”函數(shù)，在床溫高于900℃時(shí)，用平均床溫對應(yīng)一定的給料機(jī)轉(zhuǎn)速。在這種情況下存在負(fù)荷較高、煤量大、反應(yīng)溫度高等條件，結(jié)合SO2與在高溫下石灰石（主要成分是CaCO3）的化學(xué)反應(yīng)為：SO2+CaCO3+O2→（高溫）CaSO4+CO2可以看出此時(shí)用床溫函數(shù)控制才能夠滿足SO2排放控制要求。并且在床溫達(dá)到900℃時(shí)對應(yīng)的負(fù)荷也應(yīng)在270MW左右，此時(shí)f1，f2的函數(shù)值均對應(yīng)30左右，所以在切換過程中粗調(diào)設(shè)定值不會出現(xiàn)擾動。

（2）設(shè)定值修正系數(shù)。為了更準(zhǔn)確地對主控設(shè)定值進(jìn)行修正，加入了SO2測量值和石灰石粉倉料位對粗調(diào)設(shè)定值的系數(shù)修正。將SO2測量值和運(yùn)行人員的手動設(shè)定值經(jīng)過PID控制器運(yùn)算，控制器的調(diào)節(jié)指令再經(jīng)過函數(shù)發(fā)生器f3的線性運(yùn)算，得到修正后的調(diào)節(jié)器輸出。考慮到石灰石粉進(jìn)入時(shí)的自身重力影響因素，將石灰石粉倉料位經(jīng)過反比例線性函數(shù)發(fā)生器f4的作用后，對粗調(diào)設(shè)定值進(jìn)行乘法修正。

（3）總控前饋。這一部分的作用是為了消除在負(fù)荷變動較大或煤質(zhì)含硫成分變化較大時(shí)對SO2排放量的影響。當(dāng)SO2測量值和設(shè)定值偏差較大時(shí)，直接用其偏差經(jīng)過線性函數(shù)加入到主控PID控制器的前饋中；同時(shí)變負(fù)荷或煤質(zhì)變化均對氧量產(chǎn)生影響，而氧量是固化SO2化學(xué)反應(yīng)中必不可少的反應(yīng)物，所以，將氧量信號通過f6反正態(tài)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(yīng)速度，及時(shí)對石灰石投入量進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)整，特意將SO2測量值和設(shè)定值的偏差作為直接前饋再經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)放大函數(shù)f5加入到控制策略中。這是最直接最有效的補(bǔ)充方式，既減少了運(yùn)算和實(shí)際執(zhí)行機(jī)構(gòu)的延時(shí)，也不會造成過分的震蕩超調(diào)。

四、實(shí)施效果

在SO2自動控制調(diào)試中，完成了對其邏輯參數(shù)的修改，經(jīng)過調(diào)試和不斷優(yōu)化取得了很好的控制品質(zhì)。下圖為連續(xù)5小時(shí)SO2排放自動控制狀態(tài)的趨勢圖。負(fù)荷最低205MW最高240MW，在升負(fù)荷較快的時(shí)候，SO2也同樣迅速升高，最大值達(dá)到232mg/m3，平均值為152mg/m3。

通過對投用前后的趨勢圖進(jìn)行分析，總結(jié)自動控制的優(yōu)點(diǎn)。在投用前，運(yùn)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(huán)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(jīng)濟(jì)。

投入自動控制后的 SO2排放圖

五、結(jié)論

在采用了上述SO2排放量自動控制技術(shù)后，從經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，社會效應(yīng)，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(jī)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(jì)算，每臺年能夠節(jié)省近500萬元，兩臺機(jī)組節(jié)省近千萬元。再考慮到節(jié)省的人員勞動力情況，極大的提高了運(yùn)行監(jiān)盤的效率。同時(shí)在滿足環(huán)保要求的前提下極大的節(jié)約了石灰石的用量，而且在環(huán)保方面能很好的控制SO2排放量，穩(wěn)定，高效，在循環(huán)流化床機(jī)組中樹立了典范。最后希望此項(xiàng)技術(shù)能推廣至廣大相關(guān)的同類型機(jī)組，實(shí)現(xiàn)效益的最大化。

參考文獻(xiàn)：

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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(yè)于南京電力高等專科學(xué)校（第二學(xué)歷本科，安徽理工大學(xué)）。顧橋電廠熱控主管，長期從事循環(huán)流化床自動控制技術(shù)工作。