脫硫系統(tǒng)與主機(jī)聯(lián)控優(yōu)化運(yùn)行探討

蘇曉艷

（蕭山發(fā)電廠，浙江 蕭山 311251）

國(guó)內(nèi)脫硫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展相對(duì)滯后，對(duì)脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)行等各環(huán)節(jié)缺乏標(biāo)準(zhǔn)管理模式，客觀上導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行與經(jīng)營(yíng)上成為企業(yè)的包袱[1]。其中，諸多老的燃煤電廠新上脫硫系統(tǒng)是在原有煙氣系統(tǒng)上的串接改造，往往會(huì)出現(xiàn)主機(jī)與脫硫系統(tǒng)之間缺乏協(xié)調(diào)、不能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題，這也成為發(fā)電企業(yè)安全生產(chǎn)的隱患。因此，及時(shí)總結(jié)分析火力發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)與主機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，探求兩者之間生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)指標(biāo)運(yùn)行的最佳平衡是燃煤電廠關(guān)注的重點(diǎn)。

1 脫硫裝置串接后存在的問題

新脫硫裝置是在鍋爐煙氣回路上改造并串接在引風(fēng)機(jī)出口與煙囪之間，造成鍋爐尾部煙氣系統(tǒng)工況發(fā)生很大變化，因此鍋爐和脫硫系統(tǒng)串聯(lián)運(yùn)行后可能會(huì)出現(xiàn)一些問題。

（1）如圖1所示，脫硫系統(tǒng)通過進(jìn)、出口檔板及旁路檔板進(jìn)行煙氣通道的切換，正常工況下煙氣回路實(shí)際就是脫硫回路。但因該脫硫系統(tǒng)是特殊的兩爐一塔結(jié)構(gòu)，當(dāng)一臺(tái)機(jī)組啟停時(shí)，煙氣通道要進(jìn)行旁路與脫硫回路的切換，由于兩個(gè)回路的阻力不同，對(duì)另一臺(tái)運(yùn)行中的鍋爐爐膛負(fù)壓會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。即一臺(tái)爐啟動(dòng)投運(yùn)時(shí)煙道阻力增加，使另一臺(tái)正常運(yùn)行的鍋爐爐膛內(nèi)部負(fù)壓變小，將影響人身及設(shè)備安全。

圖1 脫硫系統(tǒng)接入后煙氣系統(tǒng)圖

（2）主機(jī)與脫硫系統(tǒng)分別采用獨(dú)立的DCS（分散控制系統(tǒng)），兩者之間缺乏協(xié)調(diào)配合，影響了同一串聯(lián)回路上密切相關(guān)的兩大設(shè)備的安全運(yùn)行與穩(wěn)定。如沒有脫硫系統(tǒng)，只要調(diào)整好引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速就可以控制爐膛負(fù)壓，保證鍋爐正常燃燒工況。但脫硫系統(tǒng)串接后，一方面引風(fēng)機(jī)自身有調(diào)節(jié)作用，另一方面要調(diào)節(jié)增壓風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉的開度或增壓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以克服脫硫系統(tǒng)的阻力，將煙氣正常輸入脫硫煙氣回路。在同一串接回路上出現(xiàn)兩個(gè)調(diào)節(jié)器，勢(shì)必存在兩者之間控制的配合問題。

（3）脫硫系統(tǒng)自投運(yùn)以來，每日的耗電量達(dá)100 MWh左右，每月用電量占月發(fā)電量1.65%～1.9%，其中增壓風(fēng)機(jī)電耗約占脫硫系統(tǒng)的50%以上，其高電耗影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。由于脫硫系統(tǒng)中再循環(huán)泵為額定轉(zhuǎn)速、全流量、全揚(yáng)程運(yùn)行，低壓設(shè)備是單一設(shè)備運(yùn)行，基本無調(diào)整余地，因此有必要對(duì)增壓風(fēng)機(jī)的高能耗采取相應(yīng)的節(jié)能措施。

2 脫硫系統(tǒng)與主機(jī)聯(lián)控優(yōu)化運(yùn)行策略

2.1 提高煙氣脫硫系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性

脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)機(jī)組遇到非計(jì)劃停運(yùn)，需要瞬間切除跳機(jī)的煙氣至旁路；或者在單機(jī)運(yùn)行、另一臺(tái)恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，脫硫系統(tǒng)要接入新的運(yùn)行機(jī)組的煙氣等，這時(shí)的操作存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此操作過程應(yīng)該確保主機(jī)與脫硫系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

煙氣回路串入脫硫系統(tǒng)后，操作時(shí)要注意旁路檔板無論打開還是關(guān)閉的幅度每次應(yīng)小于5%，同時(shí)保證爐膛內(nèi)部負(fù)壓穩(wěn)定在一定范圍，增壓風(fēng)機(jī)的頻率與前導(dǎo)葉開度調(diào)整到位后才能進(jìn)行進(jìn)口檔板全開、全閉操作。

2.2 提高主機(jī)煙氣量穩(wěn)定性的措施

（1）優(yōu)化風(fēng)煤比。進(jìn)入爐膛的風(fēng)量根據(jù)煤種、負(fù)荷不同而變化。目前企業(yè)來煤多變且品種較多，需要對(duì)來煤進(jìn)行合理的二次摻配，使燃燒的熱值、灰分保持較為穩(wěn)定的數(shù)值，以保證爐膛燃燒的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)根據(jù)煤種變化平穩(wěn)調(diào)整風(fēng)煤比，控制過量空氣系數(shù)的大小。這就需要根據(jù)汽溫、汽壓、爐膛溫度的變化及時(shí)優(yōu)化送風(fēng)自動(dòng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，優(yōu)化風(fēng)煤比的控制比例，防止送風(fēng)自動(dòng)（氧量自動(dòng)）出現(xiàn)風(fēng)量大范圍波動(dòng)，從而穩(wěn)定進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙氣量。在控制優(yōu)化時(shí)統(tǒng)籌考慮各風(fēng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu) （包括二次總風(fēng)門，一、二次小風(fēng)門）行程的線性度，防止局部風(fēng)量過頻調(diào)整引起的整體風(fēng)量控制偏差，影響整體風(fēng)量的穩(wěn)定。

（2）加強(qiáng)煙道堵漏。對(duì)原有煙道改造后加裝脫硫裝置是濕法煙氣脫硫普遍采用的方法，但運(yùn)行10年以上的機(jī)組管道普遍存在漏風(fēng)現(xiàn)象，煙道尾部加裝脫硫設(shè)施，增壓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生更低的負(fù)壓將所有煙氣吸入脫硫系統(tǒng)，同時(shí)也會(huì)吸入大量空氣，增加脫硫系統(tǒng)的煙氣流量。因此利用機(jī)組大小修、調(diào)停機(jī)會(huì)，對(duì)各煙道進(jìn)行受熱面防磨片清理，疏理煙道內(nèi)部阻力，減少煙道漏風(fēng)，使兩側(cè)的煙氣流速保持平衡。

（3）優(yōu)化制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式。制粉系統(tǒng)的風(fēng)量約占爐膛總風(fēng)量的1/4，且制粉系統(tǒng)是相對(duì)啟停較多的大型輔機(jī)，每次啟停對(duì)總風(fēng)量的擾動(dòng)較大，因而減少制粉系統(tǒng)啟停次數(shù)、優(yōu)化制粉運(yùn)行方式至關(guān)重要。電廠通過實(shí)踐采用了一些較為合理的措施，如兩爐三磨、合理的煤位控制策略等，減少了制粉啟停的次數(shù)，從而減少了總煙氣量的擾動(dòng)。在控制策略上，通過優(yōu)化制粉系統(tǒng)啟、停過程自動(dòng)控制邏輯，避免人為干擾，使制粉啟停及日常調(diào)整始終在平穩(wěn)狀態(tài)下進(jìn)行，進(jìn)入爐膛內(nèi)的三次風(fēng)量保持在穩(wěn)定狀態(tài)，保證了進(jìn)入爐膛的總煙氣量的平穩(wěn)。

2.3 增強(qiáng)脫硫系統(tǒng)與主機(jī)之間的聯(lián)調(diào)控制

某發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)采用兩爐一塔方式，2臺(tái)爐的引風(fēng)機(jī)并列后與增壓風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行。如圖2所示，P1、P2分別為1、2號(hào)爐的爐膛壓力，P3為增壓風(fēng)機(jī)入口壓力。需要設(shè)計(jì)一個(gè)控制器，實(shí)現(xiàn)主機(jī)設(shè)備與脫硫系統(tǒng)之間的聯(lián)合控制，控制回路中的P1、P2在規(guī)定范圍，從而確保主機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，通過增壓風(fēng)機(jī)內(nèi)部的調(diào)節(jié)，保證增壓風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓P3在理想?yún)^(qū)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)與主機(jī)聯(lián)動(dòng)控制的目標(biāo)。

圖2 主機(jī)與脫硫系統(tǒng)串聯(lián)回路圖

圖3 主機(jī)與脫硫系統(tǒng)聯(lián)合控制回路示意圖

圖3為當(dāng)機(jī)組煙氣走正常脫硫煙氣回路時(shí)，1、2號(hào)爐旁路檔板處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)聯(lián)合控制回路，該回路新增引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)控制回路，前饋采用機(jī)組負(fù)荷指令，通過引入爐膛負(fù)壓偏差，共同控制引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，不但實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定控制爐膛負(fù)壓和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力，還合理分配了串聯(lián)運(yùn)行的引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)的效率，減少了能量損失，提高串聯(lián)風(fēng)機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)在兩爐一塔特殊脫硫系統(tǒng)單機(jī)運(yùn)行、另一機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)或開機(jī)并網(wǎng)時(shí)，避免了脫硫系統(tǒng)操作過程對(duì)運(yùn)行機(jī)組爐膛負(fù)壓產(chǎn)生的沖擊。圖 3 中 f（x1）～f（x4）是引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)的前饋信號(hào)，可以通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定在不同負(fù)荷下3臺(tái)風(fēng)機(jī)的折線函數(shù)。當(dāng)煙氣回路走旁路時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)改為手動(dòng)調(diào)節(jié)。該控制方案確保將爐膛負(fù)壓P1、P2控制在要求的-30～-50 Pa區(qū)間內(nèi)，增壓風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓也穩(wěn)定在理想的區(qū)間。

1、2號(hào)爐的鍋爐指令、爐膛負(fù)壓偏差值控制信號(hào)通過不同疊加控制器最終送入增壓風(fēng)機(jī)入口，增壓風(fēng)機(jī)通過自身的PID調(diào)節(jié)器控制入口負(fù)壓P3穩(wěn)定在設(shè)定值。P3的調(diào)節(jié)主要依據(jù)機(jī)組煙氣流量大小，且呈一定的線性關(guān)系，即在機(jī)組高負(fù)荷時(shí)，煙氣流量大，脫硫系統(tǒng)阻力增加，需要提高增壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，保證P3穩(wěn)定在-220 Pa，電耗隨之提高；低負(fù)荷下對(duì)流受熱面和脫硫塔阻力下降，需要減小增壓風(fēng)機(jī)風(fēng)速。增壓風(fēng)機(jī)控制回路還應(yīng)考慮增壓風(fēng)機(jī)在手/自動(dòng)切換之間的無擾動(dòng)切換功能，從而避免轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的脈沖對(duì)調(diào)節(jié)回路造成擾動(dòng)。

3 提高脫硫系統(tǒng)與主機(jī)聯(lián)合運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

增壓風(fēng)機(jī)變頻[2]改造后，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)鍋爐煙氣量大小改變?cè)鰤猴L(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從運(yùn)行情況分析，鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)變頻節(jié)能效果較好，但鍋爐負(fù)荷偏高時(shí)優(yōu)勢(shì)并不明顯。實(shí)現(xiàn)增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行的協(xié)調(diào)控制后，要同時(shí)考慮主機(jī)與脫硫系統(tǒng)之間的電流優(yōu)化運(yùn)行，即希望通過3臺(tái)風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行，使圖2中1、2號(hào)爐引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)的電流之和（I1+I2+I3）最小。3臺(tái)風(fēng)機(jī)電流與功率的最佳點(diǎn)，最終可通過調(diào)整增壓風(fēng)機(jī)的前導(dǎo)葉開度來實(shí)現(xiàn)。

對(duì)增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了前導(dǎo)葉開度優(yōu)化試驗(yàn)，尋找并建立優(yōu)化控制模型，從而達(dá)到對(duì)增壓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能調(diào)節(jié)控制的目的。首先雙機(jī)帶100 MW負(fù)荷，將增壓風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉開度從100%至65%進(jìn)行測(cè)量比較，結(jié)果如表1所示。

表1 機(jī)組100 MW時(shí)能耗與前導(dǎo)葉開度對(duì)照表

1、2號(hào)爐膛壓力P1、P2維持在-40 Pa，增壓風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓P3維持在-220 Pa，從表1看增壓風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉開度在85%時(shí)電耗最低，但迭加送、引風(fēng)機(jī)后，可以發(fā)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)工況點(diǎn)在前導(dǎo)葉開度70%或80%，由于試驗(yàn)要求流量不變，前導(dǎo)葉開度變化勢(shì)必會(huì)影響風(fēng)機(jī)壓頭變化，在一定程度上影響了送、引風(fēng)機(jī)的電耗，總電耗最低點(diǎn)是在80%開度。

雙機(jī)分別在滿負(fù)荷、80 MW的情況下，對(duì)增壓風(fēng)機(jī)的前導(dǎo)葉開度在不同取樣點(diǎn)的最佳運(yùn)行點(diǎn)分析比較，同樣是開度為80%下總電耗最低，是最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行開度。因此對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行修改，在保證爐膛負(fù)壓、增壓風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓情況下，增壓風(fēng)機(jī)采用變頻器控制時(shí)，對(duì)增壓風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉開度進(jìn)行調(diào)整，正常運(yùn)行的最佳值為80%。而當(dāng)機(jī)組出力比較大時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)內(nèi)部的變頻裝置接近變頻頻率極限值，達(dá)到48 Hz，此時(shí)增壓風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓不足，因此要緩慢開啟增壓風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉開度至80%～100%，以保證增壓風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓及爐膛負(fù)壓。

4 結(jié)語

（1）通過對(duì)某2×130 MW兩爐一塔脫硫系統(tǒng)投運(yùn)前后鍋爐尾部煙氣系統(tǒng)變化情況，提出在增壓風(fēng)機(jī)與鍋爐之間實(shí)施聯(lián)合控制，同時(shí)控制增壓風(fēng)機(jī)出口壓力為-220 Pa、爐膛負(fù)壓為-30～-50 Pa，避免在煙氣排放工況不當(dāng)時(shí)引起鍋爐MFT動(dòng)作，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）針對(duì)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行能耗高的問題，提出了主機(jī)與脫硫系統(tǒng)之間節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行思路，通過試驗(yàn)得出：在保證爐膛負(fù)壓、增壓風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓的情況下，如果增壓風(fēng)機(jī)采用變頻器控制，可對(duì)增壓風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉開度進(jìn)行調(diào)整，正常運(yùn)行的最佳值為80%。

[1] 周祖飛.燃煤電廠煙氣脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化[J].浙江電力,2008，27（5）∶39-42.

[2] 于雷，吳國(guó)軼.變頻調(diào)速裝置在發(fā)電廠輔機(jī)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用[J].應(yīng)用能源，2006，11∶44-51.

[3] 邊小君.石灰石石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化及其對(duì)鍋爐的影響[D].杭州∶浙江大學(xué)，2006.