浙江省發(fā)電廠煙氣脫硫控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析及完善

周 佑，蘇 燁

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

目前浙江省內(nèi)發(fā)電廠大多數(shù)機(jī)組采用濕法脫硫工藝，并應(yīng)用DCS實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的控制，但與電廠的一般控制有很大差別，且大都在近幾年投運(yùn)，因此開(kāi)展脫硫機(jī)組DCS及控制系統(tǒng)運(yùn)行狀況調(diào)查研究，對(duì)存在問(wèn)題進(jìn)行分析、完善和優(yōu)化，對(duì)確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行、脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及實(shí)現(xiàn)環(huán)保減排有著重要意義。

1 脫硫控制系統(tǒng)運(yùn)行狀況

1.1 DCS系統(tǒng)

浙江省內(nèi)發(fā)電廠脫硫DCS系統(tǒng)主要采用歐陸 NETWORK-6000、新華 XDPS、西屋 OVATION、ABB Symphony及?？怂共_I/A Series等5種系統(tǒng)。由于大多數(shù)機(jī)組的控制系統(tǒng)也采用上述產(chǎn)品，所以各廠技術(shù)人員對(duì)脫硫DCS系統(tǒng)都較為熟悉，運(yùn)行維護(hù)也相當(dāng)便捷，且通過(guò)調(diào)試及“168 h”后的連續(xù)運(yùn)行，各系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，雖然出現(xiàn)過(guò)DCS系統(tǒng)光端機(jī)同電源、備用卡件下裝出故障、環(huán)路故障等硬件問(wèn)題，但大部分問(wèn)題在調(diào)試及檢修時(shí)已經(jīng)解決，且未出現(xiàn)重大故障。

1.2 保護(hù)聯(lián)鎖系統(tǒng)

脫硫控制系統(tǒng)的主要聯(lián)鎖保護(hù)有：煙氣系統(tǒng)保護(hù)聯(lián)鎖、增壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)保護(hù)聯(lián)鎖、吸收塔系統(tǒng)保護(hù)聯(lián)鎖、GGH系統(tǒng)保護(hù)聯(lián)鎖、石灰石漿液制備系統(tǒng)保護(hù)聯(lián)鎖、脫水系統(tǒng)保護(hù)聯(lián)鎖及水系統(tǒng)保護(hù)聯(lián)鎖。經(jīng)過(guò)調(diào)試期間及“168 h”后的連續(xù)運(yùn)行，各電廠根據(jù)脫硫系統(tǒng)實(shí)際情況對(duì)保護(hù)聯(lián)鎖做了改進(jìn)，主要邏輯修改包括：

（1）出于對(duì)煙氣擋板和主機(jī)安全的考慮，增加了入口壓力超限及動(dòng)葉開(kāi)度低保護(hù)開(kāi)旁路邏輯。

（2）增加了主機(jī)快速減負(fù)荷（RB）后開(kāi)旁路擋板及減小靜葉（或動(dòng)葉）開(kāi)度邏輯，在帶脫硫系統(tǒng)的主機(jī)發(fā)生RB情況下保證了主機(jī)的穩(wěn)定。

（3）考慮到某些機(jī)組在進(jìn)口擋板全關(guān)情況下啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)對(duì)煙道及增壓風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)電流影響很大，因而改進(jìn)了增壓風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)方式，取消增壓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)允許條件中的進(jìn)口擋板全關(guān)，增加了增壓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)小順控：進(jìn)口擋板開(kāi)啟一定時(shí)間后（各電廠不同）再啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)。

目前各電廠上述系統(tǒng)的保護(hù)聯(lián)鎖均100%投運(yùn)，運(yùn)行情況良好，但也出現(xiàn)了因不必要的保護(hù)動(dòng)作影響脫硫投入率，因此旁路擋板與增壓風(fēng)機(jī)等設(shè)備的保護(hù)聯(lián)鎖邏輯仍需優(yōu)化。

1.3 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

主要的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括增壓風(fēng)機(jī)入口壓力調(diào)節(jié)、吸收塔SO2脫除率控制（吸收塔pH控制）、工藝水箱調(diào)節(jié)、石灰石漿液密度調(diào)節(jié)、石膏餅厚度調(diào)節(jié)。

（1）現(xiàn)在各廠采用的增壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)方式主要有兩種：控制入口壓力和控制旁路擋板前后差壓。控制方式雖然不同，但各機(jī)組增壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)良好，靜態(tài)偏差與動(dòng)態(tài)偏差均滿足要求。部分機(jī)組增壓風(fēng)機(jī)改用液電阻調(diào)速控制或是AB Power Flex 7000中壓變頻器控制，達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的效果，特別是中壓變頻器控制較之前的靜葉控制在調(diào)節(jié)速度及精度方面有了明顯的提高。部份機(jī)組曾出現(xiàn)跳磨等特殊工況時(shí)因調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)滯后引起壓力超限的現(xiàn)象。

（2）吸收塔SO2脫除率控制（吸收塔pH控制）在各廠的投運(yùn)率都較高，總體運(yùn)行狀況良好，但存在pH計(jì)等測(cè)量系統(tǒng)誤差、pH調(diào)節(jié)回路與前饋回路參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確而導(dǎo)致某些機(jī)組控制品質(zhì)變差的情況。

（3）工藝水箱調(diào)節(jié)均已投運(yùn)，運(yùn)行狀況良好。部分電廠由于補(bǔ)水閥門(mén)內(nèi)漏影響控制品質(zhì)。

（4）由于存在回用水量不足、石灰石粉量過(guò)多或堵粉導(dǎo)致變頻器過(guò)載的現(xiàn)象，石灰石漿液密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)投運(yùn)后控制品質(zhì)較差，現(xiàn)大部分電廠未投運(yùn)。

（5）石膏餅厚度調(diào)節(jié)投運(yùn)后控制品質(zhì)較差，現(xiàn)大部分電廠未投運(yùn)。石膏餅厚度測(cè)量誤差及波動(dòng)較大、變頻器控制范圍較小等因素在一定程度上也影響控制品質(zhì)。

2 控制系統(tǒng)存在問(wèn)題的分析及優(yōu)化

通過(guò)對(duì)各廠脫硫控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況分析，發(fā)現(xiàn)總體運(yùn)行情況良好，但由于大多數(shù)脫硫系統(tǒng)都在近幾年投運(yùn)，時(shí)間比較短，控制系統(tǒng)仍存在一些不完善的地方。為此，總結(jié)各電廠脫硫控制系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題，開(kāi)展了系統(tǒng)的完善和優(yōu)化。

2.1 增壓風(fēng)機(jī)負(fù)壓控制完善

多數(shù)脫硫機(jī)組投運(yùn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)對(duì)增壓風(fēng)機(jī)負(fù)壓控制邏輯的不斷優(yōu)化，在定值擾動(dòng)、主機(jī)負(fù)荷擾動(dòng)、送/引風(fēng)機(jī)RB過(guò)程中，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)良好，但某些機(jī)組也出現(xiàn)因磨煤機(jī)跳閘、爐膛負(fù)壓變化引起增壓風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓突變，超過(guò)負(fù)壓保護(hù)值引起旁路擋板快開(kāi)的情況。

2.1.1 邏輯優(yōu)化

分析跳磨過(guò)程發(fā)現(xiàn)：磨煤機(jī)跳閘后總風(fēng)量迅速降低，在爐膛負(fù)壓下降引起增壓風(fēng)機(jī)入口壓力迅速下降的過(guò)程中，動(dòng)葉調(diào)節(jié)能力小，無(wú)法迅速動(dòng)作，導(dǎo)致入口壓力快速下降至超限。為減小跳磨對(duì)脫硫系統(tǒng)的影響，針對(duì)機(jī)組不同情況，對(duì)增壓風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓控制回路進(jìn)行了優(yōu)化。

（1）某廠1-5號(hào)機(jī)組均增加了增壓風(fēng)機(jī)入口壓力偏差前饋，修改后進(jìn)行了跳磨擾動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中負(fù)壓突降后動(dòng)葉迅速動(dòng)作，入口負(fù)壓迅速回調(diào)，避免了負(fù)壓超過(guò)保護(hù)定值引起旁路擋板快開(kāi)，提高了增壓風(fēng)機(jī)控制品質(zhì)。

（2）某廠1-2號(hào)機(jī)組修改了動(dòng)葉自動(dòng)邏輯，取消送風(fēng)量前饋信號(hào)壞質(zhì)量后撤出自動(dòng)邏輯，增加信號(hào)壞質(zhì)量時(shí)的切換邏輯，并放大送風(fēng)量前饋信號(hào)系數(shù)；將增壓風(fēng)機(jī)入口壓力偏差與原有的風(fēng)量前饋信號(hào)疊加后作為前饋量。邏輯下裝后對(duì)1號(hào)機(jī)組進(jìn)行了跳磨煤機(jī)的擾動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果良好，未出現(xiàn)旁路快開(kāi)現(xiàn)象。

（3）某電廠4號(hào)機(jī)組加大了送風(fēng)量前饋，適當(dāng)減弱調(diào)節(jié)器（PID）作用，負(fù)壓控制品質(zhì)明顯改善，旁路快開(kāi)現(xiàn)象減少。

2.1.2 完善建議

根據(jù)上述優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合增壓風(fēng)機(jī)控制的現(xiàn)狀，提出以下完善負(fù)壓控制建議：

（1）要提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性。針對(duì)部分增壓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)滯后、大幅開(kāi)關(guān)等情況，要做好定期維護(hù)，并整定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的重要參數(shù)。

（2）為避免增壓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)滯后與主體調(diào)節(jié)產(chǎn)生諧振，可適當(dāng)弱化PID調(diào)節(jié)并增加前饋?zhàn)饔茫员ＷC前饋信號(hào)出現(xiàn)壞質(zhì)量后能保持原值并及時(shí)撤出自動(dòng)。

（3）采用液電阻及中壓變頻器控制的機(jī)組，也需對(duì)原有的靜葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)作定期維護(hù)，適時(shí)進(jìn)行切換試驗(yàn)，保證故障時(shí)能及時(shí)切換，以免影響負(fù)壓控制。

2.2 旁路擋板控制邏輯優(yōu)化

旁路擋板控制邏輯在脫硫系統(tǒng)控制中具有舉足輕重的作用。經(jīng)過(guò)調(diào)試及投產(chǎn)后的運(yùn)行，各廠旁路擋板控制邏輯已逐漸完善，但因各機(jī)組特性不同，旁路擋板控制邏輯存在差異，需對(duì)部分旁路擋板控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化。

如某電廠出現(xiàn)旁路擋板慢開(kāi)慢關(guān)操作時(shí)短時(shí)間關(guān)閉畫(huà)面、指令保持的現(xiàn)象，建議改由DCS邏輯實(shí)現(xiàn)操作面板相關(guān)功能。

2.3 濕法脫硫吸收塔pH控制優(yōu)化

目前大多數(shù)廠是通過(guò)石灰石供漿調(diào)節(jié)閥控制pH值進(jìn)行吸收塔SO2脫除率控制，其控制策略為：測(cè)量原煙氣體積流量和原煙氣SO2濃度，計(jì)算出原煙氣中SO2的質(zhì)量流量C，利用C來(lái)計(jì)算石灰石漿液流量的理論值；人工pH設(shè)定值與吸收塔漿液pH測(cè)量值比較后，通過(guò)PID得出石灰石供漿流量修正值，修正后的石灰石漿液流量作為PID輸入值來(lái)控制石灰石漿液供漿調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。該控制回路為串級(jí)控制回路，外回路為pH控制，內(nèi)回路控制漿液流量。由于吸收塔中漿液量很大，加入石灰石引起的pH值變化連續(xù)且緩慢，即控制系統(tǒng)是時(shí)滯性大、慣性大、參數(shù)時(shí)變的非線性系統(tǒng)，負(fù)荷變化時(shí)石灰石漿液流量的理論值可以適當(dāng)補(bǔ)償SO2的變化帶來(lái)的影響，改善負(fù)荷擾動(dòng)下pH值的控制品質(zhì)。

優(yōu)化吸收塔pH值控制主要包括3個(gè)方面：提高測(cè)量值的準(zhǔn)確性、調(diào)節(jié)回路與前饋回路的調(diào)整、PID參數(shù)的定期調(diào)整。

2.3.1 提高測(cè)量值的準(zhǔn)確性

（1）pH 值的測(cè)量

目前各廠的吸收塔pH計(jì)類(lèi)型主要有ABBAX 400型、艾默生1056型、羅斯蒙特5081型、1055型及E+H等，安裝位置大致分為3種：石膏排出泵出口管路的水平段、石膏排出泵出口的豎直管道和石膏排出泵出口單獨(dú)的測(cè)量管路。針對(duì)吸收塔pH計(jì)誤差比較大的問(wèn)題，建議加強(qiáng)對(duì)pH計(jì)的檢查。表1為pH計(jì)指示不準(zhǔn)的原因及相應(yīng)處理方法。

表1 pH計(jì)指示不準(zhǔn)的原因及處理方法

（2）石灰石漿液流量的測(cè)量

石灰石漿液流量計(jì)采用電磁式流量計(jì)，測(cè)量管道內(nèi)必須完全充滿液體，管路堵塞易導(dǎo)致石灰石漿液流量信號(hào)不準(zhǔn)，建議定期進(jìn)行石灰石漿液管路沖洗。

（3）煙氣流量的測(cè)量

大多數(shù)機(jī)組采用差壓式變送器測(cè)量原煙氣體積流量，其流量公式如式（1）所示：

式中：K為標(biāo)定系數(shù)；ρ為介質(zhì)密度；ΔP為流量差壓。

在調(diào)試期間，式（1）中的K、ρ均由設(shè)計(jì)提供。性能考核后發(fā)現(xiàn)部分機(jī)組的流量信號(hào)不準(zhǔn)確，建議根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果適當(dāng)修正K、ρ值。同時(shí)建議加強(qiáng)差壓流量計(jì)的維護(hù)，避免流量信號(hào)不準(zhǔn)引起根據(jù)SO2含量計(jì)算所得的石灰石漿液流量前饋回路產(chǎn)生較大擾動(dòng)。

（4）SO2的測(cè)量

SO2含量是通過(guò)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）中SO2分析儀測(cè)量的，CEMS系統(tǒng)反吹及標(biāo)定時(shí)的SO2含量突變會(huì)對(duì)根據(jù)SO2含量計(jì)算所得的石灰石漿液流量前饋回路產(chǎn)生較大擾動(dòng)，建議增加反吹及標(biāo)定過(guò)程中SO2含量保持原值的邏輯。SO2分析儀需定期維護(hù)并及時(shí)標(biāo)定，若有零點(diǎn)漂移應(yīng)及時(shí)修正DCS量程。

2.3.2 pH調(diào)節(jié)回路與石灰石漿液流量前饋回路的調(diào)整

自動(dòng)負(fù)荷控制（AGC）投入后機(jī)組負(fù)荷升降較為頻繁，對(duì)吸收塔pH值的影響較大，而整個(gè)pH自動(dòng)調(diào)節(jié)的過(guò)程較為緩慢，若pH調(diào)節(jié)回路和根據(jù)SO2含量計(jì)算所得的石灰石漿液流量前饋回路疊加作用過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致石灰石漿液加入量的變化過(guò)大，對(duì)pH自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)產(chǎn)生較大影響。建議適當(dāng)縮 小pH調(diào)節(jié)回路輸出上下限幅，和根據(jù)SO2計(jì)算所得的石灰石漿液流量前饋?zhàn)饔谩Ｔ谀承┕r下，吸收塔pH變化緩慢，出現(xiàn)石灰石漿液供漿調(diào)節(jié)閥長(zhǎng)時(shí)間全開(kāi)而pH仍未達(dá)到定值，或調(diào)門(mén)長(zhǎng)時(shí)間全關(guān)而pH仍高于定值的現(xiàn)象，使調(diào)節(jié)器出現(xiàn)積分飽和，建議采用供漿調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)輸出全開(kāi)或全關(guān)時(shí)切除積分作用的方法，從而避免調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)和調(diào)節(jié)品質(zhì)降低。

2.3.3 PID參數(shù)的定期調(diào)整

因部分電廠的脫硫裝置已投運(yùn)較長(zhǎng)時(shí)間，pH值變化速度與調(diào)試期間相比已有所不同，建議對(duì)pH調(diào)節(jié)的PID參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整。

上述優(yōu)化方式在部分機(jī)組得到應(yīng)用后取得了比較明顯的效果。

2.4 石灰石漿液密度控制完善

由于各廠石灰石漿液密度控制投入率較低，分析石灰石漿液密度控制存在的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致自動(dòng)調(diào)節(jié)不能投入的原因主要有：

（1）由于潮濕導(dǎo)致給粉機(jī)下料不暢，石灰石漿液密度持續(xù)偏低，無(wú)法進(jìn)行控制，導(dǎo)致石灰石漿液密度調(diào)節(jié)閥全關(guān)，石灰石漿液箱液位持續(xù)偏低。

（2）回用水量較小，無(wú)法保證正常的石灰石漿液箱液位。

針對(duì)上述情況，建議在制漿順控投入的基礎(chǔ)上對(duì)石灰石漿液密度進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證石灰石漿液箱液位和密度穩(wěn)定，發(fā)現(xiàn)堵粉時(shí)立即撤出自動(dòng)，避免引起漿液供應(yīng)不足導(dǎo)致脫硫率下降。定期進(jìn)行調(diào)節(jié)閥特性試驗(yàn)，定期整定PID參數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

脫硫系統(tǒng)在發(fā)電廠投運(yùn)的歷史還不長(zhǎng)，上述問(wèn)題在大多數(shù)電廠脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中容易出現(xiàn)，實(shí)踐證明本文提出的解決方法能較好解決相應(yīng)問(wèn)題。節(jié)能減排日益受到重視，考核也更為嚴(yán)格，發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)安全性和自動(dòng)化水平越來(lái)越受到重視，脫硫保護(hù)系統(tǒng)的合理性和最佳的控制策略有待更進(jìn)一步的探索和研究。

[1] 朱北恒.火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)試驗(yàn)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2] 楊旭中.燃煤電廠脫硫裝置[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.