CFB爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)改造及自動(dòng)優(yōu)化控制

王　建

(淮南礦業(yè)集團(tuán)發(fā)電有限責(zé)任公司新莊孜電廠， 安徽　淮南　232072)

1　爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)情況介紹

淮南礦業(yè)集團(tuán)新莊孜綜合利用自備電廠采用哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐(HG- 478/14.1-L.MN33)。鍋爐主要由爐膛、高溫絕熱分離器、自平衡“U”形閥和尾部對(duì)流煙道組成。燃燒室發(fā)受熱面采用膜式水冷壁，水循環(huán)采用單汽包、自然循環(huán)、單段蒸發(fā)系統(tǒng)。采用水冷布風(fēng)板，大直徑鐘罩式風(fēng)帽，四臺(tái)給煤機(jī)爐前給煤。鍋爐脫硫系統(tǒng)是通過石灰石倉儲(chǔ)料、石灰石給料機(jī)給料、通過壓縮空氣經(jīng)管道吹送至爐內(nèi)參與燃燒進(jìn)行脫硫的方式。通過近幾年運(yùn)行，在實(shí)際運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)石灰石管道堵塞、石灰石給料機(jī)及出料閥經(jīng)?？葐栴}，影響正常脫硫效果。特別是機(jī)組投入AGC運(yùn)行方式后，對(duì)石灰石給料調(diào)整要求較高，通過石灰石給料機(jī)調(diào)速給料的方式無法滿足自動(dòng)調(diào)整的要求，造成污染物排放波動(dòng)頻繁，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整控制十分困難，需對(duì)此進(jìn)行改造。

2　脫硫系統(tǒng)石灰石輸灰管改造

電廠鍋爐脫硫系統(tǒng)的輸送管道頻發(fā)堵管及旋轉(zhuǎn)給料閥下料不暢等情況，嚴(yán)重影響了鍋爐的脫硫效率，造成了SO2濃度高且難以控制，石灰石輸送管道是與鍋爐后墻二次風(fēng)管相接，通過二次風(fēng)管進(jìn)入爐膛。上層2根，下層2根，其中下層的2根二次風(fēng)管在爐膛密相區(qū)貼近料層處。鍋爐在運(yùn)行中如提高負(fù)荷、床壓或是料層增厚都有可能造成石灰石輸送管道出口處(即下排二次風(fēng)出口)阻力增大，繼而堵管。而石灰石管道在進(jìn)入二次風(fēng)管后的擴(kuò)容更是增大了這種情況的發(fā)生概率，因此制定了延長(zhǎng)輸灰管的改造方案。如圖1所示。

圖1　延長(zhǎng)輸灰管改造方案示意圖

通過以上改造的實(shí)施，消除了石灰石輸送管道因風(fēng)阻而造成的於堵現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了鍋爐脫硫系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

3　石灰石脫硫系統(tǒng)輸送氣源改造

鍋爐爐膛密相區(qū)屬正壓，燃燒過程劇烈，對(duì)石灰石輸送管形成較大的流動(dòng)阻力，抑制了石灰石粉的輸送速度和流量，造成石灰石粉在爐膛與燃料混合反應(yīng)不穩(wěn)定，進(jìn)而出現(xiàn)於堵、斷料導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。結(jié)合石灰石進(jìn)氣流量孔板截面在進(jìn)氣管直徑為50mm的管徑時(shí)應(yīng)將開孔直徑維持在20mm～25mm之間的設(shè)計(jì)要求。對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)孔處理，實(shí)現(xiàn)了給料正常。

4　自動(dòng)控制存在的難點(diǎn)

(1)在鍋爐未加入脫銷裝置的前提下，SO2與NOX濃度存在此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，石灰石給料量的控制需要兼顧SO2與NOX含量均不超標(biāo)；

(2)AGC投運(yùn)后，給煤量實(shí)時(shí)在變化；

(3)煙氣分析儀隔斷時(shí)間存在吹掃和校準(zhǔn)，導(dǎo)致SO2和NOX采樣值失真；

(4)CFB幾種煤配煤摻燒，煤質(zhì)中硫份存在變化；

(5)SO2/NOX濃度的響應(yīng)對(duì)于石灰石給料存在較大的延遲，待SO2含量出現(xiàn)快速上升再給石灰石容易給料過量，同時(shí)可能NOX含量超標(biāo)。

4.1　控制策略

采用PID+前饋的控制策略。PID調(diào)節(jié)器的設(shè)定值為二氧化硫含量，測(cè)量值為二氧化硫?qū)崟r(shí)值。

常見的石灰石控制SO2策略，提到了硫鈣比概念，但是硫鈣比化驗(yàn)數(shù)據(jù)采集周期較長(zhǎng)，同時(shí)摻燒的煤質(zhì)存在一定的波動(dòng)，在控制策略中具體實(shí)現(xiàn)較為困難。

在控制系統(tǒng)中，相對(duì)于硫鈣比，可采用石灰石給料量與給煤量的實(shí)時(shí)值進(jìn)行代替。DCS中可計(jì)算一段時(shí)間，如一小時(shí)內(nèi)，石灰石給料與給煤量的比值，再乘以當(dāng)前的實(shí)時(shí)給煤量，作為當(dāng)前石灰石給料量的基準(zhǔn)值。當(dāng)CEMS處于吹掃或者校準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，選用該基準(zhǔn)值作為當(dāng)前石灰石自動(dòng)調(diào)節(jié)的指令；當(dāng)CEMS吹掃或者校準(zhǔn)狀態(tài)結(jié)束時(shí)，將該基準(zhǔn)值作為PID調(diào)節(jié)的前饋量，在該基準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上，結(jié)合PID算法的反饋調(diào)節(jié)，將SO2與設(shè)定值的偏差信號(hào)經(jīng)過PID運(yùn)算后對(duì)該基準(zhǔn)值進(jìn)行修正，考慮到電廠當(dāng)前沒有上脫硝系統(tǒng)，只有石灰石給料脫硫方式，而NOX與SO2存在“蹺蹺板”的關(guān)系，將NOX含量對(duì)石灰石自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)行修正，NOX含量增加時(shí)，適當(dāng)減小石灰石給料，形成最終的石灰石自動(dòng)調(diào)節(jié)的指令。

4.2　控制效果

電廠#2機(jī)組連續(xù)運(yùn)行48小時(shí)，如圖2所示石灰石自動(dòng)一直處于投運(yùn)狀態(tài)。實(shí)際功率(紫色曲線)變化范圍為[88MW，135MW]，二氧化硫(紅色曲線)瞬時(shí)值最大為161，氮氧化物(黃色曲線)瞬時(shí)值最大為180，均在200以內(nèi)。同時(shí)各時(shí)間段二氧化硫和氮氧化物的平均值均在100以內(nèi)，滿足環(huán)保電價(jià)要求。

圖2

從圖2看，NOX含量較SO2含量稍有偏高，尤其是高負(fù)荷段比較明顯，考慮到SO2和NOX的“蹺蹺板”關(guān)系，可再次進(jìn)行優(yōu)化。具體思路：將SO2設(shè)定值適當(dāng)抬高，同時(shí)當(dāng)SO2含量高于某門檻數(shù)值時(shí)快速自動(dòng)拉低SO2設(shè)定值，確保在機(jī)組不同的負(fù)荷段([85,135]MW)，SO2和NOX的瞬時(shí)值均低于120，平均值均低于100，滿足了當(dāng)?shù)丨h(huán)保考核和環(huán)保電價(jià)的要求。

再次優(yōu)化前后的48小時(shí)對(duì)比效果如圖3所示：左側(cè)12小時(shí)SO2定值沒有提高，高負(fù)荷段NOX含量偏高，后續(xù)逐漸將SO2設(shè)定值抬高，同時(shí)當(dāng)SO2含量增大到門檻范圍時(shí)自動(dòng)降低SO2設(shè)定值，通過反饋調(diào)節(jié)，適當(dāng)加大石灰石給料量，防止SO2后續(xù)進(jìn)一步快速升高。經(jīng)過再次優(yōu)化，SO2和NOX的數(shù)值波動(dòng)范圍均有所降低。

圖3

5　總結(jié)

通過對(duì)循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)的分步改造，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)方式的優(yōu)化控制，降低了運(yùn)行人員對(duì)環(huán)保參數(shù)操作控制的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了鈣硫比及石灰石用量，增強(qiáng)了鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性。

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