660MW機(jī)組脫硫吸收塔漿液pH值控制優(yōu)化

衛(wèi)平寶， 郭　猛

(大唐馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司， 安徽　馬鞍山　243102)

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660MW機(jī)組脫硫吸收塔漿液pH值控制優(yōu)化

衛(wèi)平寶， 郭猛

(大唐馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司， 安徽馬鞍山243102)

摘要：隨著國家節(jié)能減排工作的深入開展，對火電廠的排放指標(biāo)的要求越來越嚴(yán)格，環(huán)保指標(biāo)紅線意識越來越得到重視，在煤炭的含硫量一定的情況下，如何利用現(xiàn)有的控制與調(diào)整手段，實(shí)現(xiàn)環(huán)保指標(biāo)的低排放的問題，擺在生產(chǎn)一線人員的面前。通過對影響脫硫效率的主要因素分析，對原脫硫系統(tǒng)漿液pH控制策略存在的問題進(jìn)行分析研究，提出有效的優(yōu)化方案，以改善pH值調(diào)節(jié)品質(zhì)，利用試驗(yàn)證明可優(yōu)化pH值控制，提高pH控制品質(zhì)；此舉可進(jìn)一步提高脫硫效率，是效益最大化、環(huán)保合法化的一個(gè)重要保障。

關(guān)鍵詞：煙氣脫硫；漿液pH值；前饋控制；優(yōu)化控制

0前言

濕式石灰石-石膏煙氣脫硫(以下簡稱FGD)是目前世界上技術(shù)最成熟、實(shí)用業(yè)績最多、運(yùn)行狀況最穩(wěn)定的脫硫工藝，脫硫效率在90%以上，副產(chǎn)品石膏可回收利用[1,2]。馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司一期為2×660MW超臨界直流燃煤機(jī)組，脫硫采用石灰石-石膏濕法工藝，控制系統(tǒng)為美卓自動化公司maxDNA系統(tǒng)，最大處理煙氣量3000kNm3/h(濕)，脫硫率在90%以上，F(xiàn)GD出口SO2排放濃度<180mg/m3，作為煙氣脫硫的副產(chǎn)品石膏，其純度>90%，含水率<10%。

熱控人員進(jìn)過長期觀察和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)660MW機(jī)組脫硫吸收塔漿液pH值控制品質(zhì)有劣化趨勢，通過與運(yùn)行人員的溝通、交流，并學(xué)習(xí)系統(tǒng)流程，對劣化現(xiàn)象做了深入分析，調(diào)取主要參數(shù)變負(fù)荷期間的歷史趨勢，發(fā)現(xiàn)變負(fù)荷過程pH值控制的變化趨勢出現(xiàn)劣化趨勢，pH控制在設(shè)定值附近反復(fù)振蕩，造成供漿調(diào)節(jié)閥反復(fù)振蕩波動，脫硫效率達(dá)不到設(shè)計(jì)值運(yùn)行。參數(shù)曲線如圖1所示：

1-#1機(jī)組負(fù)荷，2-石灰石漿液供給流量，3-吸收塔漿液pH值設(shè)定值，4-吸收塔漿液pH值，5-石灰石漿液供給調(diào)節(jié)閥閥位，6-脫硫效率圖1　變負(fù)荷期間主要參數(shù)變化趨勢

圖中可以看出：機(jī)組負(fù)荷440MW，優(yōu)化前漿液pH值實(shí)際值與設(shè)定值偏差較大，最大偏差為0.1，石灰石漿液供給調(diào)節(jié)閥來回振蕩，PID調(diào)節(jié)品質(zhì)較差，導(dǎo)致脫硫效率在90%附近波動，嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值。說明調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在調(diào)節(jié)滯后、調(diào)節(jié)品質(zhì)差現(xiàn)象。

通過上述現(xiàn)象判定，660MW機(jī)組脫硫吸收塔漿液pH值控制品質(zhì)出現(xiàn)異常情況。下面對造成這種異常的原因進(jìn)行分析，并完成對策制定和異常處理。

1原因分析與處理對策

1.1吸收塔漿液pH值

煙氣中SO2與吸收塔漿液接觸后發(fā)生如下一些化學(xué)反應(yīng)：

SO2+H2O=HSO3-+H+

CaCO3+H+=HCO3-+Ca2+

從以上反應(yīng)歷程不難發(fā)現(xiàn)，低的pH值有利于亞硫酸鈣的氧化，石灰石溶解度增加，卻使二氧化硫的吸收受到抑制，脫硫效率大大降低。當(dāng)pH=4時(shí)，二氧化硫的吸收幾乎無法進(jìn)行，且吸收液呈酸性，對設(shè)備也有腐蝕。高pH的漿液環(huán)境有利于SO2的吸收，而低pH則有助于Ca2+的析出，二者互相對立，具體最合適的pH值應(yīng)在調(diào)試后得出，但一般pH在4～6之間[3]。

1.2pH值自動控制策略分析

原控制系統(tǒng)采用串級控制方案，主控制器設(shè)定值為pH值設(shè)定，實(shí)際值為pH實(shí)際值(三取中)，輸出為漿液流量控制值，并作為副調(diào)節(jié)器設(shè)定值，副調(diào)節(jié)器實(shí)際值為漿液實(shí)際流量，輸出為供漿調(diào)節(jié)門開度指令。主副調(diào)節(jié)器均采用定參數(shù)運(yùn)行。該方案在控制過程中存在問題，如流量不準(zhǔn)，變煤種適應(yīng)性差，變負(fù)荷適應(yīng)性差，供漿管道易堵塞，pH值控制準(zhǔn)確性差、動態(tài)偏差較大等。對脫硫率的影響較大，不滿足日益高要求的脫硫率和SO2排放要求。下面將針對問題做控制策略優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)化工作。

2控制策略優(yōu)化與效果檢查

通過上述分析，發(fā)現(xiàn)pH值控制品質(zhì)變差的幾個(gè)相關(guān)原因，熱控專業(yè)在辦理異動申請并審批后，開具工作票對pH控制系統(tǒng)進(jìn)行為期一周的優(yōu)化試驗(yàn)工作。

2.1pH值自動控制策略優(yōu)化

從6個(gè)方面進(jìn)行自動控制策略優(yōu)化[4]，分別如下：

(1)針對流量不準(zhǔn)的問題，采用單回路控制，取消原副調(diào)節(jié)器。優(yōu)化后的調(diào)節(jié)器中設(shè)定值為pH值設(shè)定值，實(shí)際值為pH實(shí)測值，輸出為供漿調(diào)節(jié)門開度指令。

(2)將#1機(jī)組負(fù)荷對應(yīng)函數(shù)和#1FGD進(jìn)口原煙氣SO2濃度對應(yīng)函數(shù)之和作為擾動引入到控制PID作為前饋，其公式為：0.8×f(x1)+0.2×f(x2)，并通過試驗(yàn)調(diào)整前饋系數(shù)，最終確定前饋系數(shù)為0.5，如表1、表2所示。

表1　負(fù)荷擾動對應(yīng)折線函數(shù)f(x1)

表2　#1FGD進(jìn)口原煙氣SO2濃度擾動對應(yīng)折線函數(shù)f(x2)

(3)為防止供漿管道無流量或低流量時(shí)發(fā)生堵塞情況，設(shè)置調(diào)節(jié)器輸出閉鎖減條件：當(dāng)供漿流量小于9m3/s時(shí)發(fā)閉鎖減信號，使供漿調(diào)節(jié)門保持當(dāng)前開度不減，維持管道流體流動，防止管道內(nèi)堵塞。

(4)針對不同工況下煙氣負(fù)荷變化對脫硫率影響，在pH值調(diào)節(jié)器中采用變參數(shù)調(diào)節(jié)，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，穩(wěn)態(tài)時(shí)最佳比例系數(shù)由原始值0.5調(diào)整為6.0，異常工況當(dāng)660MW機(jī)組煙囪入口煙氣SO2濃度>95mg/m3時(shí)調(diào)整為8.0；積分系數(shù)由原始值10.0調(diào)整為0.3，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器自適應(yīng)變參數(shù)控制。

(5)同時(shí)適量增加微分先行環(huán)節(jié)，改善自動控制系統(tǒng)的動態(tài)特性。

(6)為提高控制系統(tǒng)可靠性，增加pH值自動控制切手動條件：當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出指令與漿液調(diào)門實(shí)際閥位偏差>30%時(shí)，控制方式切至手動，同時(shí)發(fā)出“調(diào)節(jié)器故障”報(bào)警，提醒運(yùn)行人員及時(shí)干預(yù)處理。

2.2pH值優(yōu)化后試驗(yàn)曲線分析

經(jīng)過上述一系列優(yōu)化處理，通過各種工況下試驗(yàn)，來分析優(yōu)化后pH值自動控制效果。

2.2.1pH值定值擾動試驗(yàn)

通過對pH值控制策略優(yōu)化，做pH定值擾動試驗(yàn)，參數(shù)曲線如圖2所示：

1-#1機(jī)組負(fù)荷，2-石灰石漿液供給流量，3-吸收塔漿液pH值設(shè)定值，4-吸收塔漿液pH值，5-石灰石漿液供給調(diào)節(jié)閥閥位，6-脫硫效率圖2　pH值擾動試驗(yàn)下個(gè)參數(shù)變化趨勢

如圖2所示，當(dāng)漿液pH設(shè)定值由5.68調(diào)整為5.78后，漿液pH值實(shí)際值與設(shè)定值最大偏差為0.06，石灰石漿液供給調(diào)節(jié)閥緩慢趨于穩(wěn)定。此種情況下，脫硫效率可達(dá)到95%附近，大大降低排放指標(biāo)。

2.2.2變負(fù)荷試驗(yàn)

變負(fù)荷過程中，煙氣流量及煙氣溫度隨之變化，對脫硫率產(chǎn)生影響，通過pH值控制，將脫硫率控制在90%以上。如圖3所示：

1-#1機(jī)組負(fù)荷，2-石灰石漿液供給流量，3-吸收塔漿液pH值設(shè)定值，4-吸收塔漿液pH值，5-石灰石漿液供給調(diào)節(jié)閥閥位，6-脫硫效率圖3　變負(fù)荷工況下pH值參數(shù)變化趨勢

如圖：#1機(jī)組負(fù)荷從560MW降至350MW，漿液pH值實(shí)際值與設(shè)定值最大偏差為0.08，說明在大幅變負(fù)荷工況下，PID調(diào)節(jié)器仍能將吸收塔漿液pH值控制在合適范圍內(nèi)。此種情況下，脫硫效率可達(dá)到95%附近，大大降低排放指標(biāo)。

2.2.3穩(wěn)定工況

穩(wěn)定負(fù)荷工況下pH值參數(shù)變化如圖4所示：

1-#1機(jī)組負(fù)荷，2-石灰石漿液供給流量，3-吸收塔漿液pH值設(shè)定值，4-吸收塔漿液pH值，5-石灰石漿液供給調(diào)節(jié)閥閥位，6-脫硫效率圖4　穩(wěn)定負(fù)荷工況下pH值參數(shù)變化趨勢

如圖：機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在500MW左右時(shí)，吸收塔漿液pH值實(shí)際值與設(shè)定值最大偏差為0.05，此種情況下，脫硫效率可達(dá)到95%附近，大大降低排放指標(biāo)。

2.3效果分析

根據(jù)以上吸收塔pH值優(yōu)化前后各參數(shù)曲線分析可知，優(yōu)化后吸收塔漿液pH值實(shí)際值與設(shè)定值偏差明顯減小，供漿調(diào)節(jié)閥頻繁振蕩減弱，提高脫硫效率，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)降低了設(shè)備損耗。

3總結(jié)與下一步措施

針對上述660MW機(jī)組脫硫吸收塔漿液pH值控制變化趨勢異常的分析，通過660MW機(jī)組脫硫吸收塔漿液pH值調(diào)節(jié)趨勢觀察與分析，發(fā)現(xiàn)660MW機(jī)組脫硫吸收塔漿液pH值控制調(diào)節(jié)在負(fù)荷、煤質(zhì)(含硫份)發(fā)生變化的情況下，原自動控制方案及參數(shù)不滿足現(xiàn)有的參數(shù)控制要求，pH值調(diào)節(jié)出現(xiàn)波動大的劣化趨勢。通過分析，制定優(yōu)化方案并經(jīng)過長時(shí)間的在線優(yōu)化與試驗(yàn)，660MW機(jī)組脫硫吸收塔漿液pH值自動控制品質(zhì)得到顯著提高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫克勤,張東平.OI2-WFGD煙氣脫硫技術(shù)介紹[J].電力環(huán)境保護(hù),2004,20(3):12-14.

[2] 周屈蘭,徐通模,惠世恩.我國自主開發(fā)的濕法脫硫技術(shù)及其應(yīng)用[J].動力工程，2006,26(2)：262-266.

[3] 曾庭華.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的調(diào)試、試驗(yàn)、運(yùn)行[M].北京:中國電力出版社,2008.

[4] 潘維加,謝又成,周玲,等.吸收塔漿液pH值控制系統(tǒng)的分析與改進(jìn)[J].電站系統(tǒng)工程，2006,22(6):43- 47.

[責(zé)任編輯：薛寶]

Desulfurization Absorption Tower Slurry pH Value Control Optimization of 660MW Unit

WEIPing-bao,GUOMeng

(DatangMaanshanDangtuPowerGenerationCo.,Ltd.,Maanshan243102,China)

Abstract:With the thorough development of the country’s energy conservation and emissions reduction work, the measure of the coal-fired power plant emissions is more and more strict, red line consciousness is more and more attention to environmental protection index. Under the condition of the sulfur content of coal, how to utilize the existing means of control and adjustment to realize low emissions of environmental indicators is a problem for production line workers. By analyzing the main factors affecting the desulfurization efficiency, analyzing the problems existing in the control strategy of slurry pH of the primary desulfurization system; effective optimization scheme is put forward, in order to improving the quality of pH adjustment. Test shows that optimal pH value control can improve the quality of the pH control which can further improve the efficiency of desulfurization. It is an important protection for benefit maximization and environmental legal.

Key words:flue gas desulfurization; slurry pH value; feedforward control; optimization control

中圖分類號：TK228

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-9706(2016)01- 0085- 05

作者簡介：衛(wèi)平寶(1981-)，男，安徽六安人，高級工程師，馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司，設(shè)備部熱控專工。

收稿日期：2015- 09-21

郭猛(1985-)，男，云南紅河人，工程師，馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司，維護(hù)部熱控班組長。