煙氣調(diào)質(zhì)PID調(diào)節(jié)研究與應(yīng)用

摘 要： 為了提高電除塵的除塵效率，托克托發(fā)電公司增加煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)產(chǎn)生SO3調(diào)質(zhì)劑以氣體形式噴射入煙氣，與飛灰充分結(jié)合，在灰塵表面形成一層薄薄的導(dǎo)電膜，以減小灰粒的比電阻，使灰塵的比電阻達(dá)到理想的范圍，易于被電除塵器捕獲，而最佳的三氧化硫噴射率由鍋爐負(fù)荷、濁度和煙氣溫度輸入信號(hào)決定。其中，煙氣溫度調(diào)節(jié)尤為重要，整個(gè)煙氣調(diào)質(zhì)正常投入噴射80%條件都與溫度有關(guān)，也是熱工自動(dòng)保護(hù)的重點(diǎn)，托電公司煙氣調(diào)質(zhì)采用AB公司的PLC控制系統(tǒng)，利用工業(yè)PID調(diào)節(jié)方式來完成對(duì)加熱器可控硅的控制，保證空氣溫度的最佳，增加系統(tǒng)的除塵效率和可靠性。

關(guān)鍵詞：煙氣調(diào)質(zhì) 空氣加熱器 PID調(diào)節(jié) 可靠性

Abstract：In order to improve the collection efficiency of the ESP， the Tuoketuo power companies to increase gas conditioning system to produce SO3 quenching agent is injected into the flue gas in the form of fully integrated with the fly ash， dust the surface of a thin layer of conductive film， ash particles to reduce the specific resistance， so that the specific resistance of dust to achieve the desired range， is easy to be caught electrostatic precipitator， and the optimum injection rate of sulfur trioxide boiler load， turbidity， and the input signal determines the flue gas temperature. Among them， the flue gas temperature control is particularly important， the entire gas conditioning spray 80 percent of normal input conditions are related to temperature， but also the thermal protection of automatic focus， supporting Power Company Gas Conditioning uses AB Corporation PLC control system， using industry PID regulation mode to complete the heater SCR control to ensure optimum air temperature， increasing collection efficiency and reliability of the system.

Key words：Flue gas conditioning， Air Heater， PID regulation， reliability

中圖分類號(hào)：X701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2016）06-0286-02

一、煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)投入背景

從2003年6月機(jī)組投產(chǎn)以來，托電為華北電網(wǎng)、京津唐地區(qū)、特別是北京地區(qū)的供電做出了巨大的貢獻(xiàn)。托電已經(jīng)成為華北電網(wǎng)一個(gè)極為重要的電源點(diǎn)。同時(shí)托電的建設(shè)也是落實(shí)國家的“西電東送”戰(zhàn)略的重要組成部分。

托電發(fā)電用的準(zhǔn)格爾煤發(fā)熱量偏低，燃燒后灰樣中SiO2和AI2O3含量高，比電阻高，目前對(duì)于國內(nèi)生產(chǎn)的電除塵器來說，較難以捕獲，電除塵器效率達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，所以粉塵排放嚴(yán)重超標(biāo)，造成環(huán)境污染，同時(shí)間接的造成引風(fēng)機(jī)葉片嚴(yán)重磨損，威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

二、煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)介紹

煤在燃燒過程中，其中的硫和空氣中的氧化合生成二氧化硫，其中約0.4%-3.0%的二氧化硫在爐膛中被進(jìn)一步氧化成三氧化硫，三氧化硫和煙氣中的水分結(jié)合形成硫酸，以極薄的一層均勻地凝結(jié)于飛灰顆粒的表面。如果煤燃燒產(chǎn)生的SO3 恰好和飛灰比例平衡，就會(huì)產(chǎn)生足夠的酸附著在灰顆粒上，提供合適的電阻率以利于飛灰被收集。如果煤中的含硫量低于這個(gè)水平，就必須增大電除塵器規(guī)模以適應(yīng)收塵效率的要求，或通過SO3 煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)噴射所需的三氧化硫使之達(dá)到平衡。

三、煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)工作流程

硫磺被人工加到儲(chǔ)罐中，硫磺在儲(chǔ)罐中熔化為液態(tài)硫磺，然后用硫磺泵將儲(chǔ)罐中的液態(tài)硫磺輸送到系統(tǒng)集成箱的硫磺燃燒器中。

系統(tǒng)集成箱的一臺(tái)離心風(fēng)機(jī)提供必需的經(jīng)過過濾的空氣，這些空氣在晶閘管控制的電加熱器中被加熱到系統(tǒng)需要的溫度，過程溫度將被監(jiān)控，以保證硫磺在燃燒器中充分反應(yīng)生成二氧化硫，并且向轉(zhuǎn)化器提供適于催化生成三氧化硫溫度的二氧化硫，如圖2-1所示。

二氧化硫靠五氧化二釩的催化作用氧化成三氧化硫。根據(jù)鍋爐負(fù)荷以及降低比電阻所需的三氧化硫數(shù)量，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整三氧化硫的生產(chǎn)速度。三氧化硫的需求量取決于很多因素，包括灰的成分和鍋爐負(fù)荷等。最佳的三氧化硫噴射率由鍋爐負(fù)荷、濁度和煙氣溫度輸入信號(hào)決定。

四、空氣加熱器 PID參數(shù)整定

空氣加熱器箱焊接制作豎立在集成箱上，加熱器垂直安裝?？諝饧訜崞飨浒惭b有5個(gè)加熱器單元，每個(gè)單元額定功率34kW，380V，各個(gè)加熱器單元法蘭連接。加熱器的輸出功率隨系統(tǒng)溫度變化通過晶閘管調(diào)節(jié)在0-100%輸出范圍內(nèi)變化，晶閘管接受來自PLC控制系統(tǒng)的指令從而條件加熱器的輸出功率。

在進(jìn)入到“系統(tǒng)加熱”模式，系統(tǒng)加熱器進(jìn)入到一個(gè)沿斜線加熱過程。

1.給加熱器的控制信號(hào)設(shè)定成沿一條向上的斜線（20%每小時(shí)）上升到 100%（ 滿負(fù)荷；即從 PLC 給加熱器控制器輸出 20mAdc）。在這段時(shí)間內(nèi)電加熱器 PID 控制器不運(yùn)行。

2.斜線的起點(diǎn)信號(hào)是加熱器電源的 20%。

3.給加熱器的信號(hào)保持在信號(hào)的 100%（從 PLC 給加熱器控制器輸出 20mAdc），直到“系統(tǒng)加熱”模式完成。

在火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)中，由于PID算法簡單、魯棒性好和可靠性高而被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)過程控制和運(yùn)動(dòng)控制中。PID控制器的輸出與輸入之間的關(guān)系，在時(shí)域中用下式表示

AB公司的Logix5000系統(tǒng)在火電熱工控制中，采用較多的PID算法是經(jīng)典算法和并聯(lián)PID算法，如圖3-1所示，組成PID控制器，其傳遞函數(shù)表達(dá)式為：

其中，比例環(huán)節(jié)采用Gain模塊，令Gain模塊的增益值對(duì)應(yīng)于Kp參數(shù)，而積分和微分環(huán)節(jié)通過傳遞函數(shù)模塊來實(shí)現(xiàn)。在Transfer-Fun模塊中，令b0=KdTd，b1=0，a0=Td，a1=1，則可以得到微分控制器。接著根據(jù)KP、Kd、Ti、Td參數(shù)調(diào)整要求，修改對(duì)應(yīng)的b0、b1、a0、a1值來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行整定。如圖3-2煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)logix5000程序空氣加熱器PID參數(shù)設(shè)置。

PID控制器都的參數(shù)整定方法理論對(duì)算法，也有根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)踐相結(jié)合的方法來整定的。本文采用的是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)踐相結(jié)合的衰減曲線經(jīng)驗(yàn)值法來整定PID控制器的參數(shù)。具體的方法如下：

在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，先將控制器變?yōu)榧儽壤饔茫⒈壤阮A(yù)置在較大的數(shù)值上。在達(dá)到穩(wěn)定后，用改變給定值得辦法加入階躍干擾，觀察被控量記錄曲線的衰減比，然后從大到小改變比例度，直至出現(xiàn)4：1衰減比為止，記下此時(shí)的比例度δs，從曲線上得到衰減周期Ts。然后根據(jù)下面的檢驗(yàn)公式，求出控制器的參數(shù)整定值。

比例帶系數(shù) δ=0.8δs

積分時(shí)間 T=0.3Ts

微分時(shí)間 Td=0.1Ts

而實(shí)際上有的過程4：1衰減仍嫌振蕩過強(qiáng)，則可以采用10：1衰減曲線法?；痉椒ê蜕厦娴囊恢?，得到10：1衰減曲線后，記下此時(shí)的比例度δs和最大偏差時(shí)間T升（上升時(shí)間），再根據(jù)表中的經(jīng)驗(yàn)公式，求出相應(yīng)的δ、T 、Td。

給系統(tǒng)加的干擾幅值不能太大，一般根據(jù)要求來確定，為額定值的5%左右。其中，再記錄曲線上嚴(yán)格得到4：1衰減曲線比較困難，一般以被控量來回波動(dòng)兩次達(dá)到穩(wěn)定，就可以近似的認(rèn)為達(dá)到4：1衰減過程了。

按照衰減曲線法算出P為0.2，I為0.06，適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整后，得出最佳曲線圖，觀察一天趨勢(shì)基本正常。如圖3-3所示

如果經(jīng)過計(jì)算后調(diào)節(jié)PID參數(shù)設(shè)置不合適，PID參數(shù)可以按照下圖進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈⒄{(diào)來選擇最佳PID值。

五、結(jié)語

本研究應(yīng)用于煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)的空氣流量/溫度PID調(diào)節(jié)，保證空氣流量及加熱器溫度隨鍋爐負(fù)荷變化穩(wěn)定，提高了設(shè)備的可靠性，降低熱工控制元件的損壞速度，以保證加熱器加熱空氣溫度穩(wěn)定變化，使空氣加熱器的輸出溫度低于 315℃，轉(zhuǎn)化器的輸出溫度在 540℃到 315℃的范圍內(nèi)，是煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)投入使用噴射燃燒的必要條件，保證粉塵排放合格，降低對(duì)環(huán)境的污染，滿足國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，同時(shí)保障機(jī)組的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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作者簡介：廖明潔（1988-），男，助理工程師，2011年內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)，一直從事發(fā)電廠熱控系統(tǒng)工作。