超低排放下脱硫自动优化控制系统

超低排放下脱硫自动优化控制系统

宋建 张伟 内蒙古岱海发电有限责任公司 内蒙古 乌兰察布 013750

摘要：以内蒙古岱海电厂脱硫系统为实例，结合现场实际使用情况进行分析。通过采用小时均值作为被调量，优化供浆量自动调节，同时计算浆液循环泵裕度，及时停泵，最终到了节能降耗的目的。

关键词：脱硫自动；节能；超低排放；

1．引言

满足国家大气污染物排放限值要求，保证脱硫系统在不同负荷工况、煤质变化的情况下的安全、环保、经济运行，变得越来越重要。一方面排放不超标是到企业的社会责任，另外一方面SO2排放量低到一定程度，再降低一点就需要付出巨大代价，企业需要通过节能降耗措施，降低脱硫系统的运行成本。因此需要一个先进控制技术方案，实现脱硫出口SO2排放的稳定闭环控制。

2．系统概述

内蒙古岱海发电有限责任公司的脱硫系统采用的是目前技术最成熟、应用最广的湿法脱硫系统。采用五台浆液循环泵的配置。

因系统自身的复杂性，运行控制基本还是依靠运行人员手动控制吸收塔浆液pH调节系统间接控制脱硫出口SO2浓度排放，脱硫出口SO2浓度的控制处于开环调节状态。但吸收塔浆液pH值控制品质不理想，运行人员手动频繁调节供浆泵频率，通过直接调节石灰石或电石渣的浆液流量进行干预，这样有滞后性，很容易造成浆液不足或过量。而且在实际运行过程中，锅炉负荷及烟气量、煤质中硫份、烟气温度、烟尘浓度、吸收剂品质等是经常变化的，这给运行人员带来很大的操作负担。

3．控制难点分析

节能降耗的关键在于两个关键点，一是供浆自动的实现减少运行人员手动操作的滞后性，实现供浆自动调节控制。但供浆调节需考虑吸收塔PH的情况，PH应尽量稳定。SO2排放浓度较低时，供浆调节应以稳定为主，而在机组快速升负荷时，短时间控制增加补浆量，提高PH，确保SO2不超标，不用运行人员启动浆液循环泵。二是计算浆液循环泵的启停时机，虽然机组承担了调峰任务，每天负荷变化十分复杂，但在不同时间段机组负荷变化存在一定规律，通过时间段预测负荷均值，计算出需要浆液循环泵台数。

4．供浆量控制方案

如图所示先通过GPC技术解决pH值控制程大滞后、慢过程的问题，然后通过多变量模型预测控制技术，实现脱硫出口SO2浓度闭环控制问题，提高脱硫自动控制品质

其中广义预测控制（GPC，Generalized Predictive Control）采用受控自回归积分滑动平均（CARIMA，Controlled Auto-Regressive and Integrated Moving-Average）模型：

其中：

为t时刻的系统输出；

为t时刻的控制量；

， ；

；

是零均值方差有界不相关的随机噪声序列；

是系统最小纯时延步数；

为差分算子， ；

为向后一步平移因子；

将上述公式变形为增量模型：

广义预测控制方法由于采用了多步预测、滚动优化和反馈校正的控制策略，更多地利用了反映被控对象动态行为的有用信息，提高了对被控对象时滞和阶次变化的鲁棒性，从而可以得到很好的控制性能。通过GPC控制策略有效的解决了pH值控制过程大滞后、慢过程的问题。

5 SO2控制方案

基于物料平衡技术实现脱硫超低排放指标脱硫出口SO2浓度的小时均值的闭环控制功能，减轻运行人员的劳动强度，提高脱硫出口SO2浓度的自动控制品质，减少脱硫出口SO2浓度控制标准方差10~30%，提供吸收塔浆液循环泵的优化组合方式和脱硫出口SO2浓度预测值，减少脱硫设备的电耗

采用时序多层控制技术，上层控制脱硫出口SO2浓度小时均值，下层控制脱硫出口SO2浓度实时值。上层通过程序计算小时均值，给下层指令，控制脱硫出口SO2浓度实时值。有别于传统控制思路，可以减轻运行人员劳动强度，提高经济效益。

整点时均值实时分段计算，区分“时刻前”B、“时刻后”A两段数据，B为历史数据，A为未来数据。B为当前时刻到0分的实时小时均值，A为当前时刻到59分59秒的未来允许小时均值，A+B要小于环保排放标准35。因此A会根据B时刻计算未来允许的控制范围并协调控制器完成小时均值的控制。

数据采集器用于采集脱硫出口的SO2浓度、系统脱硫率、实时pH值和浆液流量值。MPC控制器分为两层，上层控制根据物料平衡，脱硫出口SO2浓度小时均值，下层控制脱硫出口SO2浓度实时值。上层通过物料平衡，计算SO2小时均值，给下层指令，控制脱硫出口SO2浓度实时值。GPC控制器用于根据脱硫出口SO2优化设定值和脱硫出口实时SO2计算得到浆液流量优化设定值。流量控制器用于根据浆液流量优化设定值和浆液信号控制浆液调节阀，使得脱硫出口SO2值等于脱硫出口SO2优化设定值。

6．控制方案实现

因直接在DCS系统控制器内计算过于复杂，且不利于控制器低负荷稳定运行。所以增设普通计算机作为计算单元，采用 MODBUS通信方式，在DCS系统增加与计算单元相通讯的通讯卡件LC卡，将DCS系统和计算单元相连。通讯接口可实现实时、安全、双向通讯，计算单元就可以通过MODBUS从DCS系统得到控制所需的实时数据，通过智能优化控制器运算后，再向DCS发出优化控制指令进行优化控制。

7．结语

通过将出口SO2出口时均值的控制策略应用到系统上，在保障脱硫吸收塔PH稳定的情况下，尽最大可能减少电石渣或石灰石消耗。系统可实时更新当前小时的剩余时间内允许的SO2最大时均值，帮助运行人员精准把控循环泵的启停时间，进一步降低电耗。本控制策略一方面解决了燃煤机组脱硫设备无法实现排放指标闭环控制的问题，提高设备可靠性的同时降低运行人员的劳动强度；另一方面可以在达到环保排放要求的基础上，降低企业成本，增强企业竞争力。