660MW机组脱硫吸收塔浆液pH值控制优化

卫平宝， 郭　猛

(大唐马鞍山当涂发电有限公司， 安徽　马鞍山　243102)



660MW机组脱硫吸收塔浆液pH值控制优化

卫平宝， 郭猛

(大唐马鞍山当涂发电有限公司， 安徽马鞍山243102)

摘要：随着国家节能减排工作的深入开展，对火电厂的排放指标的要求越来越严格，环保指标红线意识越来越得到重视，在煤炭的含硫量一定的情况下，如何利用现有的控制与调整手段，实现环保指标的低排放的问题，摆在生产一线人员的面前。通过对影响脱硫效率的主要因素分析，对原脱硫系统浆液pH控制策略存在的问题进行分析研究，提出有效的优化方案，以改善pH值调节品质，利用试验证明可优化pH值控制，提高pH控制品质；此举可进一步提高脱硫效率，是效益最大化、环保合法化的一个重要保障。

关键词：烟气脱硫；浆液pH值；前馈控制；优化控制

0前言

湿式石灰石-石膏烟气脱硫(以下简称FGD)是目前世界上技术最成熟、实用业绩最多、运行状况最稳定的脱硫工艺，脱硫效率在90%以上，副产品石膏可回收利用[1,2]。马鞍山当涂发电有限公司一期为2×660MW超临界直流燃煤机组，脱硫采用石灰石-石膏湿法工艺，控制系统为美卓自动化公司maxDNA系统，最大处理烟气量3000kNm3/h(湿)，脱硫率在90%以上，FGD出口SO2排放浓度<180mg/m3，作为烟气脱硫的副产品石膏，其纯度>90%，含水率<10%。

热控人员进过长期观察和试验，发现660MW机组脱硫吸收塔浆液pH值控制品质有劣化趋势，通过与运行人员的沟通、交流，并学习系统流程，对劣化现象做了深入分析，调取主要参数变负荷期间的历史趋势，发现变负荷过程pH值控制的变化趋势出现劣化趋势，pH控制在设定值附近反复振荡，造成供浆调节阀反复振荡波动，脱硫效率达不到设计值运行。参数曲线如图1所示：

1-#1机组负荷，2-石灰石浆液供给流量，3-吸收塔浆液pH值设定值，4-吸收塔浆液pH值，5-石灰石浆液供给调节阀阀位，6-脱硫效率图1　变负荷期间主要参数变化趋势

图中可以看出：机组负荷440MW，优化前浆液pH值实际值与设定值偏差较大，最大偏差为0.1，石灰石浆液供给调节阀来回振荡，PID调节品质较差，导致脱硫效率在90%附近波动，严重偏离设计值。说明调节系统存在调节滞后、调节品质差现象。

通过上述现象判定，660MW机组脱硫吸收塔浆液pH值控制品质出现异常情况。下面对造成这种异常的原因进行分析，并完成对策制定和异常处理。

1原因分析与处理对策

1.1吸收塔浆液pH值

烟气中SO2与吸收塔浆液接触后发生如下一些化学反应：

SO2+H2O=HSO3-+H+

CaCO3+H+=HCO3-+Ca2+

从以上反应历程不难发现，低的pH值有利于亚硫酸钙的氧化，石灰石溶解度增加，却使二氧化硫的吸收受到抑制，脱硫效率大大降低。当pH=4时，二氧化硫的吸收几乎无法进行，且吸收液呈酸性，对设备也有腐蚀。高pH的浆液环境有利于SO2的吸收，而低pH则有助于Ca2+的析出，二者互相对立，具体最合适的pH值应在调试后得出，但一般pH在4～6之间[3]。

1.2pH值自动控制策略分析

原控制系统采用串级控制方案，主控制器设定值为pH值设定，实际值为pH实际值(三取中)，输出为浆液流量控制值，并作为副调节器设定值，副调节器实际值为浆液实际流量，输出为供浆调节门开度指令。主副调节器均采用定参数运行。该方案在控制过程中存在问题，如流量不准，变煤种适应性差，变负荷适应性差，供浆管道易堵塞，pH值控制准确性差、动态偏差较大等。对脱硫率的影响较大，不满足日益高要求的脱硫率和SO2排放要求。下面将针对问题做控制策略优化和参数优化工作。

2控制策略优化与效果检查

通过上述分析，发现pH值控制品质变差的几个相关原因，热控专业在办理异动申请并审批后，开具工作票对pH控制系统进行为期一周的优化试验工作。

2.1pH值自动控制策略优化

从6个方面进行自动控制策略优化[4]，分别如下：

(1)针对流量不准的问题，采用单回路控制，取消原副调节器。优化后的调节器中设定值为pH值设定值，实际值为pH实测值，输出为供浆调节门开度指令。

(2)将#1机组负荷对应函数和#1FGD进口原烟气SO2浓度对应函数之和作为扰动引入到控制PID作为前馈，其公式为：0.8×f(x1)+0.2×f(x2)，并通过试验调整前馈系数，最终确定前馈系数为0.5，如表1、表2所示。

表1　负荷扰动对应折线函数f(x1)

表2　#1FGD进口原烟气SO2浓度扰动对应折线函数f(x2)

(3)为防止供浆管道无流量或低流量时发生堵塞情况，设置调节器输出闭锁减条件：当供浆流量小于9m3/s时发闭锁减信号，使供浆调节门保持当前开度不减，维持管道流体流动，防止管道内堵塞。

(4)针对不同工况下烟气负荷变化对脱硫率影响，在pH值调节器中采用变参数调节，经过反复试验验证，稳态时最佳比例系数由原始值0.5调整为6.0，异常工况当660MW机组烟囱入口烟气SO2浓度>95mg/m3时调整为8.0；积分系数由原始值10.0调整为0.3，实现调节器自适应变参数控制。

(5)同时适量增加微分先行环节，改善自动控制系统的动态特性。

(6)为提高控制系统可靠性，增加pH值自动控制切手动条件：当调节器输出指令与浆液调门实际阀位偏差>30%时，控制方式切至手动，同时发出“调节器故障”报警，提醒运行人员及时干预处理。

2.2pH值优化后试验曲线分析

经过上述一系列优化处理，通过各种工况下试验，来分析优化后pH值自动控制效果。

2.2.1pH值定值扰动试验

通过对pH值控制策略优化，做pH定值扰动试验，参数曲线如图2所示：

1-#1机组负荷，2-石灰石浆液供给流量，3-吸收塔浆液pH值设定值，4-吸收塔浆液pH值，5-石灰石浆液供给调节阀阀位，6-脱硫效率图2　pH值扰动试验下个参数变化趋势

如图2所示，当浆液pH设定值由5.68调整为5.78后，浆液pH值实际值与设定值最大偏差为0.06，石灰石浆液供给调节阀缓慢趋于稳定。此种情况下，脱硫效率可达到95%附近，大大降低排放指标。

2.2.2变负荷试验

变负荷过程中，烟气流量及烟气温度随之变化，对脱硫率产生影响，通过pH值控制，将脱硫率控制在90%以上。如图3所示：

1-#1机组负荷，2-石灰石浆液供给流量，3-吸收塔浆液pH值设定值，4-吸收塔浆液pH值，5-石灰石浆液供给调节阀阀位，6-脱硫效率图3　变负荷工况下pH值参数变化趋势

如图：#1机组负荷从560MW降至350MW，浆液pH值实际值与设定值最大偏差为0.08，说明在大幅变负荷工况下，PID调节器仍能将吸收塔浆液pH值控制在合适范围内。此种情况下，脱硫效率可达到95%附近，大大降低排放指标。

2.2.3稳定工况

稳定负荷工况下pH值参数变化如图4所示：

1-#1机组负荷，2-石灰石浆液供给流量，3-吸收塔浆液pH值设定值，4-吸收塔浆液pH值，5-石灰石浆液供给调节阀阀位，6-脱硫效率图4　稳定负荷工况下pH值参数变化趋势

如图：机组负荷稳定在500MW左右时，吸收塔浆液pH值实际值与设定值最大偏差为0.05，此种情况下，脱硫效率可达到95%附近，大大降低排放指标。

2.3效果分析

根据以上吸收塔pH值优化前后各参数曲线分析可知，优化后吸收塔浆液pH值实际值与设定值偏差明显减小，供浆调节阀频繁振荡减弱，提高脱硫效率，提高运行经济性的同时降低了设备损耗。

3总结与下一步措施

针对上述660MW机组脱硫吸收塔浆液pH值控制变化趋势异常的分析，通过660MW机组脱硫吸收塔浆液pH值调节趋势观察与分析，发现660MW机组脱硫吸收塔浆液pH值控制调节在负荷、煤质(含硫份)发生变化的情况下，原自动控制方案及参数不满足现有的参数控制要求，pH值调节出现波动大的劣化趋势。通过分析，制定优化方案并经过长时间的在线优化与试验，660MW机组脱硫吸收塔浆液pH值自动控制品质得到显著提高。

参考文献：

[1] 孙克勤,张东平.OI2-WFGD烟气脱硫技术介绍[J].电力环境保护,2004,20(3):12-14.

[2] 周屈兰,徐通模,惠世恩.我国自主开发的湿法脱硫技术及其应用[J].动力工程，2006,26(2)：262-266.

[3] 曾庭华.湿法烟气脱硫系统的调试、试验、运行[M].北京:中国电力出版社,2008.

[4] 潘维加,谢又成,周玲,等.吸收塔浆液pH值控制系统的分析与改进[J].电站系统工程，2006,22(6):43- 47.

[责任编辑：薛宝]

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

中图分类号：TK228

文献标识码：A

文章编号：1672-9706(2016)01- 0085- 05

作者简介：卫平宝(1981-)，男，安徽六安人，高级工程师，马鞍山当涂发电有限公司，设备部热控专工。

收稿日期：2015- 09-21

郭猛(1985-)，男，云南红河人，工程师，马鞍山当涂发电有限公司，维护部热控班组长。