周 佑，蘇 燁

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

目前浙江省內發(fā)電廠大多數(shù)機組采用濕法脫硫工藝，并應用DCS實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的控制，但與電廠的一般控制有很大差別，且大都在近幾年投運，因此開展脫硫機組DCS及控制系統(tǒng)運行狀況調查研究，對存在問題進行分析、完善和優(yōu)化，對確保機組穩(wěn)定運行、脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟運行及實現(xiàn)環(huán)保減排有著重要意義。

1 脫硫控制系統(tǒng)運行狀況

1.1 DCS系統(tǒng)

浙江省內發(fā)電廠脫硫DCS系統(tǒng)主要采用歐陸 NETWORK-6000、新華 XDPS、西屋 OVATION、ABB Symphony及?？怂共_I/A Series等5種系統(tǒng)。由于大多數(shù)機組的控制系統(tǒng)也采用上述產(chǎn)品，所以各廠技術人員對脫硫DCS系統(tǒng)都較為熟悉，運行維護也相當便捷，且通過調試及“168 h”后的連續(xù)運行，各系統(tǒng)運行狀況良好，雖然出現(xiàn)過DCS系統(tǒng)光端機同電源、備用卡件下裝出故障、環(huán)路故障等硬件問題，但大部分問題在調試及檢修時已經(jīng)解決，且未出現(xiàn)重大故障。

1.2 保護聯(lián)鎖系統(tǒng)

脫硫控制系統(tǒng)的主要聯(lián)鎖保護有：煙氣系統(tǒng)保護聯(lián)鎖、增壓風機系統(tǒng)保護聯(lián)鎖、吸收塔系統(tǒng)保護聯(lián)鎖、GGH系統(tǒng)保護聯(lián)鎖、石灰石漿液制備系統(tǒng)保護聯(lián)鎖、脫水系統(tǒng)保護聯(lián)鎖及水系統(tǒng)保護聯(lián)鎖。經(jīng)過調試期間及“168 h”后的連續(xù)運行，各電廠根據(jù)脫硫系統(tǒng)實際情況對保護聯(lián)鎖做了改進，主要邏輯修改包括：

（1）出于對煙氣擋板和主機安全的考慮，增加了入口壓力超限及動葉開度低保護開旁路邏輯。

（2）增加了主機快速減負荷（RB）后開旁路擋板及減小靜葉（或動葉）開度邏輯，在帶脫硫系統(tǒng)的主機發(fā)生RB情況下保證了主機的穩(wěn)定。

（3）考慮到某些機組在進口擋板全關情況下啟動增壓風機對煙道及增壓風機的啟動電流影響很大，因而改進了增壓風機的啟動方式，取消增壓風機啟動允許條件中的進口擋板全關，增加了增壓風機啟動小順控：進口擋板開啟一定時間后（各電廠不同）再啟動增壓風機。

目前各電廠上述系統(tǒng)的保護聯(lián)鎖均100%投運，運行情況良好，但也出現(xiàn)了因不必要的保護動作影響脫硫投入率，因此旁路擋板與增壓風機等設備的保護聯(lián)鎖邏輯仍需優(yōu)化。

1.3 自動調節(jié)系統(tǒng)

主要的自動調節(jié)系統(tǒng)包括增壓風機入口壓力調節(jié)、吸收塔SO2脫除率控制（吸收塔pH控制）、工藝水箱調節(jié)、石灰石漿液密度調節(jié)、石膏餅厚度調節(jié)。

（1）現(xiàn)在各廠采用的增壓風機自動調節(jié)方式主要有兩種：控制入口壓力和控制旁路擋板前后差壓?？刂品绞诫m然不同，但各機組增壓風機自動調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)品質良好，靜態(tài)偏差與動態(tài)偏差均滿足要求。部分機組增壓風機改用液電阻調速控制或是AB Power Flex 7000中壓變頻器控制，達到節(jié)能運行的效果，特別是中壓變頻器控制較之前的靜葉控制在調節(jié)速度及精度方面有了明顯的提高。部份機組曾出現(xiàn)跳磨等特殊工況時因調節(jié)機構調節(jié)滯后引起壓力超限的現(xiàn)象。

（2）吸收塔SO2脫除率控制（吸收塔pH控制）在各廠的投運率都較高，總體運行狀況良好，但存在pH計等測量系統(tǒng)誤差、pH調節(jié)回路與前饋回路參數(shù)設置不準確而導致某些機組控制品質變差的情況。

（3）工藝水箱調節(jié)均已投運，運行狀況良好。部分電廠由于補水閥門內漏影響控制品質。

（4）由于存在回用水量不足、石灰石粉量過多或堵粉導致變頻器過載的現(xiàn)象，石灰石漿液密度調節(jié)系統(tǒng)投運后控制品質較差，現(xiàn)大部分電廠未投運。

（5）石膏餅厚度調節(jié)投運后控制品質較差，現(xiàn)大部分電廠未投運。石膏餅厚度測量誤差及波動較大、變頻器控制范圍較小等因素在一定程度上也影響控制品質。

2 控制系統(tǒng)存在問題的分析及優(yōu)化

通過對各廠脫硫控制系統(tǒng)的運行狀況分析，發(fā)現(xiàn)總體運行情況良好，但由于大多數(shù)脫硫系統(tǒng)都在近幾年投運，時間比較短，控制系統(tǒng)仍存在一些不完善的地方。為此，總結各電廠脫硫控制系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，開展了系統(tǒng)的完善和優(yōu)化。

2.1 增壓風機負壓控制完善

多數(shù)脫硫機組投運以來，經(jīng)過對增壓風機負壓控制邏輯的不斷優(yōu)化，在定值擾動、主機負荷擾動、送/引風機RB過程中，自動調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)品質良好，但某些機組也出現(xiàn)因磨煤機跳閘、爐膛負壓變化引起增壓風機入口負壓突變，超過負壓保護值引起旁路擋板快開的情況。

2.1.1 邏輯優(yōu)化

分析跳磨過程發(fā)現(xiàn)：磨煤機跳閘后總風量迅速降低，在爐膛負壓下降引起增壓風機入口壓力迅速下降的過程中，動葉調節(jié)能力小，無法迅速動作，導致入口壓力快速下降至超限。為減小跳磨對脫硫系統(tǒng)的影響，針對機組不同情況，對增壓風機入口負壓控制回路進行了優(yōu)化。

（1）某廠1-5號機組均增加了增壓風機入口壓力偏差前饋，修改后進行了跳磨擾動試驗。試驗過程中負壓突降后動葉迅速動作，入口負壓迅速回調，避免了負壓超過保護定值引起旁路擋板快開，提高了增壓風機控制品質。

（2）某廠1-2號機組修改了動葉自動邏輯，取消送風量前饋信號壞質量后撤出自動邏輯，增加信號壞質量時的切換邏輯，并放大送風量前饋信號系數(shù)；將增壓風機入口壓力偏差與原有的風量前饋信號疊加后作為前饋量。邏輯下裝后對1號機組進行了跳磨煤機的擾動試驗，試驗結果良好，未出現(xiàn)旁路快開現(xiàn)象。

（3）某電廠4號機組加大了送風量前饋，適當減弱調節(jié)器（PID）作用，負壓控制品質明顯改善，旁路快開現(xiàn)象減少。

2.1.2 完善建議

根據(jù)上述優(yōu)化試驗結果，結合增壓風機控制的現(xiàn)狀，提出以下完善負壓控制建議：

（1）要提高執(zhí)行機構的可靠性。針對部分增壓風機調節(jié)機構調節(jié)滯后、大幅開關等情況，要做好定期維護，并整定調節(jié)機構的重要參數(shù)。

（2）為避免增壓風機調節(jié)機構滯后與主體調節(jié)產(chǎn)生諧振，可適當弱化PID調節(jié)并增加前饋作用，以保證前饋信號出現(xiàn)壞質量后能保持原值并及時撤出自動。

（3）采用液電阻及中壓變頻器控制的機組，也需對原有的靜葉調節(jié)機構作定期維護，適時進行切換試驗，保證故障時能及時切換，以免影響負壓控制。

2.2 旁路擋板控制邏輯優(yōu)化

旁路擋板控制邏輯在脫硫系統(tǒng)控制中具有舉足輕重的作用。經(jīng)過調試及投產(chǎn)后的運行，各廠旁路擋板控制邏輯已逐漸完善，但因各機組特性不同，旁路擋板控制邏輯存在差異，需對部分旁路擋板控制邏輯進行優(yōu)化。

如某電廠出現(xiàn)旁路擋板慢開慢關操作時短時間關閉畫面、指令保持的現(xiàn)象，建議改由DCS邏輯實現(xiàn)操作面板相關功能。

2.3 濕法脫硫吸收塔pH控制優(yōu)化

目前大多數(shù)廠是通過石灰石供漿調節(jié)閥控制pH值進行吸收塔SO2脫除率控制，其控制策略為：測量原煙氣體積流量和原煙氣SO2濃度，計算出原煙氣中SO2的質量流量C，利用C來計算石灰石漿液流量的理論值；人工pH設定值與吸收塔漿液pH測量值比較后，通過PID得出石灰石供漿流量修正值，修正后的石灰石漿液流量作為PID輸入值來控制石灰石漿液供漿調節(jié)閥的開度。該控制回路為串級控制回路，外回路為pH控制，內回路控制漿液流量。由于吸收塔中漿液量很大，加入石灰石引起的pH值變化連續(xù)且緩慢，即控制系統(tǒng)是時滯性大、慣性大、參數(shù)時變的非線性系統(tǒng)，負荷變化時石灰石漿液流量的理論值可以適當補償SO2的變化帶來的影響，改善負荷擾動下pH值的控制品質。

優(yōu)化吸收塔pH值控制主要包括3個方面：提高測量值的準確性、調節(jié)回路與前饋回路的調整、PID參數(shù)的定期調整。

2.3.1 提高測量值的準確性

（1）pH 值的測量

目前各廠的吸收塔pH計類型主要有ABBAX 400型、艾默生1056型、羅斯蒙特5081型、1055型及E+H等，安裝位置大致分為3種：石膏排出泵出口管路的水平段、石膏排出泵出口的豎直管道和石膏排出泵出口單獨的測量管路。針對吸收塔pH計誤差比較大的問題，建議加強對pH計的檢查。表1為pH計指示不準的原因及相應處理方法。

表1 pH計指示不準的原因及處理方法

（2）石灰石漿液流量的測量

石灰石漿液流量計采用電磁式流量計，測量管道內必須完全充滿液體，管路堵塞易導致石灰石漿液流量信號不準，建議定期進行石灰石漿液管路沖洗。

（3）煙氣流量的測量

大多數(shù)機組采用差壓式變送器測量原煙氣體積流量，其流量公式如式（1）所示：

式中：K為標定系數(shù)；ρ為介質密度；ΔP為流量差壓。

在調試期間，式（1）中的K、ρ均由設計提供。性能考核后發(fā)現(xiàn)部分機組的流量信號不準確，建議根據(jù)實際測量結果適當修正K、ρ值。同時建議加強差壓流量計的維護，避免流量信號不準引起根據(jù)SO2含量計算所得的石灰石漿液流量前饋回路產(chǎn)生較大擾動。

（4）SO2的測量

SO2含量是通過煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）中SO2分析儀測量的，CEMS系統(tǒng)反吹及標定時的SO2含量突變會對根據(jù)SO2含量計算所得的石灰石漿液流量前饋回路產(chǎn)生較大擾動，建議增加反吹及標定過程中SO2含量保持原值的邏輯。SO2分析儀需定期維護并及時標定，若有零點漂移應及時修正DCS量程。

2.3.2 pH調節(jié)回路與石灰石漿液流量前饋回路的調整

自動負荷控制（AGC）投入后機組負荷升降較為頻繁，對吸收塔pH值的影響較大，而整個pH自動調節(jié)的過程較為緩慢，若pH調節(jié)回路和根據(jù)SO2含量計算所得的石灰石漿液流量前饋回路疊加作用過大，會導致石灰石漿液加入量的變化過大，對pH自動調節(jié)品質產(chǎn)生較大影響。建議適當縮 小pH調節(jié)回路輸出上下限幅，和根據(jù)SO2計算所得的石灰石漿液流量前饋作用。在某些工況下，吸收塔pH變化緩慢，出現(xiàn)石灰石漿液供漿調節(jié)閥長時間全開而pH仍未達到定值，或調門長時間全關而pH仍高于定值的現(xiàn)象，使調節(jié)器出現(xiàn)積分飽和，建議采用供漿調節(jié)閥調節(jié)輸出全開或全關時切除積分作用的方法，從而避免調節(jié)系統(tǒng)的響應時間延長和調節(jié)品質降低。

2.3.3 PID參數(shù)的定期調整

因部分電廠的脫硫裝置已投運較長時間，pH值變化速度與調試期間相比已有所不同，建議對pH調節(jié)的PID參數(shù)做適當調整。

上述優(yōu)化方式在部分機組得到應用后取得了比較明顯的效果。

2.4 石灰石漿液密度控制完善

由于各廠石灰石漿液密度控制投入率較低，分析石灰石漿液密度控制存在的問題，發(fā)現(xiàn)導致自動調節(jié)不能投入的原因主要有：

（1）由于潮濕導致給粉機下料不暢，石灰石漿液密度持續(xù)偏低，無法進行控制，導致石灰石漿液密度調節(jié)閥全關，石灰石漿液箱液位持續(xù)偏低。

（2）回用水量較小，無法保證正常的石灰石漿液箱液位。

針對上述情況，建議在制漿順控投入的基礎上對石灰石漿液密度進行調節(jié)，保證石灰石漿液箱液位和密度穩(wěn)定，發(fā)現(xiàn)堵粉時立即撤出自動，避免引起漿液供應不足導致脫硫率下降。定期進行調節(jié)閥特性試驗，定期整定PID參數(shù)。

3 結語

脫硫系統(tǒng)在發(fā)電廠投運的歷史還不長，上述問題在大多數(shù)電廠脫硫系統(tǒng)運行中容易出現(xiàn)，實踐證明本文提出的解決方法能較好解決相應問題。節(jié)能減排日益受到重視，考核也更為嚴格，發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)安全性和自動化水平越來越受到重視，脫硫保護系統(tǒng)的合理性和最佳的控制策略有待更進一步的探索和研究。

[1] 朱北恒.火電廠熱工自動化系統(tǒng)試驗[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 楊旭中.燃煤電廠脫硫裝置[M].北京：中國電力出版社，2006.