一种烟气循环流化床脱硫的优化控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于火电机组脱硫技术领域，具体涉及一种烟气循环流化床脱硫的优化控 制方法。
【背景技术】
[0002] 循环流化床烟气脱硫技术是20世纪80年代开发的一种新型脱硫工艺，它起源于 水泥和冶金的焙烧工艺，后来逐步推广应用于电站脱硫和垃圾焚烧烟气处理领域。它以循 环流化床为基础，通过吸收剂的多次循环，延长吸收剂与烟气接触的时间，大大提高吸收剂 的利用率，能在较低钙硫比下，接近或达到湿法工艺的脱硫效率。循环流化床干法脱硫技 术，系统简单，投机相对较低，逐渐引起越来越多国家的重视，该技术是目前商业应用中，单 塔处理能力最大、脱硫综合效益最优越的一种烟气脱硫技术。
[0003] 目前，虽然循环流化床干法脱硫技术已经大量应用到电厂，且装机容量不断增大， 但这种技术在实际运行和操作过程中还存在一些问题。循环流化床控制系统是一个多变 量、多任务，并具有时变性、耦合性、和随机性的复杂非线性系统，在噪声、负荷扰动和其它 一些环境条件变化下，控制难度较大。其中，在脱硫方面的突出问题主要表现如下：首先， 当前对排放的二氧化硫浓度进行调节的具体方法为：采用烟气分析仪表测量脱硫塔入口和 出口的SO2浓度，用出口和入口 SO 2浓度分别作为主调节量和辅助调节量，若超过排放浓度 标准，则调节消石灰的给料量，以此类推，再进行测量、调节、测量，直到二氧化硫的排放浓 度符合排放标准为止。显然，气体分析仪表输出信号存在较大的延迟，对于控制回路来说实 时性较差如直接使用可能引起控制回路的振荡，不能作为直接的调节参数；其次，锅炉负荷 波动带来的烟气量的大幅度变化也给测量和调节造成了较大的困难；再次，由于国家对烟 气排放指标的要求越来越严格，如果要达到较高的脱硫效率，就需要加入大量的脱硫剂，大 量的消石灰会停留在脱硫塔中，影响脱硫塔内的脱硫剂循环，容易出现榻床的问题，并且消 石灰耗量大，会使Ca/S摩尔比增大，运行成本增加。此外，过量的脱硫剂又会带来很大的附 加灰渣量和物理热损失，同时增加脱硫塔炉膛磨损，影响脱硫工况，进而增加成本，影响脱 硫的经济性。
[0004] 本发明提出了一种烟气循环流化床脱硫的优化控制方法，建立了 SO2排放浓度的 软测量预测模型，克服了消石灰控制系统的滞后性，解决了升降负荷时因消石灰控制系统 延迟所带来的SO2排放超标的问题；同时，本发明利用脱硫塔入口 CO2的量辅助控制消石灰 的给料量，使得消石灰控制更加准确，减少了消石灰资源的浪费，在一定的程度上也减少了 CO2的排放量；本发明提出的软测量预测模型具有较高的准确度，能够对消石灰供给量实现 更为精准的控制，在工程上具有较高的借鉴意义。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提出了一种烟气循环流化床脱硫的优化控制方法，DCS系统分 别连接烟气循环流化床和基于PLC的二氧化硫优化控制系统，所述优化系统包括：数据通 讯模块、二氧化硫预测模块、二氧化碳计算模块和消石灰控制模块。其中，数据通讯模块与 DCS系统相互交换数据，二氧化硫预测模块和二氧化碳计算模块分别连接通讯模块和消石 灰控制模块，消石灰控制模块连接数据通讯模块。其特征在于，所述优化控制方法包括如下 部分：
[0006] 1)数据通讯模块通过ModBus通讯协议与DCS系统交换数据；
[0007] 2)二氧化硫预测模块通过数据通讯模块从DCS控制器读取实时运行数据：脱硫塔 入口烟道二氧化硫浓度、脱硫塔入口烟道烟气体积、氢氧化钙颗粒径、脱硫塔出口烟气流速 和消石灰给料量，使用消石灰脱硫机理模型预测脱硫塔出口二氧化硫的浓度；
[0008] 3)二氧化碳计算模块通过数据通讯模块从DCS控制器读取实时运行数据：脱硫塔 入口烟道烟气、二氧化硫和一氧化碳的体积、进入锅炉总风量和给煤量，计算出脱硫塔入口 烟道二氧化碳的体积。
[0009] 4)消石灰控制模块结合二氧化硫预测值、二氧化碳计算值、脱硫塔炉膛温度、脱 硫塔炉膛压力和通过数据通讯模块读取的消石灰给料量的实时运行数据，经过模糊PID调 节，将消石灰给料量指令通过数据通讯模块发送到DCS控制器，从而DCS系统将指令发给现 场设备。其中，二氧化硫预测值、二氧化碳计算值和脱硫塔入口二氧化硫值作为给定指令， 脱硫塔炉膛温度和脱硫塔炉膛压力作为前馈指令。
[0010] 所述数据通讯模块读取实时数据包括：脱硫塔入口烟道烟气体积vy，m3/ s ;脱硫塔 入口烟道二氧化硫体积匕2，m3/s ;脱硫塔入口烟道一氧化碳体积V。。，m3/s ;进入锅炉的总 风量VF，m3/s ;进入锅炉的给煤量Bv，kg/s ;脱硫塔入口烟道二氧化硫浓度^^，mg/m3;氢氧 化钙颗粒径:rs，mm ;脱硫塔出口烟气流速uf，m/s ;消石灰给料量，kg/s。通讯模块读取的实 时数据采用罗曼诺夫斯基准则对异常数据进行剔除，具体步骤如下：
[0011] 步骤2. 1 :依次确定可疑数据X,，j e [1，n]，n为所采集的数据个数；
[0012] 步骤2. 2 :然后计算删除可疑数值之后的数列平均值
以及标准
其中X1为正常数据；
[0013] 步骤2. 3 :计算可疑数据的残差
[0014] 步骤2. 4 :如果I ε j I >Κ 〇，则对可疑数据进行剔除，如果I ε j I〈Κ 〇，则可继续使用 可疑数据，其中K为检验系数；
[0015] 所述烟气循环流化床脱硫的优化控制方法，其特征在于，二氧化硫预测模块使用 消石灰脱硫机理模型预测脱硫塔出口二氧化硫的浓度，包括以下步骤：
[0016] 步骤3. 1 :根据转化率和时间的关系
计算脱硫 剂消石灰的转化率，其中：χΒ为消石灰的转化率，％ ;脱硫剂在吸收塔内的反应完 毕时间为，
mm; /?~叫为消石灰颗粒密度，kg/m3; 为消石灰摩尔质量，kg/mol ;rs为消石灰颗粒半径，mm ; Pso2.为脱硫塔内SO2的分压 力，PaJ为脱硫塔内温度，K ;Deff为SO2在产物层内的有效扩散系数，取4X10 _ Ini2/ s ;R为通用气体常数，取8. 314X/(mol · K);脱硫剂在吸收塔内的停留时间为
y为烟气密度，kg/m 3;u f为脱硫塔出口烟气 流速，m/s ;d。为脱硫塔出口飞灰颗粒直径，mm ;H为脱硫塔高度，m ; μ为气体运动粘度，取 45.6X10_6Pa. s ;g 为重力加速度，取 9.8N/kg。
[0017] 步骤3. 2 :根据脱硫塔内消石灰反应模型辱=*??喊得到消石灰的反应 速率。其中，&WO叫为消石灰的反应速率，kg/s ; "V心办为消石灰给料量，kg/s〇
[0018] 步骤3.3:根据脱硫塔出口 SO2排放浓度的预测模型
卜算SO2的预测浓度，其中，/??为50 2预 测浓度，mg/m3; 为脱硫塔入口 SO2生成速率，mg/s，；Vy为脱硫塔入口烟气体积，m3/s ; 为SO2的摩尔质量，g/mol ;V为脱硫塔的体积，m3; α为脱硫塔漏风系数，％。
[0019] 所述烟气循环流化床脱硫的优化控制方法，其特征在于，二氧化碳计算模块使用
十算出脱硫塔入口烟气中的二氧 化碳体积，其中，VyS入口烟道烟气体积，m3/s ;匕?2为入口烟道二氧化硫体积，m3/s ;Ve。为入 口烟道一氧化碳体积，m3/s ;1为进入锅炉的总风量，m3/s ;BVS进入锅炉的给煤量，kg/s，燃 料特性系数为<
，每千克煤燃烧所需要的