脫硫系統與主機聯控優化運行探討

蘇曉艷

（蕭山發電廠，浙江 蕭山 311251）

國內脫硫產業化發展相對滯后，對脫硫系統的設計、施工、調試、運行等各環節缺乏標準管理模式，客觀上導致脫硫系統在運行與經營上成為企業的包袱[1]。其中，諸多老的燃煤電廠新上脫硫系統是在原有煙氣系統上的串接改造，往往會出現主機與脫硫系統之間缺乏協調、不能經濟運行的問題，這也成為發電企業安全生產的隱患。因此，及時總結分析火力發電廠脫硫系統與主機運行中出現的問題，探求兩者之間生產、經營指標運行的最佳平衡是燃煤電廠關注的重點。

1 脫硫裝置串接后存在的問題

新脫硫裝置是在鍋爐煙氣回路上改造并串接在引風機出口與煙囪之間，造成鍋爐尾部煙氣系統工況發生很大變化，因此鍋爐和脫硫系統串聯運行后可能會出現一些問題。

（1）如圖1所示，脫硫系統通過進、出口檔板及旁路檔板進行煙氣通道的切換，正常工況下煙氣回路實際就是脫硫回路。但因該脫硫系統是特殊的兩爐一塔結構，當一臺機組啟停時，煙氣通道要進行旁路與脫硫回路的切換，由于兩個回路的阻力不同，對另一臺運行中的鍋爐爐膛負壓會產生明顯的影響。即一臺爐啟動投運時煙道阻力增加，使另一臺正常運行的鍋爐爐膛內部負壓變小，將影響人身及設備安全。

圖1 脫硫系統接入后煙氣系統圖

（2）主機與脫硫系統分別采用獨立的DCS（分散控制系統），兩者之間缺乏協調配合，影響了同一串聯回路上密切相關的兩大設備的安全運行與穩定。如沒有脫硫系統，只要調整好引風機轉速就可以控制爐膛負壓，保證鍋爐正常燃燒工況。但脫硫系統串接后，一方面引風機自身有調節作用，另一方面要調節增壓風機前導葉的開度或增壓風機電動機轉速，以克服脫硫系統的阻力，將煙氣正常輸入脫硫煙氣回路。在同一串接回路上出現兩個調節器，勢必存在兩者之間控制的配合問題。

（3）脫硫系統自投運以來，每日的耗電量達100 MWh左右，每月用電量占月發電量1.65%～1.9%，其中增壓風機電耗約占脫硫系統的50%以上，其高電耗影響了企業的經濟效益。由于脫硫系統中再循環泵為額定轉速、全流量、全揚程運行，低壓設備是單一設備運行，基本無調整余地，因此有必要對增壓風機的高能耗采取相應的節能措施。

2 脫硫系統與主機聯控優化運行策略

2.1 提高煙氣脫硫系統的操作穩定性

脫硫系統正常運行時，當機組遇到非計劃停運，需要瞬間切除跳機的煙氣至旁路；或者在單機運行、另一臺恢復運行時，脫硫系統要接入新的運行機組的煙氣等，這時的操作存在一定的風險，因此操作過程應該確保主機與脫硫系統安全穩定運行。

煙氣回路串入脫硫系統后，操作時要注意旁路檔板無論打開還是關閉的幅度每次應小于5%，同時保證爐膛內部負壓穩定在一定范圍，增壓風機的頻率與前導葉開度調整到位后才能進行進口檔板全開、全閉操作。

2.2 提高主機煙氣量穩定性的措施

（1）優化風煤比。進入爐膛的風量根據煤種、負荷不同而變化。目前企業來煤多變且品種較多，需要對來煤進行合理的二次摻配，使燃燒的熱值、灰分保持較為穩定的數值，以保證爐膛燃燒的穩定性與經濟性，同時根據煤種變化平穩調整風煤比，控制過量空氣系數的大小。這就需要根據汽溫、汽壓、爐膛溫度的變化及時優化送風自動的調節品質，優化風煤比的控制比例，防止送風自動（氧量自動）出現風量大范圍波動，從而穩定進入脫硫系統的煙氣量。在控制優化時統籌考慮各風機執行機構 （包括二次總風門，一、二次小風門）行程的線性度，防止局部風量過頻調整引起的整體風量控制偏差，影響整體風量的穩定。

（2）加強煙道堵漏。對原有煙道改造后加裝脫硫裝置是濕法煙氣脫硫普遍采用的方法，但運行10年以上的機組管道普遍存在漏風現象，煙道尾部加裝脫硫設施，增壓風機產生更低的負壓將所有煙氣吸入脫硫系統，同時也會吸入大量空氣，增加脫硫系統的煙氣流量。因此利用機組大小修、調停機會，對各煙道進行受熱面防磨片清理，疏理煙道內部阻力，減少煙道漏風，使兩側的煙氣流速保持平衡。

（3）優化制粉系統運行方式。制粉系統的風量約占爐膛總風量的1/4，且制粉系統是相對啟停較多的大型輔機，每次啟停對總風量的擾動較大，因而減少制粉系統啟停次數、優化制粉運行方式至關重要。電廠通過實踐采用了一些較為合理的措施，如兩爐三磨、合理的煤位控制策略等，減少了制粉啟停的次數，從而減少了總煙氣量的擾動。在控制策略上，通過優化制粉系統啟、停過程自動控制邏輯，避免人為干擾，使制粉啟停及日常調整始終在平穩狀態下進行，進入爐膛內的三次風量保持在穩定狀態，保證了進入爐膛的總煙氣量的平穩。

2.3 增強脫硫系統與主機之間的聯調控制

某發電廠脫硫系統采用兩爐一塔方式，2臺爐的引風機并列后與增壓風機串聯運行。如圖2所示，P1、P2分別為1、2號爐的爐膛壓力，P3為增壓風機入口壓力。需要設計一個控制器，實現主機設備與脫硫系統之間的聯合控制，控制回路中的P1、P2在規定范圍，從而確保主機安全、穩定運行。同時，通過增壓風機內部的調節，保證增壓風機入口負壓P3在理想區間內，實現脫硫系統與主機聯動控制的目標。

圖2 主機與脫硫系統串聯回路圖

圖3 主機與脫硫系統聯合控制回路示意圖

圖3為當機組煙氣走正常脫硫煙氣回路時，1、2號爐旁路檔板處于關閉狀態時的引風機、增壓風機聯合控制回路，該回路新增引風機與增壓風機協調控制回路，前饋采用機組負荷指令，通過引入爐膛負壓偏差，共同控制引風機與增壓風機運行，不但實現了穩定控制爐膛負壓和增壓風機入口壓力，還合理分配了串聯運行的引風機和增壓風機的效率，減少了能量損失，提高串聯風機運行經濟性。同時在兩爐一塔特殊脫硫系統單機運行、另一機組非計劃停運或開機并網時，避免了脫硫系統操作過程對運行機組爐膛負壓產生的沖擊。圖 3 中 f（x1）～f（x4）是引風機與增壓風機的前饋信號，可以通過現場試驗確定在不同負荷下3臺風機的折線函數。當煙氣回路走旁路時，增壓風機改為手動調節。該控制方案確保將爐膛負壓P1、P2控制在要求的-30～-50 Pa區間內，增壓風機入口負壓也穩定在理想的區間。

1、2號爐的鍋爐指令、爐膛負壓偏差值控制信號通過不同疊加控制器最終送入增壓風機入口，增壓風機通過自身的PID調節器控制入口負壓P3穩定在設定值。P3的調節主要依據機組煙氣流量大小，且呈一定的線性關系，即在機組高負荷時，煙氣流量大，脫硫系統阻力增加，需要提高增壓風機的風速，保證P3穩定在-220 Pa，電耗隨之提高；低負荷下對流受熱面和脫硫塔阻力下降，需要減小增壓風機風速。增壓風機控制回路還應考慮增壓風機在手/自動切換之間的無擾動切換功能，從而避免轉換時產生的脈沖對調節回路造成擾動。

3 提高脫硫系統與主機聯合運行經濟性

增壓風機變頻[2]改造后，實現了根據鍋爐煙氣量大小改變增壓風機電機轉速，從運行情況分析，鍋爐在低負荷運行時變頻節能效果較好，但鍋爐負荷偏高時優勢并不明顯。實現增壓風機與引風機串聯運行的協調控制后，要同時考慮主機與脫硫系統之間的電流優化運行，即希望通過3臺風機協調運行，使圖2中1、2號爐引風機和增壓風機的電流之和（I1+I2+I3）最小。3臺風機電流與功率的最佳點，最終可通過調整增壓風機的前導葉開度來實現。

對增壓風機進行了前導葉開度優化試驗，尋找并建立優化控制模型，從而達到對增壓風機、引風機進行節能調節控制的目的。首先雙機帶100 MW負荷，將增壓風機前導葉開度從100%至65%進行測量比較，結果如表1所示。

表1 機組100 MW時能耗與前導葉開度對照表

1、2號爐膛壓力P1、P2維持在-40 Pa，增壓風機入口負壓P3維持在-220 Pa，從表1看增壓風機前導葉開度在85%時電耗最低，但迭加送、引風機后，可以發現最經濟工況點在前導葉開度70%或80%，由于試驗要求流量不變，前導葉開度變化勢必會影響風機壓頭變化，在一定程度上影響了送、引風機的電耗，總電耗最低點是在80%開度。

雙機分別在滿負荷、80 MW的情況下，對增壓風機的前導葉開度在不同取樣點的最佳運行點分析比較，同樣是開度為80%下總電耗最低，是最佳經濟運行開度。因此對控制系統進行修改，在保證爐膛負壓、增壓風機入口負壓情況下，增壓風機采用變頻器控制時，對增壓風機前導葉開度進行調整，正常運行的最佳值為80%。而當機組出力比較大時，增壓風機內部的變頻裝置接近變頻頻率極限值，達到48 Hz，此時增壓風機入口負壓不足，因此要緩慢開啟增壓風機前導葉開度至80%～100%，以保證增壓風機入口負壓及爐膛負壓。

4 結語

（1）通過對某2×130 MW兩爐一塔脫硫系統投運前后鍋爐尾部煙氣系統變化情況，提出在增壓風機與鍋爐之間實施聯合控制，同時控制增壓風機出口壓力為-220 Pa、爐膛負壓為-30～-50 Pa，避免在煙氣排放工況不當時引起鍋爐MFT動作，影響機組的安全穩定運行。

（2）針對脫硫系統運行能耗高的問題，提出了主機與脫硫系統之間節能優化運行思路，通過試驗得出：在保證爐膛負壓、增壓風機入口負壓的情況下，如果增壓風機采用變頻器控制，可對增壓風機前導葉開度進行調整，正常運行的最佳值為80%。

[1] 周祖飛.燃煤電廠煙氣脫硫系統的運行優化[J].浙江電力,2008，27（5）∶39-42.

[2] 于雷，吳國軼.變頻調速裝置在發電廠輔機電動機的應用[J].應用能源，2006，11∶44-51.

[3] 邊小君.石灰石石膏濕法煙氣脫硫系統的運行優化及其對鍋爐的影響[D].杭州∶浙江大學，2006.