基于锅炉脱硫优化控制的超低排放研究与应用

尚志强 蒋波 周海平

陕西国华锦界能源有限责任公司 陕西榆林 719000

摘要：本文针对电厂锅炉脱硫系统存在改造过度以及脱硫后的净烟气SO₂存在瞬间跳变超标、跳变不规律等问题，结合陕西国华锦界能源有限责任公司3#机组锅炉脱硫系统，基于脱硫效率进行运行优化，使脱硫系统在不同工况时，能够灵活调节与节能运行。通过对浆液循环泵优化控制以及净烟气SO2预测控制，实现脱硫系统循环泵的实时优化调度，净烟气SO2排放实现预测控制，浓度远低于35 mg/Nm3的超低排放要求，保障脱硫系统处于高效、安全、稳定、最优化运行。

关键词：锅炉；脱硫；超低排放；循环泵；净烟气SO2；预测控制

Research and Application of Ultra-low Emission based on Optimal Control of Boiler Desulfurization

Shang Zhiqiang, Hou Feng, Jiang Bo, Zhou Haiping

(Shaanxi Guohua Jinjie Energy Co., Ltd Yulin 719000)

Abstract: In this paper, aiming at the problems of over transformation of the boiler desulfurization system in power plant and the instantaneous jump and irregular jump of the net flue gas SO₂ after desulfurization, combined with the 3# unit boiler desulfurization system of Shaanxi Guohua Jinjie Energy Co., Ltd., the operation optimization is based on the desulfurization efficiency, so that when the desulfurization system meets different working conditions, it can be flexibly adjusted and energy-saving operation. Through the optimized control of slurry circulating pump and the predictive control of net flue gas SO₂, the real-time optimal operation of circulating pump of desulfurization system is realized, and the predictive control of net flue gas SO₂ emission is realized, and the concentration is far lower than the ultra-low emission requirement of 35 mg / Nm³, so as to ensure the efficient, safe, stable and optimal operation of desulfurization system.

Key words: Boiler; Desulfurization; Ultra-low emission; Circulating pump; Net flue gas SO₂; Predictive control

1 引言

基于超低排放的环保指标要求，国内大多数电厂已陆续开展脱硫脱硝改造工作，NO_X、SO₂的排放得到有效控制。受煤质变化、脱硫回路控制等因素影响，部分电厂锅炉脱硫后的净烟气SO₂存在瞬间跳变超标、跳变不规律等问题，严重影响锅炉超低排放的改造效果^[2]。

目前，针对锅炉二氧化硫超低排放主要通过：增加浆液循环泵的容量、提高液气比、分区控制、修改脱硫系统保护逻辑等技术，对脱硫系统进行改进，实现脱硫效率的提升^{[3] [4] [5]}。由于超低排放目前没有标准化的改造路线，部分电厂为了降低环保风险，脱硫系统存在改造过度，造成运行能耗较高、经济性较差等问题^[3]，锅炉烟气脱硫系统超低排放需要一套简单、经济、易推广的优化解决方案。

针对上述问题，本文以陕西国华锦界能源有限责任公司电厂3#锅炉为例，提出了一种基于锅炉脱硫优化控制的超低排放方案，通过对脱硫浆液循环泵组合方式优化、SO₂系统模型建立及浓度在线预测，保障脱硫系统在变负荷工况运行时，对SO

₂排放浓度进行预测控制，为锅炉超低排放提供技术依据。

2 脱硫系统超低排放改造方案

陕西国华锦界能源有限责任公司电厂3#锅炉采用广泛使用的石灰石—石膏湿法烟气脱硫装置，如图1为脱硫系统工艺流程图。脱硫反应主要在吸收塔内完成，浆液循环泵将石灰石浆液输送到吸收塔的喷淋层,通过雾化喷嘴形成较强的雾滴环境，雾化液滴与逆流而上升的烟气充分接触吸收S0₂气体，提高液气比，可以增加烟气与石灰石浆液的接触，使烟气与石灰石浆液充分接触而发生反应^[7]，可以有效提高吸收塔的脱硫效率。方案通过对3#锅炉脱硫系统浆液循环泵优化控制以及净烟气SO₂预测控制方案，用于锅炉超低排放改造。

图1 脱硫系统工艺流程图

2.1 浆液循环泵优化控制方案

3#锅炉脱硫塔采用3层浆液喷淋层，对应设置有3台浆液循环泵，方案针对浆液循环泵优化控制时，通过统计循环泵在7种组合模式时原烟气SO₂浓度与净烟气SO₂浓度（1台循环泵运行、2台循环泵运行、3台循环泵运行），分析不同工况时的脱硫效率，通过神经网络算法进行训练，寻找不同原烟气SO2浓度时，最佳脱硫效率对应的浆液循环泵组合方式。

方案实施时，通过实时分析锅炉运行时烟气SO₂浓度，控制浆液循环泵处于最优化方式运行，避免石灰石浆液浪费，同时保证系统脱硫效率。

2.2 净烟气SO₂预测控制方案

3#锅炉脱硫系统超低排放通常采用PID 调节石灰石浆液量以及净烟气SO₂浓度。由于净烟气SO₂浓度受煤种、给煤量、送风量等因素影响，常规的算法无法用于净烟气SO₂的预测控制。

因此，方案通过统计浆液循环泵优化后的脱硫系统运行数据，剔除排放浓度超标、参数异常的数据，以煤质含硫量、锅炉给煤量、送风量、循环泵的工作负荷、浆液PH值、吸收塔浆液流量、原烟温度、净烟温度、原烟气SO₂浓度、净烟气SO₂浓度等参数作为训练样本集，通过神经网络算法进行训练，得到净烟气SO₂浓度预测算法，用于锅炉运行时的净烟气SO₂浓度预测控制。

3 应用分析

本文针对陕西国华锦界能源有限责任公司电厂3#机组锅炉脱硫系统进行浆液循环泵优化控制以及净烟气SO₂预测控制，实现锅炉超低排放，具体运行数据如下列投标所示：

图2 3#锅炉超低排放脱硫优化控制界面

图3 3#锅炉超低排放SO2预测控制趋势图

表1 3#锅炉超低排放SO₂预测效果分析

工况	原烟SO2浓度（mg/Nm3）	净烟SO2浓度预测值（mg/Nm3）	净烟SO2浓度实测值（mg/Nm3）	预测误差（%）
1	788.85	7.82	8	-2.30
2	798.35	9.27	9.08	2.05
3	710.6	6.25	6.25	0.00
4	761	24.61	23.92	2.80
5	734.01	22.77	22.08	3.03
6	657.9	13.97	13.72	1.79
7	616.55	12.47	13.45	-7.86
8	703.71	18.15	18.17	-0.11
9	649.47	14.78	14.28	3.38
10	716.64	14.29	14.76	-3.29
11	643.03	12.75	11.58	9.18
12	764.63	19.38	19.17	1.08
13	761.81	21.78	21.88	-0.46
14	795.32	20.03	20.96	-4.64
15	650.86	12.42	12.97	-4.43
16	759.9	18.53	17.31	6.58
17	691.28	17.4	18.26	-4.94
18	758.59	7.82	8	-2.30

其中，图2为3#锅炉超低排放脱硫优化控制界面，用于对脱硫系统的超低排放。目前，脱硫系统1#、2#循环泵处于启用状态，净烟气SO₂浓度预测值与实测值曲线基本吻合，SO₂浓度也得到预测控制，始终保持在24mg/Nm³接近控制值，脱硫系统循环泵的实时优化调度。

图3为3#锅炉超低排放SO₂预测控制趋势图，通过对部分数据对比分析，优化控制后的脱硫系统可以实现净烟气SO₂浓度的预测控制，预测误差小于10%，满足脱硫系统超低排放指标要求。

4 结论

本文针对陕西国华锦界能源有限责任公司3#机组锅炉进行脱硫系统超低排放改造，通过对浆液循环泵优化控制以及净烟气SO₂预测控制，实现脱硫系统循环泵的实时优化调度，净烟气SO₂排放实现预测控制，远低于35 mg/Nm3的超低排放要求，保障脱硫系统的高效、安全、稳定、最优化运行，符合多数电厂锅炉超级排放的改造要求。

参考文献

[1] GB 13223-2011，火电厂大气污染物排放标准[S].

[2] 郭行义. 脱硫系统超低改造电气设备电源优化研究[J]. 科技创新与应用, 2017(8):128-129.

[3] 贺心燕,李国庆.燃煤电厂脱硫供浆控制系统研究[J].真空科学与技术学报, 2019,39(08):732-735.

[4] 贺鑫. 超低排放改造对脱硫水平衡影响及对策[J]. 中国电业, 2019, 943(02):94-95.

[5] 李智超,邓崔翔,东波,邓伟,祝文.烧结烟气脱硫脱硝超低排放治理工艺综述[J].山东化工,2020,49(02):239-241.

[6] 李兴华,牛拥军,雷鸣,等.火电机组脱硫系统超低排放改造节能优化[J].热力发电, 2017, 046(011):119-123.

[7] 高飞.超低排放脱硫除尘一体化技术及其问题[J].中小企业管理与科技,2016(11):178-179.

作者简介：

尚志强 男 1983.6 工程学士 工程师 从事大型电站生产维护工作，负责热控设备的改造与设备管理

工作单位：陕西国华锦界能源有限公司

通讯地址：陕西省神木市锦界工业园区国华电厂