脱硫岛智慧化运行优化改造

时扬 ,王玉龙 ,杨海瑞 ,张进

华能沁北发电有限责任公司  河南济源  459012

摘要：为实现火力发电厂脱硫岛“一键启停”的目标，智能、可靠、高效的脱硫控制系统是实现该目标的关键前提。华能沁北电厂脱硫系统智能运行优化改造以完善系统测点、提升监测参数的准确性、优化系统控制策略为基本目标，提出了制浆、供浆、氧化风系统优化改造；通过历史数据建立智能辅助运行系统，给出循环泵组合建议及pH值控制范围。可以提高脱硫系统的自动化和智能化水平，使得脱硫系统高效稳定闭环运行。

关键词：湿法脱硫；制浆系统；供浆自动；氧化风系统；智能辅助运行系统

0 引言

华能沁北电厂脱硫系统的运行控制由于设备多、系统复杂、测点不完善、控制系统智能化程度不足等特点，系统及设备的运行启停等操作仍需投入大量监盘、操作、巡检人员。实际运行过程中，为避免环保排放超标风险及频繁的参数调整，运行人员把出口SO2浓度控制在较低水平从而导致设备运行经济性较差，因此脱硫系统存在较大的节能运行优化空间。

1 制浆系统优化

沁北电厂湿式球磨机制浆系统如图1所示，目前存在再循环箱出口管路无密度计，对于石灰石旋流器运行状态无法正常监测；供浆箱无在线密度表计，运行人员目前根据经验比例进行石灰石浆液制备，对于石灰石浆液密度无法精细把控，运行操作较为频繁，因此无法实现稳定供浆。

1）在图1石灰石再循环箱出口管路增设质量流量密度计，通过结合旋流站入口压力参数监测，实现对于球磨机制浆效果及石灰石旋流站分配效果在线分析及监控。当磨机制浆异常或石灰石旋流器分配效果变化时，DCS系统可及时发现，提示检查磨机及旋流站。

图1 湿式球磨机制浆系统

2）对石灰石浆液箱新增石灰石浆液密度在线测量表计，减少石灰石浆液的定期取样化验工作；同时，通过监测合理控制制浆系统补水量，保证石灰石浆液在合理密度范围内，实现精准制浆、供浆。

2 供浆系统优化

2.1 供浆系统现存问题及优化建议

现有供浆系统供浆泵为变频调节，供浆自动控制以联络烟道SO2为过程量调节供浆泵频率。由于脱硫控制系统具有非线性、时变、大迟延、大惯性等特点，供浆自动投入后系统运行不稳定，无法实现连续稳定供浆，难以平衡环保指标和脱硫系统经济稳定运行之间的问题。

供浆泵压头裕量较小，供浆泵变频可调节范围受限，变频器低于40Hz运行时，供浆管道易出现供浆出力不足导致管道堵塞的状况。单台供浆泵无法满足高负荷供浆需求，在高负荷高硫分的工况下，需同时启动两台供浆泵进行供浆。在使用电石渣作为脱硫剂替代石灰石进行供浆时，由于电石渣反应特性强的特点，利用现有变频器对电石渣浆液供浆量的调整存在流量调节精度不足、部分工况下自动供浆难度大的缺点。

为实现供浆精细调整，新增变频器及供浆回流管路，新增供浆母管调节电动阀。使用“供浆回流+调节阀”的方式实现供浆流量宽幅调节，满足单台供浆泵连续稳定供浆的需求。

2.2 吸收塔供浆自动控制策略

供浆自动控制策略如图2所示，对于实际工况下联络烟道SO2值进行预测，分配一、二级吸收塔脱硫效率。同时基于原烟气参数及脱硫剂（石灰石浆液/电石渣浆液）参数建立基准供浆算法模型后给出基准理论供浆量；基于出口SO2和锅炉负荷，构建不同变化趋势下的脱硫优化补偿模型，输出供浆补偿量；根据pH值目标设置值进行变量调节，实现pH值主调的供浆自动。

图2供浆自动原理图

3 氧化风系统优化

3.1 氧化风系统现状

在双塔串联脱硫系统中，常见的氧化风机配置有两种方式，一种是两座塔分别配置氧化风机，另一种是两座塔合用氧化风机系统。【1】沁北电厂一二级塔氧化风系统分别布置，一级塔为3台罗茨风机，二级塔为2台离心风机，均为工频控制，风机参数配置如表1所示。在实际运行中，由于二级塔脱硫量较少，对氧化空气的需求量较低【2】。

表1 氧化风机参数配置

现有运行方式基本以设计最大氧化风量补入塔内浆池，浆液常处于过氧化状态，导致氧化风系统运行能耗偏高；同时，由于过量的空气补入吸收塔浆池，吸收塔浆池的起泡现象趋于严重，且塔内浆液溶解氧提升，设备及管道腐蚀风险加剧。

3.2氧化风系统优化方案

1）对于一、二级吸收塔氧化风管进行管路改造，连通二级塔氧化风至一级塔氧化风母管，新增二级塔氧化风至一级塔、二级塔开关阀，实现二级塔氧化风量在线切换。氧化风管路互联后，增加了应对不同负荷工况的氧化风机组合方式，DCS控制系统中建立理论氧化风量计算模型，根据运行工况变化，给出氧化风机调整策略。

一级塔3A/3B+3D/3E氧化风机，该组合可替代3C氧化风机或3A+3B的组合方式，满足低负荷工况下的氧化风高效节能运行。一级塔3A+3B+3D/3E氧化风机，该组合可替代3A/3B +3C氧化风机的组合方式，满足中高负荷工况下的氧化风高效节能运行。智能氧化风系统预计年均节能367500-517500kW·h，年均节能收益14.2-20万元。

2）增设石膏亚硫酸盐在线分析仪，实时监测石膏中亚硫酸盐含量，防止石膏因欠氧化导致品质下降。安装位置设置于浆池区或附属管路安装，在线测量结果通过4~20mA信号上传至DCS控制系统，如图3所示。在线亚硫酸盐分析仪通过计量蠕动泵、精密注射泵以及氧化还原电极，替代人工操作实现碘量法的亚硫酸盐在线自动分析。根据在线测量亚硫酸盐浓度，控制吸收塔内氧化风量的补入。

图3 在线亚硫酸盐分析仪

结语

脱硫系统智慧化运行优化改造后极大减少了运行人员工作强度，确保设备及管路安全可靠运行，检修人员工作量及检修成本减少20%以上。显著提高脱硫系统自动化、智能化运行水平，在确保环保指标达标的前提下，提高脱硫系统运行可靠性、灵活性、经济性。

参考文献

[1] 张晓玲，廉珂，祁东东，等.双塔串联脱硫系统技术特点分析及优化建议[J].能源环境保护，2019,33（4）：37-40.

[2] 魏宏鸽，徐明华，柴磊，等.双塔双循环脱硫系统的运行现状分析与优化措施探讨[J].中国电力，2016,49（10）：132-135.