無辨識自適應技術在半干法脫硫控制上的應用

張步幸

[摘 ? ?要]根據某省生態環境廳對企業SO2排放值小時平均值小于35 mg/m3，NOX排放值小時平均值小于50 mg/m3的要求，通過對某半干法脫硫機組控制策略的研究，解決了機組在全負荷段下脫硫控制系統的自動運行，減少了脫硫單耗，提高了機組燃燒效率，同時減輕了監盤人員的操作力度，實現了經濟運行，達到了預期目標。

[關鍵詞]SO2排放值;半干法;脫硫單耗;燃燒效率;經濟運行

[中圖分類號]TN722.75;TH164 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）05–00–03

Application of Identification-free Adaptive

Technology in Semi-dry Desulfurization Control

Zhang Bu-xing

[Abstract]According to the requirement of a provincial department of ecological environment for the hourly average value of SO2 emission value of enterprises to be less than 35 mg/m3 and the hourly average value of NOX emission value to be less than 50 mg/m3， through the research on the control strategy of a semi-dry desulfurization unit， the solution was The automatic operation of the desulfurization control system of the unit under the full load section reduces the unit consumption of desulfurization， improves the combustion efficiency of the unit， and at the same time reduces the operation intensity of the monitoring personnel， realizes the economic operation， and achieves the expected goal.

[Keywords]SO2 emission value; semi-dry method; desulfurization unit consumption; combustion efficiency; economical operation

某發電廠為2×300 MW低熱值煤綜合利用項目，設計兩臺300 MW等級的循環流化床機組，鍋爐為東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司生產的亞臨界一次中間再熱循環流化床鍋爐;脫硫工藝及設備采用福建龍凈環保開發的DSC-M“干式超凈+”技術及裝置，系統全程為干態，具有煙氣凈化效率高、多污染物協同脫除、系統無需防腐且運行穩定、占地面積小、煙囪排氣透明等優點，脫硝系統配置可根據不同的爐型選用SNCR/SCR/COA的一種或多種工藝組合。脫硫由爐內石灰石脫硫和爐后半干法脫硫兩部分組成。

熱控自動化設備采用艾默生過程控制有限公司提供的OVATION3.5.0控制系統，系統由控制站、操作員站、工程師站及以太網總線構成。

1 控制現狀

該發電廠分為爐內石灰石和爐后半干法脫硫兩部分組成，爐內石灰石脫硫和爐外半干法脫硫分別在兩個網絡下控制，無法實現聯動控制，僅依靠人員對講聯系和觀察SO2數值變化控制。脫硫系統中僅部分回路能投自動（吸收塔床壓壓降為自動控制狀態），其余控制回路為手動控制，控制效果不理想。

另外，脫硫自動控制系統受鍋爐燃燒工況的大滯后、煤質多變、非線性、脫硫劑量與NOX生成存在耦合等特性影響，加上爐外半干法的增強型輸送床和循環流化床雙段式吸收塔運行工況對脫硫效率的影響，最終導致SO2值波動大且小時平均值較低，較難控制，且造成脫硫劑使用量大、SO2值易超標等不良后果，影響經濟運行。

2 控制系統軟、硬件優化

現有DCS系統算法單一，缺乏先進的預估控制和無辨識自適應控制算法，無法有效捕捉鍋爐燃燒工況。軟件上采用了某公司開發的“鍋爐燃燒控制優化軟件”作為脫硫優化系統實施的平臺，通過OVATION系統的LC串口通訊卡實現脫硫優化平臺與DCS系統的雙向數據通訊。在此基礎上，實現了爐內脫硫數據與爐外脫硫數據的通訊，網絡結構如圖1所示。在脫硫優化控制平臺中實現數據分析、數學建模、邏輯組態，對鍋爐燃燒及SO2的生成量進行提前預判，同時兼顧NOX的生成量，綜合判斷、超前控制，避免SO2值的大幅波動，實現脫硫控制平穩。

3 脫硫控制策略

3.1 爐內石灰石控制優化

爐內脫硫方式主要是將石灰石粉噴入爐膛內煅燒，與燃燒生成的SO2反應成硫酸鈣等固態物質來達到脫硫的效果。工藝上主要是先通過螺旋給料機來計算石灰石粉給料量，再調節旋轉給料機的出力，由輸送風機將石灰石粉送入爐膛，實現爐內脫硫。

控制上采用傳統的PID技術，因其參數不能適應各種不同工況，尤其是在燃料發生變化時，面對脫硫反應的大滯后特點，傳統PID技術不能夠完全適應環?？刂埔?。

本次優化是在原脫硫系統控制的基礎上，加入機組負荷、床溫、風量、給煤量來計算矯正值及前饋預估控制。采用無辨識自適應控制算法，根據不同工況實時自動調整，實現任意工況下的自動閉環[1]。采用預估算法，捕捉鍋爐的實時工況和參數的變化趨勢、變化率，超前給出控制指令，抑制SO2濃度峰值的發生，實現平穩控制?？刂瓶驁D如圖2所示。

將脫硫島出口SO2的變化率以及鍋爐負荷、氧量作為前饋信號，提高控制的效果。石灰石螺旋給料機的指令根據旋轉給料閥的變頻指令同步增減控制。

輸送石灰石粉過程中，當輸送風機管道壓力或電流突然快速升高時，應快速減小相應輸送設備的控制指令輸出，避免發生堵管事件;當尿素閥門全開情況下，NOX數值仍比較高時，應對石灰石輸送設備控制指令進行閉鎖增處理，兼顧NOX的控制。

3.2 爐外半干法控制優化

爐外半干法脫硫技術采用DSC-M“干式超凈+”技術，工藝上主要是通過計量設備將生石灰制成消石灰，調節消石灰給料閥來達到爐外脫硫的效果[2]。

原爐后脫硫控制采用人工手動調節的方法，根據脫硫島入口SO2含量增大或減少消石灰旋轉給料閥的頻率，為了避免排放超標，脫硫劑的單耗較大。

優化方案是根據脫硫島入口量煙氣中SO2含量來計算消石灰，同時由給煤量來進行矯正及前饋控制[3]?？刂破鞑捎脽o辨識自適應預估控制器（IFA），自動調節消石灰入口閥的開度指令，控制Ca（OH）2的給料量，維持SO2值含量在設定值的范圍內波動[4]。根據布袋除塵器出口煙氣SO2含量、鍋爐負荷、氧量、煙氣流量，協調控制消石灰給料量控制閥，從而進行串級控制，保證除塵器出口SO2滿足環保要求?？刂瓶驁D如圖3所示。

3.3 尿素脫硝控制優化

脫銷工藝主要是在爐膛出口的水平煙道上或旋風分離器處進行噴尿素，反應煙氣中的NOX生成硝酸氨等物質，實現脫除煙氣中NOX的目的。

原設備控制邏輯同樣采用PID算法，優化后根據煙氣出口NOX的變化，通過調節尿素溶液流量，提高NOX的控制精度，減少尿素的消耗量。同時根據NOX的過程量與設定量的偏差隨時調節尿素溶液的給定。在工況變化大的時候，NOX實時值變化有時會比較大。因此，在控制方案中將NOX的變化量作為一個前饋量處理[5]。在NOX變化量大的時候加速尿素溶液調節閥門的動作，起到快速調節的目的。另外，將氨逃逸信號也作為調節的前饋因素信號來處理[6]?？刂品桨溉鐖D4所示。

4 優化效果

脫硫系統優化后，投運效果良好，滿足SO2排放目標。從圖5～圖6可以看出石灰石自動系統具有較好的穩定性。

電負荷穩定下4h40min的數據分析見表1：

從圖5的控制曲線及表1的參數統計分析可以看出，電負荷在252 ～200 MW變化，脫硫島入口SO2設定的平均值為673.6 mg，實際過程值平均為657.8 mg，脫硫島入口SO2設定值平均與過程值平均偏差小于30 mg;煙囪入口SO2設定的平均值為10 mg，實際過程值平均為8.85 mg，煙囪入口SO2設定值平均與過程值平均偏差小于5 mg。

電負荷大幅變動情況下6h的數據分析見表2：

由圖6和表2可知，電負荷在291 ～90 MW變化，大幅度的降負荷，電負荷平均188.4 MW，脫硫島入口SO2設定的平均值為340.6 mg，實際過程值平均為307.4 mg，脫硫島入口SO2設定值平均與過程值平均偏差小于50 mg;煙囪入口SO2設定的平均值為8.95 mg，實際過程值平均為2.43 mg，煙囪入口SO2設定值平均與過程值平均偏差小于8 mg。

5 結論

脫硫自動控制通過無辨識自適應技術的優化，實現全負荷段下脫硫系統的精細控制，有效實現了環保排放的控制，一定程度上減少了脫硫單耗，提高了機組燃燒效率，同時減輕了監盤人員的操作力度，提高公司社會形象的同時實現了經濟運行，達到節能降耗的目的。

參考文獻

[1] 李喬森.模糊預測控制在熱工對象中的應用研究[D].北京：華北電力大學，2011.

[2] 楊竟憲.NID半干法脫硫工藝和脫硫反應器的模擬與優化[D].上海：華東理工大學，2016.

[3] 杜旭紅.基于模糊預測控制的煤礦局部通風機風量調節系統研究[D].蘭州：蘭州理工大學，2012.

[4] 武彥軍.可變精度優勢粗糙集理論及其在半干法脫硫中的應用[D].北京：華北電力大學，2013.

[5] 李雙雙，馬曉茜，余昭勝，等.垃圾焚燒半干法脫硫塔內流場數值計算[J].能源環境保護，2013（5）：15.

[6] 邊曙光.循環流化床半干法煙氣脫硫控制系統方案設計及應用[D].北京：華北電力大學，2014.