脱硫系统与主机联控优化运行探讨

苏晓艳

（萧山发电厂，浙江 萧山 311251）

国内脱硫产业化发展相对滞后，对脱硫系统的设计、施工、调试、运行等各环节缺乏标准管理模式，客观上导致脱硫系统在运行与经营上成为企业的包袱[1]。其中，诸多老的燃煤电厂新上脱硫系统是在原有烟气系统上的串接改造，往往会出现主机与脱硫系统之间缺乏协调、不能经济运行的问题，这也成为发电企业安全生产的隐患。因此，及时总结分析火力发电厂脱硫系统与主机运行中出现的问题，探求两者之间生产、经营指标运行的最佳平衡是燃煤电厂关注的重点。

1 脱硫装置串接后存在的问题

新脱硫装置是在锅炉烟气回路上改造并串接在引风机出口与烟囱之间，造成锅炉尾部烟气系统工况发生很大变化，因此锅炉和脱硫系统串联运行后可能会出现一些问题。

（1）如图1所示，脱硫系统通过进、出口档板及旁路档板进行烟气通道的切换，正常工况下烟气回路实际就是脱硫回路。但因该脱硫系统是特殊的两炉一塔结构，当一台机组启停时，烟气通道要进行旁路与脱硫回路的切换，由于两个回路的阻力不同，对另一台运行中的锅炉炉膛负压会产生明显的影响。即一台炉启动投运时烟道阻力增加，使另一台正常运行的锅炉炉膛内部负压变小，将影响人身及设备安全。

图1 脱硫系统接入后烟气系统图

（2）主机与脱硫系统分别采用独立的DCS（分散控制系统），两者之间缺乏协调配合，影响了同一串联回路上密切相关的两大设备的安全运行与稳定。如没有脱硫系统，只要调整好引风机转速就可以控制炉膛负压，保证锅炉正常燃烧工况。但脱硫系统串接后，一方面引风机自身有调节作用，另一方面要调节增压风机前导叶的开度或增压风机电动机转速，以克服脱硫系统的阻力，将烟气正常输入脱硫烟气回路。在同一串接回路上出现两个调节器，势必存在两者之间控制的配合问题。

（3）脱硫系统自投运以来，每日的耗电量达100 MWh左右，每月用电量占月发电量1.65%～1.9%，其中增压风机电耗约占脱硫系统的50%以上，其高电耗影响了企业的经济效益。由于脱硫系统中再循环泵为额定转速、全流量、全扬程运行，低压设备是单一设备运行，基本无调整余地，因此有必要对增压风机的高能耗采取相应的节能措施。

2 脱硫系统与主机联控优化运行策略

2.1 提高烟气脱硫系统的操作稳定性

脱硫系统正常运行时，当机组遇到非计划停运，需要瞬间切除跳机的烟气至旁路；或者在单机运行、另一台恢复运行时，脱硫系统要接入新的运行机组的烟气等，这时的操作存在一定的风险，因此操作过程应该确保主机与脱硫系统安全稳定运行。

烟气回路串入脱硫系统后，操作时要注意旁路档板无论打开还是关闭的幅度每次应小于5%，同时保证炉膛内部负压稳定在一定范围，增压风机的频率与前导叶开度调整到位后才能进行进口档板全开、全闭操作。

2.2 提高主机烟气量稳定性的措施

（1）优化风煤比。进入炉膛的风量根据煤种、负荷不同而变化。目前企业来煤多变且品种较多，需要对来煤进行合理的二次掺配，使燃烧的热值、灰分保持较为稳定的数值，以保证炉膛燃烧的稳定性与经济性，同时根据煤种变化平稳调整风煤比，控制过量空气系数的大小。这就需要根据汽温、汽压、炉膛温度的变化及时优化送风自动的调节品质，优化风煤比的控制比例，防止送风自动（氧量自动）出现风量大范围波动，从而稳定进入脱硫系统的烟气量。在控制优化时统筹考虑各风机执行机构 （包括二次总风门，一、二次小风门）行程的线性度，防止局部风量过频调整引起的整体风量控制偏差，影响整体风量的稳定。

（2）加强烟道堵漏。对原有烟道改造后加装脱硫装置是湿法烟气脱硫普遍采用的方法，但运行10年以上的机组管道普遍存在漏风现象，烟道尾部加装脱硫设施，增压风机产生更低的负压将所有烟气吸入脱硫系统，同时也会吸入大量空气，增加脱硫系统的烟气流量。因此利用机组大小修、调停机会，对各烟道进行受热面防磨片清理，疏理烟道内部阻力，减少烟道漏风，使两侧的烟气流速保持平衡。

（3）优化制粉系统运行方式。制粉系统的风量约占炉膛总风量的1/4，且制粉系统是相对启停较多的大型辅机，每次启停对总风量的扰动较大，因而减少制粉系统启停次数、优化制粉运行方式至关重要。电厂通过实践采用了一些较为合理的措施，如两炉三磨、合理的煤位控制策略等，减少了制粉启停的次数，从而减少了总烟气量的扰动。在控制策略上，通过优化制粉系统启、停过程自动控制逻辑，避免人为干扰，使制粉启停及日常调整始终在平稳状态下进行，进入炉膛内的三次风量保持在稳定状态，保证了进入炉膛的总烟气量的平稳。

2.3 增强脱硫系统与主机之间的联调控制

某发电厂脱硫系统采用两炉一塔方式，2台炉的引风机并列后与增压风机串联运行。如图2所示，P1、P2分别为1、2号炉的炉膛压力，P3为增压风机入口压力。需要设计一个控制器，实现主机设备与脱硫系统之间的联合控制，控制回路中的P1、P2在规定范围，从而确保主机安全、稳定运行。同时，通过增压风机内部的调节，保证增压风机入口负压P3在理想区间内，实现脱硫系统与主机联动控制的目标。

图2 主机与脱硫系统串联回路图

图3 主机与脱硫系统联合控制回路示意图

图3为当机组烟气走正常脱硫烟气回路时，1、2号炉旁路档板处于关闭状态时的引风机、增压风机联合控制回路，该回路新增引风机与增压风机协调控制回路，前馈采用机组负荷指令，通过引入炉膛负压偏差，共同控制引风机与增压风机运行，不但实现了稳定控制炉膛负压和增压风机入口压力，还合理分配了串联运行的引风机和增压风机的效率，减少了能量损失，提高串联风机运行经济性。同时在两炉一塔特殊脱硫系统单机运行、另一机组非计划停运或开机并网时，避免了脱硫系统操作过程对运行机组炉膛负压产生的冲击。图 3 中 f（x1）～f（x4）是引风机与增压风机的前馈信号，可以通过现场试验确定在不同负荷下3台风机的折线函数。当烟气回路走旁路时，增压风机改为手动调节。该控制方案确保将炉膛负压P1、P2控制在要求的-30～-50 Pa区间内，增压风机入口负压也稳定在理想的区间。

1、2号炉的锅炉指令、炉膛负压偏差值控制信号通过不同叠加控制器最终送入增压风机入口，增压风机通过自身的PID调节器控制入口负压P3稳定在设定值。P3的调节主要依据机组烟气流量大小，且呈一定的线性关系，即在机组高负荷时，烟气流量大，脱硫系统阻力增加，需要提高增压风机的风速，保证P3稳定在-220 Pa，电耗随之提高；低负荷下对流受热面和脱硫塔阻力下降，需要减小增压风机风速。增压风机控制回路还应考虑增压风机在手/自动切换之间的无扰动切换功能，从而避免转换时产生的脉冲对调节回路造成扰动。

3 提高脱硫系统与主机联合运行经济性

增压风机变频[2]改造后，实现了根据锅炉烟气量大小改变增压风机电机转速，从运行情况分析，锅炉在低负荷运行时变频节能效果较好，但锅炉负荷偏高时优势并不明显。实现增压风机与引风机串联运行的协调控制后，要同时考虑主机与脱硫系统之间的电流优化运行，即希望通过3台风机协调运行，使图2中1、2号炉引风机和增压风机的电流之和（I1+I2+I3）最小。3台风机电流与功率的最佳点，最终可通过调整增压风机的前导叶开度来实现。

对增压风机进行了前导叶开度优化试验，寻找并建立优化控制模型，从而达到对增压风机、引风机进行节能调节控制的目的。首先双机带100 MW负荷，将增压风机前导叶开度从100%至65%进行测量比较，结果如表1所示。

表1 机组100 MW时能耗与前导叶开度对照表

1、2号炉膛压力P1、P2维持在-40 Pa，增压风机入口负压P3维持在-220 Pa，从表1看增压风机前导叶开度在85%时电耗最低，但迭加送、引风机后，可以发现最经济工况点在前导叶开度70%或80%，由于试验要求流量不变，前导叶开度变化势必会影响风机压头变化，在一定程度上影响了送、引风机的电耗，总电耗最低点是在80%开度。

双机分别在满负荷、80 MW的情况下，对增压风机的前导叶开度在不同取样点的最佳运行点分析比较，同样是开度为80%下总电耗最低，是最佳经济运行开度。因此对控制系统进行修改，在保证炉膛负压、增压风机入口负压情况下，增压风机采用变频器控制时，对增压风机前导叶开度进行调整，正常运行的最佳值为80%。而当机组出力比较大时，增压风机内部的变频装置接近变频频率极限值，达到48 Hz，此时增压风机入口负压不足，因此要缓慢开启增压风机前导叶开度至80%～100%，以保证增压风机入口负压及炉膛负压。

4 结语

（1）通过对某2×130 MW两炉一塔脱硫系统投运前后锅炉尾部烟气系统变化情况，提出在增压风机与锅炉之间实施联合控制，同时控制增压风机出口压力为-220 Pa、炉膛负压为-30～-50 Pa，避免在烟气排放工况不当时引起锅炉MFT动作，影响机组的安全稳定运行。

（2）针对脱硫系统运行能耗高的问题，提出了主机与脱硫系统之间节能优化运行思路，通过试验得出：在保证炉膛负压、增压风机入口负压的情况下，如果增压风机采用变频器控制，可对增压风机前导叶开度进行调整，正常运行的最佳值为80%。

[1] 周祖飞.燃煤电厂烟气脱硫系统的运行优化[J].浙江电力,2008，27（5）∶39-42.

[2] 于雷，吴国轶.变频调速装置在发电厂辅机电动机的应用[J].应用能源，2006，11∶44-51.

[3] 边小君.石灰石石膏湿法烟气脱硫系统的运行优化及其对锅炉的影响[D].杭州∶浙江大学，2006.