一种烟气循环流化床脱硫的优化控制方法技术

本发明专利技术公开了属于火电机组脱硫技术领域的一种烟气循环流化床脱硫的优化控制方法，其中，DCS系统分别连接烟气循环流化床和基于PLC的二氧化硫优化控制系统，所述优化控制系统由二氧化硫预测模块和二氧化碳计算模块分别连接数据通讯模块和消石灰控制模块，消石灰控制模块连接数据通讯模块组成；数据通讯模块与DCS系统相互交换数据。本发明专利技术通过SO2预测模型和计算脱硫塔入口烟气的CO2量，能够及时、动态和准确地调节消石灰的给料量，从根本上避免了SO2的超标排放和消石灰等资源的浪费，并在一定程度上减少了CO2排放量，在工程上具有较高的借鉴意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于火电机组脱硫
，具体涉及一种烟气循环流化床脱硫的优化控制方法。
技术介绍
循环流化床烟气脱硫技术是20世纪80年代开发的一种新型脱硫工艺，它起源于水泥和冶金的焙烧工艺，后来逐步推广应用于电站脱硫和垃圾焚烧烟气处理领域。它以循环流化床为基础，通过吸收剂的多次循环，延长吸收剂与烟气接触的时间，大大提高吸收剂的利用率，能在较低钙硫比下，接近或达到湿法工艺的脱硫效率。循环流化床干法脱硫技术，系统简单，投机相对较低，逐渐引起越来越多国家的重视，该技术是目前商业应用中，单塔处理能力最大、脱硫综合效益最优越的一种烟气脱硫技术。目前，虽然循环流化床干法脱硫技术已经大量应用到电厂，且装机容量不断增大，但这种技术在实际运行和操作过程中还存在一些问题。循环流化床控制系统是一个多变量、多任务，并具有时变性、耦合性、和随机性的复杂非线性系统，在噪声、负荷扰动和其它一些环境条件变化下，控制难度较大。其中，在脱硫方面的突出问题主要表现如下：首先，当前对排放的二氧化硫浓度进行调节的具体方法为：采用烟气分析仪表测量脱硫塔入口和出口的SO2浓度，用出口和入口SO2浓度分别作为主调节量和辅助调节量，若超过排放浓度标准，则调节消石灰的给料量，以此类推，再进行测量、调节、测量，直到二氧化硫的排放浓度符合排放标准为止。显然，气体分析仪表输出信号存在较大的延迟，对于控制回路来说实时性较差如直接使用可能引起控制回路的振荡，不能作为直接的调节参数；其次，锅炉负荷波动带来的烟气量的大幅度变化也给测量和调节造成了较大的困难；再次，由于国家对烟气排放指标的要求越来越严格，如果要达到较高的脱硫效率，就需要加入大量的脱硫剂，大量的消石灰会停留在脱硫塔中，影响脱硫塔内的脱硫剂循环，容易出现榻床的问题，并且消石灰耗量大，会使Ca/S摩尔比增大，运行成本增加。此外，过量的脱硫剂又会带来很大的附加灰渣量和物理热损失，同时增加脱硫塔炉膛磨损，影响脱硫工况，进而增加成本，影响脱硫的经济性。本专利技术提出了一种烟气循环流化床脱硫的优化控制方法，建立了SO2排放浓度的软测量预测模型，克服了消石灰控制系统的滞后性，解决了升降负荷时因消石灰控制系统延迟所带来的SO2排放超标的问题；同时，本专利技术利用脱硫塔入口CO2的量辅助控制消石灰的给料量，使得消石灰控制更加准确，减少了消石灰资源的浪费，在一定的程度上也减少了CO2的排放量；本专利技术提出的软测量预测模型具有较高的准确度，能够对消石灰供给量实现更为精准的控制，在工程上具有较高的借鉴意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出了一种烟气循环流化床脱硫的优化控制方法，DCS系统分别连接烟气循环流化床和基于PLC的二氧化硫优化控制系统，所述优化系统包括：数据通讯模块、二氧化硫预测模块、二氧化碳计算模块和消石灰控制模块。其中，数据通讯模块与DCS系统相互交换数据，二氧化硫预测模块和二氧化碳计算模块分别连接通讯模块和消石灰控制模块，消石灰控制模块连接数据通讯模块。其特征在于，所述优化控制方法包括如下部分：1)数据通讯模块通过ModBus通讯协议与DCS系统交换数据；2)二氧化硫预测模块通过数据通讯模块从DCS控制器读取实时运行数据：脱硫塔入口烟道二氧化硫浓度、脱硫塔入口烟道烟气体积、氢氧化钙颗粒径、脱硫塔出口烟气流速和消石灰给料量，使用消石灰脱硫机理模型预测脱硫塔出口二氧化硫的浓度；3)二氧化碳计算模块通过数据通讯模块从DCS控制器读取实时运行数据：脱硫塔入口烟道烟气、二氧化硫和一氧化碳的体积、进入锅炉总风量和给煤量，计算出脱硫塔入口烟道二氧化碳的体积。4)消石灰控制模块结合二氧化硫预测值、二氧化碳计算值、脱硫塔炉膛温度、脱硫塔炉膛压力和通过数据通讯模块读取的消石灰给料量的实时运行数据，经过模糊PID调节，将消石灰给料量指令通过数据通讯模块发送到DCS控制器，从而DCS系统将指令发给现场设备。其中，二氧化硫预测值、二氧化碳计算值和脱硫塔入口二氧化硫值作为给定指令，脱硫塔炉膛温度和脱硫塔炉膛压力作为前馈指令。所述数据通讯模块读取实时数据包括：脱硫塔入口烟道烟气体积Vy，m3/s；脱硫塔入口烟道二氧化硫体积m3/s；脱硫塔入口烟道一氧化碳体积VCO，m3/s；进入锅炉的总风量VF，m3/s；进入锅炉的给煤量BV，kg/s；脱硫塔入口烟道二氧化硫浓度mg/m3；氢氧化钙颗粒径rs，mm；脱硫塔出口烟气流速uf，m/s；消石灰给料量，kg/s。通讯模块读取的实时数据采用罗曼诺夫斯基准则对异常数据进行剔除，具体步骤如下：步骤2.1：依次确定可疑数据Xj,j∈[1,n]，n为所采集的数据个数；步骤2.2：然后计算删除可疑数值之后的数列平均值以及标准差其中Xi为正常数据；步骤2.3：计算可疑数据的残差：步骤2.4：如果|εj|>Kσ，则对可疑数据进行剔除，如果|εj|<Kσ，则可继续使用可疑数据，其中K为检验系数；所述烟气循环流化床脱硫的优化控制方法，其特征在于，二氧化硫预测模块使用消石灰脱硫机理模型预测脱硫塔出口二氧化硫的浓度，包括以下步骤：步骤3.1：根据转化率和时间的关系计算脱硫剂消石灰的转化率，其中：XB为消石灰的转化率，％；脱硫剂在吸收塔内的反应完毕时间为为消石灰颗粒密度，kg/m3；为消石灰摩尔质量，kg/mol；rs为消石灰颗粒半径，mm；为脱硫塔内SO2的分压力，Pa；T为脱硫塔内温度，K；Deff为SO2在产物层内的有效扩散系数，取4×10‐10cm2/s；R为通用气体常数，取8.314J/(mol·K)；脱硫剂在吸收塔内的停留时间为ρy为烟气密度，kg/m3；uf为脱硫塔出口烟气流速，m/s；dc为脱硫塔出口飞灰颗粒直径，mm；H为脱硫塔高度，m；μ为气体运动粘度，取45.6×10‐6Pa.s；g为重力加速度，取9.8N/kg。步骤3.2：根据脱硫塔内消石灰反应模型得到消石灰的反应速率。其中，为消石灰的反应速率，kg/s；为消石灰给料量，kg/s。步骤3.3：根据脱硫塔出口SO2排放浓度的预测模型计算SO2的预测浓度，其中，为SO2预测浓度，mg/m3；为脱硫塔入口SO2生成速率，mg/s，；Vy为脱硫塔入口烟气体积，m3/s；为SO2的摩尔质量，g/mol；V为脱硫塔的体积，m3；α为脱硫塔漏风系数，％。所述烟气循环流化床脱硫的优化控制方法，其特征在于，二氧化碳计算模块使用计算出脱硫塔入口烟气中的二氧化碳体积，其中，Vy为入口烟道烟气体积，m3/s；为入口烟道二氧化硫体积，m3/s；VCO为入口烟道一氧化碳体积，m3/s；VF为进入锅炉的总风量，m3/s；BV为进入锅炉的给煤量，kg/s，燃料特性系数为每千克煤燃烧所需要的理论空气量为VT＝0.089(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.033Oar，％；Car为燃料收到基碳含量，％；Har为燃料收到基氢含量，％；Oar为燃料收到基氧含量，％；Nar为燃料收到基氮含量，％；Sar为燃料收到基硫含量，％。所述烟气循环流化床脱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烟气循环流化床脱硫的优化控制方法，其中，DCS系统分别连接烟气循环流化床和基于PLC的二氧化硫优化控制系统，所述二氧化硫优化控制系统由二氧化硫预测模块和二氧化碳计算模块分别连接数据通讯模块和消石灰控制模块，消石灰控制模块连接数据通讯模块组成；数据通讯模块与DCS系统相互交换数据；其特征在于，所述优化控制方法包括如下部分：1)数据通讯模块通过ModBus通讯协议与DCS系统交换数据；2)二氧化硫预测模块通过数据通讯模块从DCS系统读取实时运行数据：脱硫塔入口烟道二氧化硫浓度、脱硫塔入口烟道烟气体积、氢氧化钙颗粒径、脱硫塔出口烟气流速和消石灰给料量，使用消石灰脱硫机理模型预测脱硫塔出口二氧化硫的浓度；3)二氧化碳计算模块通过数据通讯模块从DCS系统读取实时运行数据：脱硫塔入口烟道烟气、二氧化硫和一氧化碳的体积、进入锅炉总风量和给煤量，计算出脱硫塔入口烟道二氧化碳的体积；4)消石灰控制模块结合二氧化硫预测值、二氧化碳计算值、脱硫塔炉膛温度、脱硫塔炉膛压力和通过数据通讯模块读取的消石灰给料量的实时运行数据，经过模糊PID调节，将消石灰给料量指令通过数据通讯模块发送到DCS控制器，从而DCS系统将指令发给现场设备；其中，二氧化硫预测值、二氧化碳计算值和脱硫塔入口二氧化硫值作为给定指令，脱硫塔炉膛温度和脱硫塔炉膛压力作为前馈指令。...

【技术特征摘要】
1.一种烟气循环流化床脱硫的优化控制方法，其中，DCS系统分别连接烟气
循环流化床和基于PLC的二氧化硫优化控制系统，所述二氧化硫优化控制系统
由二氧化硫预测模块和二氧化碳计算模块分别连接数据通讯模块和消石灰控制
模块，消石灰控制模块连接数据通讯模块组成；数据通讯模块与DCS系统相互
交换数据；其特征在于，所述优化控制方法包括如下部分：
1)数据通讯模块通过ModBus通讯协议与DCS系统交换数据；
2)二氧化硫预测模块通过数据通讯模块从DCS系统读取实时运行数据：脱
硫塔入口烟道二氧化硫浓度、脱硫塔入口烟道烟气体积、氢氧化钙颗粒径、脱硫
塔出口烟气流速和消石灰给料量，使用消石灰脱硫机理模型预测脱硫塔出口二氧
化硫的浓度；
3)二氧化碳计算模块通过数据通讯模块从DCS系统读取实时运行数据：脱
硫塔入口烟道烟气、二氧化硫和一氧化碳的体积、进入锅炉总风量和给煤量，计
算出脱硫塔入口烟道二氧化碳的体积；
4)消石灰控制模块结合二氧化硫预测值、二氧化碳计算值、脱硫塔炉膛温
度、脱硫塔炉膛压力和通过数据通讯模块读取的消石灰给料量的实时运行数据，
经过模糊PID调节，将消石灰给料量指令通过数据通讯模块发送到DCS控制器，
从而DCS系统将指令发给现场设备；其中，二氧化硫预测值、二氧化碳计算值
和脱硫塔入口二氧化硫值作为给定指令，脱硫塔炉膛温度和脱硫塔炉膛压力作为
前馈指令。
2.根据权利要求1所述烟气循环流化床脱硫的优化控制方法，其特征在于，
所述数据通讯模块读取实时数据包括：脱硫塔入口烟道烟气体积Vy，m3/s；脱硫
塔入口烟道二氧化硫体积m3/s；脱硫塔入口烟道一氧化碳体积VCO，m3/s；
进入锅炉的总风量VF，m3/s；进入锅炉的给煤量BV，kg/s；脱硫塔入口烟道二氧
化硫浓度mg/m3；氢氧化钙颗粒径rs，mm；脱硫塔出口烟气流速uf，m/s；
消石灰给料量，kg/s；通讯模块读取的实时数据采用罗曼诺夫斯基准则对异常数

\t据进行剔除，具体步骤如下：
步骤2.1：依次确定可疑数据Xj,j∈[1,n]，n为所采集的数据个数；
步骤2.2：然后计算删除可疑数值之后的数列平均值Xi以及标准
差σ=1nΣi=1,i≠jn(Xi-X‾)2,]]>其中Xi为正常数据；
步骤2.3：计算可疑数据的残差：步骤2.4：如果|εj|>Kσ，则对可疑数据进行剔除，如果|εj|<Kσ，则可继续
使用可疑数据，其中K为检验系数。
3.根据权利要求1所述烟气循环流化床脱硫的优化控制方法，其特征在于，
所述二氧化硫预测模块使用消石灰脱硫机理模型预测脱硫塔出口二氧化硫的浓
度，包括以下步骤：
步骤3.1：根据转化率和时间的关系计算脱硫剂消石
灰的转化率，其中：XB为消石灰的转化率，％；脱硫剂在吸收塔内的反应完毕时
间为tf=ρCa(OH)2rs2RT6MCa(OH)2DeffpSO2,]]>min；为消石灰颗粒密度，kg/m3；为消石
灰摩尔质量，kg/mol...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文广，张越，刘吉臻，曾德良，杨婷婷，高明明，房方，牛玉广，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11