1000MW燃煤機(jī)組煙塵濃度低排放控制模型研究

隨著中國(guó)工業(yè)進(jìn)程的進(jìn)一步推進(jìn)，各類能源化工類企業(yè)興建，經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的同時(shí)也帶來(lái)了高能耗和高污染，燃煤機(jī)組煙氣排放對(duì)現(xiàn)在愈演愈烈的“霧霾天”同樣也有著密切關(guān)聯(lián)。為進(jìn)一步響應(yīng)國(guó)家節(jié)能環(huán)保號(hào)召，浙江省所有大型機(jī)組計(jì)劃逐步展開(kāi)低排放改造，通過(guò)多污染物協(xié)同控制技術(shù)，使燃煤機(jī)組的大氣主要污染物排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到天然氣燃?xì)鈾C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)。 
　　嘉興三期#7、#8機(jī)組為*臺(tái)低排放示范改造的1000MW臨界燃煤機(jī)組，分別于2011年6月、10月建成投運(yùn)，同步配套建有SCR脫硝裝置、干式靜電除塵器及石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，改造前機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)對(duì)脫硫、除塵及脫硝系統(tǒng)進(jìn)行改造，以期達(dá)到以下排放標(biāo)準(zhǔn)： 
　　本文主要針對(duì)改造后的低低溫電除塵工作特點(diǎn)對(duì)新增的管式GGH系統(tǒng)工作原理和電除塵進(jìn)口煙氣溫度控制思路進(jìn)行闡述，結(jié)合管式GGH廠家資料對(duì)電除塵進(jìn)口煙氣溫度控制模型進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)機(jī)組煙塵濃度低排放。 
　　一、系統(tǒng)構(gòu)成 
　　嘉興三期低排放改造項(xiàng)目主要增加管式GGH系統(tǒng)、濕式電除塵系統(tǒng)，并對(duì)現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)和脫硝系統(tǒng)進(jìn)行改造，降低污染物的排放，消除電廠煙囪冒白煙現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)機(jī)組環(huán)保運(yùn)行。機(jī)組改造前后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖1所示。改造后的系統(tǒng)中電除塵本體除塵功能進(jìn)一步提升，并通過(guò)增加的管式GGH系統(tǒng)調(diào)節(jié)電除塵進(jìn)口煙氣溫度，充分發(fā)揮電除塵工作能力。 
　　1、除塵改造 
　　通過(guò)結(jié)構(gòu)對(duì)比可以看出機(jī)組整個(gè)煙氣通道增加了管式GGH的冷卻器、加熱器以及濕式電除塵。為終排放煙塵含量，還專門(mén)針對(duì)干式電除塵進(jìn)行改造，主要包括： 
　?。?）將原有工頻電源改造為高頻電源，可有效防止電場(chǎng)內(nèi)反電暈的產(chǎn)生，在節(jié)能的同時(shí)可以提高除塵效率； 
　?。?）絕緣加熱部分進(jìn)行改造，增加熱風(fēng)吹掃裝置，增強(qiáng)絕緣子加熱效果，正常運(yùn)行時(shí)只投入熱風(fēng)吹掃即可滿足要求，可有效降低電耗； 
　?。?）灰斗加熱器改造，拆除原有的電加熱，所有灰斗全部更換為輔助蒸汽加熱，可有效降低電耗。 
　　由于在干式電除塵入口處增加GGH煙氣冷卻器，降低進(jìn)入電除塵本體煙氣溫度，因此在改造后的系統(tǒng)中被命名為低低溫電除塵。降低低低溫電除塵進(jìn)口煙氣溫度，可以有效防止電除塵器發(fā)生電暈；溫度降低后煙氣流速也相應(yīng)減小，在電除塵器內(nèi)的停留時(shí)間有所增加，電除塵裝置可以更有效地對(duì)煙塵進(jìn)行捕獲，從而達(dá)到更好的除塵效果。 
　　增加濕式電除塵可以降經(jīng)過(guò)吸收塔的煙氣中所含煙塵進(jìn)一步吸收排出，終實(shí)現(xiàn)煙塵濃度低排放。 
　　2、管式GGH系統(tǒng) 
　　增加管式GGH冷卻器，降低低低溫電除塵進(jìn)口煙氣溫度，提升低低溫電除塵工作效率。 
　　增加管式GGH加熱器則可將經(jīng)過(guò)冷卻器后降溫的煙氣加熱至合理溫度，并補(bǔ)償由于濕式電除塵水沖洗所帶走熱量，以確保在進(jìn)入煙囪排放前提升煙氣溫度，可以避免排煙溫度過(guò)低導(dǎo)致SO3在煙囪出口直接凝露。 
　　管式GGH系統(tǒng)煙氣冷卻器與加熱器之間通過(guò)熱媒水系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，在機(jī)組啟動(dòng)前及負(fù)荷較低情況下通過(guò)輔助蒸汽對(duì)熱媒水系統(tǒng)進(jìn)行加熱，以煙囪入口煙氣溫度在合理范圍。 
　　3、熱媒水系統(tǒng) 
　　兩級(jí)換熱器之間的換熱通過(guò)閉式循環(huán)的熱媒水實(shí)現(xiàn)，通過(guò)熱媒水泵驅(qū)動(dòng)，如圖2所示。循環(huán)熱媒水量為1330t/h（100%BMCR工況），系統(tǒng)設(shè)置熱媒水旁路，通過(guò)調(diào)節(jié)熱媒水流量將煙氣冷卻器出口的煙氣溫度控制在電除塵允許技術(shù)參數(shù)范圍內(nèi)，以滿足低低溫電除塵器入口煙氣溫度的要求，在電除塵設(shè)備不被腐蝕的情況下提升除塵效果。為機(jī)組在低負(fù)荷工況下煙氣加熱器出口煙氣溫度不低于80℃，管式GGH系統(tǒng)增設(shè)熱媒水輔助蒸汽加熱系統(tǒng)對(duì)熱媒水進(jìn)行預(yù)加熱，可以有效避免啟動(dòng)初期煙氣溫度低煙氣加熱器效果不明顯的影響，即圖2所示管式GGH蒸汽加熱器。 
　　二、控制要點(diǎn)分析 
　　機(jī)組運(yùn)行期間，負(fù)荷基本維持在50%以上，管式GGH冷卻器進(jìn)口煙溫均大于100℃，部分工況接近120℃，蒸汽加熱器在正常運(yùn)行過(guò)程中處于隔離狀態(tài)。低低溫電除塵進(jìn)口煙溫控制主要通過(guò)ABC通道熱媒水進(jìn)口調(diào)節(jié)閥、DEF通道熱媒水進(jìn)口調(diào)節(jié)閥和熱媒水旁路調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，及圖2中調(diào)節(jié)閥A、調(diào)節(jié)閥B和調(diào)節(jié)閥C。熱媒水是整個(gè)換熱過(guò)程的關(guān)鍵介質(zhì)，要控制低低溫電除塵進(jìn)口煙溫在值，熱媒水流量和溫度是重要控制參數(shù)。結(jié)合以上情況，低低溫電除塵進(jìn)口煙氣溫度控制存在以下關(guān)鍵點(diǎn)。 
　　1、調(diào)節(jié)閥A、B、C任何一個(gè)閥門(mén)開(kāi)度變化都會(huì)對(duì)冷卻器進(jìn)口熱媒水流量產(chǎn)生影響，如果三個(gè)閥門(mén)動(dòng)作優(yōu)先級(jí)相同則會(huì)出現(xiàn)耦合現(xiàn)象使自動(dòng)調(diào)節(jié)處于振蕩狀態(tài)，因此必須確定主要調(diào)節(jié)和次要調(diào)節(jié)的閥門(mén)，在一定工況小范圍浮動(dòng)下，作為主要調(diào)節(jié)手段的閥門(mén)應(yīng)基本維持在一定開(kāi)度范圍內(nèi)。 
　　2、調(diào)節(jié)閥A和調(diào)節(jié)閥B在調(diào)節(jié)方向上保持一致，且均與調(diào)節(jié)閥C方向相反。 
　　3、控制低低溫電除塵進(jìn)口煙溫實(shí)際是通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻器進(jìn)口熱媒水流量實(shí)現(xiàn)，冷卻器A～F熱交換管道呈蛇形彎管布置，阻力較大，調(diào)節(jié)閥C動(dòng)作時(shí)對(duì)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥A和調(diào)節(jié)閥B熱媒水流量影響十分明顯。 
　　4、熱媒水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量在BMCR工況下為1330t/h，但在自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)熱媒水流量過(guò)小情況影響設(shè)備安全運(yùn)行，應(yīng)設(shè)置相關(guān)邏輯小流量以保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。 
　　5、機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)管式GGH進(jìn)口煙溫時(shí)常會(huì)過(guò)140℃，高于熱媒水系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，正常系統(tǒng)運(yùn)行中1400t/h熱媒水流量仍然無(wú)法使低低溫電除塵進(jìn)口煙溫在較低水平，此種情況可通過(guò)開(kāi)啟管式GGH蒸汽加熱器手動(dòng)旁路以增加整個(gè)系統(tǒng)熱媒水流量迫使低低溫電除塵進(jìn)口煙溫降低。6、在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行參數(shù)高出設(shè)計(jì)參數(shù)較多情況下，熱媒水全部經(jīng)過(guò)冷卻器通道仍無(wú)法降低低低溫電除塵進(jìn)口煙溫時(shí)，溫度正向偏差過(guò)常規(guī)限值時(shí)都應(yīng)保持溫度控制在自動(dòng)狀態(tài)。 
　　三、控制策略模型 
　　通過(guò)對(duì)熱媒水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制要點(diǎn)進(jìn)行分析，基本確定以調(diào)節(jié)閥C作為輔助調(diào)節(jié)手段，而調(diào)節(jié)閥A和B則作為主要手段，為避免三個(gè)調(diào)節(jié)閥在自動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，調(diào)節(jié)閥C主要熱媒水總流量在合理范圍以維持熱媒水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中管式GGH進(jìn)口煙溫與機(jī)組負(fù)荷大基本呈線性關(guān)系，在高負(fù)荷階段空預(yù)器出口煙溫較高，煙氣冷卻器進(jìn)口熱媒水流量處于較高水平，此時(shí)調(diào)節(jié)過(guò)程容易達(dá)到平衡。在低負(fù)荷階段空預(yù)器出口煙氣溫度偏低，則需要降低管式GGH進(jìn)口冷卻器進(jìn)水流量，由調(diào)節(jié)閥C增大開(kāi)度來(lái)維持調(diào)節(jié)閥A、B減小開(kāi)度所帶來(lái)整體流量減小以維持系統(tǒng)平衡，調(diào)節(jié)閥C控制邏輯如圖4所示。啟動(dòng)前按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，通過(guò)蒸汽加熱器將熱媒水加熱至一定溫度，盡量提高鍋爐投煤時(shí)電除塵進(jìn)口煙氣溫度。 
　　調(diào)節(jié)閥A和調(diào)節(jié)閥B控制低低溫電除塵進(jìn)口煙溫，調(diào)節(jié)閥A控制冷卻器A、B、C通道出口溫度，調(diào)節(jié)閥B控制冷卻器D、E、F通道出口溫度。由于六臺(tái)冷卻器呈水平布置，因此處于中間位置的C、D通道進(jìn)口煙溫高，B、E次之，而處于兩側(cè)的A、F通道進(jìn)口煙溫低，且偏差較大。在單側(cè)調(diào)節(jié)中單個(gè)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作只能同時(shí)調(diào)節(jié)三個(gè)通道熱媒水流量，為低低溫電除塵效果且保護(hù)干電除塵設(shè)備，可以將三個(gè)通道出口煙溫三取中作為被控量，且將設(shè)定溫度往較高方向靠攏。同時(shí)可以通過(guò)關(guān)小靠邊側(cè)熱媒水通道進(jìn)口手動(dòng)閥門(mén)來(lái)進(jìn)行二次流量分配，盡量使單側(cè)三個(gè)通道出口煙溫處于相當(dāng)水平。由于溫度調(diào)節(jié)本身的滯后性，一般PID積分時(shí)間較長(zhǎng)，為適應(yīng)管式GGH進(jìn)口煙溫突然變化，加入出口煙溫實(shí)際值與設(shè)定值偏差的前饋控制，加快相應(yīng)速度。 
　　為系統(tǒng)安全，針對(duì)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥A、B和旁路調(diào)節(jié)閥C均設(shè)計(jì)相應(yīng)閉鎖邏輯。 
　　1、 圖3中Ta、Tb、Tc為單側(cè)冷卻器出口煙溫，在送入PID模塊前進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，常用“三取中”模式；Fv指對(duì)應(yīng)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥閥位反饋。 
　　2、 圖3中T1為PID模式由自動(dòng)切手動(dòng)條件，包含質(zhì)量判斷、熱媒水總流量F小于900t/h和T2條件。 
　　3、 圖3中T2為熱媒水泵運(yùn)行過(guò)程中冷卻器溫度過(guò)高。 
　　4、 圖3中T3為熱媒水泵運(yùn)行過(guò)程中熱媒水給水總流量F小于900t/h。 
　　5、 圖4中F為熱媒水總流量，嘉興電廠該測(cè)點(diǎn)安裝于管式GGH加熱器進(jìn)水水母管；Fc為旁路調(diào)節(jié)閥閥位反饋。 
　　6、 圖4中T4為PID模式切至手動(dòng)條件，包含內(nèi)容類似于T1；圖4中T5、T6均可參照?qǐng)D3的T2、T3進(jìn)行設(shè)置。 
　　由于熱媒水系統(tǒng)運(yùn)行各項(xiàng)參數(shù)主要根據(jù)改造前空預(yù)器出口煙氣溫度以及流量進(jìn)行設(shè)計(jì)，為避免系統(tǒng)運(yùn)行情況惡化，在控制模型設(shè)計(jì)過(guò)程中必須根據(jù)設(shè)計(jì)料對(duì)溫度設(shè)置及流量設(shè)置范圍進(jìn)行限制。 
　　四、控制效果分析及改進(jìn)建議 
　　機(jī)組在穩(wěn)定運(yùn)行及負(fù)荷調(diào)整過(guò)程中，調(diào)節(jié)閥A、B、C自動(dòng)調(diào)節(jié)都能夠?qū)⒐苁紾GH出口煙溫控制在合理范圍內(nèi)，且系統(tǒng)響應(yīng)速度快，切實(shí)有效低低溫電除塵效果，終實(shí)現(xiàn)煙塵濃度在低排放的合格范圍內(nèi)，該控制模型適合在相同結(jié)構(gòu)低排放改造及新建機(jī)組中進(jìn)行推廣應(yīng)用。 
　　根據(jù)熱媒水系統(tǒng)閥門(mén)布置情況分析，低低溫電除塵進(jìn)口兩側(cè)對(duì)稱布置的三路通道煙氣溫度均呈遞增關(guān)系分布，而熱媒水溫度是相同的，因此在調(diào)節(jié)過(guò)程中電除塵各電場(chǎng)進(jìn)口煙氣溫度很難達(dá)到同一水平，如圖2所示。如果能夠?qū)崦剿贸隹谥晾鋮s器六路冷卻水管道用三個(gè)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，每個(gè)閥門(mén)控制對(duì)稱的兩路通道，即A-F、B-E、C-D各使用一個(gè)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，可以使電除塵進(jìn)口溫度廠更加平衡，并且能夠更快適應(yīng)各種不同工況下的變化。無(wú)論是在避免電除塵設(shè)備腐蝕還是低排放參數(shù)上都有更好的效果。