基于模型预测控制的超超临界机组脱硫控制系统优化

发布时间：2020-04-15 06:25

【摘要】：近年来,环境污染问题日益频发,作为典型的高耗能高污染生产企业,火力发电厂燃煤排放大量二氧化硫等污染物质,对大气环境和人类健康造成了严重危害。为解决我国日益增长的电力需求和生态环境保护之间发展不平衡的矛盾,2014年,我国正式出台了火电厂大气污染物排放新标准。各大发电集团积极响应国家政策,进行超净排放技术改造。因此,如何使电厂脱硫系统稳定、高效、经济的运行已成为控制科学及能源环保领域的研究热点。当前火力发电机组已逐步实现超净排放,本文在深入分析超超临界机组石灰石——石膏湿法脱硫技术(WFGD,Wet Flue Gas Desulfurization)主流工艺的基础上,针对当前脱硫控制系统存在的问题,基于模糊控制、预测控制等算法开展了深入研究,主要包含以下四部分工作:1.调研分析燃煤电厂的脱硫运行工艺。包括整个工艺过程的系统配置,主要发生的化学反应,排放标准及副产品处理等做出了介绍与说明,为后续研究工作提供了理论基础。2.以句容电厂1000MW超超临界机组为研究对象,采集和处理脱硫运行历史数据,利用最小二乘法建立脱硫吸收塔数学模型。通过厂级监控系统获取,并利用科学方法对数据进行预处理,辨识为脱硫吸收塔的数学模型。选取运行过程中最为核心的6个参数,组成3输入3输出的模型架构,并验证模型的正确性,并为后续的实验提供了研究基础。3.通过对脱硫吸收塔控制系统难点和动静态特性的分析,研究了模糊控制策略,将其引入传统PID控制中,主回路通过模糊控制器对PID的三个控制参数进行实时在线调整,进行了实验。结果表明,模糊PID控制使系统获得较为良好的动、静态特性。4.尽管引入改进的PID算法,但由于PID控制本身的局限性,自适应能力有限,引入模型预测控制中的动态矩阵控制算法。在搭建的平台上加载吸收塔数学模型,通过实验,调整动态矩阵控制的误差权矩阵与控制权矩阵等参数的大小,使得系统达到全局最优。结果表明,基于模型预测控制的脱硫控制系统,对负荷变动的跟随能力有明显改善,重要运行参数曲线平缓,提高了系统运行的稳定性和经济性;控制系统鲁棒性大大提高,降低了设备启停次数,从而减少了脱硫专业运行人员的工作量,提高了脱硫系统的自动化程度和运行效率。
【图文】：

脱硫工艺,石灰石,浆液

Ｇａｓ邋Ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ，邋ＷＦＧＤ），其工艺设备精简，脱硫效率高，适应于大容量超超逡逑临界机组。但在某些工况下脱硫后烟气温度较低，，不利于烟气在大气中扩散，有逡逑时必须对脱硫后烟气再次加热。其流程简图如图２－１所示。逡逑该工艺采用的液体吸收剂即石灰石或石灰。在石灰石浆液制备系统，将石灰逡逑破碎与工艺水混合，磨细成粉粒，石灰石粉细度要求是：９０％以上通过３２５目筛；逡逑纯度要求是：含量５２％以上１４８］。细度合格的石灰石存于石灰石粉仓中，石逡逑灰石粉仓中石灰石粉与工艺水或滤液水混合后经两级脱水，制成浓度约为３０％逡逑的石灰石浆液，即吸收浆液（当采用石灰为吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水逡逑搅拌成吸收浆）。在吸收塔内，烟气中的与浆液中的及鼓入的氧化逡逑空气进行化学反应生成二水石膏，＊ｓｏ２被脱除。脱硫后的烟气经除雾器去水，换逡逑热器加热升

流程图,脱硫系统,流程,吸收塔

进行脱硫的化学反应过程。脱硫后的净烟气经喷淋系统上部的三级除雾器除逡逑去雾滴后排出吸收塔，进入ＧＧＨ，经ＧＧＨ加热后，通过烟囱排出烟气流程逡逑图如图２－２所示。逡逑吸收后的浆液落入吸收塔底部反应槽中，并通过浆液循环泵和补充的石逡逑灰石浆液再次从吸收塔上的喷雾系统中喷出，以洗涤烟气。混合浆液在反应槽内逡逑由外置的氧化风机供给空气使亚硫酸根氧化成石膏。逡逑烟气出ａ逡逑ｉ邋１烟？逦Ｓ式电除尘ｊ逡逑＾逦逦邋Ｊ逦除雾器冲洗逦逡逑■■逡逑Ｉ逦旁路浆液喷淋一逡逑Ｆ邋ｒ＞逦逦１逦烟＾ｉ逡逑』除尘器引风机逦邋ｔ逡逑、一锅炉逦｜逦｜逦＇ｆＭ逡逑去真空皮带脱水一〃逦：逦？逡逑吸收塔邋浆液罐工艺水箱逡逑石裔旋流器逡逑图２－２脱硫系统主要流程逡逑２．１．２主要发生的化学反应逡逑脱硫过程的化学反应主要在脱硫吸收塔内完成，主要分为三个阶段：逡逑（１）吸收或溶解过程（吸收剂为石灰石）逡逑有易溶于水的性质，溶于水后＊ｓｏ２与水反应生成亚硫酸，亚硫酸电离出逡逑的氢离子与亚硫酸根离子会分别与石灰石反应，由于石灰石难溶于水的性质，所逡逑９逡
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X773

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