烟气脱硫系统PH值自动控制回路的改进_陈华忠

2010 年全国发电厂热工自动化专业会议论文集 1505 烟气脱硫系统 PH 值自动控制回路的改进 陈华忠 广东电网公司电力科学研究院 广东 广州 510600 摘 要 云浮电厂烟气脱硫 flue gas desulfurization FGD 系统原 PH 值自动控制方案采用单回路控制 因烟气参数测量不准等原因 经反复调整参数后也不能正常投入自动方式 存在调节迟缓大 控制不稳等问题 于 是采用了串级控制 抗积分饱和 速率限制等几项技术措施对原控制方案进行了改进 改进后的控制回路自动投运 效果显著 完全能满足生产过程的要求 保证了 PH 值自动控制过程的稳定性 关键词 脱硫 PH 值自动控制 改进 串级控制 抗积分饱和 速率限制 广东云浮电厂 1 4 号机组烟气脱硫系统 flue gas desulfurization FGD 采用的是目前技术上最 成熟而被广泛应用于各大 中型火电机组的石灰石 石膏湿法脱硫工艺 两炉一塔形式 热控部分共 设置三套 DCS 系统 均采用 GE 新华公司的 XDPS 400 分散控制系统 其中 1 2 号机组脱硫系统 采用一套 DCS 3 4 号机组脱硫系统采用一套 DCS 脱硫公用 DCS 系统设置为远程站方式 1 MCS 模拟量调节系统主要有增压风机入口压力自动控制系统 石灰浆液 PH 值自动控制系统 旋流器入 口压力调节控制系统 制浆自动控制系统 石膏厚度自动控制系统等共十多套 在调试过程中发现 石灰浆液 PH 值自动控制系统逻辑存在问题 致不能正常投运自动控制方式 于是对该系统进行了 改进 改进后的自动投运效果很好 完全能满足生产过程的要求 本文将对改进前 后的逻辑及投 运效果进行对比论述 1 原 PH 值自动控制方案分析 1 1 原自动控制方案简述 云浮电厂脱硫系统吸收塔浆液原 PH 值控制方案如图 1 所示 为单回路的反馈控制系统 石灰 石浆液 PH 值两路测量信号经取平均运算后滤波 与 PH 设定值进行比较 其差值经 PID 控制器 模 块 4 调节后 送至乘法器 模块 5 与烟气 SO2流量信号相乘 用烟气 SO2流量信号对 PID 调节 信号进行校正 校正后的值控制石灰石浆液调节阀门的开度 使吸收塔内浆液 PH 值等于设定值 2010 年全国发电厂热工自动化专业会议论文集 1506 吸收塔浆液1号PH值 TwoSlet 平均 Filter DevEpid Mul ES MA 控制指令至调节阀 吸收塔浆液2号PH值 Mul Mul AddMul 校正系数 1号机原烟气SO2含量 1号机原烟气流量 2号机原烟气SO2含量 2号机原烟气流量 Y SP 123456 7 8 910 图 1 原 PH 值控制方案 1 2 原自动控制方案存在的问题 PH 值控制 即石灰石浆液流量调节 系统是石灰石 石膏湿法脱硫系统中最重要的自动控制系 统之一 调节得好与坏直接影响到脱硫效率 但由于吸收塔内浆液进行化学反应时有很长的迟延时 间 很强的非线性 所以使得 PH 值控制系统成为很难控制的自动控制系统 1 原自动控制采用单回路控制 系统调试时将原 PH 值控制系统设法投入自动后 通过分析 研 究实时及历史记录数据 发现调节迟缓很大 再加上各有关烟气参数测量不准 对自动投运干扰极 大 校正系数难于确定 反复调整 PID 调节器的参数都不能使系统稳定运行 经多次修改校正系数 也无济于事 因修改后也只能准确一时 过段时间又不准了 总是顾此失彼 使调节系统频繁错误 动作 甚至常出现往相反方向调节的现象 由热工自动控制原理可知 该系统不论如何调整调节器 的参数 控制质量也很难满足工程的要求 这是该控制系统采用的控制原理决定的 2 原 PH 值自动 控制回路投运效果如此差 完全不能满足生产过程的要求 于是决定对该控制方案进行改进 2 PH 值控制方案的改进 系统调试时在自动投运过程中经不断采取一些技术小技巧逐步完善后 改进过的最终控制方案 如图 2 所示 图 2 改进后的 PH 值控制方案 由于改进措施得当 该控制方案经实际应用证明改进后的控制效果很好 完全能满足生产过程 的要求 其中主要采用的改进措施如下 2 1 主要改进措施 2010 年全国发电厂热工自动化专业会议论文集 1507 2 1 1 将原单回路改成串级控制方式 由于烟气参数测量不准 使原单回路控制方案难以准确控制 于是决定进行控制方案的改进 采取了图 2 所示的串级控制系统 吸收塔浆液两路 PH 测量值经平均选择器 模块 1 进行均值运算后 经超前 滞后模块 模块 2 限幅模块 模块 11 及速率限制 模块 12 运算后与经速率限制 模块 16 后的 PH 设定值进行比较 其偏差值 模块 3 送到主调节器 模块 4 主调节器的输出与石灰石浆液流量比 较后送到副调节器 模块 14 进行 PID 运算 副调节器的输出经速率限制 模块 15 后送至手操器 模块 6 以控制石灰石浆液调节阀门的开度 使吸收塔内 PH 值等于设定值 由热工自动控制原理可知 该 系统比单回路系统控制质量要高 这也是该控制系统采用的控制原理决定的 2 采用这种串级调节可以改善调节系统的相应特牲 当由于压力变化或别的原因造成浆液流量波 动时 流量调节器可以迅速进行补偿 使流量稳定 而无需等到由这些原因造成吸收塔浆液 PH 或 出口 SO2浓度发生变化后再调整调节阀开度 3 正是因为串级控制具有反应快 能及时消除内扰 比单回路系统控制质量高等优点 所以决定 采用串级控制 2 2 2 采取抗积分饱和措施 积分饱和是指 PID 控制器输出由于积分作用的不断累加 导致执行机构达到极限位置 最大或 最小 例如此时执行机构阀门已经达到最大位置 而控制器计算得出的输出 U k 继续增大 阀门开 度不可能再增大了 此时就称控制器输出的控制量超出了正常范围而进入了饱和区 一旦系统出现 了反向偏差 U k 逐渐从饱和区退出 进入饱和区愈深则退出饱和区的时间越长 在这段时间内 执行机构仍停留在极限位置 而不能随偏差反向立即做出相应的改变 这时系统就像失去控制一样 造成控制性能恶化 这种现象称为积分饱和现象或积分失控现象 4 当出现积分饱和现象时 控制 器输出就会反应迟钝甚至反向动作 使自动控制过程出现大幅波动 控制稳定性降低 这对自动调 节过程非常不利 积分项是引起积分饱和的主要原因 所以消除积分饱和的关键在于不能使积分项过大 可采用 的方法有积分分离法 遇限削弱积分 PID 控制算法及变速积分 PID 算法等 5 现控制方案主要采用 了变速积分 PID 算法以达到抗积分饱和的目的 改进后的控制方案的主 副回路中分别用函数模块 模块 17 和模块 18 对主 副调节器 模块 4 和模块 14 的积分时间进行动态调整 当调节器的输出接近上 下限时 讯速减小积分作用以避免调 节器长时间停留在饱和区而致需反向调节时反应迟钝而使调节过程失控 通过修改函数模块的内部 参数便可改变主 副调节器积分作用的强弱及其随输出而变化的速率大小 只要参数得当 便能很 好地达到抗积分饱和的效果 2 2 3 采取速率限制措施 新控制方案分别用速率限制模块 模块 12 模块 15 和模块 16 对 PH 过程测量值 控制回路输 出和 PH 值给定值进行速率限制以减小运行过程中由于运行人员操作或者测量参数突变而对控制过 程带来的冲击 使系统控制过程更加平顺 2 2 4 利用超前滞后模块实现跟踪功能 由于原滤波模块 模块 2 参数调整效果不明显 且为便于在不同状态下实现不同的速率 决定将 原滤波模块更换成超前滞后模块 一方面参数调整效果明显 另一方面当控制回路由自动切至手动 状态时可实现参数快速跟踪 画面显示及时更新的功能 2 2 5 设法消除 PH 计冲洗时造成的冲击 2010 年全国发电厂热工自动化专业会议论文集 1508 脱硫系统投运后 PH 计在运行过程中每一至二小时便需要冲洗一次 由于 PH 计冲洗时会使 PH 过程测量值突然不准 即 PH 值突然增大很多 这对控制回路会造成很大的冲击 且为周期性的 会使控制过程大幅摆动 为了消除这种周期性给自动控制系统带来的冲击 于是用函数模块 模块 11 对进入控制回路的测量值进行合理的限幅 以减小参数突然大范围变化带来的不必要超调 2 2 改进后的效果 经采取上述各措施对控制系统进行改进并整定好各调节参数后 PH值控制回路原先调节迟缓大 控制不稳甚至不可控的局面完全改变了过来 使控制过程平顺 及时 准确 完全能满足运行过程 的要求 之后该控制系统一直投住自动且控制效果很好 3 结束语 PH 值控制系统是烟气湿法脱硫过程中最主要但最难的自动控制系统之一 其被控对象具有较大 的迟延和惯性 采用单回路是难以控制好的 本文讲述的改进方案 采用了几种实用的技术措施 经实际应用证明具有较高的控制质量 保证了脱硫效率和浆液 PH 值的稳定性 上述对自动控制回路 的改进方法对其它同类型控制装置具有一定的参考利用价值 参考文献 1 陈华忠 云浮电厂 1 4 号机组烟气脱硫工程热控调试报告 R 广州 广东电网公司电力科学研究院 2009 2 潘维加 谢又成 周玲 严俊峰 吸收塔浆液 pH 值控制系统的分析与改进 J 哈尔滨 电站系统工程 2006 3 李文革 邹包产 陈振山 毕升堂 湿法脱硫系统浆液流量控制 J 北京 华北电力技术 2009 4 何顶新 王维 徐金榜 张克朗 温控系统