[發明專利]一種煤泥流化床鍋爐脫硫協同優化運行方法

有效

• 申請號: 202010074170.X
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111461391B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 肖揚尖;江愛朋;張涵羽;劉志峰;王浩坤;鄭小青
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F30/20;G06F111/04;G06F119/08;G06F17/11;B01D53/75;B01D53/83;B01D53/80;B01D53/50
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

1.一種煤泥流化床鍋爐脫硫協同優化運行方法，其特征是，所述脫硫協同優化運行的系統包括以下幾個模塊：DCS數據采集模塊、A/D和D/A轉換模塊、中央處理系統模塊、預測控制模塊、人機交互模塊以及優化計算模塊；

所述脫硫協同優化系統包括以下步驟：

步驟A1、人機交互模塊設定脫硫系統的運行指標、包括運行優化周期T以及SO₂濃度設定值，并輸送到中央處理系統模塊；

步驟A2、DCS數據采集模塊采集到脫硫系統的各部分數據，記錄當前時間T1，并將其進行A/D轉換后送入到中央處理系統模塊；各部分數據包括煤泥量、床溫、一二次風、石灰石量及消石灰量；

步驟A3、中央處理系統模塊存儲脫硫系統協同優化模型；中央處理系統調用優化計算模塊，優化計算模塊通過計算中央處理系統中的優化問題，得到脫硫系統最優運行的操作變量值以及最優目標函數值，并將其發送給中央處理模塊；

步驟A4、中央處理系統模塊優化求解將得到的爐內噴鈣控制系統SO₂濃度設定值，通過D/A轉換模塊發送給預測控制模塊，預測控制模塊對得到的爐內噴鈣控制系統SO₂濃度設定值以及給定的半干法控制系統SO₂出口濃度設定值進行控制，進而將脫硫系統調整到最優運行狀態；

步驟A5、記錄當前時間為T2，如果T2-T1＜T，則繼續等待；否則轉步驟A2，重新進行優化調整；

所述中央處理系統模塊存儲的脫硫系統協同優化模型包括，目標函數、煤泥流化床鍋爐的脫硫效率、脫硫劑對鍋爐熱力的影響模型計算；

所述脫硫系統協同優化模型的形式如下，

步驟B1、所述的目標函數為：

其中，P_煤泥、分別為SO₂的排放價格、煤泥的價格、CaCO₃的價格和Ca(OH)₂的價格，單位均為：元/kg；M_煤泥、分別為SO₂的排放質量、煤泥消耗的質量、CaCO₃消耗的質量和Ca(OH)₂消耗的質量，單位均為kg；

步驟B2、所述的煤泥流化床鍋爐的脫硫效率分為爐內脫硫效率和爐外脫硫效率，即：

爐內脫硫效率為：

式中，為爐內脫硫效率；為R＝0時，即不投石灰石粉時的SO₂的濃度，R為鈣硫摩爾比；是爐內脫硫后的SO₂的濃度(mg/Nm³)；

爐外脫硫效率為：

式中，為爐外脫硫效率，半干法脫硫后的水平煙道SO₂的測量值為

步驟B3、計算所述的脫硫劑對鍋爐熱力的影響模型；

脫硫劑對鍋爐熱力的影響模型具體如下：

步驟B3.1計算添加石灰石對化學反應熱損失，根據脫硫的化學反應過程，對于每千克煤泥燃料所需要的碳酸鈣量：

式中，煤泥收到基硫質量分數為S_ar(％)，通過上式可以計算出碳酸鈣在煅燒過程中所需要的熱量為：

式中，Q₁為碳酸鈣在煅燒時所吸收的熱量，單位為kJ/mol，d_r(％)為石灰石的分解率；與脫硫劑反應的二氧化硫物質的量為：

氧化鈣在與二氧化硫反應過程中，所釋放的熱量為：

式中，q_放為氧化鈣和二氧化硫反應時所釋放的熱量，Q₂為氧化鈣與二氧化硫反應所釋放的熱量，單位為kJ/mol，故總的 吸熱量為：

因此，鍋爐化學反應的熱損失對鍋爐熱效率的影響為：

式中，Q_f為煤泥燃料所帶入爐內的熱量，單位為kJ/kg；

步驟B3.2、計算石灰石的加入對飛灰和灰渣影響的熱損失，假設在添加石灰石時產生的灰分量為m_h，其中ε％的灰分以排渣的方式離開爐膛，(100-ε)％的灰分以飛灰的方式離開爐膛，石灰石帶來的灰渣的比熱為C_h(kJ/(kg·℃))，排煙溫度為T_y(℃)，排渣溫度為T_z(℃)，環境溫度為T₀(℃)；因此，加入脫硫劑石灰石所帶來的熱損失為：

步驟B3.3、所述的添加石灰石對產生的煙氣及消耗的氧氣的排煙熱損失，添加的石灰石在煅燒過程中會產生二氧化碳，同時，氧化鈣在吸收二氧化硫時需要消耗一定量的氧氣，石灰石中也含有一定量的水分，這些都會對煙氣產生一定量的影響；

石灰石在煅燒過程中產生的一定量的二氧化碳的體積(m³/kg)為：

其中，d(％)為石灰石的分解率，氧化鈣在吸收過程中吸收的二氧化硫和消耗的氧氣的體積(m³/kg)分別為：

石灰石在煅燒過程中產生的水分的體積(m³/kg)為：

在上式(15)中，為石灰石中含有的水分量，δ_Ca(％)為脫硫劑中含有碳酸鈣的純度；

水分所帶走的蒸發潛熱損失為:

假設各煙氣的比熱容分別為單位為kJ/(m³·℃)，故煙氣產生的熱損失為：

綜上，可以計算出脫硫劑對鍋爐熱力計算的影響模型為：

Q_總＝q_c+q₄+q_煙 (18)；

步驟B3.4、所述的脫硫系統約束條件包括如下：

總的脫硫效率：

SO₂排放濃度：

鈣硫比：0≤R≤3.3 (21)；

鍋爐熱效率損失模型：Q_總＝q_c+q₄+q_煙 (22)；

式(20)中的Δφ來源于歷史數據平均波動區間的一半。

2.根據權利要求1所述的一種煤泥流化床鍋爐脫硫協同優化運行方法，其特征是，所述的預測控制模塊包括爐內噴鈣脫硫系統的預測控制與半干法脫硫系統的預測控制兩個控制回路。