仿真机在湿式脱硫系统中的应用
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口应用实例口 doi:10.3969/j.issn.1671—1041.2012.01.014 仿真机在湿式脱硫系统中的应用 陈伟 。张传斌 ,梁伟平 (1.华北电力大学控制与计算机工程学院,保定071003;2.大唐洛河发电厂设备部,淮南232008) 摘要:本文以河北大唐国际丰润热电厂300MW燃煤供热机组湿式脱硫系统为研究对象。在深入了解其脱硫原理、系统构 成及运行特性的基础上,建立了典型生产过程和设备的数学模型,基于北京四方(电气)集团CyberSim图模库一体化通用 仿真平台,实现了对烟气脱硫系统的仿真。并阐述了湿法脱硫的基本工作原理及其优缺点。以及仿真机在实际应用中的方 法与效果。 关键词:仿真机;湿法脱硫;数学模型 中图分类号:TP391.9 文献标志码:B Simulator in the wet FGD system application CHEN Wei ,ZHANG Chuan—bin .LIANG Wei—ping (1.College of Control and Computer Engineering,Noah China Electirc Power University,Baoding 071003,China; 2.Datang Luohe Power Plant,Equipment Department,Humnan 232008,China) Abstract:In this paper,the Hebei Datang international power smooth and 300 MW coal heating units wet desuffudzation system as the research object.In understanding the desulfurization principle,system structure and operation characteris- tic was established on the basis of production process and equipment typical of the mathematical model,based on the Beijing sifang(electrica1)group CyberSim figure model library general simulation platform integration,and has realized to flue gas desuIfurizatiOn system simulation.The wet desulfurization and expounds the basic working principle and its ad— vantages and disadvantages,and simulator in practical application method and effect. Key words:simulator;wetFGD;mathematical model 汽通过节流装置后差压值为5kPa,将计算书中的参数代入式 (3),可得q 为311.419kg/h。 参考文献 [1]阮国岭,尹建华,赵河立,等.海水淡化技术国内进展及其在 循环经济中的应用[J].中国建设信息(水工业市场),2007, (03):31—36. 2)实验中,蒸汽温度、压力与原始设计生变化时,温度 17O℃,压力0.79MPa,此时蒸汽密度是4.1l03kg/m ,可得q 为306.680kg/h,与原始设计的质量流量误差△p,达到 4.739kg/h。 [2]张晓勤,贾玉伟.用差压式流量计测量蒸汽流量时温度、压力 补偿的实现及探讨[J].纯碱工业.,2006,(01):25-29. [3]蔡武昌,孙淮清.流量测量方法和仪表的选用[M].北京:化 学工业出版社,2001. 3)当蒸汽温度不变,压力降低到0.56MPa时,此时蒸汽密 度是2.8549kg/m ,可得qIlI3为255.591kg/h,与原始设计的质 量流量误差△ 达到55.828kg/h。 [4]郭建雄.蒸汽流量测量的温度、压力补偿原理与DCS算法 [J].山西焦煤科技,2008,(1):38-41. 由此可见,当源蒸汽温度、压力波动时,蒸汽流量的测量 仍选用原始设计参数会造成不同程度的误差,且随着波动值 的增大,误差在不断增大。因此,在蒸汽流量测量过程中,温 度、压力补偿就显得尤为重要。 [5]郑金龙.关于水蒸汽流量测量中的密度计算[J].计量与测试 技术,2007,(6):21. [6]The International Association for the Properties of Water and Steam.Release on the IAPWS Industril aFormulation 1997 for the 4结论 目前,随着海水淡化向产业化迈进,造水成本成为制约海 水淡化产业可持续发展的重要因素,MED淡化装置进料蒸汽 流量的准确测量更是为考核能耗指标的关键环节。综上所 述,要想准确地实现对蒸汽流量的测量,就必须全面掌握流量 测量的方式、测量介质、测量装置、流体工况等情况,采用正确 的温度、压力补偿方式,才能获得准确的流量。同时,需要加 herTmodynamic Properties of Water and Steam[R]:Edangen, Germany,1997. [7]孙玉宝,李恩山.蒸汽热力状态参数计算方法的研究[J].煤 气与热力,2006,lO(26):49 1. 作者简介:康权(1982・),男,工程师,从事海水淡化自动化仪表设计与 开发。 基金项目:科技部“十一五”科技支撑项目—5万吨/日低温多效蒸馏 海水淡化成套技术与装备开发(2006BAB03A0I);2010年中央级公益 性科研院所基本科研业务费专项资金((;2010-22)。 收稿日期:2011-09-06 强对计算机和智能控制器的应用,将复杂的计算公式得以简 单的实现,更好的对各种参数进行补偿。口 42 EIC VOI.19 2012 No.1 欢迎光临本刊网站http://www.eic.com.cn O引言 目前我国发电还是以火力发电厂为主,而火力发电的燃 料构成是以燃煤为主,因此煤燃烧产生的SO2成为我国大气 污染物的主要来源,烟气脱硫治理已引起各行各业的高度重 视,电力行业在SO 的削减任务中,更应该发挥举足轻重的 作用…。 而湿法脱硫技术目前凭借其独特的优势成为燃烧后脱硫 (FGD)大规模商业化的脱硫技术 J。由于脱硫系统本身是一 套复杂的系统,而有关资料表明,事故的发生20%一30%都是 由现场运行人员的过错造成的,为了避免这种情况的发生,利 用湿式脱硫系统仿真机对现场运行人员进行培训是十分必 要的。 1湿法脱硫 1.1湿式脱硫系统原理 目前国内烟气脱硫的90%以上采用该法脱硫,该工艺以 石灰石浆液作为吸收剂,通过石灰石浆液在吸收塔内对烟气 进行洗涤,发生反应,以去除烟气中的,反应产生的亚硫酸钙 通过强制氧化生成含两个结晶水的硫酸钙,脱硫后的烟气从 烟囱排出 。 该工艺的脱硫效率高达95%以上;脱硫剂石灰石来源丰 富,价格低廉 ;副产品石膏可以被综合利用;在不同的煤种、 烟气负荷及SO:浓度下,脱硫系统仍可取得较高的脱硫效率 及系统稳定性。 1.2脱硫系统概述 河北大唐国际丰润热电有限责任公司2×300MW燃煤火 力发电机组,装设两套烟气脱硫装置,与其对应的每台锅炉配 置两台动叶可调轴流式增压风机,每台锅炉配置两台双室五 电场静电除尘器,除尘效率≥99.75%,除尘器阻力不大于 300Pa,漏风率不大于3%,每台锅炉最大连续蒸发量为1025t/ h蒸汽。 在设计煤种100%BMCR工况下,在年平均气象条件下, 烟气量为:1211084Nm3/h(wet),SO2量:4080mg/Nm (dry,6% O:),FGD入口烟气温度121℃。与之相配套的2套烟气脱硫 系统采用石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺,为一炉一塔设计。 脱硫效率不小于95%,脱硫装置的年可利用率不低于98%。 脱硫剂为石灰石粉(石灰石粒径为90%通过250目),副产品 石膏(CaSO4・2H2O)纯度>90%,2套脱硫石膏产生量约为 每小时25.56吨。 脱硫装置(FGD)主要由以下几个部分(系统)组成:1)烟 气系统;2)SO:吸收系统;3)石灰石浆液制备系统;4)事故浆 液排放系统;5)石膏脱水系统;6)工艺水系统;7)压缩空气系 统;8)废水处理系统;9)电气系统等。 2 FGD典型系统和设备模型的建立 2.1典型系统功能及建模 2.1.1烟气系统 锅炉排出的烟气经电除尘器除尘处理后,经引风机进入 与烟囱相连的水平烟道,本机组设计增压风机与引风机合并 欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息 口应用实例口 布置,脱硫系统烟气阻力由引风机克服。烟气在水平烟道可 经过原烟气档板进人FGD系统,也可经过旁路档板进入 烟囱。 在吸收塔内,烟气自下向上流动,与从塔上部喷淋而下的 石灰石浆液充分接触,并发生化学反应,烟气中的95%的SO 被去除。净化后的烟气,经吸收塔顶部的两级除雾器除去雾 滴后离开吸收塔,再经FGD系统的净烟气档板,回到水平主 烟道,最后通过烟囱排人大气 J。 为了防止入塔烟气温度过高,原烟气烟道设有事故喷雾 系统。当原烟气温度过高时,事故喷雾系统阀门自动打开喷 水降温。当FGD系统故障时,关闭FGD系统进出口档板门, 未处理的烟气经旁路烟道档板门直接进入烟囱排大气。烟气 可以从FGD系统经吸收塔脱硫后至烟囱排放,在烟气温度高 于160℃或其它意外情况时,烟气可以不通过FGD系统,而从 主烟道经旁路挡板门至烟囱排放。进出口烟道挡板均采用电 动双百叶挡板门,双挡板的密封空气由密封空气风机提供,挡 板门密封空气采用电加热器加热。 2.1.2石灰石浆液制备系统 石灰石粉经密封罐车运输至厂内,采用气力输送至粉 仓,经旋转给料阀,称重皮带机等送至石灰石浆液箱配制 成合格浆液,经石灰石供浆泵送至吸收塔。供浆管路是循 环回路,通过循环回路的分支管线给吸收塔提供需要的石 灰石浆液,多余的浆液经循环回路回到石灰石浆液箱。石 灰石浆液泵出口管线上设有密度测量,供浆的分支管线上 设有流量测量和流量控制。供浆量将根据进入FGD系统的 烟气量、SO:浓度以及吸收塔浆液pH值、石灰石浆液浓度 进行调节。 2.2典型设备功能及建模 2.2.1增压风机 增压风机的作用是克服脱硫系统烟气阻力,使烟气在水 平烟道可经过原烟气档板进入FGD系统,也可经过旁路档板 进入烟囱,是保证脱硫系统可靠运行的重要设备。在烟气脱 硫系统中,增压风机多选用轴流式引风机。 风机最大扬程: DPMAX1=DPMAXxX。・ (1) DPMAXT=DPMAX1×(100一MDEG)×0.O1 (2) 风机临界喘振流量: Wq)=W(I)MAX×(0.5586×(x一0.08o6)“ +0.4581) (3) 风机流量计算: P3=PS+DPMAXT×N (4) P4=PD—DPMAXT×N (5) W=C×(PS+DPMAXT×N 一PD)。 (6) B=ABS(W/(P3一PD)) (7) 当驱动力很小时,(Ps+DPMAXT×N 一PD<DPT)假定 是层流,并模拟为: W=K×(PS+DPMAXT×N 一PD) (8) 功率计算: BHP=(K1+K2×W)×N (9) 风机由于摩擦产生的热量: ElC VO1.19 2012 No.1 43 口应用实例口 Q=K3 X BHP (10) 式中,B为风机线性化导纳;BHP为制动功率;DP'r为层流与 紊流之问的过渡压力;DPMAX为风机的最大可能压头;DP- MAX1为相应静叶开度下的风机最大压头,kPa;FLAG为倒 流/无倒流信号;GASP为湍振状态(数字量);K1为风机功率 曲线拟合常数;K2为风机功率曲线拟合常数;K3为风机做功 化成热量的系数l(3为风机做功化成热量的系数;MDEG为风 机性能降低率;Q为风机摩擦热量;WNAX为最大风机流量; Wq ̄MAX为风机最大可能临界流量;w 为对应静叶开度下 的临界喘振流量;X为静叶标准化开度(O一1)。 2.2.2浆液循环泵 浆液循环泵的主要工作部件是旋转叶轮和固定的泵壳。 主要依靠高速旋转的叶轮对液体做功,液体通过离心力的作 用获得了能量以提高静压能,从而被输送出去。泵的压力/流 量特性以近似的二次方程为基础,该方程根据给出的上游和 下游节点压力的特征方程得到,它也考虑了泵轴的角速度和 泵的总导纳的作用,泵的导纳是所有固定的和变化的流阻综 合作用的结果,变化的阻力可用来模拟阀门开度、流体密度和 其它变量的作用。 泵的流量用平方根近似值来模拟: w:C・[(PS+DPMAXT・N2一PD)1/2] (11) DPMAXT=DPMAx・(100一MDEG)・0.01 (12) 线性流导是用来计算压力的压力节点模块的一个输入: B=C/[PS+DPMAXT・N2一PD)1/2] (13) 当驱动力(PS+DPMAXT・M2一PD)很小时(小于De'r), 假定流动是层流,并模拟为: w=K(PS+DPMAXT・N2一PD) (14) 式中,K=C/(DPT)1/2。 假定制动功率(BHP)是流量的线性函数并以下式表示: BHP=(K1+K2・W)・N (15) 式中,K1和I<2是常数。 泵由于摩擦所产生的热量为: Q=K3・BHP (16) 式中,BHP为制动功率;C为泵的总导纳;DPMAX为泵的最大 扬程;DPT为层流与紊流之间的过渡压力;FIAG为倒流/无倒 流信号;MDEG为泵的性能降低率(0%一100%);N为泵的额 定转速;PD为出口压力;PS为入口压力;Q为泵产生的热量; w为泵的流量;WMAX为泵的最大流量。 2.2.3湿式球磨机轴承温度 湿式球磨机的工作原理和结构和普通球磨机相同,但不 同的是其携带的介质是滤液水。影响其工作特性的因素有球 磨机的结构参数、物料的性质和运行调节。而其轴承的温度 是衡量其是否正常工作的重要参数。 传热系数: U:K・ 。 (17) 工质平均温度: TAVR=0.5×(t1+t2) (18) 传热量: 44 EIC V0I_19 2012 NO.1 仪器仪表用户 Q=U(TAVR—TM) (19) 流体出口温度: T2=1+U/(F XCPF)×(TM—TAVR) (20) 能量平衡方程: M×CPM X Dtm/dt=QCEN+Q+KlA X(TA—TM) (21) 式中,CPF为流体比热,KJ/kg・k;CPN为金属比热,KJ/kg・ k;F为流体流量,kg/h;K为传热常数;KA为散热系数;M为 金属质量,kg;Q为传热量,kg/h;QCEN为金属产热量,kg/h; T1为流体入口温度,℃;T2为流体出口温温℃;TN为金属温 度,℃;TA为环境温度,℃;U为传热系数。 3仿真机应用的意义 基于对现场设备建模技术开发设计的湿式脱硫系统仿真 机,主要用于对现场运行人员的培训。它能够模拟现场所有 设备的各个运行工况,实现工艺流程和控制系统的实时仿 真 。在培训过程中,运行人员可以进行现场所有的启、停等 操作,还可以在仿真机上进行事故演习。 仿真机的应用能够帮助运行人员加深对脱硫工艺流程的 了解,熟练掌握机组的启、停操作,提高正常运行状态下的监 控能力,以及异常和事故状态下的判断和处理能力。达到短 期高效提高运行人员技术素质的目的,有效的避免了人为停 机带来的安全隐患和机组损害。对实现火电厂安全、经济运 行具有重要意义 。 4结束语 目前,人们已经认识到了仿真机的重要性,而仿真机的工 作重点就是建立数学建模,因此只有不断的改进和完善模型 才能带来仿真的进步。四方(电气)集团CyberSim图模库一 体化通用仿真平台水平发展日益成熟,在国家重大工程应用 中不断有新的成效,广泛应用于大型火电机组的仿真,也成功 促进了国产仿真系统的发展。口 参考文献 [1]田宇.烟气脱硫技术综述[J].山西建筑,.2010,36(33) 354.355. 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