發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)的控制策略與電氣設(shè)計優(yōu)化研究一、引言1.1研究背景與意義隨著全球工業(yè)化進程的加速，能源需求不斷攀升，電力作為現(xiàn)代社會不可或缺的能源形式，其生產(chǎn)過程中的環(huán)境問題日益凸顯。發(fā)電廠，尤其是燃煤發(fā)電廠，在發(fā)電過程中會產(chǎn)生大量的污染物，其中二氧化硫（SO_2）和粉塵是主要的大氣污染物。SO_2的排放是導(dǎo)致酸雨形成的主要原因之一，酸雨會對土壤、水體、森林和建筑物等造成嚴重的損害，破壞生態(tài)平衡，影響人類的健康和生活質(zhì)量。同時，粉塵的排放不僅會降低空氣質(zhì)量，引發(fā)呼吸道疾病等健康問題，還會對周邊的生態(tài)環(huán)境和景觀造成負面影響。在我國，電力行業(yè)是能源消耗和污染物排放的大戶。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國電力生產(chǎn)中煤炭占比高達70%以上，這使得發(fā)電廠的脫硫除塵任務(wù)尤為艱巨。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和環(huán)保意識的不斷提高，對發(fā)電廠污染物排放的監(jiān)管也日益嚴格。國家陸續(xù)出臺了一系列環(huán)保法規(guī)和政策，如《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）等，對發(fā)電廠的SO_2和粉塵排放濃度做出了明確的限制，要求新建機組的SO_2排放濃度不得超過100mg/m^3，煙塵排放濃度不得超過30mg/m^3，這對發(fā)電廠的脫硫除塵系統(tǒng)提出了更高的要求。脫硫除塵系統(tǒng)作為發(fā)電廠控制污染物排放的關(guān)鍵設(shè)備，對于降低大氣污染、保護環(huán)境具有重要意義。高效的脫硫除塵系統(tǒng)能夠有效去除煙氣中的SO_2和粉塵，減少污染物的排放，從而降低酸雨的發(fā)生頻率，保護生態(tài)環(huán)境，改善空氣質(zhì)量，保障人民群眾的身體健康。此外，脫硫除塵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和運行還能夠提高能源利用效率，降低發(fā)電成本。通過回收利用脫硫過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，如石膏等，可以實現(xiàn)資源的再利用，減少廢棄物的排放，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的雙贏。然而，目前我國許多發(fā)電廠的脫硫除塵系統(tǒng)仍存在一些問題，如脫硫效率低、能耗高、設(shè)備可靠性差等，這些問題不僅影響了脫硫除塵系統(tǒng)的正常運行，也增加了發(fā)電廠的運營成本。因此，對發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)控制及電氣設(shè)計進行深入研究，開發(fā)高效、節(jié)能、可靠的脫硫除塵技術(shù)和設(shè)備，具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。本研究旨在通過對脫硫除塵系統(tǒng)的工藝原理、控制策略和電氣設(shè)計進行全面分析，提出優(yōu)化方案和改進措施，提高脫硫除塵系統(tǒng)的性能和運行效率，為我國發(fā)電廠的節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持和參考依據(jù)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，脫硫除塵技術(shù)的研究與應(yīng)用起步較早。自20世紀中葉以來，隨著工業(yè)化進程的加速和環(huán)保意識的覺醒，發(fā)達國家開始大力投入研發(fā)脫硫除塵技術(shù)，經(jīng)過多年的發(fā)展，取得了豐碩的成果。目前，國外在脫硫除塵系統(tǒng)控制及電氣設(shè)計方面已經(jīng)形成了較為成熟的技術(shù)體系，多種先進技術(shù)廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。在脫硫技術(shù)方面，濕法脫硫中的石灰石-石膏法技術(shù)最為成熟，應(yīng)用也最為廣泛，在歐美等發(fā)達國家的大型燃煤電廠中，該技術(shù)的應(yīng)用比例高達90%以上。如美國的肯塔基州某電廠，采用先進的石灰石-石膏法脫硫系統(tǒng)，配備高效的漿液循環(huán)泵和噴淋裝置，通過精確控制吸收劑的加入量和反應(yīng)條件，脫硫效率穩(wěn)定達到98%以上。德國的一些電廠在石灰石-石膏法的基礎(chǔ)上，進一步優(yōu)化了工藝，采用了先進的氧化空氣分布技術(shù)，提高了亞硫酸鈣的氧化效率，減少了副產(chǎn)物的產(chǎn)生。干法脫硫技術(shù)中的活性炭吸附法也在國外得到了一定的應(yīng)用。日本的某電廠采用活性炭吸附法脫硫，利用活性炭的高比表面積和吸附性能，在吸附塔內(nèi)對煙氣中的SO_2進行吸附脫除，同時還能實現(xiàn)對其他污染物如汞等的協(xié)同脫除，并且活性炭在飽和后可通過加熱再生循環(huán)利用，降低了運行成本。此外，電子束輻射法、荷電干式吸收劑噴射脫硫法等也在部分國家有應(yīng)用案例，這些技術(shù)在特定的工況條件下展現(xiàn)出了各自的優(yōu)勢，如電子束輻射法具有脫硫脫硝一體化的特點，能同時脫除煙氣中的SO_2和氮氧化物，且副產(chǎn)物可作為化肥利用。在除塵技術(shù)方面，靜電除塵技術(shù)經(jīng)過不斷改進，已經(jīng)成為一種高效、可靠的除塵方式，廣泛應(yīng)用于國外的發(fā)電廠。其原理是利用高壓電場使煙氣中的粉塵荷電，在電場力的作用下，粉塵被吸附到集塵極板上，從而實現(xiàn)除塵。一些國外的靜電除塵器通過采用高頻電源、優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)等措施，提高了除塵效率，對細微粉塵的捕集效率也大幅提升，除塵效率可達99.5%以上。布袋除塵技術(shù)也備受青睞，在對除塵要求較高的場合發(fā)揮著重要作用。如歐洲的一些垃圾焚燒發(fā)電廠，采用布袋除塵器，能夠有效捕集焚燒過程中產(chǎn)生的細微顆粒物和重金屬等污染物，排放濃度遠低于國家標準。在脫硫除塵系統(tǒng)的控制方面，國外普遍采用先進的分散控制系統(tǒng)（DCS）或可編程邏輯控制器（PLC）進行自動化控制。這些控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測系統(tǒng)的運行參數(shù)，如煙氣流量、SO_2濃度、粉塵濃度、溫度、壓力等，并根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略自動調(diào)節(jié)設(shè)備的運行狀態(tài)，實現(xiàn)對脫硫除塵過程的精準控制。例如，美國的某大型電廠通過DCS系統(tǒng)，對脫硫塔的漿液循環(huán)量、吸收劑添加量以及除塵設(shè)備的電場強度、清灰周期等進行精確控制，不僅保證了脫硫除塵效率，還降低了能耗和運行成本。同時，國外還在積極研究智能控制技術(shù)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制等，并將其應(yīng)用于脫硫除塵系統(tǒng)中，進一步提高系統(tǒng)的控制性能和自適應(yīng)能力。在電氣設(shè)計方面，國外注重提高電氣設(shè)備的可靠性和節(jié)能性。采用高品質(zhì)的電氣設(shè)備，如高效節(jié)能的電動機、變壓器等，降低了設(shè)備的故障率和能耗。同時，優(yōu)化電氣系統(tǒng)的布局和接線方式，減少了線路損耗，提高了供電的穩(wěn)定性。例如，德國的某電廠在電氣設(shè)計中，采用了先進的無功補償技術(shù)和智能配電系統(tǒng)，有效提高了功率因數(shù)，降低了電能損耗，保障了電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在國內(nèi)，隨著環(huán)保要求的日益嚴格，對脫硫除塵技術(shù)的研究和應(yīng)用也在不斷深入和發(fā)展。近年來，我國加大了對環(huán)保技術(shù)研發(fā)的投入，取得了一系列重要成果，許多技術(shù)已經(jīng)達到或接近國際先進水平。在脫硫技術(shù)方面，石灰石-石膏法同樣是我國應(yīng)用最廣泛的脫硫工藝，在大型火電機組中的應(yīng)用比例超過80%。國內(nèi)的科研機構(gòu)和企業(yè)在引進國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，進行了消化吸收和再創(chuàng)新，開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的石灰石-石膏法脫硫技術(shù)和設(shè)備。如中國華能集團研發(fā)的高效石灰石-石膏法脫硫技術(shù)，通過優(yōu)化吸收塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計和運行參數(shù)，提高了脫硫效率和吸收劑利用率，降低了設(shè)備的投資和運行成本。同時，國內(nèi)還在積極推廣其他脫硫技術(shù)，如氨法脫硫、雙堿法脫硫等。氨法脫硫以其脫硫效率高、副產(chǎn)物可作為化肥回收利用等優(yōu)點，在一些對脫硫副產(chǎn)物有需求的地區(qū)得到了應(yīng)用；雙堿法脫硫則以其運行成本低、不易結(jié)垢等特點，受到了一些中小企業(yè)的青睞。在除塵技術(shù)方面，靜電除塵和布袋除塵是我國發(fā)電廠常用的兩種除塵方式。近年來，我國在靜電除塵技術(shù)的優(yōu)化和布袋除塵技術(shù)的國產(chǎn)化方面取得了顯著進展。通過改進靜電除塵器的電源技術(shù)、極板和極線結(jié)構(gòu)等，提高了靜電除塵器的除塵效率和穩(wěn)定性；布袋除塵技術(shù)的國產(chǎn)化水平不斷提高，國產(chǎn)布袋除塵器的性能已經(jīng)能夠滿足國內(nèi)大多數(shù)電廠的需求，并且在價格上具有一定的優(yōu)勢。此外，我國還在研究和開發(fā)一些新型的除塵技術(shù)，如電袋復(fù)合除塵技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了靜電除塵和布袋除塵的優(yōu)點，能夠有效提高對細微粉塵的捕集效率，在一些新建和改造的電廠中得到了應(yīng)用。在脫硫除塵系統(tǒng)的控制方面，我國也逐漸普及了DCS和PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對脫硫除塵過程的自動化控制。一些大型電廠通過建立完善的監(jiān)控系統(tǒng)，對脫硫除塵設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和分析，及時發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備故障，提高了系統(tǒng)的可靠性和運行效率。同時，國內(nèi)的科研人員也在開展智能控制技術(shù)在脫硫除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，取得了一些階段性成果，如基于模糊控制的脫硫系統(tǒng)控制策略，能夠根據(jù)煙氣中SO_2濃度的變化自動調(diào)整吸收劑的加入量，提高了脫硫效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在電氣設(shè)計方面，我國在滿足環(huán)保要求的前提下，注重提高電氣系統(tǒng)的安全性、可靠性和節(jié)能性。采用先進的電氣設(shè)備和技術(shù)，如節(jié)能型變壓器、高壓變頻器等，降低了電氣系統(tǒng)的能耗和運行成本。同時，加強了對電氣系統(tǒng)的維護和管理，制定了完善的操作規(guī)程和應(yīng)急預(yù)案，確保了電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。例如，國電電力某電廠在電氣設(shè)計中，采用了智能電力監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對電氣設(shè)備的遠程監(jiān)控和故障診斷，提高了電氣系統(tǒng)的管理水平和可靠性。盡管國內(nèi)外在脫硫除塵系統(tǒng)控制及電氣設(shè)計方面取得了顯著的成果，但仍然存在一些不足之處。在技術(shù)方面，部分脫硫除塵技術(shù)還存在效率有待進一步提高、運行成本較高、設(shè)備易腐蝕和結(jié)垢等問題。例如，一些干法脫硫技術(shù)的脫硫效率相對較低，難以滿足日益嚴格的環(huán)保要求；一些濕法脫硫技術(shù)存在設(shè)備腐蝕嚴重、運行維護成本高的問題。在控制方面，雖然智能控制技術(shù)得到了一定的研究和應(yīng)用，但目前的控制策略還不夠完善，對復(fù)雜工況的適應(yīng)性有待提高，系統(tǒng)的智能化水平還有較大的提升空間。在電氣設(shè)計方面，電氣設(shè)備的節(jié)能技術(shù)還有待進一步研發(fā)和應(yīng)用，電氣系統(tǒng)的集成度和智能化管理水平也需要進一步提高。未來，脫硫除塵系統(tǒng)控制及電氣設(shè)計的發(fā)展方向?qū)⒅饕性谝韵聨讉€方面。一是研發(fā)高效、低耗、環(huán)保的脫硫除塵新技術(shù)，如開發(fā)新型的脫硫劑和除塵材料，探索脫硫除塵一體化技術(shù)，以提高脫硫除塵效率，降低運行成本，減少二次污染。二是深入研究智能控制技術(shù)在脫硫除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用，建立更加完善的控制模型和策略，提高系統(tǒng)對復(fù)雜工況的自適應(yīng)能力和控制精度，實現(xiàn)脫硫除塵系統(tǒng)的智能化運行。三是加強電氣設(shè)計的創(chuàng)新，采用先進的電氣設(shè)備和技術(shù)，提高電氣系統(tǒng)的節(jié)能性、可靠性和智能化管理水平，實現(xiàn)電氣系統(tǒng)與脫硫除塵工藝的優(yōu)化匹配。四是注重系統(tǒng)的集成和優(yōu)化，將脫硫除塵系統(tǒng)與發(fā)電廠的其他系統(tǒng)進行有機整合，實現(xiàn)整個發(fā)電廠的高效、環(huán)保運行。1.3研究方法與創(chuàng)新點本文在研究發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)控制及電氣設(shè)計時，綜合運用了多種研究方法，旨在深入剖析現(xiàn)有系統(tǒng)的問題，提出切實可行的優(yōu)化方案。文獻研究法是本文研究的重要基礎(chǔ)。通過廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻，包括學(xué)術(shù)期刊論文、學(xué)位論文、研究報告、專利文獻以及行業(yè)標準等，全面梳理了脫硫除塵技術(shù)的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀和應(yīng)用情況。對不同脫硫除塵工藝的原理、特點、優(yōu)缺點以及國內(nèi)外的工程應(yīng)用案例進行了詳細分析，掌握了該領(lǐng)域的前沿技術(shù)和發(fā)展趨勢。例如，通過對大量關(guān)于石灰石-石膏法脫硫技術(shù)的文獻研究，了解到該技術(shù)在國內(nèi)外大型電廠中的廣泛應(yīng)用情況以及在實際運行中出現(xiàn)的設(shè)備腐蝕、結(jié)垢等問題及相應(yīng)的解決措施，為后續(xù)的研究提供了理論支持和實踐參考。案例分析法是本文的關(guān)鍵研究方法之一。以國內(nèi)某大型燃煤發(fā)電廠的脫硫除塵系統(tǒng)為具體案例，深入研究其工藝系統(tǒng)、控制策略和電氣設(shè)計。對該電廠的運行數(shù)據(jù)進行詳細收集和分析，包括煙氣流量、二氧化硫濃度、粉塵濃度、設(shè)備運行參數(shù)、能耗數(shù)據(jù)等。通過對這些實際運行數(shù)據(jù)的分析，找出了該電廠脫硫除塵系統(tǒng)在運行過程中存在的問題，如脫硫效率不穩(wěn)定、除塵設(shè)備能耗較高、電氣系統(tǒng)可靠性不足等。同時，結(jié)合該電廠的實際工況和生產(chǎn)需求，對其脫硫除塵系統(tǒng)的控制及電氣設(shè)計進行了針對性的優(yōu)化研究，提出了具體的改進措施和方案。理論分析與仿真模擬相結(jié)合的方法也貫穿于本文的研究過程。在對脫硫除塵系統(tǒng)的工藝原理進行深入分析的基礎(chǔ)上，運用化學(xué)工程、電力電子、自動控制等相關(guān)學(xué)科的理論知識，對系統(tǒng)的控制策略和電氣設(shè)計進行了理論研究。建立了脫硫除塵系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB、Simulink等仿真軟件對不同的控制策略和電氣設(shè)計方案進行了仿真模擬。通過仿真分析，對比不同方案的性能指標，如脫硫效率、除塵效率、能耗、響應(yīng)速度等，評估各種方案的可行性和優(yōu)越性，為實際工程應(yīng)用提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。例如，在研究脫硫系統(tǒng)的控制策略時，通過建立基于模糊控制的數(shù)學(xué)模型，并進行仿真模擬，驗證了模糊控制策略在提高脫硫效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的有效性。本文的研究在多個方面具有創(chuàng)新之處。在脫硫除塵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方面，打破了傳統(tǒng)的單一技術(shù)改進思路，綜合考慮脫硫除塵工藝、控制策略和電氣設(shè)計之間的協(xié)同關(guān)系，提出了一體化的優(yōu)化設(shè)計方案。通過對工藝系統(tǒng)的流程優(yōu)化、設(shè)備選型改進，以及控制策略和電氣設(shè)計的優(yōu)化匹配，實現(xiàn)了脫硫除塵系統(tǒng)整體性能的提升。例如，在工藝系統(tǒng)中，采用新型的塔內(nèi)構(gòu)件和高效的噴淋裝置，提高了氣液傳質(zhì)效率，增強了脫硫除塵效果；在控制策略上，引入智能控制算法，實現(xiàn)了對系統(tǒng)運行參數(shù)的精準控制和自適應(yīng)調(diào)節(jié)；在電氣設(shè)計方面，采用節(jié)能型電氣設(shè)備和先進的無功補償技術(shù)，降低了電氣系統(tǒng)的能耗和運行成本。在智能控制技術(shù)的應(yīng)用方面，本文創(chuàng)新性地將深度學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于脫硫除塵系統(tǒng)的控制中。通過對大量歷史運行數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，建立了基于深度學(xué)習(xí)的脫硫除塵系統(tǒng)預(yù)測模型和控制模型。該模型能夠?qū)崟r準確地預(yù)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)和污染物排放情況，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果自動調(diào)整控制參數(shù)，實現(xiàn)了對脫硫除塵過程的智能化控制。與傳統(tǒng)的控制方法相比，基于深度學(xué)習(xí)的控制策略具有更強的自適應(yīng)能力和更高的控制精度，能夠有效應(yīng)對復(fù)雜多變的工況條件，提高了脫硫除塵系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。在電氣設(shè)計的節(jié)能與可靠性提升方面，提出了一種基于分布式電源和儲能系統(tǒng)的新型電氣設(shè)計方案。通過在脫硫除塵系統(tǒng)中引入分布式太陽能光伏發(fā)電和儲能電池，實現(xiàn)了部分電力的自給自足，降低了對外部電網(wǎng)的依賴，減少了電能傳輸過程中的損耗，提高了能源利用效率。同時，儲能系統(tǒng)的應(yīng)用還能夠在電網(wǎng)故障或電力供應(yīng)不足時，為關(guān)鍵設(shè)備提供備用電源，保障了脫硫除塵系統(tǒng)的可靠運行。此外，采用智能化的電氣設(shè)備管理系統(tǒng)，對電氣設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和故障診斷，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的故障隱患，進一步提高了電氣系統(tǒng)的可靠性和安全性。二、發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)概述2.1系統(tǒng)組成與工作原理2.1.1脫硫系統(tǒng)構(gòu)成及脫硫原理發(fā)電廠常見的脫硫系統(tǒng)主要采用濕法脫硫工藝，其中石灰石-石膏法應(yīng)用最為廣泛。該系統(tǒng)主要由吸收塔、漿液循環(huán)系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)、石灰石漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)以及煙氣系統(tǒng)等部分組成。吸收塔是脫硫系統(tǒng)的核心設(shè)備，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常采用逆流噴淋空塔結(jié)構(gòu)。吸收塔的主要作用是為脫硫反應(yīng)提供場所，使煙氣中的二氧化硫與吸收漿液充分接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在吸收塔內(nèi)，從頂部噴淋而下的石灰石漿液與從底部進入的煙氣逆流接觸，形成良好的傳質(zhì)條件。漿液循環(huán)系統(tǒng)則負責(zé)將吸收塔底部的漿液不斷循環(huán)輸送至吸收塔頂部的噴淋層，通過噴嘴將漿液霧化成細小的液滴，增大與煙氣的接觸面積，提高脫硫效率。該系統(tǒng)主要由漿液循環(huán)泵、噴淋管道和噴嘴等組成。漿液循環(huán)泵的性能直接影響到漿液的循環(huán)量和噴淋效果，通常選用耐腐蝕、耐磨的離心泵。噴淋管道和噴嘴的設(shè)計和布置也至關(guān)重要，需保證漿液能夠均勻地噴淋在吸收塔內(nèi)，覆蓋率達到設(shè)計要求。氧化空氣系統(tǒng)向吸收塔內(nèi)的漿液中鼓入空氣，主要目的是將吸收反應(yīng)生成的亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，即石膏。氧化空氣通過氧化風(fēng)管進入吸收塔底部的漿池，在攪拌器的作用下與漿液充分混合，使氧化反應(yīng)得以順利進行。氧化空氣的流量和分布對氧化效果有著重要影響，若氧化不充分，會導(dǎo)致亞硫酸鈣在漿池中積累，影響脫硫系統(tǒng)的正常運行。石灰石漿液制備系統(tǒng)用于制備合格的石灰石吸收漿液。石灰石原料首先經(jīng)過破碎機破碎，然后進入球磨機進行研磨，磨細后的石灰石粉與水混合，在攪拌罐中制成一定濃度的石灰石漿液。石灰石漿液的濃度和細度對脫硫效率有著關(guān)鍵作用，一般要求石灰石粉的粒徑達到一定的細度，以保證其在吸收反應(yīng)中具有較高的活性。石膏脫水系統(tǒng)的任務(wù)是將吸收塔漿池中生成的石膏漿液進行脫水處理，使其含水量降低至符合要求的水平，以便于儲存和運輸。通常采用真空皮帶脫水機進行石膏脫水，經(jīng)過脫水后的石膏含水量可降至10%左右，成為商品石膏，可用于建筑材料等行業(yè)，實現(xiàn)資源的回收利用。煙氣系統(tǒng)則負責(zé)引導(dǎo)煙氣進入脫硫系統(tǒng)，并在脫硫后將凈化后的煙氣排出。它主要包括煙道、增壓風(fēng)機、煙氣換熱器（GGH，可選）等設(shè)備。煙道用于連接各個設(shè)備，輸送煙氣；增壓風(fēng)機為煙氣提供動力，克服脫硫系統(tǒng)的阻力；煙氣換熱器可對脫硫前后的煙氣進行熱量交換，提高進入煙囪的煙氣溫度，減少煙囪的腐蝕，同時也可回收部分熱量，提高能源利用效率。石灰石-石膏法脫硫的化學(xué)反應(yīng)原理主要包括以下幾個步驟：吸收：煙氣中的二氧化硫（SO_2）首先被漿液中的水吸收，形成亞硫酸（H_2SO_3），化學(xué)反應(yīng)方程式為：SO_2+H_2O\rightleftharpoonsH_2SO_3。中和：亞硫酸與漿液中的碳酸鈣（CaCO_3）發(fā)生中和反應(yīng)，生成亞硫酸鈣（CaSO_3），同時釋放出二氧化碳（CO_2），反應(yīng)方程式為：CaCO_3+H_2SO_3\rightleftharpoonsCaSO_3+CO_2\uparrow+H_2O。氧化：在氧化空氣的作用下，亞硫酸鈣被氧化成硫酸鈣（CaSO_4），化學(xué)反應(yīng)方程式為：2CaSO_3+O_2\rightleftharpoons2CaSO_4。結(jié)晶：硫酸鈣在一定條件下結(jié)晶析出，形成二水石膏（CaSO_4·2H_2O），反應(yīng)方程式為：CaSO_4+2H_2O\rightleftharpoonsCaSO_4·2H_2O。除了石灰石-石膏法，還有其他一些脫硫工藝，如氨法脫硫、雙堿法脫硫等，它們的系統(tǒng)構(gòu)成和反應(yīng)原理各有特點。氨法脫硫以氨水作為吸收劑，與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸銨，再經(jīng)過氧化生成硫酸銨，其副產(chǎn)物可作為化肥使用，具有較高的經(jīng)濟價值，但氨水的易揮發(fā)性和腐蝕性對設(shè)備的要求較高。雙堿法脫硫采用鈉堿（如氫氧化鈉、碳酸鈉）作為吸收劑，在吸收塔內(nèi)吸收二氧化硫，生成亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，然后將吸收液輸送至再生池，加入石灰進行再生，使鈉堿得以循環(huán)利用，該方法具有運行成本低、不易結(jié)垢等優(yōu)點，但存在硫酸鈉等副產(chǎn)物的處理問題。2.1.2除塵系統(tǒng)構(gòu)成及除塵原理發(fā)電廠常用的除塵設(shè)備主要有靜電除塵器和布袋除塵器，它們在結(jié)構(gòu)和工作原理上存在差異，但都能有效地去除煙氣中的粉塵。靜電除塵器主要由進氣煙箱、陰陽極板、均流板、凈氣室、灰斗等部分組成。其工作原理基于高壓電場的作用。在靜電除塵器內(nèi)部，通過高壓直流電源在陰陽極板之間建立起強大的電場，一般陽極板為接地的集塵極板，陰極板為放電電極，又稱電暈極。當(dāng)含塵氣體通過電場時，陰極發(fā)生電暈放電，使氣體電離，產(chǎn)生大量的電子和離子。這些電子和離子與煙氣中的粉塵顆粒碰撞，使粉塵荷電，通常粉塵會荷負電。在電場力的作用下，荷電粉塵向陽極板運動，到達陽極板后，粉塵釋放所帶電荷并沉積在極板上，從而實現(xiàn)粉塵與氣體的分離。隨著粉塵在陽極板上的不斷積累，當(dāng)達到一定厚度時，通過振打裝置周期性地對極板進行振打，使沉積的粉塵脫落，落入下部的灰斗中，最后通過排灰裝置排出。靜電除塵器的優(yōu)點是除塵效率高，可達99%以上，能夠有效捕集細微粉塵；處理煙氣量大，適合大型發(fā)電廠的工況；運行阻力小，能耗相對較低。然而，其缺點也較為明顯，如設(shè)備投資大，占地面積廣；對粉塵的比電阻有一定要求，當(dāng)粉塵比電阻超出合適范圍（一般為10^4-10^{11}Ω?cm）時，除塵效率會顯著下降；設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護管理要求較高。布袋除塵器主要由布袋、殼體、灰斗、排灰裝置、支架、脈沖清灰系統(tǒng)等組成。其工作原理基于過濾作用，當(dāng)含塵氣體從進風(fēng)口進入除塵器后，首先碰到進風(fēng)口中間的斜隔板，氣流轉(zhuǎn)向流入灰斗，同時氣流速度變慢，由于慣性作用，氣體中粗顆粒粉塵直接落入灰斗，起到預(yù)收塵的作用。進入灰斗的氣流隨后折而向上通過內(nèi)部裝有金屬骨架的濾袋，粉塵被捕集在濾袋的外表面，凈化后的氣體則通過濾袋進入濾袋室上部的清潔室，匯集到出風(fēng)管排出。隨著過濾時間的延長，阻留在濾袋上的灰塵逐漸增厚，濾袋的阻力增大，當(dāng)阻力達到設(shè)定值時，脈沖清灰系統(tǒng)開始工作。按照給定的時間間隔或者設(shè)定的阻力限值，脈沖閥開啟，向濾袋內(nèi)噴入高壓空氣，使濾袋瞬間膨脹變形產(chǎn)生振動，并在逆向氣流沖刷的作用下，附著在濾袋外表面上的粉塵被剝離落入灰斗中，從而實現(xiàn)清灰。布袋除塵器的優(yōu)點是除塵效率極高，能夠捕捉0.3\mum以上的細微粉塵，使含塵氣體凈化至很低的濃度，排放濃度可低至10mg/m^3以下；對粉塵的適應(yīng)性強，不受粉塵比電阻的影響；設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單，操作維護方便。但其缺點是濾袋容易磨損、老化，需要定期更換，運行成本較高；對煙氣溫度有一定限制，一般不宜超過260^{\circ}C，否則會影響濾袋的使用壽命；在處理高濕度、粘性大的粉塵時，容易出現(xiàn)糊袋現(xiàn)象，導(dǎo)致除塵效率下降。2.2系統(tǒng)控制目標與要求發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)的控制目標是確保系統(tǒng)在滿足環(huán)保要求的前提下，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟的運行。具體控制目標和要求涵蓋多個關(guān)鍵方面。在環(huán)保達標方面，嚴格遵循國家和地方相關(guān)環(huán)保法規(guī)與標準是首要任務(wù)。根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）等標準，確保脫硫后煙氣中的二氧化硫排放濃度低于規(guī)定限值，一般新建機組要求不超過100mg/m^3，重點地區(qū)甚至要求更嚴格，如某些地區(qū)要求達到50mg/m^3以下。同時，除塵后粉塵排放濃度也需嚴格控制，通常不超過30mg/m^3，部分地區(qū)對超凈排放要求更高，粉塵排放濃度需低于5mg/m^3。為實現(xiàn)這一目標，脫硫除塵系統(tǒng)必須具備穩(wěn)定且高效的污染物脫除能力。在脫硫環(huán)節(jié)，需精確控制吸收劑的加入量和反應(yīng)條件，以確保二氧化硫能夠充分被吸收和轉(zhuǎn)化。例如，在石灰石-石膏法脫硫中，要根據(jù)煙氣中二氧化硫的濃度實時調(diào)整石灰石漿液的流量和濃度，保證脫硫效率穩(wěn)定在較高水平，通常要求達到95%以上。在除塵方面，無論是靜電除塵器還是布袋除塵器，都需保證設(shè)備的正常運行和良好的除塵性能，通過優(yōu)化電場參數(shù)、清灰周期等措施，確保對細微粉塵的高效捕集。設(shè)備穩(wěn)定運行是保障脫硫除塵系統(tǒng)持續(xù)工作的關(guān)鍵。系統(tǒng)中的各類設(shè)備，如吸收塔、漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機、除塵器等，都需具備高可靠性和穩(wěn)定性。這要求設(shè)備在設(shè)計和選型時充分考慮其工作環(huán)境和工況條件，采用優(yōu)質(zhì)的材料和先進的制造工藝。例如，吸收塔作為脫硫系統(tǒng)的核心設(shè)備，其內(nèi)部要承受高溫、高濕度、強腐蝕性的煙氣和漿液的沖刷，因此需選用耐腐蝕、耐高溫的材料制作，如采用碳鋼內(nèi)襯橡膠或鱗片樹脂等防腐材料。漿液循環(huán)泵要具備良好的耐磨性和耐腐蝕性，以保證在長期輸送含有固體顆粒的漿液過程中正常運行。同時，要建立完善的設(shè)備監(jiān)測和維護體系，實時監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，如溫度、壓力、振動、電流等參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備故障隱患。通過定期的設(shè)備維護和保養(yǎng)，如對泵的葉輪、密封件進行檢查和更換，對風(fēng)機的軸承進行潤滑和維護，確保設(shè)備始終處于良好的運行狀態(tài)，使設(shè)備的可用率達到95%以上。降低能耗是實現(xiàn)發(fā)電廠節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的重要目標之一。脫硫除塵系統(tǒng)在運行過程中消耗大量的電能、水能和蒸汽等能源，因此需采取有效的節(jié)能措施。在電氣設(shè)備方面，選用高效節(jié)能的電動機、變壓器等設(shè)備，并采用變頻調(diào)速技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)的實際運行負荷自動調(diào)整設(shè)備的轉(zhuǎn)速，降低能耗。例如，對漿液循環(huán)泵和氧化風(fēng)機等大功率設(shè)備采用變頻調(diào)速控制，可根據(jù)煙氣量和污染物濃度的變化實時調(diào)整設(shè)備的出力，避免設(shè)備在高負荷下長期運行，從而降低電能消耗，一般可實現(xiàn)節(jié)能10%-20%。在工藝系統(tǒng)方面，優(yōu)化系統(tǒng)的運行參數(shù)和工藝流程，提高能源利用效率。如合理控制吸收塔的液位、漿液密度和pH值等參數(shù)，確保脫硫反應(yīng)在最佳條件下進行，減少不必要的能源消耗。同時，回收利用系統(tǒng)中的余熱和余壓，如利用煙氣換熱器回收煙氣中的熱量，用于加熱工藝水或其他生產(chǎn)過程，提高能源的綜合利用率。此外，脫硫除塵系統(tǒng)還需具備良好的操作便利性和可維護性?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)采用先進的自動化技術(shù)，實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和操作，操作人員可通過監(jiān)控界面實時了解系統(tǒng)的運行狀態(tài)，遠程控制設(shè)備的啟停和調(diào)節(jié)參數(shù)，減少人工操作的工作量和勞動強度。同時，系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)便于設(shè)備的維護和檢修，合理布置設(shè)備的位置和通道，預(yù)留足夠的空間和檢修設(shè)施，使維護人員能夠方便地對設(shè)備進行檢查、維修和更換零部件，縮短設(shè)備的維修時間，提高系統(tǒng)的運行效率。三、脫硫除塵系統(tǒng)控制技術(shù)3.1自動化控制系統(tǒng)3.1.1DCS控制系統(tǒng)在脫硫除塵中的應(yīng)用分散控制系統(tǒng)（DCS，DistributedControlSystem），又稱集散控制系統(tǒng)，是一種集計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)于一體的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)。其架構(gòu)采用分布式設(shè)計，由過程控制單元（PCU）、操作站、工程師站、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)等部分組成。過程控制單元是DCS的核心部分，負責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備的實時控制和數(shù)據(jù)采集。它由控制器、輸入/輸出（I/O）模塊等組成，控制器通常采用冗余配置，以提高系統(tǒng)的可靠性。I/O模塊負責(zé)將現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行器的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，與控制器進行通信。例如，在脫硫除塵系統(tǒng)中，過程控制單元通過I/O模塊采集煙氣中的二氧化硫濃度、粉塵濃度、溫度、壓力等信號，并根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略，控制漿液循環(huán)泵的啟停和轉(zhuǎn)速、吸收劑的添加量、除塵器的清灰周期等設(shè)備的運行參數(shù)。操作站是操作人員與DCS系統(tǒng)進行交互的界面，通常包括操作員站和班長站。操作員站用于操作人員對系統(tǒng)進行實時監(jiān)控和操作，通過圖形化界面，操作人員可以直觀地了解系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如各設(shè)備的運行參數(shù)、工藝流程圖、報警信息等，并可以對設(shè)備進行遠程控制，如啟停設(shè)備、調(diào)整參數(shù)等。班長站則主要用于對系統(tǒng)的運行情況進行管理和分析，查看歷史數(shù)據(jù)、生成報表等。工程師站是DCS系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)和維護平臺，工程師可以在工程師站上進行系統(tǒng)的組態(tài)、編程、調(diào)試和優(yōu)化等工作。通過工程師站，工程師可以根據(jù)脫硫除塵系統(tǒng)的工藝要求和控制策略，對DCS系統(tǒng)進行配置和編程，實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動化控制。例如，在系統(tǒng)調(diào)試過程中，工程師可以通過工程師站對控制器的參數(shù)進行調(diào)整和優(yōu)化，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是DCS系統(tǒng)各組成部分之間進行數(shù)據(jù)傳輸和通信的通道，通常采用冗余的工業(yè)以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線技術(shù)。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性和傳輸速度對DCS系統(tǒng)的性能有著重要影響，它能夠確保各部分之間的數(shù)據(jù)及時、準確地傳輸，實現(xiàn)系統(tǒng)的實時監(jiān)控和控制。例如，在脫硫除塵系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)將過程控制單元采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲僮髡竞凸こ處熣?，同時將操作站和工程師站發(fā)出的控制指令傳輸?shù)竭^程控制單元，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠程控制。在脫硫除塵系統(tǒng)中，DCS控制系統(tǒng)具有強大的集中監(jiān)控和自動化控制功能。它能夠?qū)崟r采集和處理大量的運行數(shù)據(jù)，對脫硫除塵系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行全面的監(jiān)測和控制。通過對煙氣參數(shù)的實時監(jiān)測，DCS系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略，自動調(diào)整吸收劑的加入量、漿液循環(huán)量、氧化空氣量等參數(shù)，以保證脫硫效率和石膏品質(zhì)。例如，當(dāng)煙氣中的二氧化硫濃度升高時，DCS系統(tǒng)會自動增加石灰石漿液的流量，提高脫硫效率；當(dāng)吸收塔內(nèi)的漿液pH值下降時，DCS系統(tǒng)會自動調(diào)整石灰石漿液的濃度，維持pH值在合適的范圍內(nèi)。同時，DCS系統(tǒng)還具備故障診斷和報警功能，能夠及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的故障和異常情況，并發(fā)出報警信號，提醒操作人員進行處理。通過對設(shè)備運行參數(shù)的實時監(jiān)測和分析，DCS系統(tǒng)可以預(yù)測設(shè)備的故障趨勢，提前采取措施，避免設(shè)備故障的發(fā)生，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。此外，DCS系統(tǒng)還可以實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的存儲和分析，為系統(tǒng)的優(yōu)化和改進提供依據(jù)。通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，工程師可以了解系統(tǒng)的運行規(guī)律和性能特點，找出系統(tǒng)存在的問題和不足之處，提出改進措施和優(yōu)化方案，提高系統(tǒng)的運行效率和經(jīng)濟效益。3.1.2PLC控制系統(tǒng)的特點與應(yīng)用可編程邏輯控制器（PLC，ProgrammableLogicController）是一種專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入/輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC控制系統(tǒng)具有諸多顯著優(yōu)勢。首先是可靠性高，它在硬件設(shè)計上采用了冗余技術(shù)、抗干擾技術(shù)等措施，如電源冗余、CPU冗余、通信冗余等，能夠有效提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，確保在惡劣的工業(yè)環(huán)境下長時間穩(wěn)定運行。例如，在發(fā)電廠的脫硫除塵系統(tǒng)中，由于現(xiàn)場環(huán)境存在高溫、高濕度、強電磁干擾等因素，對控制系統(tǒng)的可靠性要求極高，PLC控制系統(tǒng)能夠很好地適應(yīng)這種環(huán)境，保證系統(tǒng)的正常運行。編程靈活也是PLC的一大特點。它支持多種編程語言，如梯形圖、指令表、功能塊圖等，這些編程語言簡單易懂，易于掌握，工程師可以根據(jù)實際需求選擇合適的編程語言進行編程。同時，PLC的程序修改和調(diào)試也非常方便，只需通過編程軟件即可對程序進行修改和下載，大大縮短了開發(fā)周期。以脫硫除塵系統(tǒng)中的漿液循環(huán)泵控制為例，工程師可以使用梯形圖語言編寫程序，實現(xiàn)對漿液循環(huán)泵的啟?？刂?、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等功能，并且可以根據(jù)實際運行情況隨時對程序進行優(yōu)化和調(diào)整。此外，PLC還具有豐富的I/O接口，能夠方便地與各種現(xiàn)場設(shè)備進行連接，如傳感器、執(zhí)行器、電機等。它可以根據(jù)實際需要選擇不同類型和數(shù)量的I/O模塊，實現(xiàn)對不同信號的采集和控制。在脫硫除塵系統(tǒng)中，PLC可以通過I/O接口連接煙氣分析儀、壓力傳感器、溫度傳感器等設(shè)備，采集煙氣中的二氧化硫濃度、粉塵濃度、溫度、壓力等信號，同時控制漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機、脫硫劑添加泵等設(shè)備的運行。在脫硫除塵系統(tǒng)中，PLC控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用場景。在小型發(fā)電廠或?qū)ψ詣踊潭纫笙鄬^低的脫硫除塵系統(tǒng)中，PLC控制系統(tǒng)由于其成本較低、結(jié)構(gòu)簡單、易于維護等特點，成為了一種經(jīng)濟實用的選擇。例如，在一些小型燃煤鍋爐的脫硫除塵系統(tǒng)中，采用PLC控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對脫硫劑添加、除塵設(shè)備啟停等基本功能的自動化控制，有效降低了人工操作的工作量和勞動強度。在大型脫硫除塵系統(tǒng)中，PLC控制系統(tǒng)也常作為DCS系統(tǒng)的補充，用于實現(xiàn)一些局部的控制功能。例如，在脫硫系統(tǒng)的石灰石漿液制備系統(tǒng)中，由于其工藝流程相對獨立，控制邏輯較為簡單，可以采用PLC控制系統(tǒng)對石灰石的破碎、研磨、攪拌等設(shè)備進行控制，然后通過通信接口將數(shù)據(jù)傳輸給DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)整個脫硫除塵系統(tǒng)的集中監(jiān)控和管理。另外，在一些對實時性要求較高的控制環(huán)節(jié)，如除塵設(shè)備的清灰控制，PLC控制系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)外部信號，及時執(zhí)行控制動作，保證除塵效果。通過對粉塵濃度傳感器信號的實時采集和分析，PLC可以根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值，準確控制清灰設(shè)備的啟動和停止，確保除塵器的高效運行。3.2控制策略與方法3.2.1基于模型的控制策略基于模型的控制策略在發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)中具有重要的應(yīng)用價值，其中模型預(yù)測控制（MPC，ModelPredictiveControl）是一種較為先進且有效的控制方法。模型預(yù)測控制的核心在于利用脫硫除塵過程的數(shù)學(xué)模型，對系統(tǒng)未來的輸出進行預(yù)測，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果和設(shè)定的控制目標，在線求解最優(yōu)控制序列，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的精確控制。在脫硫系統(tǒng)中，建立準確的數(shù)學(xué)模型是實現(xiàn)模型預(yù)測控制的基礎(chǔ)。以石灰石-石膏法脫硫為例，其數(shù)學(xué)模型通常涉及多個化學(xué)反應(yīng)過程和物理傳遞過程，包括二氧化硫的吸收、碳酸鈣的溶解、亞硫酸鈣的氧化以及石膏的結(jié)晶等。通過對這些過程進行深入的分析和研究，結(jié)合質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律以及化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)原理，可以建立起描述脫硫系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型。例如，采用機理建模的方法，建立吸收塔內(nèi)氣液傳質(zhì)模型，該模型考慮了煙氣流量、二氧化硫濃度、吸收劑流量、吸收劑濃度、液氣比等因素對氣液傳質(zhì)系數(shù)和二氧化硫吸收速率的影響。同時，建立漿液池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)模型，描述各種離子濃度的變化以及石膏的生成過程。基于建立的數(shù)學(xué)模型，模型預(yù)測控制算法通過預(yù)測時域和控制時域來實現(xiàn)對脫硫系統(tǒng)的控制。預(yù)測時域是指預(yù)測系統(tǒng)未來輸出的時間范圍，控制時域是指求解最優(yōu)控制序列的時間范圍。在每個采樣時刻，模型預(yù)測控制算法根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)和未來的預(yù)測輸出，以脫硫效率、石膏品質(zhì)、能耗等為優(yōu)化目標，以設(shè)備運行約束、工藝參數(shù)約束等為約束條件，求解一個有限時域的優(yōu)化問題，得到當(dāng)前時刻的最優(yōu)控制輸入，如吸收劑的添加量、漿液循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速等。然后，只將當(dāng)前時刻的控制輸入作用于系統(tǒng)，在下一個采樣時刻，重復(fù)上述過程，不斷滾動優(yōu)化控制序列，從而實現(xiàn)對脫硫系統(tǒng)的實時控制。在某實際發(fā)電廠的脫硫系統(tǒng)中應(yīng)用模型預(yù)測控制策略后，取得了顯著的效果。通過對吸收劑添加量和漿液循環(huán)量的精確控制，脫硫效率得到了有效提升，穩(wěn)定保持在98%以上，相比傳統(tǒng)的PID控制策略，脫硫效率提高了3-5個百分點。同時，由于能夠根據(jù)系統(tǒng)的實時工況動態(tài)調(diào)整控制參數(shù)，避免了吸收劑的過量添加和設(shè)備的不必要運行，降低了運行成本。例如，吸收劑的用量減少了10%-15%，漿液循環(huán)泵的能耗降低了15%-20%。此外，模型預(yù)測控制還能夠有效應(yīng)對煙氣流量和二氧化硫濃度的大幅波動，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性，確保了脫硫系統(tǒng)在各種復(fù)雜工況下都能高效、穩(wěn)定地運行。在除塵系統(tǒng)中，模型預(yù)測控制同樣可以發(fā)揮重要作用。以靜電除塵器為例，其數(shù)學(xué)模型主要描述了電場強度、粉塵荷電特性、粉塵運動軌跡以及除塵效率之間的關(guān)系。通過建立這些數(shù)學(xué)模型，可以預(yù)測不同工況下靜電除塵器的除塵效率，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果調(diào)整電場參數(shù)，如電壓、電流等，以實現(xiàn)對除塵效率的優(yōu)化控制。例如，當(dāng)煙氣流量增加或粉塵濃度升高時，模型預(yù)測控制算法可以自動提高電場電壓，增強電場對粉塵的捕集能力，從而保證除塵效率不受影響。模型預(yù)測控制在脫硫除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠充分利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型信息，實現(xiàn)對系統(tǒng)的前瞻性控制，有效提高控制精度和系統(tǒng)性能，為發(fā)電廠的節(jié)能減排和穩(wěn)定運行提供了有力的技術(shù)支持。然而，模型預(yù)測控制也存在一些局限性，如對模型的準確性要求較高，計算量較大等。因此，在實際應(yīng)用中，需要結(jié)合具體的工程實際情況，對模型進行合理的簡化和優(yōu)化，并采用高效的計算方法，以提高模型預(yù)測控制的實用性和可靠性。3.2.2智能控制方法智能控制方法以其獨特的優(yōu)勢在發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)中展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是其中較為典型的兩種方法，它們能夠有效提升系統(tǒng)對復(fù)雜工況的適應(yīng)性。模糊控制是一種基于模糊邏輯的智能控制方法，它不依賴于精確的數(shù)學(xué)模型，而是通過模糊規(guī)則和模糊推理來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。在脫硫除塵系統(tǒng)中，許多過程具有非線性、時變和不確定性等特點，傳統(tǒng)的控制方法難以取得理想的控制效果，而模糊控制則能夠很好地適應(yīng)這些特性。以脫硫系統(tǒng)中吸收塔漿液pH值的控制為例，pH值的調(diào)節(jié)過程受到多種因素的影響，如煙氣中二氧化硫濃度的變化、吸收劑的品質(zhì)和加入量、漿液循環(huán)量等，具有較強的非線性和時變性。采用模糊控制策略時，首先需要確定模糊控制器的輸入和輸出變量。通常將煙氣中二氧化硫濃度的變化率、吸收塔漿液pH值與設(shè)定值的偏差及其變化率作為輸入變量，將石灰石漿液的添加量作為輸出變量。然后，根據(jù)操作人員的經(jīng)驗和實際運行數(shù)據(jù)，制定模糊控制規(guī)則。例如，當(dāng)二氧化硫濃度變化率較大且pH值偏差為負時，增加石灰石漿液的添加量；當(dāng)二氧化硫濃度變化率較小且pH值偏差為正時，適當(dāng)減少石灰石漿液的添加量等。這些模糊規(guī)則以語言描述的形式表達，通過模糊化、模糊推理和解模糊化等步驟，將輸入變量轉(zhuǎn)化為精確的控制輸出，從而實現(xiàn)對吸收塔漿液pH值的穩(wěn)定控制。在某電廠的脫硫系統(tǒng)中應(yīng)用模糊控制后，吸收塔漿液pH值的波動明顯減小，穩(wěn)定在設(shè)定值附近，波動范圍控制在±0.1以內(nèi)，相比傳統(tǒng)的PID控制，pH值的穩(wěn)定性提高了30%-40%。同時，脫硫效率得到了顯著提升，從原來的93%左右提高到了96%以上，有效減少了二氧化硫的排放。此外，由于模糊控制能夠根據(jù)實際工況自動調(diào)整控制策略，減少了人工干預(yù)，提高了系統(tǒng)的自動化水平和運行效率。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是另一種重要的智能控制方法，它通過模擬人類大腦神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對系統(tǒng)進行學(xué)習(xí)和控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有強大的非線性映射能力和自學(xué)習(xí)能力，能夠自動提取數(shù)據(jù)中的特征和規(guī)律，適應(yīng)復(fù)雜的工況變化。在脫硫除塵系統(tǒng)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用于建立系統(tǒng)的預(yù)測模型和控制模型。以除塵系統(tǒng)為例，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立粉塵濃度預(yù)測模型，將煙氣流量、溫度、濕度、電場參數(shù)等作為輸入，粉塵排放濃度作為輸出，通過大量的歷史數(shù)據(jù)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，使其能夠準確地預(yù)測不同工況下的粉塵排放濃度?；陬A(yù)測模型，進一步構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模型，根據(jù)預(yù)測的粉塵排放濃度和設(shè)定的排放標準，自動調(diào)整除塵設(shè)備的運行參數(shù)，如靜電除塵器的電場電壓、布袋除塵器的清灰周期等，以實現(xiàn)對粉塵排放的有效控制。在實際應(yīng)用中，某發(fā)電廠的除塵系統(tǒng)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制后，粉塵排放濃度得到了有效降低，穩(wěn)定控制在15mg/m^3以下，滿足了嚴格的環(huán)保排放標準。同時，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崟r學(xué)習(xí)和適應(yīng)工況的變化，提高了除塵系統(tǒng)對不同煤種和負荷變化的適應(yīng)性，在煤種和負荷波動較大的情況下，依然能夠保持良好的除塵效果。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制還可以與其他控制方法相結(jié)合，如與PID控制相結(jié)合，形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，進一步提高系統(tǒng)的控制性能。智能控制方法如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用，為解決系統(tǒng)的復(fù)雜控制問題提供了新的思路和方法，有效提高了系統(tǒng)對復(fù)雜工況的適應(yīng)性和控制效果，降低了污染物的排放，具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價值。3.3系統(tǒng)控制的常見問題與解決措施在發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)的實際運行過程中，控制系統(tǒng)可能會遭遇多種問題，這些問題不僅影響系統(tǒng)的正常運行，還可能導(dǎo)致脫硫除塵效率下降，無法滿足環(huán)保要求，甚至引發(fā)設(shè)備故障和安全事故。因此，深入分析這些常見問題并提出有效的解決措施至關(guān)重要。信號干擾是控制系統(tǒng)中較為常見的問題之一。在發(fā)電廠的復(fù)雜電磁環(huán)境中，脫硫除塵系統(tǒng)的信號傳輸容易受到干擾。例如，現(xiàn)場的大型電機、變壓器等設(shè)備在運行過程中會產(chǎn)生強大的電磁輻射，這些電磁輻射可能會耦合到信號傳輸線路中，導(dǎo)致信號失真、誤碼等問題。此外，現(xiàn)場的電氣設(shè)備啟動和停止時產(chǎn)生的瞬間電流變化，也會對信號傳輸造成干擾。信號干擾可能會使控制系統(tǒng)接收到錯誤的傳感器數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致控制決策失誤，影響脫硫除塵系統(tǒng)的正常運行。例如，在脫硫系統(tǒng)中，若煙氣中二氧化硫濃度傳感器的信號受到干擾，控制系統(tǒng)可能會根據(jù)錯誤的濃度數(shù)據(jù)調(diào)整吸收劑的加入量，導(dǎo)致脫硫效率下降，二氧化硫排放超標。針對信號干擾問題，可采取一系列抗干擾措施。在硬件方面，選用屏蔽性能良好的信號傳輸線纜，如雙層屏蔽電纜，能夠有效阻擋外部電磁干擾的侵入。同時，對信號傳輸線纜進行合理的布線，避免與動力電纜平行敷設(shè)，減少電磁耦合的可能性。在控制系統(tǒng)的輸入輸出端安裝信號濾波器，可濾除高頻干擾信號，提高信號的質(zhì)量。在軟件方面，采用數(shù)字濾波算法對采集到的信號進行處理，如均值濾波、中值濾波等，能夠有效去除信號中的噪聲和干擾。此外，還可以通過增加信號校驗和糾錯機制，提高信號傳輸?shù)目煽啃?，確保控制系統(tǒng)接收到準確的傳感器數(shù)據(jù)。設(shè)備故障也是控制系統(tǒng)運行中不容忽視的問題。脫硫除塵系統(tǒng)中的設(shè)備種類繁多，長期運行后容易出現(xiàn)各種故障。例如，漿液循環(huán)泵可能會因為葉輪磨損、密封件老化等原因?qū)е铝髁坎蛔慊蛐孤?；氧化風(fēng)機可能會出現(xiàn)軸承損壞、葉片腐蝕等故障，影響氧化空氣的供應(yīng)；除塵器的電極可能會因為積灰、腐蝕等原因?qū)е码妶鰪姸认陆?，除塵效率降低。設(shè)備故障不僅會影響脫硫除塵系統(tǒng)的正常運行，還可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，增加維修成本和停機時間。為了及時發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備故障，應(yīng)建立完善的設(shè)備監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)。利用傳感器實時監(jiān)測設(shè)備的運行參數(shù)，如溫度、壓力、振動、電流等，并通過數(shù)據(jù)分析和處理，判斷設(shè)備是否存在故障隱患。例如，通過監(jiān)測漿液循環(huán)泵的軸承溫度和振動情況，若溫度異常升高或振動幅度增大，可能預(yù)示著軸承存在故障，需要及時進行檢查和維修。采用故障診斷技術(shù)，如基于模型的故障診斷方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法等，能夠?qū)υO(shè)備故障進行準確的定位和診斷，為維修人員提供有效的維修指導(dǎo)。同時，制定合理的設(shè)備維護計劃，定期對設(shè)備進行檢查、保養(yǎng)和維修，更換易損件，能夠有效預(yù)防設(shè)備故障的發(fā)生，提高設(shè)備的可靠性和使用壽命。此外，控制系統(tǒng)本身也可能存在軟件故障，如程序漏洞、數(shù)據(jù)丟失等。軟件故障可能會導(dǎo)致控制系統(tǒng)無法正常工作，出現(xiàn)控制邏輯錯誤、數(shù)據(jù)顯示異常等問題。為了應(yīng)對軟件故障，應(yīng)定期對控制系統(tǒng)的軟件進行升級和優(yōu)化，修復(fù)程序漏洞，提高軟件的穩(wěn)定性和可靠性。同時，建立數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)機制，定期對系統(tǒng)中的重要數(shù)據(jù)進行備份，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或損壞，能夠及時恢復(fù)數(shù)據(jù)，確?？刂葡到y(tǒng)的正常運行。在系統(tǒng)設(shè)計階段，采用冗余技術(shù)，如控制器冗余、電源冗余等，能夠在主控制器出現(xiàn)故障時，自動切換到備用控制器，保證控制系統(tǒng)的不間斷運行。四、脫硫除塵系統(tǒng)電氣設(shè)計要點4.1電氣主接線設(shè)計電氣主接線作為發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的核心架構(gòu)，其設(shè)計質(zhì)量直接關(guān)乎整個脫硫除塵系統(tǒng)的供電可靠性、運行靈活性以及經(jīng)濟性。在設(shè)計電氣主接線時，需嚴格遵循一系列原則，以確保系統(tǒng)能夠滿足發(fā)電廠的實際運行需求?？煽啃允请姎庵鹘泳€設(shè)計的首要原則。發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)的穩(wěn)定運行對于減少污染物排放、保護環(huán)境至關(guān)重要，任何供電中斷都可能導(dǎo)致脫硫除塵設(shè)備停止工作，進而造成嚴重的環(huán)境污染事故。因此，主接線應(yīng)具備高度的可靠性，能夠在各種工況下確保連續(xù)供電。例如，采用冗余設(shè)計理念，設(shè)置備用電源和備用線路，當(dāng)主電源或主線路出現(xiàn)故障時，能夠迅速切換至備用電源或線路，保證設(shè)備的正常運行。在一些大型發(fā)電廠中，通常會配備兩臺及以上的主變壓器，當(dāng)一臺變壓器故障時，其他變壓器能夠承擔(dān)全部或部分負荷，避免因變壓器故障導(dǎo)致的停電事故。靈活性也是電氣主接線設(shè)計中不可或缺的原則。系統(tǒng)應(yīng)能靈活適應(yīng)不同的運行方式和負荷變化，滿足發(fā)電廠在正常運行、檢修、調(diào)試等各種工況下的需求。這要求主接線具備方便的倒閘操作功能，能夠在不影響系統(tǒng)正常運行的前提下，實現(xiàn)設(shè)備的停運、檢修和投入運行等操作。例如，采用雙母線接線方式，通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器和隔離開關(guān)的操作，可以方便地實現(xiàn)母線的切換和設(shè)備的倒閘操作，提高了系統(tǒng)的運行靈活性。同時，主接線還應(yīng)考慮未來發(fā)電廠的擴建需求，預(yù)留一定的擴展空間，便于新增機組或設(shè)備的接入。經(jīng)濟性同樣是電氣主接線設(shè)計需要重點考慮的因素。在滿足可靠性和靈活性的前提下，應(yīng)盡可能降低投資成本和運行費用。這包括合理選擇電氣設(shè)備，優(yōu)化主接線的結(jié)構(gòu)和布局，減少設(shè)備數(shù)量和占地面積，降低設(shè)備的采購成本和安裝成本。同時，要考慮設(shè)備的能耗和維護成本，選擇節(jié)能型設(shè)備，降低系統(tǒng)的運行能耗，減少設(shè)備的維護工作量和維護費用。例如，采用先進的無功補償技術(shù)，提高功率因數(shù)，降低線路損耗，節(jié)約電能；選擇可靠性高、維護簡單的設(shè)備，減少設(shè)備的故障率和維修時間，降低維護成本。常見的電氣主接線方式包括單母線接線、雙母線接線、單元接線、橋形接線等，它們各自具有獨特的優(yōu)缺點。單母線接線是一種較為簡單的接線方式，所有電源進線和出線都連接在同一組公共母線上。其優(yōu)點是接線簡單清晰，設(shè)備數(shù)量少，投資成本低，運行操作方便，便于擴建和采用成套配電裝置。然而，單母線接線的可靠性較差，當(dāng)母線或母線隔離開關(guān)檢修時，連接在母線上的所有回路都需要停止工作；母線、母線隔離開關(guān)發(fā)生短路故障或斷路器靠母線側(cè)絕緣套管損壞時，所有斷路器都將自動斷開，造成全部停電；檢修任一電源或出線斷路器時，該回路必須停電。因此，單母線接線一般適用于小容量的發(fā)電廠或變電所，以及對供電可靠性要求不高的二、三級負荷，如一些小型自備電廠的脫硫除塵系統(tǒng)。雙母線接線則具有更高的可靠性和靈活性。兩組母線同時工作，并通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器并聯(lián)運行，電源與負荷平均分配在兩組母線上。通過兩組母線隔離開關(guān)的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷；一組母線故障后，能迅速恢復(fù)供電；檢修任一回路的母線隔離開關(guān)，只停該回路。此外，雙母線接線的調(diào)度靈活性高，各個電源和各回路負荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應(yīng)系統(tǒng)中各種運行方式調(diào)度和潮流變化的需要；向雙母線的左右任何一個方向擴建，均不影響兩組母線的電源和負荷均勻分配，不會引起原有回路的停電；當(dāng)有雙回架空線路時，可以順序布置，以致連接不同的母線段時，不會如單母線分段那樣導(dǎo)致出線交叉跨越。但是，雙母線接線的缺點也較為明顯，所用設(shè)備多，配電裝置復(fù)雜，投資成本高；在倒母線的操作過程中，需用隔離開關(guān)切換所有負荷電流回路，操作過程比較復(fù)雜，容易造成誤操作。雙母線接線適用于對供電可靠性和靈活性要求較高的大型發(fā)電廠的脫硫除塵系統(tǒng)。單元接線是將發(fā)電機、變壓器直接連接成一個單元，組成發(fā)電機-變壓器組，其間不設(shè)母線。這種接線方式的優(yōu)點是接線簡單，開關(guān)設(shè)備少，操作簡便，投資省，發(fā)電機和變壓器之間的連接損耗小，可靠性高。同時，由于沒有母線，不存在母線故障的問題，減少了故障發(fā)生的概率。然而，單元接線的靈活性較差，當(dāng)發(fā)電機或變壓器故障時，整個單元都需要停電檢修，影響范圍較大。單元接線一般適用于大型發(fā)電機組，尤其是單機容量在300MW及以上的機組，在大型發(fā)電廠的脫硫除塵系統(tǒng)中也有廣泛應(yīng)用。橋形接線采用4個回路3臺斷路器和6個隔離開關(guān)，是接線中斷路器數(shù)量較少、投資較省的一種接線方式。根據(jù)橋形斷路器的位置又可分為內(nèi)橋和外橋兩種接線。內(nèi)橋接線中，橋斷路器位于線路斷路器的內(nèi)側(cè)，靠近變壓器，適用于輸電線路較長、故障概率較高、變壓器不需要頻繁切換的場合。其優(yōu)點是當(dāng)線路發(fā)生故障時，僅故障線路的斷路器跳閘，不影響其他回路的正常運行；變壓器操作時，只需斷開相應(yīng)的斷路器和隔離開關(guān)，操作較為簡單。缺點是當(dāng)變壓器發(fā)生故障時，需要斷開橋斷路器和兩側(cè)的線路斷路器，影響范圍較大。外橋接線中，橋斷路器位于線路斷路器的外側(cè)，靠近線路，適用于輸電線路較短、變壓器需要頻繁切換的場合。其優(yōu)點是當(dāng)變壓器發(fā)生故障時，僅故障變壓器的斷路器跳閘，不影響其他回路的正常運行；線路操作時，只需斷開相應(yīng)的斷路器和隔離開關(guān)，操作較為簡單。缺點是當(dāng)線路發(fā)生故障時，需要斷開橋斷路器和兩側(cè)的變壓器斷路器，影響范圍較大。橋形接線一般適用于中小型發(fā)電廠或變電所，在一些對供電可靠性要求不是特別高的脫硫除塵系統(tǒng)中也可采用。結(jié)合發(fā)電廠的實際需求，在選擇電氣主接線方案時，需綜合考慮發(fā)電廠的規(guī)模、機組容量、負荷性質(zhì)、供電可靠性要求、投資成本等因素。對于大型發(fā)電廠，由于其機組容量大、負荷重要，對供電可靠性要求極高，通常采用雙母線接線或單元接線方式，以確保脫硫除塵系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。例如，某600MW大型燃煤發(fā)電廠，其脫硫除塵系統(tǒng)采用雙母線接線方式，通過合理的倒閘操作和設(shè)備配置，實現(xiàn)了系統(tǒng)的高可靠性運行，在多次設(shè)備檢修和故障情況下，都能夠保證脫硫除塵設(shè)備的正常工作，有效減少了污染物的排放。而對于一些小型發(fā)電廠或?qū)╇娍煽啃砸笙鄬^低的場合，可以采用單母線接線或橋形接線方式，以降低投資成本。例如，某小型自備電廠，其脫硫除塵系統(tǒng)采用單母線分段接線方式，在滿足基本供電需求的前提下，降低了設(shè)備投資和運行成本。在實際工程中，還可以根據(jù)具體情況對常見的主接線方式進行改進和優(yōu)化，以更好地滿足發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)的特殊需求。例如，在雙母線接線的基礎(chǔ)上，采用雙母線分段帶旁路接線方式，既提高了供電可靠性，又便于斷路器的檢修；在單元接線中，增加備用電源自動投入裝置，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。通過對電氣主接線的合理設(shè)計和選擇，可以為發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行提供堅實的電力保障。4.2設(shè)備選型與配置4.2.1高低壓電氣設(shè)備選型高低壓電氣設(shè)備作為發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其選型的合理性直接關(guān)系到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和性能表現(xiàn)。在進行高低壓電氣設(shè)備選型時，需全面考量多個關(guān)鍵因素，其中額定電壓和額定電流是最為重要的參數(shù)。額定電壓的選擇需嚴格依據(jù)系統(tǒng)的運行電壓要求。我國發(fā)電廠的中壓系統(tǒng)常見電壓等級有3kV、6kV和10kV，在脫硫除塵系統(tǒng)中，許多大功率設(shè)備如漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機等，通常選用6kV或10kV的中壓電機，與之配套的高低壓開關(guān)柜、變壓器等設(shè)備的額定電壓也應(yīng)與之相匹配。例如，若某發(fā)電廠的脫硫除塵系統(tǒng)中，漿液循環(huán)泵采用的是6kV的高壓電機，那么為其供電的高壓開關(guān)柜的額定電壓就必須為6kV，以確保設(shè)備之間的電氣兼容性和正常運行。同時，還需考慮系統(tǒng)中的電壓波動情況，一般要求電氣設(shè)備的額定電壓能夠適應(yīng)±10%的電壓波動范圍，以保證在各種工況下設(shè)備都能穩(wěn)定運行。額定電流的確定則要綜合考慮設(shè)備的負載情況和運行方式。對于高壓開關(guān)柜，其額定電流需滿足所連接設(shè)備的最大負荷電流需求，并預(yù)留一定的裕量，以應(yīng)對設(shè)備的啟動電流和未來可能的負荷增長。例如，某大型發(fā)電廠的脫硫系統(tǒng)中，氧化風(fēng)機的額定功率為1000kW，額定電壓為6kV，根據(jù)功率計算公式P=\sqrt{3}UIcos\varphi（其中P為功率，U為電壓，I為電流，cos\varphi為功率因數(shù)，一般取0.85），可計算出其額定電流約為114A。在選擇高壓開關(guān)柜時，其額定電流應(yīng)大于114A，并考慮一定的裕量，如選擇額定電流為160A的開關(guān)柜，以確保能夠可靠地為氧化風(fēng)機供電。對于低壓開關(guān)柜，同樣要根據(jù)所連接的低壓設(shè)備的電流需求進行選型。在脫硫除塵系統(tǒng)中，低壓設(shè)備種類繁多，如各類小型泵、風(fēng)機、電動閥門等，其電流大小各不相同。在選型時，需對每個低壓設(shè)備的電流進行詳細計算，并根據(jù)設(shè)備的分布情況和運行特點，合理確定低壓開關(guān)柜的出線回路數(shù)和額定電流。例如，某電廠的脫硫除塵系統(tǒng)中，有多個低壓電動閥門，每個閥門的電機功率為2.2kW，額定電壓為380V，根據(jù)公式計算可得每個電機的額定電流約為4.4A。若共有10個這樣的電動閥門，且分布在不同的區(qū)域，為了便于控制和管理，可選擇具有12個出線回路、額定電流為63A的低壓開關(guān)柜，既能滿足當(dāng)前設(shè)備的供電需求，又能為未來可能增加的設(shè)備預(yù)留一定的空間。變壓器作為電力傳輸和分配的重要設(shè)備，其選型也至關(guān)重要。在發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)中，變壓器的容量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的總負荷需求進行計算和選擇。一般來說，需考慮系統(tǒng)中所有設(shè)備的同時運行系數(shù)，即并非所有設(shè)備都會同時達到滿負荷運行狀態(tài)，根據(jù)實際工程經(jīng)驗，同時運行系數(shù)通常取0.7-0.9。例如，某發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)中，所有設(shè)備的總裝機容量為5000kW，若同時運行系數(shù)取0.8，則計算得到的變壓器容量需求為5000×0.8=4000kVA。在選擇變壓器時，應(yīng)選擇容量略大于4000kVA的標準型號，如4500kVA的變壓器，以確保能夠滿足系統(tǒng)的負荷需求，并具有一定的裕量。同時，還需考慮變壓器的短路阻抗、空載損耗、負載損耗等參數(shù)，選擇節(jié)能型變壓器，以降低能源消耗和運行成本。此外，在高低壓電氣設(shè)備選型過程中，還需充分考慮設(shè)備的可靠性、維護便利性、防護等級等因素。選擇具有良好口碑和較高可靠性的品牌產(chǎn)品，能夠有效降低設(shè)備的故障率，提高系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。設(shè)備的維護便利性也不容忽視，應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)簡單、易于維護的設(shè)備，減少維護工作量和維護時間。在防護等級方面，由于脫硫除塵系統(tǒng)的工作環(huán)境較為惡劣，存在高溫、高濕度、腐蝕性氣體等因素，因此需選擇防護等級符合要求的設(shè)備，如高壓開關(guān)柜一般應(yīng)選擇防護等級為IP42及以上的產(chǎn)品，以防止灰塵和水的侵入，保證設(shè)備的正常運行。通過綜合考慮以上各種因素，合理選擇高低壓電氣設(shè)備，能夠為發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供堅實的保障。4.2.2電機及驅(qū)動裝置配置電機作為發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)中各類設(shè)備的動力源，其類型的選擇和驅(qū)動裝置的配置直接影響到系統(tǒng)的運行效率、能耗以及設(shè)備的使用壽命。在電機類型選擇方面，需根據(jù)不同設(shè)備的工作特性和運行要求進行綜合考量。對于脫硫系統(tǒng)中的漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機等大功率設(shè)備，通常選用三相異步電動機。三相異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉等優(yōu)點，能夠滿足這些大功率設(shè)備長時間、高負荷運行的需求。例如，某大型發(fā)電廠的脫硫系統(tǒng)中，漿液循環(huán)泵的功率為800kW，選用的是一臺額定電壓為6kV的三相異步電動機，其具有較高的效率和功率因數(shù)，能夠穩(wěn)定地為漿液循環(huán)泵提供動力。同時，根據(jù)設(shè)備的運行工況，可選擇具有不同防護等級的三相異步電動機，如在潮濕、多塵的環(huán)境中，可選用防護等級為IP54及以上的電機，以防止灰塵和水的侵入，保證電機的正常運行。在除塵系統(tǒng)中，對于一些對調(diào)速性能要求較高的設(shè)備，如靜電除塵器的振打電機、布袋除塵器的清灰電機等，可選用變頻調(diào)速電機。變頻調(diào)速電機能夠通過改變電源頻率來實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而滿足不同工況下對設(shè)備運行速度的要求。例如，靜電除塵器的振打電機在不同的粉塵濃度和電場條件下，需要不同的振打頻率來保證極板上的粉塵能夠及時脫落，采用變頻調(diào)速電機后，可根據(jù)實際運行情況靈活調(diào)整振打電機的轉(zhuǎn)速，提高振打效果，保證除塵效率。同時，變頻調(diào)速電機還具有節(jié)能的優(yōu)點，在設(shè)備低負荷運行時，通過降低電機轉(zhuǎn)速，可有效降低能耗。驅(qū)動裝置的配置對于電機的高效運行和精準控制起著關(guān)鍵作用。變頻調(diào)速裝置作為一種常用的驅(qū)動裝置，在發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。變頻調(diào)速裝置通過改變電機的電源頻率和電壓，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的精確調(diào)節(jié)，從而達到節(jié)能和優(yōu)化設(shè)備運行的目的。在脫硫系統(tǒng)中，對漿液循環(huán)泵采用變頻調(diào)速裝置后，可根據(jù)煙氣中二氧化硫濃度的變化實時調(diào)整漿液循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)煙氣中二氧化硫濃度較低時，降低漿液循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，減少漿液的循環(huán)量，從而降低能耗；當(dāng)二氧化硫濃度升高時，提高漿液循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，增加漿液的循環(huán)量，以保證脫硫效率。根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用變頻調(diào)速裝置后，漿液循環(huán)泵的能耗可降低15%-25%。在選擇變頻調(diào)速裝置時，需根據(jù)電機的功率、電壓、電流等參數(shù)進行合理選型。同時，還需考慮變頻調(diào)速裝置的控制性能、可靠性和穩(wěn)定性。一些先進的變頻調(diào)速裝置具有智能化的控制功能，能夠自動識別電機的運行狀態(tài)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略進行調(diào)整，提高了系統(tǒng)的自動化水平和控制精度。此外，為了保證變頻調(diào)速裝置的正常運行，還需配備相應(yīng)的濾波裝置和保護裝置，以減少諧波對電網(wǎng)的影響，并防止電機和變頻調(diào)速裝置因過載、短路等故障而損壞。除了變頻調(diào)速裝置，軟啟動器也是一種常見的電機驅(qū)動裝置。軟啟動器主要用于電機的啟動過程，通過逐漸增加電機的啟動電壓，減小電機的啟動電流，避免電機在啟動時對電網(wǎng)和設(shè)備造成過大的沖擊。在脫硫除塵系統(tǒng)中，對于一些大功率電機，如氧化風(fēng)機等，采用軟啟動器能夠有效降低啟動電流，延長電機和設(shè)備的使用壽命。例如，某電廠的氧化風(fēng)機電機功率為630kW，采用軟啟動器后，啟動電流可控制在額定電流的3-4倍，相比直接啟動方式，啟動電流大幅降低，有效減輕了對電網(wǎng)的沖擊。電機及驅(qū)動裝置的配置還需考慮系統(tǒng)的兼容性和擴展性。在選擇電機和驅(qū)動裝置時，應(yīng)確保它們能夠與整個脫硫除塵系統(tǒng)的電氣控制和監(jiān)測系統(tǒng)相兼容，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸和共享，便于對系統(tǒng)進行集中監(jiān)控和管理。同時，為了滿足未來可能的系統(tǒng)升級和改造需求，電機及驅(qū)動裝置的配置應(yīng)具有一定的擴展性，能夠方便地進行設(shè)備的增加和更換。通過合理選擇電機類型和配置驅(qū)動裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)電機的節(jié)能運行和精準控制，提高發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)的運行效率和可靠性。4.3電氣保護與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計電氣保護系統(tǒng)是發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)安全運行的重要保障，其設(shè)計涵蓋多種保護功能，旨在全面應(yīng)對各類電氣故障，確保設(shè)備和人員的安全。短路保護是電氣保護系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。在脫硫除塵系統(tǒng)中，短路故障可能由電氣設(shè)備的絕緣損壞、線路老化、誤操作等原因引起。短路時，電流會瞬間急劇增大，可能對設(shè)備造成嚴重的損壞，甚至引發(fā)火災(zāi)等安全事故。為了有效應(yīng)對短路故障，通常采用熔斷器、斷路器等設(shè)備實現(xiàn)短路保護。熔斷器是一種簡單而有效的短路保護裝置，當(dāng)電路中出現(xiàn)短路電流時，熔斷器的熔體迅速熔斷，切斷電路，從而保護設(shè)備和線路。在一些小型電氣設(shè)備或?qū)Χ搪繁Ｗo要求較高的分支電路中，熔斷器得到了廣泛應(yīng)用。例如，在脫硫系統(tǒng)的控制電路中，可安裝合適額定電流的熔斷器，當(dāng)電路發(fā)生短路時，熔斷器能夠快速動作，防止短路電流對控制設(shè)備造成損壞。斷路器則具有更為強大的短路保護功能，它不僅能在短路時迅速切斷電路，還能在過載、欠壓等情況下起到保護作用。在大型電氣設(shè)備和主電路中，斷路器是常用的短路保護設(shè)備。例如，在為脫硫除塵系統(tǒng)提供電力的高壓開關(guān)柜中，配置額定短路開斷電流符合要求的斷路器，當(dāng)發(fā)生短路故障時，斷路器能夠在極短的時間內(nèi)（通常在幾毫秒到幾十毫秒之間）切斷故障電流，保護整個電氣系統(tǒng)的安全。過流保護也是電氣保護系統(tǒng)不可或缺的一部分。過流故障是指電氣設(shè)備或線路中的電流超過了其額定電流，可能由設(shè)備過載、電機堵轉(zhuǎn)、線路接觸不良等原因?qū)е?。長期過流運行會使設(shè)備發(fā)熱加劇，加速絕緣老化，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至引發(fā)設(shè)備損壞。為了防止過流故障對設(shè)備造成損害，一般采用熱繼電器、過流繼電器等設(shè)備實現(xiàn)過流保護。熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的，當(dāng)電路中的電流超過熱繼電器的整定電流時，熱元件發(fā)熱使雙金屬片彎曲，從而推動觸點動作，切斷控制電路，使接觸器失電，進而切斷主電路，實現(xiàn)對設(shè)備的保護。在一些小型電機的控制電路中，熱繼電器被廣泛應(yīng)用。例如，在脫硫除塵系統(tǒng)中的小型電動閥門電機的控制電路中，安裝熱繼電器，當(dāng)電機過載時，熱繼電器能夠及時動作，保護電機不被燒毀。過流繼電器則是根據(jù)電流大小來動作的繼電器，當(dāng)電路中的電流超過其設(shè)定的動作值時，過流繼電器迅速動作，發(fā)出信號或切斷電路。在大型電機和重要的電氣設(shè)備中，常采用過流繼電器進行過流保護。例如，對于氧化風(fēng)機等大功率電機，可配置過流繼電器，當(dāng)電機出現(xiàn)過流故障時，過流繼電器能夠快速響應(yīng)，采取相應(yīng)的保護措施，如報警、跳閘等，確保電機和整個系統(tǒng)的安全。此外，電氣保護系統(tǒng)還包括欠壓保護、過壓保護、漏電保護等功能。欠壓保護能夠在電壓過低時，自動切斷電路，防止設(shè)備因電壓不足而無法正常工作或損壞。在脫硫除塵系統(tǒng)中，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動較大時，欠壓保護裝置能夠保護電氣設(shè)備免受低電壓的影響。過壓保護則是在電壓過高時，迅速動作，限制電壓的升高，保護設(shè)備的絕緣。例如，在雷電天氣或電網(wǎng)出現(xiàn)異常情況時，過壓保護裝置能夠有效防止過電壓對設(shè)備造成損壞。漏電保護主要用于防止人員觸電和電氣火災(zāi)等事故，當(dāng)電路中出現(xiàn)漏電現(xiàn)象時，漏電保護裝置能夠迅速切斷電路，保障人員和設(shè)備的安全。在一些潮濕、多塵的工作環(huán)境中，如脫硫塔內(nèi)部的電氣設(shè)備，漏電保護尤為重要。監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)中起著實時監(jiān)測和故障預(yù)警的關(guān)鍵作用，能夠有效提高系統(tǒng)的運行可靠性和安全性。監(jiān)控系統(tǒng)通過傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置等設(shè)備，對電氣設(shè)備的運行狀態(tài)進行全方位的實時監(jiān)測。對于電機，監(jiān)控系統(tǒng)可實時監(jiān)測其電流、電壓、轉(zhuǎn)速、溫度等參數(shù)。例如，通過電流傳感器實時采集電機的運行電流，當(dāng)電流超過額定值時，可能預(yù)示著電機過載或出現(xiàn)故障；通過溫度傳感器監(jiān)測電機的繞組溫度，若溫度過高，可能表示電機散熱不良或內(nèi)部存在短路等問題。對于變壓器，監(jiān)控系統(tǒng)則重點監(jiān)測其油溫、繞組溫度、油位、瓦斯氣體等參數(shù)。油溫過高可能是變壓器過載、散熱系統(tǒng)故障或內(nèi)部存在故障導(dǎo)致的；繞組溫度過高會影響變壓器的絕緣性能，甚至引發(fā)事故；油位異?？赡鼙硎咀儔浩鞔嬖诼┯偷葐栴}；瓦斯氣體的產(chǎn)生則可能是變壓器內(nèi)部發(fā)生故障的征兆。通過對這些運行參數(shù)的實時監(jiān)測，監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況，并通過數(shù)據(jù)分析和處理，準確判斷設(shè)備是否存在故障隱患。當(dāng)檢測到參數(shù)異常時，監(jiān)控系統(tǒng)會立即發(fā)出故障預(yù)警信號，提醒操作人員采取相應(yīng)的措施。預(yù)警方式通常包括聲光報警、短信通知、郵件提醒等。例如，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)檢測到某臺漿液循環(huán)泵電機的電流突然增大且超過設(shè)定的閾值時，會立即在監(jiān)控界面上彈出報警窗口，同時發(fā)出響亮的警報聲，通知操作人員。此外，還會向相關(guān)管理人員的手機發(fā)送短信通知，告知故障設(shè)備的名稱、位置和故障類型等信息，以便及時進行處理。除了實時監(jiān)測和故障預(yù)警功能外，監(jiān)控系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)記錄和分析功能。它能夠記錄電氣設(shè)備的歷史運行數(shù)據(jù)，包括各種參數(shù)的變化趨勢、設(shè)備的啟停時間、故障發(fā)生的時間和類型等。通過對這些歷史數(shù)據(jù)的深入分析，運維人員可以了解設(shè)備的運行規(guī)律和性能變化，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，并為設(shè)備的維護和檢修提供有力的依據(jù)。例如，通過分析電機的歷史電流數(shù)據(jù)，可以判斷電機是否存在長期過載運行的情況，從而合理調(diào)整設(shè)備的運行方式或進行設(shè)備升級；通過分析變壓器的油溫變化趨勢，可以預(yù)測變壓器的故障發(fā)生概率，提前安排維護計劃，避免設(shè)備故障的發(fā)生。在某發(fā)電廠的脫硫除塵系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用。一次，監(jiān)控系統(tǒng)檢測到一臺靜電除塵器的電場電壓突然下降，通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，判斷可能是電場內(nèi)部存在放電或電極積灰嚴重等問題。監(jiān)控系統(tǒng)立即發(fā)出預(yù)警信號，通知運維人員進行檢查和處理。運維人員根據(jù)預(yù)警信息，迅速對靜電除塵器進行檢查，發(fā)現(xiàn)是電極積灰過多導(dǎo)致電場電壓下降。經(jīng)過及時的清灰處理，靜電除塵器恢復(fù)了正常運行，避免了因電場電壓下降而導(dǎo)致的除塵效率降低和設(shè)備損壞等問題。電氣保護與監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)中相輔相成，電氣保護系統(tǒng)能夠在故障發(fā)生時迅速切斷電路，保護設(shè)備和人員的安全；監(jiān)控系統(tǒng)則能夠?qū)崟r監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)故障隱患并發(fā)出預(yù)警，為及時處理故障提供保障。通過合理設(shè)計和有效運行電氣保護與監(jiān)控系統(tǒng)，能夠確保脫硫除塵系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運行。五、案例分析5.1某發(fā)電廠脫硫除塵系統(tǒng)實例某發(fā)電廠作為地區(qū)重要的電力供應(yīng)源，裝機容量為2×600MW，配備兩臺600MW的超臨界燃煤發(fā)電機組。該發(fā)電廠的脫硫除塵系統(tǒng)在保障電力穩(wěn)定供應(yīng)和減少污染物排放方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在脫硫工藝方面，采用了廣泛應(yīng)用且技術(shù)成熟的石灰石-石膏法。此工藝憑借其脫硫效率高、吸收劑來源廣泛、價格低廉以及副產(chǎn)物可綜合利用等顯著優(yōu)勢，成為眾多大型燃煤發(fā)電廠的首選。該發(fā)電廠的脫硫系統(tǒng)主要由吸收塔、漿液循環(huán)系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)、石灰石漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)以及煙氣系統(tǒng)等部分組成。吸收塔作為核心設(shè)備，采用逆流噴淋空塔結(jié)構(gòu)，塔高40米，直徑15米。這種結(jié)構(gòu)能夠使煙氣與吸收漿液實現(xiàn)充分的逆流接觸，極大地提高了氣液傳質(zhì)效率，為高效脫硫提供了有力保障。在吸收塔內(nèi)，從頂部噴淋而下的石灰石漿液與從底部進入的高溫?zé)煔饽嫦蛄鲃樱纬闪己玫膫髻|(zhì)條件，促使二氧化硫與吸收漿液充分反應(yīng)。漿液循環(huán)系統(tǒng)配備了4臺漿液循環(huán)泵，每臺泵的流量為5000立方米/小時，揚程為20米。這些泵將吸收塔底部的漿液不斷循環(huán)輸送至吸收塔頂部的噴淋層，通過100個高效噴嘴將漿液霧化成細小的液滴，液滴直徑可達到0.5-1毫米，從而增大與煙氣的接觸面積，顯著提高脫硫效率。氧化空氣系統(tǒng)則通過3臺氧化風(fēng)機向吸收塔內(nèi)的漿液中鼓入空氣，每臺風(fēng)機的風(fēng)量為1000立方米/小時，風(fēng)壓為50kPa。氧化空氣在攪拌器的作用下與漿液充分混合，確保亞硫酸鈣能夠充分氧化成硫酸鈣，為后續(xù)的石膏結(jié)晶和脫水創(chuàng)造良好條件。石灰石漿液制備系統(tǒng)設(shè)有2臺球磨機，每臺磨機的出力為10噸/小時，能夠?qū)⑹沂涎心コ闪叫∮?25目（44μm）的細粉。這些細粉與水混合制成濃度為30%的石灰石漿液，為脫硫反應(yīng)提供充足的吸收劑。石膏脫水系統(tǒng)采用真空皮帶脫水機，其脫水能力為30噸/小時，能夠?qū)⑽账{池中生成的石膏漿液脫水至含水量低于10%，產(chǎn)出符合商品標準的石膏，實現(xiàn)資源的回收利用。在除塵工藝方面，該發(fā)電廠選用了靜電除塵器與布袋除塵器相結(jié)合的方式，即電袋復(fù)合除塵技術(shù)。這種技術(shù)融合了靜電除塵和布袋除塵的優(yōu)點，能夠有效提高對細微粉塵的捕集效率，確保除塵效果達到高標準。靜電除塵器部分設(shè)置了3個電場，電場風(fēng)速為1.2米/秒，有效驅(qū)進速度為8厘米/秒。在電場的作用下，煙氣中的大部分粉塵被荷電并吸附到集塵極板上，實現(xiàn)初步除塵。布袋除塵器部分則采用了PPS（聚苯硫醚）濾料，過濾風(fēng)速為0.8米/分鐘，這種濾料具有良好的耐高溫、耐腐蝕性能，能夠適應(yīng)發(fā)電廠煙氣的復(fù)雜工況。經(jīng)過靜電除塵器初步除塵后的煙氣進入布袋除塵器，進一步去除細微粉塵，確保最終排放的粉塵濃度符合嚴格的環(huán)保標準。5.2系統(tǒng)控制與電氣設(shè)計方案實施在設(shè)備安裝環(huán)節(jié)，脫硫系統(tǒng)的吸收塔安裝是關(guān)鍵工作之一。由于吸收塔體積龐大、重量較重，通常采用倒裝法進行安裝。首先在基礎(chǔ)上安裝吸收塔的最底層塔節(jié)，然后利用提升裝置，如液壓提升裝置，將已安裝好的塔節(jié)逐步提升，再依次安裝上一層塔節(jié)，直至完成整個吸收塔的安裝。在安裝過程中，要嚴格控制塔體的垂直度和各塔節(jié)之間的連接質(zhì)量，確保塔體的密封性和穩(wěn)定性。例如，某發(fā)電廠在吸收塔安裝時，使用高精度的全站儀對塔體垂直度進行實時監(jiān)測，每安裝一層塔節(jié)，都要進行垂直度測量和調(diào)整，確保塔體垂直度偏差控制在允許范圍內(nèi)，從而保證了吸收塔在運行過程中不會出現(xiàn)傾斜和晃動等問題，為脫硫系統(tǒng)的正常運行提供了保障。漿液循環(huán)泵的安裝也至關(guān)重要。在安裝前，要對泵的基礎(chǔ)進行檢查和驗收，確?；A(chǔ)的平整度和強度符合要求。安裝時，先將泵的底座固定在基礎(chǔ)上，然后安裝泵體和電機，并進行精確的對中調(diào)整，保證泵軸與電機軸的同軸度誤差