[发明专利]一种循环流化床的炉内脱硫优化控制方法

权利要求书

1.一种循环流化床的炉内脱硫优化控制方法，其优化控制系统包括：数据通讯子系统、硫份在线校正子系统、二氧化硫预测子系统、石灰石控制子系统；其中，数据通讯子系统与DCS系统的OPC服务器通讯软件交互数据，硫份在线校正子系统连接数据通讯子系统，二氧化硫预测子系统分别连接硫份在线校正子系统和数据通讯子系统，石灰石控制子系统分别连接二氧化硫预测子系统和数据通讯子系统；其特征在于，包括如下步骤：

1)数据通讯子系统以OPC客户端通讯软件通过RS485通讯协议与DCS系统的OPC服务器通讯软件交互数据；

2)硫份在线校正子系统通过数据通讯子系统从DCS系统的OPC服务器通讯软件读取实时运行数据：烟道实际二氧化硫浓度和实际给煤量，计算求得煤质硫份校正系数，计算方法如下：

β = [ dm C a O d t + K C a O B C o a l m C a O ] * M CaCO 3 η C a * M C a O * B C a - - - ( 1 ) ]]>

式中：mCaO为炉膛内活性石灰石的量，kg；BCoal为计算给煤量，kg/s；为石灰石的摩尔质量，kg/kmol；MCaO为氧化钙的摩尔质量，kg/kmol；BCa为石灰石给料量，kg/s；ηCa为石灰石给料量中所含纯净CaCO3的比例；β为给煤中含硫量的比例系数，假设厂用设计煤种含硫量比例系数为β＝1；KCaO为活性石灰石和SO2反应速率系数；

3)二氧化硫预测子系统根据来自硫份在线校正子系统的煤质硫份校正系数和来自OPC服务器通讯软件的实时运行数据，使用石灰石脱硫机理模型预测炉膛内二氧化硫浓度，具体步骤包括：

步骤1：炉内石灰石存储模型的建立

步骤1.1：炉内CaCO3煅烧模型：

CaCO3的煅烧速率可表示如下：

dm CaCO 3 d t = B C a η C a - R CaCO 3 - - - ( 2 ) ]]>

其中，CaCO3煅烧分解反应速率系数由确定，

其中exp为指数e，取值2.718；SR取7×104m2/kg，ηCa取0.9；

步骤1.2：炉内CaO脱硫模型：

CaO的固化速率表示如下：

R C a O = K C a O * C SO 2 * S C a O - - - ( 3 ) ]]>

其中，CaO固硫反应速率系数

炉膛内SO2的摩尔浓度则可由下式确定：

C SO 2 = p SO 2 R T - - - ( 4 ) ]]>

单位体积内CaO颗粒的表面积SCaO则可由下式确定：

S C a O = 4 πr C a O 2 * N = 4 πr C a O 2 * m C a O ( 1 - σ ) / ρ C a O 4 3 πr C a O 3 = 3 m C a O ( 1 - σ ) r C a O ρ C a O m C a O = R CaCO 3 * M C a O M CaCO 3 - - - ( 5 ) ]]>

所以，将(4)、(5)式代入(3)式中，可得

R C a O = K C a O * S SO 2 * S C a O = K C a O 3 m C a O ( 1 - σ ) p SO 2 r C a O ρ C a O R T - - - ( 6 ) ]]>

步骤2：SO2预测模型的建立：

步骤2.1：炉内SO2生成速率：

G SO 2 = 1000 M s B C o a l βη S - - - ( 7 ) ]]>

其中，ηs＝0.69exp(1-963.33/T)，β为煤质硫份校正系数，已由式(1)给出；

步骤2.2：炉内SO2的消耗量：因为SO2与CaO是等摩尔反应，有：

R SO 2 = R C a O - - - ( 8 ) ]]>

步骤2.3：SO2排放量预测模型：

因此将(7)、(8)代入(9)式中，可得

上述式中,各符号含义如下：

BCoal、BCa—分别为单位时间给煤量(kg/s)、单位时间石灰石给粉量(kg/s)；

—炉膛内SO2浓度(mol/m3)；

GCaO、—分别为煅烧生成的CaO量(kg)、燃烧生成的SO2摩尔浓度(mol/m3)；

KCaO—分别为CaCO3煅烧分解反应速率系数、CaO固硫反应速率系数；

MCaO、MS—分别为CaCO3、CaO、SO2、S的摩尔质量(g/mol)；

mCaO—分别为炉膛内CaCO3、CaO的存储量(kg)；

N—单位体积内所含CaO颗粒的数目(个/m3)；

—炉膛内SO2的分压力(Pa)；

ρCaO—炉膛内CaO的分布密度(mg/m3)；

R—摩尔气体常数，一般取8.314；

RCaO、—分别为单位时间内煅烧消耗的CaCO3量(kg)、脱硫消耗的CaO摩尔量(mol)、脱硫消耗的SO2摩尔量(mol)；

rCaO—炉膛内CaO颗粒的半径(m)；

SR、SCaO—分别为石灰石有效比表面积(m2/kg)、单位体积内CaO颗粒的表面积(m2/m3)；

T—炉膛内部温度(K)；

V、V炉膛—分别为入炉总风量(m3/s)、炉膛内部体积(m3)；

α—漏风系数；

β—含硫量(％)；

λCaO—分别为炉膛内SO2、CaO的固化率；

ηs—硫转化率(％)；

ηCa—石灰石中CaCO3所占比例(％)，取90％；

σ—CaO颗粒孔隙率；

4)石灰石控制子系统结合二氧化硫浓度预测数据和通过数据通讯子系统读取的石灰石给料量实时运行数据，经过PID调节器计算，将石灰石给料量指令通过数据通讯子系统发送到OPC服务器通讯软件，从而DCS系统将指令发给现场设备。