CN1014496B - 三氧化硫烟道气的调节系统 - Google Patents

Abstract

用来将一种调节剂注入一发电设备之烟道气中的空气污染控制系统。此种调节剂改变此烟道气中细粒物质的电阻率，使其能更易接收静电电荷，此调节剂的注入速率的控制，是通过对供给于此静电式烟道气调节系统之功率源的平均输入功率进行周期地取样来监控。用一台比例一积分控制器来接收表示此平均输入功率与一预定阈值信号间之差的信号。由此比例一积分控制器产生的控制信号，则促使SO₃之类调节剂加到烟道气中之速率逐渐变化。

Description

本发明涉及一种用来调节带SO₃之烟道气以便提高电力除尘器之效率的系统，更具体地说，涉及到通过监控此电力除尘器之输入功率来进行控制的一种系统。

发电厂的烟道气一直被公认为是大气的一种污染源。此种烟道气中携载的细粒物质能够借电力除尘器去掉，后者使得每个这样的细粒都接收一个电荷，然后利用此种电荷将这些细粒吸至一集尘器板上进行处理。这类电力除尘器的效率取决于各个细粒接收电荷的能力，即取决于这些细粒的电阻率。业已知道，烟道气中存在有SO₃，能有效地降低此种细粒的电阻率，使它们易于带静电。

在煤的燃烧过程中，某些天然存在的硫转变为SO₃。另一方面，SO₃在降低烟道气中细粒物质之电阻率的有效程度上则取决于SO₃的浓度，且当此浓度为15至20ppm时，产生最佳效果。这样，除尘器的效率就与所燃烧之煤中的硫含量无关，而受到调节输入于此烟道气中的SO₃气体，使整个SO₃浓度处于上述最佳范围之能力的影响。

要是SO₃的浓度过低，则此除尘器将至少是在达不到最佳效率的条件下工作。另一方面，如果SO₃的浓度太高，则此时的烟道气成为高度酸性的，形成一种“蓝色的羽状烟”，成为产生酸雨的一种原因。此外，酸性烟道气还会侵蚀载运此烟道气的管道。

烟道气中SO₃的浓度变化速率原本是很慢的。于是，具有低于最佳SO₃浓度的烟道气便构成了一个需要耗用数十分钟来校正的排出物问题。对于工作状况与排出物管理规程不符的电力系统，会被强制其降低功率输出，直至排出物能符合规定。因此，重要的是去找到一种方法使排出物的浓度保持在最佳范围内。

在先有技术中，周知是对正输送给发电机的煤中硫含量进行采样，以便可用人工来调节SO₃气体注入到废气中的速率。这种方法由于前面述及的时间滞后问题，虽然会在大大不同于最佳的条件下来进行。除此，还必须指派专人采集煤的样品并从事测试。

另一种方法是，在烟道气的烟道出口处设置暗度仪，它能测定出此废气中所含SO₃的浓度是否高出最佳范围。进行测定时，为校正这一参数而经过的时间滞后，会长到不合要求的程度，这就必须降低发电机的输出功率，直至其再次符合排出物管理规程。

为此，希望能有一种SO₃烟道气系统，它能将SO₃注入烟道气中而使SO₃浓度保持到最佳水平，但它的响应速度又能缩短或消除掉此烟道气未处在SO₃最佳浓度的那段时间。

这样，本发明的一个目的是提供一种可使时间反应大大缩短的SO₃发生系统。

本发明之另一目的则是提供一种能适应正燃烧中之煤的硫含量变化的SO₃注入系统。

本发明之又另一目的是提供一种能自动操作的SO₃注入系统。

本发明还有一个目的是提供一种能监控电力除尘器之输入功率的系统。

本发明还有另一个目的是提供这样一种SO₃气体注入系统，它 能周期性的测定供给此电力除尘器的输入功率，同时能调节注入于此种烟道气中的SO₃气体，使得此除尘器能在其最高效率下运行。

在本发明的一个实施例中，用来预调节电力除尘器中待处理之烟道气的系统，包括有一调节剂源以及用来将此种调节剂加到该烟道气中的装置。此外，这一系统还包括有用来测定电力除尘器的输入功率级之装置，以及用来监控此输入功率级和控制该添加到烟道气中之调节剂数量的装置，得以将上述输出功率大致保持到预定的级别。就本发明的实际应用来说，合适的一种调节剂为SO₃。事实上，任何能有效降低灰尘微粒之电阻率因而能使之易于带静电的物质，都可用于本发明所述方法的范围内。

在另一个实施例中，则公开了一种空气污染控制系统，通过静电沉积的方法来除去烟道气中的飞灰。此种控制系统包括：一台装于能接收烟道气流之位置处的电力除尘器;将要添加到烟道气中之调节剂的源;以及在此烟道气进入该电力除尘器之前将上述调节剂注入烟道气中的装置。此外，这种空气污染控制系统还包括有用来测定此电力除尘器的输入功率级之装置，以及用来监控此输入功率级和调节该注入到烟道气中之调节剂数量的控制装置，以使上述输入功率级大致保持到预定级别上。这种控制装置能够周期性的对除尘器的输入功率进行采样，以产生一个正比于添加到该烟道气中之调节剂变化率的控制信号。

图1为一电力除尘器的工作原理图，其中结合有利用将转变为SO₃之液体SO₂源来预调节烟道气的系统;

图2为一电力除尘器的工作原理图，其中结合有利用液体SO₃源来预调节烟道气的系统;而

图3为用于本发明之预调节烟道气系统的比例一积分控制器之示意图。

参看图1，电力除尘器10在入口12接收烟道气而在出口14排出烟道气。在室16内，此除尘器包含有一批常规的静电板，它们能够相对于此除尘器的机壳保持一直流（DC）电压电位。在除尘器室内还设有为烟道气中粒状物质提供静电荷的设备。

除尘器室内的这批静电板借助变压器-整流器（T/R）组18保持着适当的DC电压电位。此T/R组中的每一个可以各自连接到这批静电除尘板中的一个单元板上，T/R组中的变压器会使供给的交流（AC）电压显著的升高，向其中的整流器则能从已变换的AC电压产生一DC电压。具备合适规格的T/R组已由Environecs公司或Buell公司生产出。

此T/R组18各自由自动电压控制器（AVC）20来供给AC电压。适用的AVC已由Neandorfer公司生产出，并由微处理机控制，使得当这些静电除尘器板吸引与收集带电的细粒物质时，在此种板上保持着适当的DC电压。这样，供给各个T/R组的输入功率即由此AVC确定。

各T/R组的输入功率之信号指示是由AVC相对于功率测量元件22所产生的。此种功率测量元件例如可以是伊利诺斯州Bloomingdale地区的应用系统工艺公司生产的KW-101型功率变换器。各个功率测量元件产生一电流信号，正比于由其相应的T/R组给出的输入功率。这些电流信号为功率信号平均器24所接收，后者例如可以用一种也是由伊利诺斯州Bloomingdale地区的应用系统工艺公司所生的KW-103型信号平均器。此功率信号平 均器，只要是当为一电流所指示的各个输入功率超过一预定的阈值时，它就产生一个正比于输入到各个T/R组的平均功率级。在这样的方式下，此功率信号平均器即给出一个正比于由运转着的T/R组所提供的输入功率。任何不接收功率的T/R组则不包括在此平均功率信号内。于是，此功率信号平均器可以包括一台微处理机，后者编有只取决于超过一预定阈值的电流输入信号的程序。

由该功率信号平均器所产生的信号转送到流量控制器26，此控制器可以是一种以微处理机为基础的控制器，例如是Moore Mycro 352E型的一种控制器。在下面将会更详细地叙述的一种方式下，此流量控制器响应这样一个信号，它通过功率信号平均器产生一供给化合物供料控制元件28的增量改变信号而给出。此化合物供料控制元件接收所供给的化合物调节剂，例如SO₃。SO₃的一种源为液态SO₂，例如由化合物给料管30供给于供料控制元件28。另一种方式是，供给此化合物控制元件的SO₂可以通过在空气中或在过量氧中燃烧硫而取得。在由化合物给料器把液态SO₂供给此化合物供料控制元件的情形，此控制元件将一控制量的液态SO₂送至SO₃发生器32，后者将气态的SO₃输送给SO₃注入器34。上述SO₃发生器，例如可用催化床的形式。这些注入器则位于电力除尘器10上游处烟道气管道36之中。要是此化合物给料器是把液态SO₂供给于化合物供料控制元件，则此控制元件可以采用例如东芝VT130G1型的一种变速AC感应电动机。由上述流量控制器所产生的增量信号引起此化合物供料控制电动机的速度发生一增量改变，而导致气态SO₃添加到烟道气管道36之烟道气中的比率发生变化。典型的情况是，此SO₃注入器能够以6至 25ppm的比率注入SO₃气体。于是，此种控制元件就能使气态SO₃，以包括着导致电力除尘器10获得最佳性能的注入器速率在内的速率注入。

还存在有其它一些方式将SO₃加到烟道气中。例如可在流量控制器的信号下，通过一液体配量器件，从化合物给料器将液态SO₃供给一蒸发器系统37，后者则与烟道气管道通连。此种装置示明于图2。

再来参看图3，这是用于本发明一实施例中的比例一积分控制系统的示意图，其中可以看到用来将增量控制信号提供给化合物供料控制元件28（参看图1）的一种装置。由于这一示意图是用来了解此种控制器的操作的，熟悉本项工艺的人应该认识到，图3中所示控制系统的功能可由设在流量控制器（26）（参看图1）内经适当编定了程序的一台微处理机来执行。

在此控制系统中，由功率信号平均器24所产生的平均输入功率与一预定的阈值间之差，经计算出而产生一供给于时标比较器40的差异信号。此比较器分别接收一周期性的时钟信号42与上、下限信号44与46。当此比较器接收到一来自时钟信号42的脉冲时，它就将此差动信号分别与该上、下限信号比较。要是此抽样的差异信号位于前述上、下限信号之间，此比较器就等待着来自时钟信号42的下一个脉冲。要是此差异信号落在该上、下限信号区间之外，则产生一内部的起始信号，启动定出一预定的时间间隔，例如十分钟。经过此预定的时间间隔后，此比较器就再次将该差异信号与上、下限信号比较，确定出此差异信号是否落在上、下限信号之外。如果是这样，就给出一停机信号，而此比较器就把这一差异信号传送给它的输出设 备，直至此比较器接收到时钟信号42的下一个脉冲。

通过比较器40的这一差异信号然后为比例一积分控制器48接收，后者使此通过的差异信号受到加权运算器50与52的处理，比例数与积分数分别记为K_P与K_I。积分加权运算器52所输出的信号传送到积分器54，后者对此已加权的信号进行积分，直到比较器40给出一停机信号。比例加权运算器与积分器所输出的已加权之信号则在加法器56中相加，产生一个送到化合物供料控制元件28的控制信号。

每当比较器40确定出上述差异信号是处于下限信号与上限信号所界定的区间之外时，它就启动起始信号。因此，只要是此差异信号落到下限信号与上限信号所确定的区间之外，这一差异信号就将经过比较器而到达加权运算器，而后由加法器产生一非零信号。

如果例如是此差异信号超过了上限，则电力除尘器的平均输入功率必须会过高，说明存在有过量的SO₃浓度，而使飞灰的电阻率减降到使此电力除尘器能获得最佳性能的范围之下。此时的控制信号由于加权常数K_P与K_I取负值而为负的，就会促使化合物供料控制元件28减慢将调节剂输入烟道气内的速率。结果使得上述电阻率加大，而把输入功率减小到合乎要求的水平。

另一方面，要是上述差异信号处于该下限信号值之下，则比例一积分控制器48就给出一正的控制信号，而提高注入于烟道气内之SO₃的速率。

熟悉本项工艺的人显然可以对上面详细描述过的实施例作出种种改进，但这些改进都应属于本发明的范围内，而这一范围仅仅由后附的权利要求书所规定。

Claims (18)

1、一种对电力除尘器中处理之烟道气进行预调节的系统，包括：

调节剂源；

用来有控制地将此调节剂加到烟道气中的装置；

用来测定此电力除尘器的输入功率级的装置；以及

控制装置，用来监控上述输入功率级和控制加入到烟道气中之调节剂数量，得以大体上将此输入功率保持在一预定的级别上。

2、如权利要求1所述的这种用于预调节烟道气的系统，其中所说的控制装置包括：

用来产生一正比于上述监控到的输入功率级与预定之功率级的差值的差异信号之装置;以及

根据上述差异信号来控制加入到烟道气中之调节剂数量的装置。

3、如权利要求1所述的这种用于预调节烟道气的系统，其中所说的控制装置包括：

用来产生一正比于上述监控到的输入功率级与预定之功率级的差值之差异信号的装置;

时钟装置，用来响应起始信号而测定出通过一预定间隔之时间，并在通过此时间间隔后产生一停机信号;

响应上述停机信号，用来产生一控制信号来调节添加到烟道气中调节剂数量的装置，此控制信号则为一误差信号与此误差信号的时间积分之加权和。

4、如权利要求3所述的这种用于预调节烟道气的系统，其中所述添加调节剂的改变率与上述控制信号成正比。

5、如权利要求1所述的这种用于预调节烟道气的系统，其中说及的调节剂为SO₃。

6、如权利要求1所述的这种用于预调节烟道气的系统，其中述及的控制装置包括：

用来产生一正比于上述监控到的输入功率级与预定之功率级的差值之差异信号的装置;

时钟装置，用来响应起始信号而测定出通过一预定间隔之时间，并在通过此间间隔后产生一停机信号;

用来根据上述时钟装置所产生的信号，将所说差异信号与预定之上、下限加以比较的装置;

响应上述停机信号，用来将上述差异信号与预定之上、下限加以比较的装置，此装置同时用来产生一控制信号以调节添加到烟道气中之调节剂的数量，而此控制信号则为误差信号与此误差信号的时间积分的加权和。

7、如权利要求6所述的这种用于预调节烟道气的系统，其中所说的时钟装置产生出周期性的信号。

8、如权利要求1所述的这种用于预调节烟道气的系统，其中所述的调节剂源乃是一种液态SO₂源，而用来有控制地将此种调节剂添加到烟道气中的装置包括：连接到此液态SO₂源的控制泵以及用来将SO₂转变为SO₃的催化床，此催化床则连接到此控制泵上，而在此催化床与烟道气之间则连接有SO₃注入器。

9、如权利要求1所述的这种用于预调节烟道气的系统，其中所说的调节剂乃是一种液态SO₃源，而用来有控制地将此调节剂添加到烟道气中的装置则包括一连接到液态SO₃源的液体配量器件，以及一连接在此液体配量器件与烟道气之间的蒸发器。

10、如权利要求1所述的这种用于预调节烟道气的系统，其中的调节剂源乃是在空气或过量氧中燃烧硫时所产生的SO₂。

11、用来通过电力除尘器从烟道气中除去飞灰的一种空气污染控制系统，包括：

设置于可接收烟道气流位置处的电力除尘器;

拟加入到此烟道气中之调节剂源;

在烟道气进入到电力除尘器之前，用来将此调节剂注入于烟道气中调节装置;

用来测定此电力除尘器之输入功率级的装置;以及

用来监控此电力除尘器的输入功率级之装置，此装置同时用来调节注入于烟道气中之调节剂数量，以使此输入功率级大致保持在一预定的级别上。

12、如权利要求11所述的这种空气污染控制系统，其中所说的电力除尘器包括一批部段，各个部段由独立的功率源接收其功率，而上述电力除尘器的输入功率级则是供给于这一批功率源的各输入功率级之总和。

13、如权利要求12所述的这种空气污染控制系统，其中供给于上述这批独立功率源各个中的功率是通过此各个独立功率源所用的电流来测量，而此电力除尘器的输入功率级则是通过将此各个独立功率源所用的输入电流相加来测量。

14、如权利要求13所述的空气污染控制系统，其中相加在一起用来计算前述输入功率级的各独立输入电流都必须超过一独立的阈值。

15、如权利要求14所述的这种空气污染控制系统，其中说及的调节剂为SO₃。

16、如权利要求11所述的这种空气污染控制系统，其中说及的调节剂为一液态SO₂源，而用来有控制地将此种调节剂添加到烟道气中的装置则包括一连接在该液态SO₂源的控制泵，以及一用来将SO₂转变为SO₃的催化床，此催化床则连接到这些控制泵上，而在此催化床与烟道气之间则连接着一批SO₃注入器。

17、如权利要求11所述的这种空气污染控制系统，其中所述的调节剂源乃是一种液态SO₃源，而用来有控制地将此种调节剂加入到烟道气中的装置，则包括一连接至液态SO₃源的液体配量器件以及一连接在此液体配量器件与烟道气之间的蒸发器。

18、如权利要求11所述的这种空气污染控制系统，其中所述的调节剂源乃是由在空气或过量氧气中燃烧硫时所产生的SO₂。

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