CN102515297A - 一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自动控制方法 - Google Patents

Abstract

一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自动控制方法，以烟气负荷、废水蒸发前烟气温度与设定温度的偏差、以及废水罐液位为模糊控制输入参数，以废水计量泵启动持续时间和废水计量泵停止时间为控制输出量，建立三输入二输出的模糊控制器，对脱硫废水进行蒸发控制。本发明提供了一种用于脱硫废水蒸发过程的智能控制方法，适用于脱硫废水蒸发工艺的自动控制过程，提高了输入参数的可信度，减少了一靠单一流量偏差调节带来的误动作的可能，增强了控制方法的可靠性。

Description

一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自动控制方法

技术领域

本发明属于烟气脱硫废水处理过程控制领域，涉及一种用于湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自动控制方法。

背景技术

湿法烟气脱硫技术是我国目前应用最普遍的一种烟气脱硫技术，采用此项技术脱硫过程中会产生一定量的废水，该废水重金属含量超标，含悬浮物和呈弱酸性，直接排放会对环境造成很大的危害，必须经过处理达标后排放。目前在湿法烟气脱硫废水处理中一种工艺是将脱硫废水引入废水罐，并用废水计量泵将废水罐中的脱硫废水通过管道和喷嘴喷入锅炉尾部与除尘器之间的管道中，利用锅炉烟气的高温将喷入的脱硫废水蒸发为固体颗粒，并被后续的除尘器捕集。在此种工艺中，其传统的控制方法是将脱硫废水通过废水计量泵的连续运行通过PID调节器控制调节阀的开度控制喷入烟道中的废水量。采用此种方法由于废水计量泵的连续运行，仅通过调节阀控制废水量，往往导致废水量超过烟气的蒸发能力，使烟气含湿量增加，造成烟道酸性腐蚀，同时导致后部的除尘器堵塞。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有的湿法烟气脱硫技术中，对蒸发处理中废水量的控制与烟气的蒸发能力不适应，造成腐蚀，影响烟气脱硫效果，造成蒸发除尘设备堵塞。

本发明的技术方案为：一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自动控制方法，由控制系统进行自动控制，废水计量泵将废水罐中的脱硫废水通过废水管道输送到雾化喷嘴，锅炉烟气通过烟气通道输送至除尘器，雾化喷嘴向除尘器内喷入脱硫废水，利用锅炉烟气的高温对喷入的脱硫废水进行蒸发处理，对脱硫废水的蒸发控制包括以下步骤：

1)在烟气通道上设置烟气负荷测量装置测量烟气负荷，设置温度传感器测量废水蒸发前、后的烟气温度，两个温度测点设置在空预器与除尘器之间的烟道上，废水蒸发前温度测点位于空预器处，废水蒸发后温度测点位于除尘器入口处；废水罐设置液位测量装置测量废水罐液位，废水管道上设置喷嘴调节阀门控制喷入除尘器的废水量，喷嘴调节阀门至雾化喷嘴的管道对应设置压力测量装置，测量喷嘴母管压力；

2)实时测量废水蒸发前烟气温度，并输入控制系统，在废水计量泵投运的情况下，控制雾化喷嘴的废水喷入量：根据废水蒸发前烟气温度随时间的变化率，当温度大于100℃，温度变化率为正时，增大雾化喷嘴的废水喷入量；当温度低于100℃时，减小雾化喷嘴的废水喷入量；

3)以烟气负荷、废水蒸发前烟气温度与设定温度的偏差和废水罐液位为模糊控制输入参数，以废水计量泵启动持续时间和废水计量泵停止时间为控制输出量，在控制系统中建立三输入二输出的模糊控制器，所述设定温度根据锅炉排烟温度设计值设定；

4)控制系统由建立的三输入二输出的模糊控制器和步骤1)测量的实时数据，控制废水计量泵的运行和停止，对脱硫废水进行蒸发控制。

进一步的，控制系统对废水计量泵进行异常状态控制：

1)由温度传感器测量废水蒸发前后的烟气温度，得到废水蒸发后烟气温度相比废水蒸发前烟气温度的温降，通过温降的大小判断废水蒸发过程是否有异常，如有异常则控制系统控制停止废水计量泵的运行；

2)根据实时测量的废水流量和蒸发装置前烟气温度，在控制系统设定废水计量泵运行校正开关量，作为模糊控制器的输出校正，约束废水蒸发处理的运行和停止，所述实时测量的废水流量由废水计量泵的反馈流量信号得到，具体为：

当蒸发装置前烟气温度与设定温度的偏差值超过设定的上限时，判为锅炉烟气温度过高，如果根据模糊控制器的输出，废水计量泵已经停止运行，则输出校正开关量使废水计量泵继续运行，进行蒸发处理，对锅炉烟气进行降温；

当蒸发装置前烟气温度与设定温度的偏差值低于设定的下限时，判为烟气温度偏低，如果根据模糊控制器的输出，废水计量泵还在持续运行，则输出校正开关量使废水计量泵停止运行；

在上下限之间则处于正常范围，根据模糊控制器的输出进行废水蒸发控制。

本发明步骤3)的三输入二输出的模糊控制器的建立为：

31)确定模糊控制器的输入模糊变量和输出模糊变量，以及每个模糊变量的基本论域；其中一个输入参数废水蒸发前烟气温度与设定温度的偏差，其所述设定温度值按照200～300MW锅炉机组在锅炉排烟温度值的基础上减去10℃，600～1000MW锅炉机组在锅炉排烟温度值的基础上减去5℃设定；

32)确定模糊控制器的隶属函数：采用隶属函数

也即正态分布函数，对模糊控制器的输入输出变量均采用所述正态分布函数，所述隶属函数中的a和b分别为模糊控制器各输入量的隶属函数期望值及标准方差，根据输入量的控制范围确定，其控制范围为正常运行定值的50％～150％；

33)建立模糊控制器的控制规则：根据废水蒸发处理的控制方法，建立控制规则。

进一步的，对步骤1)测量的各实时测量参数采用算术平均滤波的方法进行数据处理，其中对废水蒸发装置前烟气温度随时间的变化率，采用取四个测量值的变化率计算：

$\mathrm{\Δ}{x}_i=\frac{{3x}_i+x_{i-1}-x_{i-2}-3x_{i-3}}{10\mathrm{\Δt}}$

式中Δx_i为测量点在t时刻变化率；i为测量数据采集的次序号；Δt为采集周期，单位为秒。

为了克服现有脱硫废水蒸发控制系统的固有缺陷，本发明提供了一种用于脱硫废水蒸发过程的智能控制方法，它适用于脱硫废水蒸发工艺的自动控制过程，避免蒸发不完全等问题。

本发明控制方法中投泵的时间长短、停泵的时间长短以及启停泵的时机均由模糊控制策略加以控制，排除了泵连续运行导致的喷入废水过多，蒸发不完全的缺点。控制系统输入参数由单一的废水流量偏差，增加了烟气侧和系统阻力参数，提高了输入参数的可信度，减少了一靠单一流量偏差调节带来的误动作的可能，增强了控制方法的可靠性，能够从根本上克服原有的PID控制策略的不足和连续投泵方式的缺陷。本发明由模糊控制器控制废水蒸发的启动持续时间和停止时间，现有技术则只对废水流量进行控制，本发明间断运行方式取代现有的连续运行方式，能够有效保证烟气中雾化的废水量相对稳定，有利于稳定烟气成分，提高除尘器运行效率，提高电厂脱硫的节能降耗水平，减少废水外排。本发明还进一步有异常状态控制，保证了废水蒸发处理的安全进行。

附图说明

图1是废水蒸发处理装置的工艺流程示意图。

图2是本发明废水蒸发处理过程智能控制方法的控制结构简图。

具体实施方式

如图1，废水蒸发处理工艺包括废水罐1、与废水罐1相连的废水计量泵3、自废水计量泵3引出的废水管道4、与废水管道4相通的雾化喷嘴10、收容雾化喷嘴10的除尘器9、与除尘器9入口相连的用于输入锅炉烟气的烟气通道13、与除尘器9出口相连的脱硫吸收塔7和连接除尘器9的析出固体输送管路5，烟气通道13上设置空预器16，锅炉烟气由锅炉14提供，除尘器9为电除尘器。

所述废水管道4上设有喷嘴调节阀门5，喷嘴调节阀门5至雾化喷嘴10的管道对应设置压力测量装置11，测量喷嘴母管压力，压力测量装置11一端连接废水管道4，另一端与喷嘴调节阀门5相连。废水蒸发处理装置还设有用于测量废水罐1的液位的液位测量装置15，测量锅炉烟气流量的烟气负荷测量装置12，以及同时与除尘器9和脱硫吸收塔7相通的除尘后烟气通道8。

废水罐1中设有搅拌器2，其内储存有脱硫废水。除尘器9内设收尘极板。

将脱硫废水全部收集于废水罐1中，经废水计量泵3加压后，经废水管道4，以一定的流量和压力进入雾化喷嘴10，雾化喷嘴10置于电除尘器9的收尘极板之间，雾化喷嘴10由喷嘴调节阀门5根据压力测量装置11的压力数据调节喷入电除尘器9的脱硫废水，脱硫废水经雾化喷嘴10的雾化后均匀喷至电除尘器9收尘极与锅炉14产生的原烟气相混合，利用进入电除尘器9的原烟气13的热量使水分蒸发，废水中溶解的离子Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、Cl^-、SO₄ ^2-等结晶，产物为CaCl₂·2H₂O、MgSO₄·H₂O、NaCl等，析出后直接附着在收尘极板的粉尘上，同粉尘一起被振打下来，经析出固体输送管路6除去，除尘后的烟气经除尘后烟气通道8进入脱硫吸收塔7进行下一步处理。

下面说明一下本发明的废水蒸发处理的自动控制方法。

废水蒸发处理智能控制方法如图2所示，本发明包括3个主要的控制部分，它们分别是：投泵模糊控制、投泵校正逻辑控制和喷嘴流量、压力控制。

本发明设置在锅炉系统的空预器出口与除尘器入口之间的烟道上，本发明的实现过程为：

(1)设定废水蒸发前后的烟气温度的测点，两个温度测点都在空预器出口与除尘器入口之间的烟道上，废水蒸发装置前温度测点位于空预器出口处，废水蒸发装置后温度测点靠近除尘器入口；废水罐侧壁标高1米处设置液位测点；在除尘器前，靠近空预器出口的烟道选取设置烟气负荷测点；在废水蒸发装置废水计量泵出口汇合后的废水输送总管道上设置喷嘴母管压力测点。

(2)实时测量废水蒸发装置前烟气温度、废水罐液位、废水蒸发装置后烟气温度、喷嘴母管压力、烟气负荷并输入计算机。根据废水蒸发装置前烟气温度随时间的变化计算废水蒸发装置前烟气温度随时间的变化率。当温度大于100℃，温度变化率为正时，投入废水蒸发装置。当温度低于100℃时，切除废水蒸发装置，暂由废水缓冲系统保持废水量。由于实际工程测量之中包含随机干扰，对各实时测量参数采用算术平均滤波的方法进行数据处理。其算式为：

$\stackrel{\‾}{y}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i$

式中

-算术平均值，滤波值，即测量参数经过算术平均滤波处理后的值；

x_i-测量参数中，第i次采集的测量值，i为采集序号；

n-测量参数的采集次数。

废水蒸发装置前烟气温度变化率的计算，采用取四个测量值的变化率算式为：

$\mathrm{\Δ}{x}_i=\frac{{3x}_i+x_{i-1}-x_{i-2}-3x_{i-3}}{10\mathrm{\Δt}}$

式中Δx_i-测点t时刻变化率；

i-采集的次序号；

Δt-采集周期(s)。

(3)以烟气负荷、废水蒸发前烟气温度与设定温度的偏差和废水罐液位为模糊控制输入参数，以废水计量泵启动持续时间和废水计量泵停止时间为控制输出量，建立三输入二输出的主模糊控制器。所述设定温度值按照200～300MW锅炉机组在锅炉排烟温度值的基础上减去10℃，600～1000MW锅炉机组在锅炉排烟温度值的基础上减去5℃设定；

a)系统的模糊变量包括：

废水蒸发装置前烟气温度与设定温度偏差(BE)：基本论域定义为[100℃，130℃]，量化等级范围为[-5，+5]。预设的模糊子集为：{太高，稍高，正常，稍低，太低}，用英文字头缩写为{TH，SH，OK，SL，TL}；

废水罐液位(CE)：基本论域定义为[1.5m，6m]，量化等级范围为[-3，+3]。预设的模糊子集为：{大，正常，小}，用英文字头缩写为{B，OK，S}；

烟气负荷(GP)：采用实际负荷与额定负荷的比值来进行定义，基本论域定义为[50％，120％]，量化等级范围为[-3，+3]。预设的模糊子集为：{高，正常，低}，用英文字头缩写为{H，OK，L}；

废水计量泵启动持续时间(JS)：废水计量泵启动持续时间的基本论域定义为[20min，120min]，量化等级范围为[-5，+5]。预设的模糊子集为：{正大，正小，正常，负小，负大}，用英文字头缩写为{PB，PS，OK，NS，NB}；

废水计量泵停止时间(TS)：废水计量泵停止时间的基本论域定义为[30min，100min]，量化等级范围为[-3，+3]。预设的模糊子集为：{大，正常，小}，用英文字头缩写为{B，OK，S}；

b)隶属函数的定义：通过现有的操作者的实践经验总结，可确定出在论域上用以描述Fuzzy子集的初始隶属函数

对模糊控制器的各输入输出变量采用所述正态型分布函数。所述隶属函数中的a和b分别为模糊控制器各输入量的隶属函数期望值及标准方差，根据输入量的控制范围确定，其控制范围为正常运行定值的50％～150％。

c)控制规则的建立：

根据上述各语言变量，通过现有的操作者手动控制策略的总结，为废水蒸发过程的模糊控制规则共计45条。

CE＞0(即CE量化等级为1，2，3时)

CE＝0(即CE的量化等级为0时)

CE＜0(即CE量化等级为-1，-2，-3时)

至此，就可以根据采样得到的两输入量BE和GP以及另一输入量CE，计算出相应的控制量JS和TS，对所有的BE、GP中元素的所有组合全部计算出相应的控制量变化值，采用最大隶属度法确定相应的控制输出查询结果，写成一个矩阵形式的控制表，称为控制查询表。在实时控制过程中，就可以根据模糊量化后的BE、GP和CE，直接查找查询表以获得控制量的变化值，逆模糊化后即可作为输出去控制被控对象。

(4)进一步的，本发明控制系统对废水计量泵进行异常状态控制：

1)由温度传感器测量废水蒸发前后的烟气温度，得到废水蒸发后烟气温度相比废水蒸发前烟气温度的温降，通过温降的大小判断废水蒸发过程是否有异常，如有异常则控制系统控制停止废水计量泵的运行；

2)根据实时测量的废水流量和蒸发装置前烟气温度，在控制系统设定废水计量泵运行校正开关量，作为模糊控制器的输出校正，约束废水蒸发处理的运行和停止，所述实时测量的废水流量由废水计量泵的反馈流量信号得到，具体为：

当蒸发装置前烟气温度与设定温度的偏差值超过设定的上限时，说明烟气温度过高，锅炉运行不正常，对后续除尘器运行有不良影响，此时即使主模糊控制器输出的废水计量泵运行持续时间已经完成，出于烟气降温考虑，该逻辑控制也立即输出开关量使废水计量泵继续运行，并根据废水流量调节废水管道调节阀，确保流量满足降温；

当蒸发装置前烟气温度与设定温度的偏差值低于设定的下限时，说明烟气温度偏低，此时废水蒸发不足，会导致部分废水排入烟道，此时即使主模糊控制器输出的废水计量泵运行持续时间尚未完成，该逻辑控制也立即输出开关量使废水计量泵停止运行；

在上下限之间则处于正常范围，该逻辑控制无输出。

以上的所有的采集和控制过程均实时进行，泵运行方式采用间断运行方式。

Claims (5)

1.一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自动控制方法，其特征是由控制系统进行自动控制，废水计量泵将废水罐中的脱硫废水通过废水管道输送到雾化喷嘴，锅炉烟气通过烟气通道输送至除尘器，雾化喷嘴向除尘器内喷入脱硫废水，利用锅炉烟气的高温对喷入的脱硫废水进行蒸发处理，对脱硫废水的蒸发控制包括以下步骤：

1)在烟气通道上设置烟气负荷测量装置测量烟气负荷，设置温度传感器测量废水蒸发前、后的烟气温度，两个温度测点设置在空预器与除尘器之间的烟道上，废水蒸发前温度测点位于空预器处，废水蒸发后温度测点位于除尘器入口处；废水罐设置液位测量装置测量废水罐液位，废水管道上设置喷嘴调节阀门控制喷入除尘器的废水量，喷嘴调节阀门至雾化喷嘴的管道对应设置压力测量装置，测量喷嘴母管压力；

2)实时测量废水蒸发前烟气温度，并输入控制系统，在废水计量泵投运的情况下，控制雾化喷嘴的废水喷入量：根据废水蒸发前烟气温度随时间的变化率，当温度大于100℃，温度变化率为正时，增大雾化喷嘴的废水喷入量；当温度低于100℃时，减小雾化喷嘴的废水喷入量；

3)以烟气负荷、废水蒸发前烟气温度与设定温度的偏差和废水罐液位为模糊控制输入参数，以废水计量泵启动持续时间和废水计量泵停止时间为控制输出量，在控制系统中建立三输入二输出的模糊控制器，所述设定温度根据锅炉排烟温度设计值设定；

4)控制系统由建立的三输入二输出的模糊控制器和步骤1)测量的实时数据，控制废水计量泵的运行和停止，对脱硫废水进行蒸发控制。

2.根据权利要求1所述的一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自动控制方法，其特征是控制系统对废水计量泵进行异常状态控制：

1)由温度传感器测量废水蒸发前后的烟气温度，得到废水蒸发后烟气温度相比废水蒸发前烟气温度的温降，通过温降的大小判断废水蒸发过程是否有异常，如有异常则控制系统控制停止废水计量泵的运行；

2)根据实时测量的废水流量和蒸发装置前烟气温度，在控制系统设定废水计量泵运行校正开关量，作为模糊控制器的输出校正，约束废水蒸发处理的运行和停止，所述实时测量的废水流量由废水计量泵的反馈流量信号得到，具体为：

当蒸发装置前烟气温度与设定温度的偏差值超过设定的上限时，判为锅炉烟气温度过高，如果根据模糊控制器的输出，废水计量泵已经停止运行，则输出校正开关量使废水计量泵继续运行，进行蒸发处理，对锅炉烟气进行降温；

当蒸发装置前烟气温度与设定温度的偏差值低于设定的下限时，判为烟气温度偏低，如果根据模糊控制器的输出，废水计量泵还在持续运行，则输出校正开关量使废水计量泵停止运行；

在上下限之间则处于正常范围，根据模糊控制器的输出进行废水蒸发控制。

3.根据权利要求1或2所述的一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自动控制方法，其特征是步骤3)的三输入二输出的模糊控制器的建立为：

31)确定模糊控制器的输入模糊变量和输出模糊变量，以及每个模糊变量的基本论域；其中一个输入参数废水蒸发前烟气温度与设定温度的偏差，其所述设定温度值按照200～300MW锅炉机组在锅炉排烟温度值的基础上减去10℃，600～1000MW锅炉机组在锅炉排烟温度值的基础上减去5℃设定；

32)确定模糊控制器的隶属函数：采用隶属函数

也即正态分布函数，对模糊控制器的输入输出变量均采用所述正态分布函数，所述隶属函数中的a和b分别为模糊控制器各输入量的隶属函数期望值及标准方差，根据输入量的控制范围确定，其控制范围为正常运行定值的50％～150％；

33)建立模糊控制器的控制规则：根据废水蒸发处理的控制方法，建立控制规则。

4.根据权利要求1或2所述的一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自动控制方法，其特征是对步骤1)测量的各实时测量参数采用算术平均滤波的方法进行数据处理，其中对废水蒸发装置前烟气温度随时间的变化率，采用取四个测量值的变化率计算：

$\mathrm{\Δ}{x}_i=\frac{{3x}_i+x_{i-1}-x_{i-2}-{3x}_{i-3}}{10\mathrm{\Δt}}$

式中Δx_i为测量点在t时刻变化率；i为测量数据采集的次序号；Δt为采集周期，单位为秒。

5.根据权利要求3所述的一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自动控制方法，其特征是对步骤1)测量的各实时测量参数采用算术平均滤波的方法进行数据处理，其中对废水蒸发装置前烟气温度随时间的变化率，采用取四个测量值的变化率计算：

$\mathrm{\Δ}{x}_i=\frac{{3x}_i+x_{i-1}-x_{i-2}-3x_{i-3}}{10\mathrm{\Δt}}$

式中Δx_i为测量点在t时刻变化率；i为测量数据采集的次序号；Δt为采集周期，单位为秒。