CN102553424B - 一种吸收塔pH值调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种吸收塔pH值调节方法,该方法包括:检测吸收塔出口处浆液的pH值;设定pH目标值;根据检测到的pH值和设定的pH目标值并基于PID算法来调节输送到吸收塔中石灰石浆液的流量,从而将所述pH值控制在所述pH目标值;其中,所述设定pH目标值包括:检测与所述吸收塔相关联的设备的负荷,根据负荷从pH设定值-负荷值对应关系表中查找与所检测的负荷对应的pH设定值,将该pH设定值设定为所述pH目标值。

Description

一种吸收塔pH值调节方法
技术领域
本发明涉及一种吸收塔pH值调节方法,具体地涉及用于火力发电机的吸收塔pH值调节方法。
背景技术
在烟气脱硫工艺中,湿式石灰石-石膏脱硫工艺比较成熟,设备运行可靠性较高。但由于石灰石、烟气及飞灰中的化学成分较为复杂,用石灰石浆液脱除烟气中的二氧化硫是一个十分复杂的化学反应过程。因此为保证脱硫系统保持高效安全稳定运行,从脱硫系统内在机理作为出发点,深入分析影响脱硫系统安全、高效、稳定运行的因素十分必要。吸收塔pH值作为最重要的控制参数,该参数的控制品质直接影响脱硫效率和石膏品质。高pH值的浆液环境有利于SO2的吸收,而低pH值有利于石灰石的溶解和CaCO3·1/2H2O的氧化,二者互相对立,因此选择合适的pH值对烟气脱硫反应至关重要。
吸收塔内浆液pH值的控制则是其中最重要的控制环节,它是一个直接影响吸收塔内浆液对烟气中的SO2的吸收效率和终产物(石膏)品质的关键因素。石灰石供浆流量调节的目的在于调节进入吸收塔内石灰石浆液的流量,进而通过酸碱中和反应来调节吸收塔内浆液的pH值,使烟气与石灰石浆液在最适合的pH值下发生化学反应,这是保证脱硫质量的关键之处。其控制的目的是获得最高的石灰石利用率、保证预期的SO2脱除效率及提高脱硫装置适应锅炉负荷变化的灵活性。吸收塔内浆液pH值的控制在湿法烟气脱硫系统中不仅是最重要的,也是最复杂的。
一方面,pH值影响SO2的吸收过程,pH值高,液相传质系数大,SO2的吸收速度就快;pH值低,吸收速度就下降,当pH值下降到4时,几乎不能吸收SO2了。另一方面,pH值还影响石灰石、CaCO4·2H2O、CaCO3·1/2H2O的溶解度。石灰石、CaCO3·1/2H2O的溶解度与pH值呈指数关系,随着pH值升高,它们的溶解度急剧下降,pH值大于6后,石灰石溶解度非常小,而CaCO4·2H2O的溶解度变化不大。因而过高的pH不仅浪费了石灰石,降低了石膏品质,还会造成系统设备的严重结垢。多数脱硫工程的运行经验表明,在其他参数基本稳定的工况下,升高pH值可在很大程度上提高脱硫效率,但若长时间保持高pH运行则会导致石膏品质的下降,低pH值会使SO2的吸收受到抑制。
以火力发电机(组)为例,以往传统的PID控制方法都是将吸收塔内浆液pH值控制在一设定值,但是当火力发电机(组)的负荷发生变化时,使达到最佳脱硫效果的最佳pH值也会发生变化,因此,传统的PID控制方法不适用于变负荷的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够适应设备负荷变化的变pH设定值的吸收塔pH值调节方法。
为了实现上述目的,本发明提供一种吸收塔pH值调节方法,该方法包括:检测吸收塔出口处浆液的pH值;设定pH目标值;根据检测到的pH值和设定的pH目标值并基于PID算法来调节输送到吸收塔中石灰石浆液的流量,从而将所述pH值控制在所述pH目标值;其中,所述设定pH目标值包括:检测与所述吸收塔相关联的设备的负荷,根据负荷从pH设定值-负荷值对应关系表中查找与所检测的负荷对应的pH设定值,将该pH设定值设定为所述pH目标值。
通过上述技术方案,根据不同的设备负荷设定相应的pH目标值,能够在不同负荷或负荷发生变化的情况下尽可能地达到最佳脱硫效果。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是根据本发明的实施方式的吸收塔pH值调节方法的流程图;以及
图2是根据本发明的实施方式的吸收塔pH值调节系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
图1是根据本发明的实施方式的吸收塔pH值调节方法的流程图,其中虚线框表示该步骤是可选的。如图1所示,根据本发明的实施方式,公开了一种吸收塔pH值调节方法,该方法包括:
检测吸收塔出口处浆液的pH值;
设定pH目标值;
根据检测到的pH值和设定的pH目标值并基于PID算法来调节输送到吸收塔中石灰石浆液的流量,从而将所述pH值控制在所述pH目标值;
其中,所述设定pH目标值包括:
检测与所述吸收塔相关联的设备的负荷,根据负荷从pH设定值-负荷值对应关系表中查找与所检测的负荷对应的pH设定值,将该pH设定值设定为所述pH目标值。
上述设备可以例如是火力发电机(组)。以火力发电机(组)为例,吸收塔内的pH值控制在合理的范围内才能保证高的脱硫效率并实现发电机的经济运行。根据实际运行数据得知从吸收塔出去的浆液的pH值在4.5~5.4之间。发电机(组)负荷低时浆液pH值在4.5~5.0之间为宜,这样能够保证较高的脱硫效率和较好的石膏品质。发电机(组)负荷高时浆液pH值在5.0~5.4之间为宜,能够保证较高的脱硫效率和合格的石膏品质。负荷低时,在烟气量在一定范围变化的条件下,由于循环浆液量偏大,从而液气比L/G较高,烟气中的SO2与浆液液滴有很好的接触,使SO2与石灰石浆液进行了充分的反应,浆液中的石灰石的利用率较高,因而浆液中的钙硫比Ca/S较小,使得浆液pH偏小时也能满足脱硫效率要求,更重要的是提高的石灰石的利用率,使石膏品质更好。
通过在不同负荷的情况下调节吸收塔内浆液的pH值,可以找到在该情况下使脱硫效率和/或石膏品质较好的pH值。由此,经过有限次实验可以得出pH目标值与负荷的对应关系,并可以形成上述pH设定值-负荷值对应关系表。下表1示出了示意性的pH设定值-负荷值对应关系表。
表1
  负荷(MW)   660   600   550   500   450   400   350  ≤300
  pH设定值   5.4   5.4   5.3   5.2   5.1   5.0   4.9  4.8
上表1只是示意性的,本领域技术人员可以理解,一个pH设定值还可以对应负荷值的一个区间。
另外,发明人还发现当脱硫效率太低(例如低于91%)或进入到吸收塔的烟气中的二氧化硫的含量过大(例如大于1700mg/Nm3)时,给上述pH目标值加入适当的偏移量后能够进一步改善脱硫效率和石膏品质。由此,所述的方法还可以包括计算所述吸收塔中的脱硫效率;以及
在所述脱硫效率低于预定值(例如91%)的情况下将所设定的pH目标值加上一偏移量以作为新的pH目标值。加入偏移量的目的是由于吸收塔浆液pH值高,液相传质系数大,SO2的吸收速度就快,可以较快的提高脱硫效率,满足运行要求。
或者检测进入到所述吸收塔的烟气中的二氧化硫的含量;以及
在检测到的二氧化硫的含量超过预定值(例如1700mg/Nm3)的情况下将所设定的pH目标值加上一偏移量以作为新的pH目标值。
上述偏移量可以例如为0.2。
选择PID算法是考虑到PID控制方法简单易实现,在控制领域应用广泛。但是由于二氧化硫与石灰石浆液的pH中和反应过程中,中和点附近的高增益使得常规的PID控制器参数调整非常困难,因为控制器只能采用很小的比例增益,否则PID控制不稳定;而比例增益过小,又会使PID控制的动态特性变坏。基于此,本发明还进一步提出了增量式非线性变增益PID控制方法,能够在一定程度上克服中和反应中时滞和严重非线性对PID控制的影响。由此,根据本发明的一个实施方式,所述方法还可以包括:
检测进入到所述吸收塔的烟气中的二氧化硫的含量;
根据所检测的二氧化硫的含量和所述pH目标值从增益-二氧化硫含量-pH目标值的关系表中查找对应的增益值;以及
将所述PID算法的增益参数设定为该增益值。
通过本领域中常规的实验方法,在不同的pH目标值和二氧化硫含量组合下找到使PID控制效果最好的增益,并可以形成上述增益-二氧化硫含量-pH目标值的关系表。表2示出了这种关系表的示意性示例,其中二氧化硫含量的单位为mg/Nm3
表2
根据本发明的另一个实施方式,还提供了一种用于执行上述方法的吸收塔pH值调节系统。图2是根据本发明的实施方式的吸收塔pH值调节系统的结构示意图。如图2所示,所述pH值调节系统可以包括pH值测量装置20,用于测量从吸收塔10出去的浆液的pH值。例如,pH值测量装置20可以为两个,被安装在吸收塔10至脱水系统的排放母管处。
调节系统还可以包括负荷测量装置30,用于测量负荷的大小。
调节系统还可以包括控制装置40,例如DCS系统中的控制器,用于从负荷测量装置30接收负荷信息和从pH值测量装置20接收pH值信息,根据负荷信息设定PID控制算法的pH目标值,并根据pH值信息与pH目标值基于PID控制算法来调节执行装置50,以使测量到的pH值调节基本等于pH目标值。
由此,调节系统还可以包括执行装置50,例如位于石灰石浆液源60与吸收塔10之间的管路上的比例电控阀。此外,如图2所示,还可以装配泵70来给石灰石浆液源60提供动力。
在pH值测量装置20为两个的情况中,控制装置40可以选择更接近于pH目标值的一个测量的pH值作为反馈量并忽略另一个。可替换地,为安全起见,防止脱硫吸收塔pH值过低损坏设备,可以选择相对低的测量的pH值,已保证充足的进浆量。此外,当两个pH值测量装置20测量的pH值的偏差大于例如0.2时,可以进行异常报警。
可选地,调节系统还可以包括用于计算脱硫效率的脱硫效率计算装置(未示出)或用于测量进入到吸收塔的二氧化硫的含量的二氧化硫含量测量装置80。
控制装置40内可以存储有上述的pH设定值-负荷值对应关系表和/或增益-二氧化硫含量-pH目标值的关系表,控制装置40可以根据从负荷测量装置30接收到的负荷信息从pH设定值-负荷值对应关系表中找到对应的pH目标值,和/或根据从二氧化硫含量测量装置80接收到的二氧化硫含量信息和pH目标值从增益-二氧化硫含量-pH目标值的关系表中找到对应的增益值。控制装置40可以将找到的pH目标值和/或增益值分别作为PID控制算法的设定值和增益参数值。
此外,如上所述,当脱硫效率计算装置计算出脱硫效率低于一设定值(例如91%)或者二氧化硫含量测量装置80测量的二氧化硫含量大于一设定值(例如1700mg/Nm3)时,控制装置40可以给pH目标值加上一偏移量(例如0.2),并将该加入偏移量后的pH目标值作为新的pH目标值。(由于pH目标值突增引起石灰石浆液的供给量突增,突增的石灰石浆液反而抑制SO2的吸收,可以缓慢增大pH目标值直到增加0.2)
调节系统中的各个组件是本领域中常用的装置,本文不再对其详细描述。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种吸收塔pH值调节方法,该方法包括:
检测吸收塔出口处浆液的pH值;
设定pH目标值;
根据检测到的pH值和设定的pH目标值并基于PID算法来调节输送到吸收塔中石灰石浆液的流量,从而将所述pH值控制在所述pH目标值;
其中,所述设定pH目标值包括:
检测与所述吸收塔相关联的设备的负荷,根据负荷从pH设定值-负荷值对应关系表中查找与所检测的负荷对应的pH设定值,将该pH设定值设定为所述pH目标值;
其中,该方法还包括:
检测进入到所述吸收塔的烟气中的二氧化硫的含量;
根据所检测的二氧化硫的含量和所述pH目标值从增益-二氧化硫含量-pH目标值的关系表中查找对应的增益值;以及
将所述PID算法的增益参数设定为该增益值。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,该方法还包括:
计算所述吸收塔中的脱硫效率;以及
在所述脱硫效率低于预定值的情况下将所设定的pH目标值加上一偏移量以作为新的pH目标值。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述偏移量为0.2。
4.根据权利要求2所述的方法,其中,所述预定值为91%。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,该方法还包括:
检测进入到所述吸收塔的烟气中的二氧化硫的含量;以及
在检测到的二氧化硫的含量超过预定值的情况下将所设定的pH目标值加上一偏移量以作为新的pH目标值。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述偏移量为0.2。
7.根据权利要求5所述的方法,其中,所述预定值为1700mg/Nm3
8.根据权利要求1所述的方法,其中,所述设备是火力发电机。
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