CN105731574B - 一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理控制方法，属于脱硫废水处理技术领域。本发明从空预器前后分别抽取烟气混合后送入蒸发塔，利用混合烟气实现对脱硫废水的蒸发处理，控制系统采用前馈控制和串级控制共同构成对整个蒸发处理过程的控制。本发明采用串级控制可以根据混合后烟气流量以及除尘器入口烟温对整个蒸发过程的顺利进行自动控制，并进行智能化调节，提高了系统的容错性，对于整个蒸发处理过程中烟温异常变化反应及时，大大降低了反应的滞后性，能够进行实时监控并调整，保证了系统运行的安全性。

Description

一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理控制方法

技术领域

本发明涉及一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理方法，属于环保技术领域。

背景技术

石灰石石膏湿法脱硫技术是目前电厂进行烟气脱硫的最普遍的方法，而使用这一方法的过程中会有一定的脱硫废水产生，该废水中往往含有悬浮固体和超量的重金属物质，一般呈现弱酸性，因此，如果直接排放会严重危害环境，需要经过处理达标后排放。目前，有一种脱硫废水处理方法是蒸发处理：将脱硫废水引入废水箱，并用废水计量泵将废水喷入蒸发塔，并分别从空预器前后抽出烟气混合后引入蒸发塔实现对脱硫废水蒸发，蒸发后的烟气再排入除尘器进行处理。传统的控制方法仅仅实现对引入除尘器的烟气温度进行控制，但是这种方法存在滞后性，不能做到及时调节，使得可能造成烟道酸性腐蚀或者是除尘器堵塞，严重时会使得系统的运行存在一定的危险性。

专利CN201110376292.5——一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理自动控制方法，采用三输入二输出的控制方法，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变量来实现对整个脱硫废水蒸发处理的自动控制。其缺点在于信息简单的模糊处理将导致系统的控制精度降低和动态品质变差，系统的稳定性得不到保证。若要提高精度就必然增加量化级数，导致规则搜索范围扩大，降低决策速度，甚至不能进行实时控制。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种对烟气温度变化反馈迅速调整及时的脱硫废水蒸发处理方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理控制方法，从空预器前后分别抽取烟气混合后送入蒸发塔，利用混合烟气实现对脱硫废水的蒸发处理，对脱硫废水的蒸发处理控制方法包括以下步骤，

1)设置5个温度监测点和2个流量监测点，5个温度监测点分别位于空预器前的烟气抽出管道上、空预器后的烟气抽出管道上、混合烟气引入蒸发塔的管道上、蒸发后的烟气引出蒸发塔进入除尘器的管道上，以及储液罐前的脱硫废水管道上，2个流量监测点分别位于混合烟气引入蒸发塔的管道上和储液罐与蒸发塔之间的的脱硫废水管道上；

2)在控制系统中设置除尘器入口烟温和蒸发塔入口烟温及单位时间内希望达到的脱硫废水蒸发量，控制系统采集储液罐出口处的温度信号和流量信号，然后控制系统根据预先设置的除尘器入口烟温和蒸发塔入口烟温及单位时间内希望达到的脱硫废水蒸发量等参数分别计算出空预器前后所需抽出的烟气流量；

3)采用前馈控制方式，通过步骤2)计算出的两路烟气流量对空预器前后烟气抽出管道上阀门开度进行控制，对空预器前后烟气抽出管道上阀门的控制采用联动控制，即以空预器前抽出管道上阀门开度为主，空预器后抽出管道上阀门开度随空预器前抽出管道上阀门开度联动，从而确定阀门的初始开度；

4)在阀门的初始开度确定后，控制系统进入调节运行状态，采用串级控制来监控和调整各温度和流量信号，至控制系统进入稳定运行状态；

5)控制系统进入稳定运行状态后，固定好空预器前后抽出烟气的管道上的阀门开度，调节进入蒸发塔内的脱硫废水量，保持除尘器入口烟温在合适的范围内，对脱硫废水蒸发处理。

进一步的，步骤4)中控制系统采用串级控制对脱硫废水蒸发处理，除尘器入口温度为主控制对象，蒸发塔入口烟气混合烟气流量为副控制对象，副控制器负责调节空预器前烟气抽出管道上的阀门，空预器后烟气抽出管道上的阀门联动；主控制器将信号传递给副控制器，对副控制器调节温度进行修正，具体调节方式如下：

当蒸发塔入口混合烟气流量有上升趋势时，副控制器调节阀门开度减小；

当蒸发塔入口混合烟气流量有下降趋势时，副控制器调节阀门开度增大；

当除尘器入口温度升高，副控制器控制阀门开度减小，主控制器将调整信号传递给副控制器，对副控制器调节温度进行修正；

当除尘器入口温度降低，副控制器控制阀门开度增大，主控制器将调整信号传递给副控制器，对副控制器调节温度进行修正。

进一步的，步骤2)中从空预器前抽出的烟气和从空预器后抽出的烟气满足以下函数关系：

其中，V₁表示空预器前抽出的烟气流量；

V₂表示空预器后抽出的烟气流量；

T₁表示空预器前抽出的烟气温度；

T₂表示空预器后抽出的烟气温度；

T_h表示空预器前后抽出的烟气混合后的温度。

进一步的，对脱硫废水的蒸发处理控制方法还包括危险工况下的处理措施，具体保护措施为：

1)在脱硫废水蒸发处理系统正常运行的情况下,蒸发塔入口的混合烟温在250～280℃的范围内,除尘器入口的烟温在120～150℃的范围内,当蒸发塔入口或除尘器入口温度检测器传回的信号显示温度超出正常范围时,脱硫废水泵和烟气抽取阀门同时关闭，将控制系统切为手动状态；

2)当除尘器入口的烟温变化或蒸发塔入口的烟气流量超出了允许的误差范围，视为运行存在异常；如果控制系统处于稳定运行状态应立即切回调节运行状态，此时应密切监测系统的运行状况，如果1h内不能恢复正常，则将脱硫废水泵和烟气抽取阀门同时关闭，将控制系统切为手动状态；

3)当进入蒸发塔的脱硫废水流量低于设定值的20％的时间达到10min时，将脱硫废水泵和烟气抽取阀门同时关闭，将控制系统切为手动状态。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明采用智能化控制，能够对于输入参数进行处理，得出合适的控制值并进行初始控制。

本发明中空预器前后烟气抽出管道上的阀门采用联动控制，降低了系统的复杂程度。

本发明采用串级控制可以根据混合后烟气流量以及除尘器入口烟温对整个蒸发过程的顺利进行自动控制，并进行智能化调节，提高了系统的容错性。

本发明对于整个过程的烟温异常变化反应及时，大大降低了反应的滞后性，能够进行实时监控并调整，保证了系统运行的安全性。

本发明的控制系统还包括对危险工况判断与处理的旁路保护装置，从而保证了脱硫废水蒸发处理过程的安全运行。

附图说明

图1是脱硫废水处理装置示意图；

图2是本发明脱硫废水蒸发处理过程控制方框图；

其中，1、排渣口，2、蒸发塔，3、旋流喷嘴，4、脱硫废水泵，5、温度检测器五，6、流量检测器二，7、储液罐，8、管道四，9、脱硫塔，10、除尘器，11、空气预热器，12、管道一，13、阀门一，14、管道二，15、阀门二，16、温度检测器三，17、流量检测器一，18、管道三，19、温度检测器四，20、管道五,21、风机，22、温度检测器二，23、温度检测器一，24、烟道一，25、烟道二，26、管道六。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1所示，是脱硫废水处理装置示意图

从脱硫塔9引出的脱硫废水储存于储液罐7中，然后由脱硫废水泵4通过管道五26经蒸发塔2顶部的旋流喷嘴3喷入蒸发塔2中，从空气预热器11前抽出的烟气进入管道一12，烟气流量大小由阀门一13控制，风机21从空气预热器11后抽出的烟气经烟道一24进入管道二14，烟气流量大小由阀门二15控制；这两路烟气混合后进入管道三18后引入蒸发塔2，烟气在蒸发塔2内蒸发脱硫废水后经管道五20进入烟道二25，然后被引入除尘器10后进行后续处理。废水内溶解的Ca²⁺，Mg²⁺，Na⁺，Cl^-,SO4^2-等离子，结晶为CaCl₂·2H₂O,MgSO₄·H₂O,NaCl等析出，在蒸发塔2内沉积，然后由排渣口1排出。

如图2所示，是脱硫废水蒸发处理过程控制方框图，它由前馈控制和串级控制共同构成对整个蒸发过程的控制。其具体实现过程为：

1)设置5个温度监测点和2个流量监测点，5个温度监测点分别是空预器11前烟气抽出管道一12上的温度检测器一23，空预器11后烟气抽出管道二14上的温度检测器二22，混合烟气引入蒸发塔2的管道三18上的温度检测器三18，蒸发后的烟气进入除尘器10的管道五20上的温度检测器四19，以及管道六26上的温度检测器5，2个流量监测点分别是混合烟气引入蒸发塔2的管道三18上的流量检测器一17，管道六26上的流量检测器二6；

2)在控制系统中对脱硫废水蒸发处理的初始值进行设定，运行人员手动设置除尘器入口烟温和蒸发塔入口烟温，除尘器入口烟温范围为120～150℃，蒸发塔入口烟温范围为250～280℃，以及希望单位时间内蒸发的废水流量。然后控制系统返回储液罐7出口处的温度信号和流量信号，根据人工输入的上述温度和流量参数和储液罐7处返回的信号，控制系统自动计算出空预器前后分别所需抽出的烟气流量；其满足的函数关系如下：

其中，V₁表示空预器前抽出的烟气流量；

V₂表示空预器后抽出的烟气流量；

T₁表示空预器前抽出的烟气温度；

T₂表示空预器后抽出的烟气温度；

T_h表示空预器前后抽出的烟气混合后的温度。

T₁由温度检测器一23测得，T₂由温度检测器二22测得，T_h由温度检测器三16测得。

3)采用前馈控制通过步骤2)中计算出的两路烟气流量实现对空气预热器11前烟气抽出管道一12上的阀门一13和空预器11后烟气抽出管道二14上的阀门二15的控制采用联动控制，以空预器11前抽出管道一12上阀门一13的开度为主，空预器11后烟气抽出管道二14上阀门二15的开度随其联动，从而确定阀门一14和阀门二15的初始开度。

4)在阀门的初始开度确定后，控制系统进入调节运行状态，采用串级控制来监控和调整各温度和流量信号在合适范围内。除尘器10入口温度为主要控制对象，蒸发塔入口混合烟气流量为副控制对象，副控制器负责调节空预器11前烟气抽出管道一12上的阀门，空预器11后烟气抽出管道二14上的阀门联动，以改变进入蒸发塔2的烟气流量，从而实现对除尘器10入口烟温的控制，两处控制器均采用PID控制器，并且主控制器和副控制器为串联起来工作，主控制器的输出作为副控制器的输入信号。二次干扰对除尘器10入口烟温的影响主要由副控制器构成的副环加以克服，一次干扰对除尘器10入口烟温的影响由主控制器构成的主环克服；串级控制的具体调节方式如下：

a.当蒸发塔2入口混合烟气流量有上升趋势，此时温度检测器将信号返回给副控制器，副控制器调节阀门开度，将阀门关小；

b.当蒸发塔2入口混合烟气流量有下降趋势，此时温度检测器将信号返回给副控制器，副控制器调节阀门开度，将阀门开大；

c.当除尘器10入口温度升高，即需蒸发的脱硫废水量减少而用于蒸发的烟气流量较大，此时温度检测器将信号返回副控制器，副控制器根据除尘器入口温度检测器返回的温度信号值调节阀门开度，将阀门关小，消除了单回路控制时仅由除尘器入口烟温调节的反应滞后性，除尘器入口烟温返回给主控制器，主控制器将信号传递给副控制器，以起到对副控制器调节温度的修正作用；

d.当除尘器10入口温度降低，即需蒸发的脱硫废水量增多而用于蒸发的烟气流量较少，此时温度检测器将信号返回副控制器，副控制器根据除尘器入口温度检测器返回的温度信号值调节阀门开度，将阀门开大，消除了单回路控制时仅由除尘器入口烟温调节的反应滞后性，除尘器入口烟温返回给主控制器，主控制器将信号传递给副控制器，以起到对副控制器调节温度的修正作用。

显然，由于副环的存在加快了控制作用，改善了对象的特性，使等效副对象的时间常数减小，系统的工作频率提高。同时，由于串级控制具有串联连接的主、副两只控制器，使控制器的总放大倍数增大，系统的抗干扰能力增强，因此，使扰动对除尘器入口烟温的影响比单回路控制系统要小。

除尘器10入口烟温检测器的输出信号，并不用来控制烟气阀门，而是改变主控制器的给定值，起最后校正的作用。

一般对于返回给副控制器的信号要求较低，当在前馈控制阶段获得所需的烟气流量后，在蒸发过程中允许其有一定的波动和误差，因此，在整个串级系统的实时监测过程中，对于引入蒸发塔2的烟气流量误差范围在±3％，而对于返回给主控制器的信号要求较高，因此，引入除尘器10的烟气温度需稳定，误差要求在±5℃；

5)当系统稳定运行后，控制系统进入稳定运行状态，即保持蒸发塔2入口的烟气流量不变，改变脱硫废水流量，以实现对除尘器10入口烟温的控制。具体做法是：当蒸发塔2稳定运行后，固定好阀门一13、阀门二15的开度，使其保持不变，然后调节进入到蒸发塔2内的脱硫废水量，确保除尘器10入口的烟温在误差允许的范围内。

本发明的改进之处还在于对脱硫废水的蒸发处理控制方法还包括危险工况下的处理措施，具体保护措施为：

1)一般来说，在脱硫废水蒸发处理系统正常运行的情况下,蒸发塔2入口的混合烟气温度应在250～280℃的范围内,除尘器入口的烟气温度应在120～150℃的范围内,当蒸发塔2入口或除尘器10入口的温度检测器传回的信号显示烟气温度超出正常范围时，视为运行存在危险，在将脱硫废水泵4停止的同时，关闭阀门一13和阀门二15，并将控制系统切为手动状态；

2)当除尘器10入口的烟气温度或蒸发塔2入口的烟气流量超出了允许的误差范围，则视为运行存在异常，如果处于稳定运行状态应立即切回调节运行状态，采用串级控制进行调节。此时应密切监测系统的运行状况，如果1h内不能恢复正常，则将脱硫废水泵4停止，同时关闭阀门一13和阀门二15，并将控制系统切为手动状态；

3)当进入蒸发塔2的脱硫废水流量低于设定值的20％的时间达到10min时，在将脱硫废水泵4停止的同时，将阀门一13和阀门二15关闭，并将控制系统切为手动状态。

在设定参数的上下限之间，则系统处于正常运行状态，该旁路保护装置无输出。

以上所有的信号采集和控制均为实时进行。

Claims (4)

1.一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理控制方法，其特征在于：从空预器前后分别抽取烟气混合后送入蒸发塔，利用混合烟气实现对脱硫废水的蒸发处理，对脱硫废水的蒸发处理控制方法包括以下步骤，

1)设置5个温度监测点和2个流量监测点，5个温度监测点分别位于空预器前的烟气抽出管道上、空预器后的烟气抽出管道上、混合烟气引入蒸发塔的管道上、蒸发后的烟气引出蒸发塔进入除尘器的管道上，以及储液罐前的脱硫废水管道上，2个流量监测点分别位于混合烟气引入蒸发塔的管道上和储液罐与蒸发塔之间的脱硫废水管道上；

2)在控制系统中设置除尘器入口烟温和蒸发塔入口烟温及单位时间内希望达到的脱硫废水蒸发量，控制系统采集储液罐出口处的温度信号和流量信号，然后控制系统根据预先设置的除尘器入口烟温和蒸发塔入口烟温及单位时间内希望达到的脱硫废水蒸发量三个参数分别计算出空预器前后所需抽出的烟气流量；

3)采用前馈控制方式，通过步骤2)计算出的两路烟气流量对空预器前后烟气抽出管道上阀门开度进行控制，对空预器前后烟气抽出管道上阀门的控制采用联动控制，即以空预器前抽出管道上阀门开度为主，空预器后抽出管道上阀门开度随空预器前抽出管道上阀门开度联动，从而确定阀门的初始开度；

4)在阀门的初始开度确定后，控制系统进入调节运行状态，采用串级控制来监控和调整各温度和流量信号，至控制系统进入稳定运行状态；

5)控制系统进入稳定运行状态后，固定好空预器前后抽出烟气的管道上的阀门开度，调节进入蒸发塔内的脱硫废水量，保持除尘器入口烟温在合适的范围内，对脱硫废水蒸发处理。

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控制方法，其特征在于：步骤4)中控制系统采用串级控制对脱硫废水蒸发处理，除尘器入口温度为主控制对象，蒸发塔入口烟气混合烟气流量为副控制对象，副控制器负责调节空预器前烟气抽出管道上的阀门，空预器后烟气抽出管道上的阀门联动；主控制器将信号传递给副控制器，对副控制器调节温度进行修正，具体调节方式如下：

当蒸发塔入口混合烟气流量有上升趋势时，副控制器调节阀门开度减小；

当蒸发塔入口混合烟气流量有下降趋势时，副控制器调节阀门开度增大；

当除尘器入口温度升高，副控制器控制阀门开度减小，主控制器将调整信号传递给副控制器，对副控制器调节温度进行修正；

当除尘器入口温度降低，副控制器控制阀门开度增大，主控制器将调整信号传递给副控制器，对副控制器调节温度进行修正。

3.根据权利要求1所述的一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理控制方法，其特征在于：步骤2)中从空预器前抽出的烟气和从空预器后抽出的烟气满足以下函数关系：

其中，V₁表示空预器前抽出的烟气流量；

V₂表示空预器后抽出的烟气流量；

T₁表示空预器前抽出的烟气温度；

T₂表示空预器后抽出的烟气温度；

T_h表示空预器前后抽出的烟气混合后的温度。

4.根据权利要求1所述的一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理控制方法，其特征在于：对脱硫废水的蒸发处理控制方法还包括危险工况下的处理措施，具体保护措施为：

1)在脱硫废水蒸发处理系统正常运行的情况下,蒸发塔入口的混合烟温在250～280℃的范围内,除尘器入口的烟温在120～150℃的范围内,当蒸发塔入口或除尘器入口温度检测器传回的信号显示温度超出正常范围时,脱硫废水泵和烟气抽取阀门同时关闭，将控制系统切为手动状态；

2)当除尘器入口的烟温变化或蒸发塔入口的烟气流量超出了允许的误差范围，视为运行存在异常；如果控制系统处于稳定运行状态应立即切回调节运行状态，此时应密切监测系统的运行状况，如果1h内不能恢复正常，则将脱硫废水泵和烟气抽取阀门同时关闭，将控制系统切为手动状态；

3)当进入蒸发塔的脱硫废水流量低于设定值的20％的时间达到10min时，将脱硫废水泵和烟气抽取阀门同时关闭，将控制系统切为手动状态。