CN107648988B - 一种双回路调节脱硫供浆流量的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双回路调节脱硫供浆流量的装置及方法，属于能源技术领域。目前电厂中的脱硫供浆装置存在浆液pH值变化缓慢，即被控对象具有惯性大、滞后严重等缺点。本发明换热器的出口与脱硫塔的换热入口通过五号管道连接，供浆泵与脱硫塔的供浆口通过一号管道连接，氧化风机与脱硫塔的风机口通过二号管道连接，循环泵的入口与脱硫塔的循环出口通过三号管道连接，循环泵的出口与喷淋层通过四号管道连接，除雾器和喷淋层均位于脱硫塔内，除雾器位于喷淋层的上方，换热器的入口与脱硫塔的换热出口通过六号管道连接。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：有效抑制在机组负荷大幅变动时供浆流量的大幅波动，平稳供浆量。

Description

一种双回路调节脱硫供浆流量的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种双回路调节脱硫供浆流量的装置及方法，具体利用石灰石-石膏浆液pH值和脱硫出口SO₂浓度协调控制供浆流量，属于能源技术领域。

背景技术

目前电厂中的脱硫供浆一般通过控制调节石膏浆液pH值的单PID控制回路调节供浆流量。此种控制方式，由于吸收塔内浆液池体积大，浆液pH值变化缓慢，即被控对象具有惯性大、滞后严重等特点，导致脱硫出口SO₂浓度经常超标，运行人员需频繁手动调节供浆调门。这样一方面容易造成脱硫出口SO₂浓度波动大，浆液pH值忽高忽低，脱硫效果差；另一方面也增加了运行人员的劳动强度，降低了电厂辅机自动化水平。因此可以考虑将脱硫出口SO₂浓度纳入调节系统作为输入变量进行对供浆调门的控制。

另外，从脱硫效率方面，高pH值有利于SO₂与石灰石溶液的反应，提高脱硫效率。但试验证明，当塔内浆液pH值大于6.0时，石灰石溶解度严重下降，塔内出现大量的石灰石颗粒，导致石灰石利用率下降，运行成本显著提高，并且易发生除雾器结垢或堵塞现象，后果严重者将导致机组停机。而低pH值虽然有利于石灰石溶解度的增加，石膏品质得到保证，但当pH值小于4.8时，二氧化硫与石灰石溶液的反应受到抑制，脱硫效率大大降低，并且低的pH值会加剧设备的腐蚀。因此保持石灰石-石膏浆液在一个合理的范围内显得尤为重要。结合相关性能试验和FGD系统的操作经验，吸收塔内石灰石-石膏浆液pH值保持在4.8-6.0之间最佳。

有鉴于此，在公告号为CN204429091U的专利文献中公开了一种提高脱硫石灰石粉纯度的脱硫供浆系统，包括吸收塔、供浆门以及供浆泵，其中吸收塔的左侧设有两个循环泵，循环泵的下方设有两个排空门，排空门下设有地坑，吸收塔的右侧设有供浆门以及所述供浆泵，供浆门分别为手动门、供浆调节门以及供浆电动门，手动排空门连接在两个排空门之间。该实用新型存在脱硫效率低，浪费资源，容易腐蚀设备，容易发生堵塞等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种双回路调节脱硫供浆流量的方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该双回路调节脱硫供浆流量的方法，其特点在于，包括如下方法：

第一步：包括两个控制回路，每个控制回路中各包含一个PID模块，对其中一个控制回路中的吸收塔内的两个石膏浆液测点的pH值分别滤波；

第二步：将滤波后的两个石膏浆液测点的pH值输入到2XMTR模块，2XMTR模块对两个石膏浆液测点的pH值取平均值，2XMTR模块的平均值即为石膏浆液pH值的过程值PV；

第三步：将石膏浆液pH值的过程值PV与石膏浆液pH值的设定值SP相减后得到一个偏差值；

第四步：第三步中的一个偏差值经过其中一个控制回路中的PID模块运算后，作为该一个控制回路作用到供浆调门上；

第五步：其中另一个控制回路根据当前机组负荷，经函数f₂(x)计算出脱硫出口SO₂浓度的设定值；

第六步：将脱硫出口SO₂浓度的实时值与脱硫出口SO₂浓度的设定值相减得到另一个偏差值；

第七步：第六步中的另一个偏差值经过其中另一个控制回路中的PID模块运算后，作为该另一个控制回路作用到供浆调门上。

本发明将pH控制在合理范围内，提高了脱硫效率，提高石灰石利用率，避免了除雾器堵塞，保证机组正常运行，减少了设备的腐蚀。

进一步地，所述第一步至第四步中具体控制方法如下：

当石膏浆液pH值的过程值PV与输入设定值SP的偏差小于某一定值α时，调节其中一个控制回路中的石膏浆液pH值的过程值PV，调节其中另一个控制回路中的脱硫出口SO₂浓度的设定值，按照预先设定的权值来控制供浆流量。

进一步地，所述第五步至第七步中具体控制方法如下：

当石膏浆液pH值的过程值PV与输入设定值SP的偏差大于某一定值α时，调节其中另一个控制回路中的脱硫出口SO₂浓度的设定值，脱硫出口SO₂浓度的作用开始减弱，偏差越大，脱硫出口SO₂浓度的作用越弱，直至偏差达到某一定值β，当β＞α时，在其中另一个控制回路中调节脱硫出口SO₂浓度的设定值与脱硫出口SO₂浓度的实时值的偏差作用减为零。

进一步地，本发明的另一目的是提供一种双回路调节脱硫供浆流量的装置。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的，该装置包括一号管道、二号管道、三号管道、四号管道、五号管道、六号管道、脱硫塔、供浆泵、氧化风机、循环泵、换热器、除雾器和喷淋层，所述换热器的出口与脱硫塔的换热入口通过五号管道连接，所述供浆泵与脱硫塔的供浆口通过一号管道连接，所述氧化风机与脱硫塔的风机口通过二号管道连接，所述循环泵的入口与脱硫塔的循环出口通过三号管道连接，所述循环泵的出口与喷淋层通过四号管道连接，所述除雾器和喷淋层均位于脱硫塔内，所述除雾器位于喷淋层的上方，所述喷淋层的底部安装有多个喷嘴，所述换热器的入口与脱硫塔的换热出口通过六号管道连接。对喷嘴的数量进行了优化，保证喷出的液体覆盖面更大，节约了电能和石灰石原料，通过除雾器可以将烟气中夹带的部分浆液液滴分离出来。

进一步地，所述脱硫塔的供浆口位于脱硫塔的换热入口的下方。

进一步地，所述换热器还连接有原烟气管道和净烟气管道。

进一步地，所述喷淋层的数量为多个，所述多个喷淋层交错设置。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：根据机组运行情况统计，脱硫入口SO₂浓度随机组负荷增加而增加，因此脱硫出口SO₂浓度的设定值可在保证不超标的情况下，随机组负荷的增加而相应增加，这样可有效抑制在机组负荷大幅变动时供浆流量的大幅波动，平稳供浆量。

附图说明

图1是本发明实施例的供浆流量控制策略SAMA图。

图2是本发明实施例的优化前浆液pH值调节情况变化示意图。

图3是本发明实施例的优化后浆液pH值调节情况变化示意图。

图4是本发明实施例双回路调节脱硫供浆流量的装置的结构图。

标号说明：1-脱硫塔、2-供浆泵、3-氧化风机、4-循环泵、5-换热器、6-除雾器、7-喷淋层、21-一号管道、31-二号管道、41-三号管道、47-四号管道、51A-五号管道、51B-六号管道、5A-原烟气管道、5B-净烟气管道。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例

参见图1至图4所示。

本实施例中的双回路调节脱硫供浆流量的方法，包括如下方法：

第一步：包括两个控制回路，每个控制回路中各包含一个PID模块，对其中一个控制回路中的吸收塔内的两个石膏浆液测点的pH值分别滤波；

第二步：将滤波后的两个石膏浆液测点的pH值输入到2XMTR模块，2XMTR模块对两个石膏浆液测点的pH值取平均值，2XMTR模块的平均值即为石膏浆液pH值的过程值PV；

第三步：将石膏浆液pH值的过程值PV与石膏浆液pH值的设定值SP相减后得到一个偏差值；

第四步：第三步中的一个偏差值经过其中一个控制回路中的PID模块运算后，作为该一个控制回路作用到供浆调门上；

第五步：其中另一个控制回路根据当前机组负荷，经函数f₂(x)计算出脱硫出口SO₂浓度的设定值；

第六步：将脱硫出口SO₂浓度的实时值与脱硫出口SO₂浓度的设定值相减得到另一个偏差值；

第七步：第六步中的另一个偏差值经过其中另一个控制回路中的PID模块运算后，作为该另一个控制回路作用到供浆调门上。

本实施例中的第一步至第四步中具体控制方法如下：

当石膏浆液pH值的过程值PV与输入设定值SP的偏差小于某一定值α时，调节其中一个控制回路中的石膏浆液pH值的过程值PV，调节其中另一个控制回路中的脱硫出口SO₂浓度的设定值，按照预先设定的权值来控制供浆流量。

本实施例中的第五步至第七步中具体控制方法如下：

当石膏浆液pH值的过程值PV与输入设定值SP的偏差大于某一定值α时，调节其中另一个控制回路中的脱硫出口SO₂浓度的设定值，脱硫出口SO₂浓度的作用开始减弱，偏差越大，脱硫出口SO₂浓度的作用越弱，直至偏差达到某一定值β，当β＞α时，在其中另一个控制回路中调节脱硫出口SO₂浓度的设定值与脱硫出口SO₂浓度的实时值的偏差作用减为零。

本实施例中的定值α、定值β和f₂(x)，可依据本领域内技术人员的实际情况而定，其使用并不会影响本领域技术人员对该实施例的实施。

本实施例中的双回路调节脱硫供浆流量的装置包括一号管道21、二号管道31、三号管道41、四号管道47、五号管道51A、六号管道51B、脱硫塔1、供浆泵2、氧化风机3、循环泵4、换热器5、除雾器6和喷淋层7，换热器5的出口与脱硫塔1的换热入口通过五号管道51A连接，供浆泵2与脱硫塔1的供浆口通过一号管道21连接，氧化风机3与脱硫塔1的风机口通过二号管道31连接，循环泵4的入口与脱硫塔1的循环出口通过三号管道41连接，循环泵4的出口与喷淋层7通过四号管道47连接，除雾器6和喷淋层7均位于脱硫塔1内，除雾器6位于喷淋层7的上方，喷淋层7的底部安装有多个喷嘴，换热器5的入口与脱硫塔1的换热出口通过六号管道51B连接。

本实施例中的脱硫塔1的供浆口位于脱硫塔1的换热入口的下方，换热器5还连接有原烟气管道5A和净烟气管道5B，喷淋层7的数量为多个，多个喷淋层7交错设置。

本实施例中的烟气流经原烟气管道5A进入换热器5，换热器5中的烟气流经五号管道51A进入脱硫塔1中。在脱硫塔1内，烟气中的SO₂被吸收浆液洗涤并与浆液中的CaCO₃发生反应生成亚硫酸钙，生成的亚硫酸钙在脱硫塔1的底部的循环浆液池内被氧化风机3鼓入的空气强制氧化，最终生成石膏，石膏由石膏浆排出泵排出，送入石膏处理系统脱水。在该脱硫塔1中设计有4个喷淋层7，各喷淋层7互相叠加并交错设置，同时对喷淋层7的喷嘴数量也进行了优化。当机组在低负荷时，可以停运1-2个喷淋层7，以节约电能和石灰石原料。另外，在喷淋层7上面设计有除雾器6，使得烟气中夹带的大部分浆液液滴分离出来，保证了烟气出口含雾滴小于一定值。(如图4所示)

以下举例解释说明本发明的实施例：

某电厂1997年投产的600MW亚临界燃煤凝汽式汽轮发电机组，配2020t/h燃煤锅炉。机组于2006年增设一套石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置，脱硫控制系统采用艾默生公司的Ovation系统。

石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置工作原理：烟气经锅炉烟道进入吸收塔内，与喷淋浆液逆流接触，进行物理、化学反应，最后产生CaSO₄石膏。其物理化学反应顺序为：

(1)气态SO₂与吸收浆液混合溶解生成亚硫酸；

(2)亚硫酸与石灰石溶液反应生成亚硫酸钙；

(3)亚硫酸钙被氧化生成硫酸钙；

(4)硫酸钙与水结合发生结晶反应；

(5)硫酸钙晶体从吸收剂中被分离。

当用石灰石做吸收剂时，SO₂在吸收塔中的化学反应简化式如下：

2CaCO₃+2SO₂+O₂+4H₂O→2CaSO₄·2H₂O+2CO₂

根据厂家提供数据和该机组运行规程，当浆液pH值处于5-5.5时，烟气脱硫效果最好。因此，为了确保持续高效的吸收SO₂，必须通过调整供浆调门，使浆液pH值控制在5-5.5之间。

修改逻辑之前，该机组脱硫控制采用单PID控制回路，通过调节pH值调节供浆流量。流量控制虽然投入自动，但脱硫效率偏低(93％)，脱硫出口SO₂浓度均值偏高，供浆调门在0％-60％之间上下晃动，严重缩短调门使用寿命，并且浆液pH值在4.0-6.5之间震荡剧烈，不利于石灰石溶液与SO₂的充分反应。因pH值经常超调，致使运行人员手动调整频繁，劳动强度加大(如图2所示)。

采用本发明控制策略进行优化，对石膏浆液pH值1和pH值2取平均得到过程值，然后与设定值相减。设定PID1的比例系数5.5，积分系数205，微分增益0.55，微分率衰变常数10。过程变量输入值增益和设定值增益均为10，PID1输出上限80，输出下限10，PID1输出直接作用到供浆调门。在保证不超标(GGH出口SO₂浓度标准＜200mg/Nm³)的情况下，GGH出口净烟气SO₂浓度设定值随机组负荷增加而增加，图1中函数f₂(x)取值如下：

x	0	300	400	450	500	550	600	650
									f2(x)	0	90	110	130	140	160	170	180

另外，还增加了偏置窗口，方便运行人员根据实际情况进行适当的修正。GGH出口净烟气SO₂浓度与函数f₂(x)输出相减后，再与偏置相叠加作为函数f₃(x)的输入，函数f₃(x)取值如下：

x	-200	-10	10	200
					f3(x)	-200	0	0	200

函数f₃(x)设置调节死区±10，亦是为了防止因GGH出口净烟气SO₂浓度小幅波动导致供浆流量变化剧烈。函数f₃(x)的输出作用到PID2上，设定PID2比例系数0.5，积分系数150，过程变量输入值增益和设定值增益均为1，PID2输出上限100，输出下限0。GGH出口净烟气SO₂浓度调节PID2控制回路作用受函数f₁(x)影响，浆液pH值过程值与设定值相减后取绝对值作为函数f₁(x)的输入，函数f₁(x)取值如下：

x	0	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.8	1
									f1(x)	0.15	0.15	0.1	0.08	0.06	0.04	0.02	0

即当浆液pH值过程值与设定值偏差小于等于0.2时，PID2调节回路乘以15％系数，当偏差大于0.2时，PID2调节回路对供浆流量的调节作用越来越小，直至不起作用。最后，PID2调节回路输出乘以系数f₁(x)后与PID1调节回路输出相叠加作用到供浆调门调节供浆流量。

根据本发明方案进行供浆控制策略优化后，脱硫出口SO₂浓度保持平稳，系统脱硫效率提高1.2％，供浆调门调节幅度大幅减小，有利于延长调门使用寿命。浆液pH值能有效稳定在4.95-5.5之间，满足了厂家要求，有利于石灰石溶液与SO₂的充分反应，极大地提高了石灰石的综合利用率，供浆总量下降了23％，有效的降低了运行成本。另外，优化后运行人员平均手动干预频率由5次/班降为0次/班，亦提高了发电机组的辅机自动化水平(如图3所示)。优化前后数据对比如表1所示。

表1优化前后机组数据对比

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种双回路调节脱硫供浆流量的方法，其特征在于，包括如下方法：

第一步：包括两个控制回路，每个控制回路中各包含一个PID模块，对其中一个控制回路中的吸收塔内的两个石膏浆液测点的pH值分别滤波；

第二步：将滤波后的两个石膏浆液测点的pH值输入到2XMTR模块，2XMTR模块对两个石膏浆液测点的pH值取平均值，2XMTR模块的平均值即为石膏浆液pH值的过程值PV；

第三步：将石膏浆液pH值的过程值PV与石膏浆液pH值的设定值SP相减后得到一个偏差值；

第四步：第三步中的一个偏差值经过其中一个控制回路中的PID模块运算后，作为该一个控制回路作用到供浆调门上；

第五步：其中另一个控制回路根据当前机组负荷，经函数f₂(x)计算出脱硫出口SO₂浓度的设定值；

第六步：将脱硫出口SO₂浓度的实时值与脱硫出口SO₂浓度的设定值相减得到另一个偏差值；

第七步：第六步中的另一个偏差值经过其中另一个控制回路中的PID模块运算后，作为该另一个控制回路作用到供浆调门上；

所述第一步至第四步中具体控制方法如下：

当石膏浆液pH值的过程值PV与输入设定值SP的偏差小于某一定值α时，调节其中一个控制回路中的石膏浆液pH值的过程值PV，调节其中另一个控制回路中的脱硫出口SO₂浓度的设定值，按照预先设定的权值来控制供浆流量；

所述第五步至第七步中具体控制方法如下：

当石膏浆液pH值的过程值PV与输入设定值SP的偏差大于某一定值α时，调节其中另一个控制回路中的脱硫出口SO₂浓度的设定值，脱硫出口SO₂浓度的作用开始减弱，偏差越大，脱硫出口SO₂浓度的作用越弱，直至偏差达到某一定值β，当β＞α时，在其中另一个控制回路中调节脱硫出口SO₂浓度的设定值与脱硫出口SO₂浓度的实时值的偏差作用减为零。