CN109092045A - 一种石灰石-石膏法烟气脱硫浆液氧化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于脱硫浆液氧化过程控制领域，涉及一种石灰石‑石膏法烟气脱硫浆液氧化控制方法，采用通过烟气SO₂浓度与烟气流量计算得出氧化风量粗调策略，以吸收塔内脱硫浆液实际ORP值作为精确调控策略，对整个脱硫氧化进行控制。本发明采用了一种智能的脱硫浆液氧化过程自动控制方法，克服了传统脱硫浆液氧化控制方法的脱硫浆液亚硫酸盐需氧量与实际氧化风机风量之间不匹配，过氧化与欠氧化现象频繁出现，增强了氧化控制的及时性和安全性。

Description

一种石灰石-石膏法烟气脱硫浆液氧化控制方法

技术领域

本发明属于脱硫浆液氧化过程控制领域，涉及一种石灰石-石膏法烟气脱硫浆液氧化控制方法。

背景技术

石灰石-石膏湿法脱硫是现阶段运用最广泛的烟气脱硫技术，其主要是用于去除煤等化石燃料的大量燃烧所产生的二氧化硫。二氧化硫不仅能直接对生态环境造成危害，而且是酸雨、灰霾形成的重要前体物，所以对污染物要求更加严格的“超低排放”也在近年推广实施。石灰石-石膏法脱硫的机理是在吸收塔内烟气中的SO₂与喷淋浆液中的石灰石(CaCO₃)反应,再通过鼓入的空气氧化，形成副产品石膏(CaSO₄·2H₂O)晶体。目前在脱硫过程中只存在pH控制，即通过控制加入碱性石灰石的含量来调节浆液pH，pH一般控制在5.0～6.0为宜。pH过低不利于SO2的吸收，pH过高不利于石灰石的水解。但是整个脱硫过程缺乏氧化控制，对浆液内的亚硫酸盐的含量不能精确控制。亚硫酸盐作为一种晶体污染物，含量高时会引起系统结垢，影响脱硫副产物石膏的品质，含量过高时还会引起石灰石闭塞，危及系统安全运行。亚硫酸盐的氧化是依靠鼓入的氧气，当鼓入的氧气量低于氧化需求氧气量时，亚硫酸盐会累积，增加浆液COD；石灰石浆液中的二价汞会以零价汞的形式再释放到烟气中；石膏浆液中亚硫酸盐超标时，会出现脱水困难现象，无法生成合格的石膏晶体，当石膏中半水亚硫酸钙的质量超过0.50％时，会使得石膏不达标。当鼓入的氧气量高于氧化需求氧气量时也会带来相应的问题，浆液中的部分重金属价态会升高，溶解度下降，毒性增强，过氧化产生的氧化性物质会增加后续脱硫废水处理难度，同时过量空气的鼓入也会增加氧化风机能耗。现有的氧化控制手段仅仅是对氧化风机运行台数的增减，难以应对锅炉负荷的变化，相比酸碱控制存在明显不足。因此，亟待寻找出一种

为了解决湿法脱硫工艺中石灰石浆液氧化控制问题，近年来，国内外的研究人员进行了一系列的研究，公开号为CN108043208A的中国发明专利公开了一种湿法脱硫氧化风风量控制方法、控制系统及设备；公开号为CN 103768902 A的中国发明专利公开了一种湿法烟气脱硫工艺中亚硫酸浆液氧化方法及其设备；公开号为CN 204044133 U的中国发明专利，公开了一种浆液品质测量监控装置；公开号为CN 1698930 A的日本发明专利，公开了一种烟道气脱硫方法和烟道气脱硫体系；公开号为CN 1090045 C的日本发明专利，公开了一种控制烟道气脱硫方法中亚硫酸盐氧化的方法，公开号为CN 105467954 A的中国发明专利公开了一种 ORP与pH双控制的方法及装置。这些方法普遍意识到了脱硫浆液氧化控制的重要性，设计专门的监测模块、通过药物的投加、电解产生的含臭氧和原子氧等活性物质的加入，以保障浆液亚硫酸根在要求范围内，这些方法部分能耗高、部分不能实现完全自动化、部分只介绍了系统与设备并没有完整的控制方法。所以需要一个自动化程度更高的脱硫浆液氧化控制方法。

发明内容

本发明要解决的问题是目前脱硫系统中只从脱硫效率与排放烟气污染物浓度角度对脱硫浆液的pH进行了实时控制，而未对亚硫酸盐氧化至硫酸根阶段进行准确控制，脱硫浆液亚硫酸盐需氧量与实际氧化风机风量之间不匹配，过氧化与欠氧化现象频繁出现，造成脱硫浆液亚硫酸盐含量过高引起系统结垢，影响脱硫副产物石膏的品质或者氧化风机风量过高存在能源的浪费。

本发明的技术方案为由控制系统自动进行脱硫系统运行过程中氧化风机风量与脱硫浆液氧化还原状态的匹配控制，被控对象为氧化风机变频器，将脱硫浆液的氧化还原状态控制在合适范围内。

本发明还设有保护系统，能够在出现异常情况时，对系统提供保护。

具体的技术方案为：一种石灰石-石膏法烟气脱硫浆液氧化控制方法，包括以下步骤：

在锅炉出口装设SO₂浓度传感器与烟气流量传感器，将所测得的SO₂浓度与烟气流量数据上传至CEMS系统，经过处理后的数据通过脱硫DCS系统传递至氧化风机变频器；在吸收塔装设两个ORP传感器，并将数据上传至脱硫DCS系统，再与设定ORP范围作比较之后由PID单元将处理后的信号传递至氧化风机变频器对其进行控制。

进一步的，氧化风机控制分为三个阶段：

在锅炉初次投入运行时，由于依靠SO₂浓度传感器与烟气流量传感器测量的数据上传至 CEMS系统后，经处理再通过脱硫DCS系统传递至氧化风机变频器的设想无法满足在锅炉投入运行之前所有配套系统提前运行的要求。所以在锅炉初次投入运行时，氧化风机需要先按照工频运行启动，在工频运行20min之后，通过SO₂浓度传感器与烟气流量传感器测量数据经处理后传递给氧化风机变频器信号。

当氧化风机转速变化率Δn小于10％，即Δn≤10％，进入精确调整阶段，其中T₁时刻转速为n₁、T₀时刻转速为n₀，通过ORP传感器的半小时平均值与手动输入到DCS 系统中的最佳ORP范围作比较之后由PID单元将处理后的信号传递至氧化风机变频器作为最终调节方式，通过SO₂浓度传感器与烟气流量传感器测量数据计算氧化风机给风量的调控方式停止工作。

氧化风机变频器在设置变频范围时最高输出功率应为氧化风机工频，最低输出功率应满足克服吸收塔最高液位时的压力，且必须满足氧化风机最低限值。

由于脱硫氧化风机为三台罗茨风机并联，在正常运行情况下采用两用一备，氧化风机变频器若采用节省成本的一拖二会对安全产生一定隐患，一拖二在实际运行过程中变频器也只能对一台氧化风机做出变频指令，无法同时控制两台氧化风机，这样会造成两台运行的氧化风机出现风量上的差异，可能会产生抢风、串风或者产生振动等危害氧化风机寿命的情况。所以采用一台变频器控制一台氧化风机，变频器工作时，两台变频器调节方式同步、输出风量相等。

其中，在脱硫氧化风机工频启动后先由SO₂浓度传感器测量得到烟气中SO₂浓度C和烟气流量传感器测量得到烟气流量V。由于在脱硫系统中发生的氧化反应主要是：

或

其中与的来源都是烟气中的SO₂，所以可以简化得出化学式SO₂与O₂的摩尔比为2:1，再根据：

——每小时烟气SO₂物质的量，mol；

C——烟气SO₂浓度，mg/m³；

V——烟气流量，m³/h；

然后可以计算得出近似化学式所需空气量V₀：

最后根据校正系数α来确定实际氧化风机给风量V₁：

V₁＝α*V₀

α的范围一般在2～3，不同电厂实际情况会存在差别，需要根据电厂实际工况进行选择。

ORP传感器的测量信号在取20min平均值后作为控制信号传递至PID系统，在与设置的 ORP最佳范围对比之后对氧化风机进行变频控制。在ORP传感器测量值参与氧化调控之后，不再通过由SO₂浓度传感器与烟气流量传感器测量值得出的计算氧化风量值控制氧化风机。

在脱硫DCS系统可以观察到整个调控过程，并且可以手动对各个环节进行干预，防止在调控系统故障的情况下失去对氧化系统甚至是脱硫系统的控制，起到系统保护作用。

ORP传感器的测量信号不处于设定的最佳范围时由PID系统调节氧化风机改变氧化风量将脱硫浆液ORP控制在最佳范围内。当ORP传感器的测量信号基本稳定不变时，调控系统的输出也趋于稳定状态。

本发明提供的一种石灰石-石膏法烟气脱硫浆液氧化控制方法，克服了传统脱硫浆液氧化控制粗糙、调节效果差等不足，存在以下优点：

(1)精确调节，能够对输入参数进行处理，得出合适的控制值并进行控制；

(2)智能化控制，通过SO₂浓度传感器、烟气流量传感器和ORP传感器测得的信号在处理后直接作用于氧化风机变频器，减少了人工操作；

(3)氧化保障，根据ORP传感器测得脱硫浆液的氧化还原状况作为氧化风机变频器的工作依据，能够保持脱硫浆液、脱硫石膏较好的品质，系统运行更加稳定、可靠；

(4)节约能源，根据实际需求调节氧化风机风量，氧化风量随锅炉负荷波动，节省不必要的能源浪费。

附图说明

图1是石灰石-石膏法烟气脱硫浆液氧化控制系统图；

图2是石灰石-石膏法烟气脱硫浆液氧化控制方法流程图；

图3是石灰石-石膏法烟气脱硫浆液氧化控制方法中的保护负反馈图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

如图1所示，石灰石-石膏法烟气脱硫浆液氧化控制系统，包括烟气系统、脱硫浆液系统及氧化风系统。

烟气系统：燃烧产生的烟气从锅炉1出来之后先经过省煤器2，然后经过SCR脱硝装置 3，接着会经过烟气SO₂浓度传感器、烟气流量传感器4，在这里所测得的烟气SO₂浓度与烟气流量会上传至CEMS系统14，然后在脱硫DCS系统15中处理后用于提供给氧化风机变频器的控制信号，作为初次锅炉启动时的氧化风机风量的粗调控制；然后烟气在经过空预器5和静电除尘器6之后会进入吸收塔。

脱硫浆液系统：从静电除尘器6出来的烟气从吸收塔的侧下部入口进入吸收塔，在吸收塔内，烟气与由浆液循环泵7从吸收塔底部循环至喷淋层8的石灰石浆液逆向接触，烟气中包含的以SO₂为主要污染物的酸性气体和颗粒物被脱除成为净烟气；经喷淋层上部的除雾器 9除去夹带液体后，净烟气由顶部出口离开吸收塔，经过反应之后的石灰石浆液液滴则由于重力作用下落入浆液池进行氧化反应，以产生脱硫副产物石膏。在吸收塔底部由脉冲悬浮泵 10循环的浆液起到搅拌浆液的作用，在石膏浆液排出管道或脉冲悬浮泵管道安装ORP传感器11来测量浆液的氧化还原状况用于整个系统稳定运行之后对脱硫氧化控制进行精确调控。

氧化风系统：在DCS系统15发出氧化风量调控信号之后传递给氧化风机变频器12，通过氧化风机变频器发出的电压、电流信号传递至氧化风机13，与系统所需氧化风量相匹配的氧化风通过氧化风管进入吸收塔内。

下面说明本发明中石灰石-石膏法烟气脱硫浆液氧化控制方法。

石灰石-石膏法烟气脱硫浆液氧化控制的调节与保护方法逻辑方框图如图2所示，它由化学式计算理论氧化风量和实际测量ORP反馈调节共同构成对整个氧化过程的控制。其具体实现过程为：

(1)在烟道SCR之后、空预器之前的部分设置2个烟气SO₂浓度传感器和2个烟气流量传感器，设置在此处是由于在省煤器之前的部分烟气温度过高，对传感器的使用寿命有影响；而不设置在SCR之前是为了测量的更准确，在烟气通过SCR的过程中，绝大部分NOx 与极少部分SO₂会被反应消耗。

SO₂浓度传感器测量得到烟气中SO₂浓度C和烟气流量传感器测量得到烟气流量V。由于在脱硫系统中发生的氧化反应主要是：

或

其中与的来源都是烟气中的SO₂，所以可以简化得出化学式SO₂与O₂的摩尔比为2:1，再根据：

——每小时烟气SO₂物质的量，mol；

C——烟气SO₂浓度，mg/m³；

V——烟气流量，m³/h；

然后可以计算得出近似化学式所需空气量V0：

最后根据校正系数α来确定实际氧化风机给风量V1:

V₁＝α*V₀

α的范围一般在2～3，不同电厂实际情况会存在差别，需要根据电厂实际工况进行选择；

(2)SO₂浓度传感器与烟气流量传感器所测量得到的数据会首先上传至CEMS系统，在传递至脱硫DCS系统之后会进行计算处理，其中计算相关的系数设定也是在脱硫DCS系统中完成；计算得出的信号会传递至氧化风机变频器，再传化为电压、电流信号给氧化风机实现氧化风量的粗调；

通过SO₂传感器与烟气流量传感器测量数据处理后进行氧化风量调整是运用于初次锅炉启动之后20min，将氧化风机由工频通过计算粗调，达到第一阶段的调控；

(3)在吸收塔石膏浆液排出管道上设置2个ORP传感器，在氧化控制系统经过粗调之后通过对氧化风机转速的比较，当氧化风机转速变化率小于10％，即Δn≤10％(T₁时刻转速为n₁、T₀时刻转速为n₀，)。进入精确调整阶段，通过实际测量得到的脱硫浆液 ORP值上传至脱硫DCS系统与预先设置的最佳ORP(130～150mV)范围进行对比，然后经PID系统处理后对氧化风机变频器进行调控；

当吸收塔内脱硫浆液ORP值低于设定的最佳氧化范围最低限值时，此时脱硫DCS系统会控制氧化风机增大氧化风量；

当吸收塔内脱硫浆液ORP值高于设定的最佳氧化范围最高限值时，此时脱硫DCS系统会控制氧化风机减小氧化风量。

如图3所示，该控制系统的保护方法为：氧化风机变频器的设定中会根据氧化风机的额定功率作为变频控制中的最高限值，会根据吸收塔的液位产生的压力作为氧化风机产生氧化风的最低压力、以避免浆液回流发生安全事故；

整个过程操数据处理都是在脱硫DCS中进行，操作人员可以对整个过程进行监控，在出现数据异常时可以人为进行修改。

Claims (3)

1.一种石灰石-石膏法烟气脱硫浆液氧化控制方法，其特征在于，氧化系统的自动控制，通过烟气SO₂浓度与烟气流量计算得出氧化风量粗调策略，以吸收塔内脱硫浆液实际ORP值作为精确调控策略，对整个脱硫氧化进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种石灰石-石膏法烟气脱硫浆液氧化控制方法，其特征在于，包括以下过程：

(1)在烟道SCR之后、空预器之前的部分均设置两种传感器，两种传感器分别为烟气SO₂浓度传感器和烟气流量传感器；

(2)SO₂浓度传感器与烟气流量传感器所测量得到的数据首先上传至CEMS系统，传递至脱硫DCS系统进行计算处理；计算得出的信号传递至氧化风机变频器，再传化为电压、电流信号给氧化风机实现氧化风量的粗调；

通过SO₂传感器与烟气流量传感器测量数据处理后进行氧化风量调整是运用于初次锅炉启动之后20min，将氧化风机由工频通过计算粗调，达到第一阶段的调控；

SO₂浓度传感器测量得到烟气中SO₂浓度C和烟气流量传感器测量得到烟气流量V；简化得出化学式SO₂与O₂的摩尔比为2:1，计算得出近似化学式所需空气量V0，最后根据校正系数α来确定实际氧化风机给风量V₁：

V₁＝α，V₀

α的范围为2～3；

(3)在吸收塔石膏浆液排出管道上设置两个ORP传感器，在氧化控制系统经过粗调之后通过对氧化风机转速的比较，

Δn为氧化风机转速变化率，T₁时刻转速为n₁、T₀时刻转速为n₀；

当氧化风机转速变化率Δn小于10％，即Δn≤10％，进入精确调整阶段，通过实际测量得到的脱硫浆液ORP值上传至脱硫DCS系统与预先设置的最佳ORP范围进行对比，然后经PID系统处理后对氧化风机变频器进行调控：

当吸收塔内脱硫浆液ORP值低于设定的最佳氧化范围最低限值时，此时脱硫DCS系统控制氧化风机增大氧化风量；

当吸收塔内脱硫浆液ORP值高于设定的最佳氧化范围最高限值时，此时脱硫DCS系统控制氧化风机减小氧化风量；

通过SO₂浓度传感器与烟气流量传感器测量数据计算氧化风机给风量的调控方式停止工作。

3.根据权利要求1所述的一种石灰石-石膏法烟气脱硫浆液氧化控制方法，其特征在于，还包括保护方法，对自动控制范围设有限制、整个控制过程可以人为干预，用于在危险工况下对系统的保护，具体步骤为：

氧化风机变频器的设定中根据氧化风机的额定功率作为变频控制中的最高限值，根据吸收塔的液位产生的压力作为氧化风机产生氧化风的最低压力、以避免浆液回流发生安全事故。