CN113559681A - 用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统及方法。它解决了现有技术设计不够合理等问题。包括设置在干燥塔体上的废水烟气雾化除灰调节执行机构，其特征在于，所述的干燥塔体上端周向内侧设有若干湿灰监测传感器，所述的湿灰监测传感器均与一个湿灰监测控制系统，所述的湿灰监测控制系统与废水烟气雾化除灰调节执行机构相连。优点在于：通过监控干燥塔内壁面附近的烟气温度，实现烟气量和废水量的调整，通过烟气温度分布来控制热风量、废水量以及废水雾滴粒径，从而避免湿灰形成，优化灵活化废水蒸干过程的控制。通过布局的积灰厚度测试仪，精确地指导吹灰器工作，实现自动地精确地除灰。
Description
技术领域
本发明属于燃煤电厂环保排放技术领域，尤其是涉及一种用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统及方法。
背景技术
随着淡水资源的持续短缺，国家环保政策将进一步收紧，实现脱硫废水、高盐再生废水等电厂末端废水的零排放，已逐渐成为产业要求和共识。目前，废水烟气蒸干技术被有废水减排或者零排需求的机组广泛采用。该技术将高盐末端废水雾化喷射进入干燥塔内与引入的热烟气进行混合，通过热烟气的热量蒸干废水中的水分，其中干燥后的盐分附着在飞灰上，随尾气去往干电除尘或通过仓泵输送至灰库。这个技术的核心是废水烟气蒸干塔。常见的废水烟气蒸干塔主要分为三种，一、无湿灰监测的废水干燥塔，目前在役的废水干燥塔的设计参数都是通过模拟计算、经验公式计算而来，投运前进行调试后确定不同稳定工况下，废水与热风数值以及雾化器的转速。没有考虑废水未干透形成湿灰或者是灰贴壁产生积灰。长此以往，将会造成塔壁腐蚀，大积灰掉落等事故，影响机组安全运行。二、用于干燥塔的简易塔温监测装置，目前有部分采用废水蒸干技术的干燥塔在塔身布有零星的几只热电偶，并无积灰监测设备，这几处热电偶不能监测到整个雾距可以到达的塔内壁面附近的温度，属于单点测量，代表性差。三、无积灰清除装置的废水干燥塔，目前绝大部分废水干燥塔无积灰清除装置。干燥塔工况复杂变化的情况下，容易出现废水与热烟气热量不平衡，导致废水未完全蒸干，形成湿灰贴壁，从而腐蚀塔壁，造成干燥塔结构失效等事故。
综上所述，废水蒸干过程的热量平衡是至关重要的部分。干燥塔运行过程中，往往由于负荷变动或者堵塞，造成烟气侧和水侧的流场变动，造成出现蒸发热量不匹配的情况发生，即干燥塔运行时存在塔内流场不均，负荷变动时废水蒸发热量不足等现象，这都将可能造成湿灰粘壁。浸透高盐末端废水的湿灰粘壁将会加速干燥塔筒壁的腐蚀，轻则造成干燥塔筒壁穿孔而漏风；重则将造成干燥塔整体机械强度下降而影响机组安全运行。
为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各种各样的解决方案，例如中国专利文献公开了一种基于喷雾蒸发废水处理技术的废水供给自动调节装置及方法[申请号：202010494837.1]：，包括废水供给箱、废水供给泵、回流调节电动阀、出口烟道、喷雾干燥塔、雾化器和进口烟道；所述喷雾干燥塔设有进口烟道和出口烟道；废水供给箱出口管道连接废水供给泵，废水供给泵出口管道分两个支路，一路为供水管路，连接至喷雾干燥塔内的雾化器，另一路为回流管路，连接至废水供给箱进口管道，回流管路上设有回流调节电动阀。
上述方案虽然在一定程度上降低了现有废水烟气蒸干过程中产生湿灰的风险，但是由于该方案中采用回流调节的方式，通过将干燥塔出口烟温控制在接近设定烟温范围内，该种方式存在着：控制精度低，干燥塔出口传感器仅能够简单监测传感器点附近的烟气参数，对塔内的烟气或水雾偏流的情况不能够监测，从而造成局部存在水蒸气欠饱和的情况发生，甚至水雾穿透气流，造成湿灰贴壁的情况出现。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统。
本发明的另一个目的是针对上述问题，提供一种用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统，包括设置在干燥塔体上的废水烟气雾化除灰调节执行机构，其特征在于，所述的干燥塔体上端周向内侧设有若干湿灰监测传感器，所述的湿灰监测传感器均与一个湿灰监测控制系统，所述的湿灰监测控制系统与废水烟气雾化除灰调节执行机构相连。
在上述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统中，所述的废水烟气雾化除灰调节执行机构包括设置在干燥塔体上端内侧的废水雾化器，所述的废水雾化器分别与烟气调节门和废水提升泵相连，且所述的废水雾化器、烟气调节门和废水提升泵均与湿灰监测控制系统相连。
在上述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统中，所述的废水烟气雾化除灰调节执行机构还包括若干设置在干燥塔体上端周向的除灰装置，且所述的除灰装置与湿灰监测控制系统相连。
在上述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统中，所述的干燥塔体上半部周向设有若干自上向下依次设置的传感器组，且每一个传感器组均包括若干周向均匀分布于干燥塔体内侧且位于废水雾化器下方的湿灰监测传感器，且相邻两个传感器组内的湿灰监测传感器一一对应设置或一一错位设置。
在上述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统中，所述的湿灰监测传感器均包括至少一个热电偶以及至少一个积灰厚度仪，所述的热电偶以及积灰厚度仪均与湿灰监测控制系统相连，同一个湿灰监测传感器内的积灰厚度仪和热电偶数量相同且分别一一相邻设置；或者，同一个湿灰监测传感器内的积灰厚度仪和热电偶数量不相同且分别错位设置。
在上述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统中，所述的热电偶均匀设置在干燥塔体上半部周向内侧，且所述的热电偶深入干燥塔体内壁面的深度为15至25cm，且所述的热电偶的检测头位于干燥塔体内壁面一侧。
在上述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统中，所述的积灰厚度仪均匀设置在干燥塔体上半部周向内侧，且所述的积灰厚度仪为声波积灰厚度仪、热阻积灰厚度仪和电容积灰厚度仪中的任意一种；所述的除灰装置均匀设置在干燥塔体上半部周向外侧，且所述的除灰装置为声波式除灰装置或振打式除灰装置。
采用上述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制方法如下所述：本用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制方法，包括以下步骤：
S1：通过湿灰监测传感器采集干燥塔体上半部内壁面附近的温度信息和/或积灰厚度信息，并传送到湿灰监测控制系统；
S2：湿灰监测控制系统根据插值算法估算贴近干燥塔体上半部内壁面的温度场分布信息并结合积灰厚度的分布信息调节废水烟气雾化除灰调节执行机构的运行工况从而避免湿灰贴壁和/或进行除灰操作。
在上述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制方法中，所述的步骤S2的具体步骤包括：
S2.1:通过湿灰监测控制系统实时分析热电偶测得的干燥塔体上半部内壁面的温度数据，当当前实时温度低于预设最低温度时，控制烟气调节门增加开度，废水提升泵减少流量以及提高废水雾化器的转速直至当前实时温度高于预设最低温度；
S2.2:湿灰监测控制系统对积灰厚度仪采样得到的干燥塔体上半部内壁面的积灰厚度数据进行分析，利用插值算法估算出当前的干燥塔壁面处的积灰厚度分布，通过估算得到积灰厚度分布与除灰装置的位置分布重叠，当每个除灰装置所对应面积的积灰厚度特征值大于预设值，湿灰监测控制系统控制除灰装置动作；反之，无动作。
与现有的技术相比，本用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统及方法的优点在于：
1.通过布局温度传感器，监控干燥塔内壁面附近的烟气温度，通过插值法来估算出更高精度的贴壁处烟气温度场，通过分析该温度场，来指导烟气量和废水量的调整，通过烟气温度分布来控制热风量、废水量以及废水雾滴粒径，从而避免湿灰形成，优化灵活化废水蒸干过程的控制，大大避免湿灰形成并粘壁。
2.通过布局的积灰厚度测试仪，监测估算得到内壁积灰附着情况测量出积灰厚度分布，从而精确地指导吹灰器工作，实现自动地精确地除灰，避免壁面积灰过厚。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A-A视角的结构剖视图。
图3为本发明中湿灰监测传感器的结构示意图。
图4为本发明中积灰厚度仪的分布图。
图中，干燥塔体1、内壁面11、废水烟气雾化除灰调节执行机构2、废水雾化器21、烟气调节门22、废水提升泵23、除灰装置24、湿灰监测传感器3、热电偶31、积灰厚度仪32、湿灰监测控制系统4、DCS机组5。
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详细的说明。
如图1-4所示，本用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统，包括设置在干燥塔体1上的废水烟气雾化除灰调节执行机构2，干燥塔体1上端周向内侧设有若干湿灰监测传感器3，湿灰监测传感器3均与一个湿灰监测控制系统4，湿灰监测控制系统4与废水烟气雾化除灰调节执行机构2相连。其中，湿灰监测传感器3用来实时监测壁面积灰厚度、壁面附近飞灰湿度情况以及壁面附近温度，监测数据汇集到湿灰监测控制系统4，这里的湿灰监测控制系统4连接有DCS机组5。
优选地，这里的废水烟气雾化除灰调节执行机构2包括设置在干燥塔体1上端内侧的废水雾化器21，废水雾化器21分别与烟气调节门22和废水提升泵23相连，且废水雾化器21、烟气调节门22和废水提升泵23均与湿灰监测控制系统4相连。其中，烟气调节门22能够调节引入干燥塔体1的热烟气流量，从而改变干燥塔热源大小以及流场分布。废水提升泵23能够调节进入干燥塔体1的废水量，以平衡干燥塔体1内废水蒸干过程的热量。废水雾化器21通过调节转速来改变废水雾滴的粒径，改变雾滴干化的时间，影响雾距的最大直径。
进一步地，这里的废水烟气雾化除灰调节执行机构2还包括若干设置在干燥塔体1上端周向的除灰装置24，且除灰装置24与湿灰监测控制系统4相连。除灰装置24均匀设置在干燥塔体1上半部周向外侧，且除灰装置24为声波式除灰装置或振打式除灰装置。除灰装置24通过开启与闭合，来达到清除避免积灰的作用，其原理可以是但不限于声波式、振打式等。
优选地，这里的干燥塔体1上半部周向设有若干自上向下依次设置的传感器组，且每一个传感器组均包括若干周向均匀分布于干燥塔体1内侧且位于废水雾化器21下方的湿灰监测传感器3，且相邻两个传感器组内的湿灰监测传感器3一一对应设置或一一错位设置。
湿灰监测传感器3均包括至少一个热电偶31以及至少一个积灰厚度仪32，热电偶31以及积灰厚度仪32均与湿灰监测控制系统4相连，同一个湿灰监测传感器3内的积灰厚度仪32和热电偶31数量相同且分别一一相邻设置；或者，同一个湿灰监测传感器3内的积灰厚度仪32和热电偶31数量不相同且分别错位设置。
其中热电偶31和积灰厚度仪32组成一组湿灰监测传感器3，按照干燥塔温度场模拟结果在干燥塔体1上半部布置多组湿灰监测传感器3。每组湿灰监测传感器3实时测量测点附近贴近壁面处的温度和积灰厚度，并传送到湿灰监测控制系统4。监测控制系统4通过分析各测点的空间布局，利用插值法估算贴近干燥塔体1壁面处的温度场分布并结合积灰厚度的分布，给出热烟气调节门22或废水提升泵23的开度调整指令，来调节热烟气与废水的配比，实现废水的充分蒸发与干燥。
优选地，这里的热电偶31均匀设置在干燥塔体1上半部周向内侧，且热电偶31深入干燥塔体1的内壁面11的深度为15至25cm(视干燥塔塔径取值，塔径越大取大值)，且热电偶31的检测头位于干燥塔体1的内壁面11一侧。其能够检测0～400℃，精度为±1℃，用于监测壁面附近的烟气温度。
积灰厚度仪32均匀设置在干燥塔体1上半部周向内侧，且积灰厚度仪32为声波积灰厚度仪、热阻积灰厚度仪和电容积灰厚度仪中的任意一种。
显然，湿灰监测控制系统4通过湿灰监测传感器3的监测数据，来指导执行机构废水雾化器21、烟气调节门22、废水提升泵23、除灰装置24来进行调节运行工况，以达到避免湿灰贴壁以及积灰过厚的情况发生。
本实施例中的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制方法，包括以下步骤：
S1：通过湿灰监测传感器3采集干燥塔体1上半部内壁面11附近的温度信息和/或积灰厚度信息，并传送到湿灰监测控制系统4；
S2：湿灰监测控制系统4根据插值算法估算贴近干燥塔体1上半部内壁面11的温度场分布信息并结合积灰厚度的分布信息调节废水烟气雾化除灰调节执行机构2的运行工况从而避免湿灰贴壁和/或进行除灰操作。
其中，步骤S2的具体步骤包括：
S2.1:通过湿灰监测控制系统4实时分析热电偶31测得的干燥塔体1上半部内壁面11的温度数据，当当前实时温度低于预设最低温度时，控制烟气调节门22增加开度，废水提升泵23减少流量以及提高废水雾化器21的转速直至当前实时温度高于预设最低温度；
S2.2:湿灰监测控制系统4对积灰厚度仪32采样得到的干燥塔体1上半部内壁面11的积灰厚度数据进行分析，利用插值算法估算出当前的干燥塔体1壁面处的积灰厚度分布，通过估算得到积灰厚度分布与除灰装置24的位置分布重叠，当每个除灰装置24所对应面积的积灰厚度特征值大于预设值，湿灰监测控制系统4控制除灰装置24动作；反之，无动作。
例如，湿灰监测控制系统4通过实时分析比较温度数据，当最低温度低于120℃时，控制控制烟气调节门22增加开度，废水提升泵23减少流量以及提高废水雾化器21的转速，以期最低温度高于120℃。湿灰监测控制系统4每5～10min(按湿灰监测传感器数量取值，最多取10min)对湿灰监测传感器3采样得到的积灰厚度数据进行分析，利用插值算法估算出当时的干燥塔体1壁面处的积灰厚度分布，通过估算得到积灰厚度分布与除灰装置24的位置分布重叠。如图4所示，一个除灰装置24所有效覆盖面积按环状面积等分。该面积内的平均积灰厚度超过100mm后，开启该区域对应的除灰装置，持续5min，精准除灰。
湿灰监测控制系统4指导按一定方式布置的除灰装置的工作，以及时清除壁面处的积灰，避免积灰过厚吸潮结块、腐蚀壁面甚至掉落运行设备运行安全性。积灰厚度分布估算用的插值算法可以是但不限于反距离加权法、样条插值法、克里格插值法、离散平滑插值法、趋势面光滑插值法等。
本实施例中，以某废水处理量为10t/h的干燥塔体1为例，其烟气调节门22的热烟气量调节量为：50000～120000Nm3/h；其废水提升泵23的废水量的调节量为6.0～9.8t/h；废水雾化器21的雾化器转速可调范围为16000、24000、36000rad/min三档。采用用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统后，正常运行时，热烟气量、废水量与监测点总最低温度形成PID调节回路，温度控制135℃以上。当湿灰监测传感器3实时监测到某点温度低于120℃时，通过湿灰监测控制系统4发出指令到废水雾化器21、烟气调节门22、废水提升泵23，直接减少废水量5％；然后增加热烟气量10％；雾化器转速提升一档，如已处于最高档则不动作。
湿灰监测传感器3每10分钟对监测得到的积灰厚度进行分析估算，得到每个除灰装置24所对应面积的积灰厚度特征值(一般为平均值)。如果某处积灰厚度超过100mm，则开启该处的除灰装置，持续5分钟。分析估算的周期不受除灰影响。
某次运行中，由于旁路烟气温度的波动，进口烟温从350℃下降到320℃。湿灰监测传感器3监测到有壁面处烟温低于120℃，湿灰监测控制系统4发出指令，废水量由9.6t/h减少到8.2t/h，烟气量由105248Nm3/h提升至118657Nm3/h；雾化器转速原本就处于36000rad/min，故没有动作。在2分钟内，烟温由116℃升到138℃。然后PID介入，最低烟温稳定在125℃左右，此时水量为8.8t/h，热烟气量为116504Nm3/h，雾化器转速为36000rad/min。
另一次运行中，湿灰监测传感器3在监测分析出积灰厚度超过100mm后，如图4所示，A、C两处积灰厚度超过100mm。除灰装置开始运行5min。下一轮监测时，这两处的积灰厚度分别为14mm与8mm。
采用用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统后，该废水干燥塔很少出现大块积灰脱落也发生的堵灰事故，在最近一次停机检测发现，雾距可能到达的壁面钢材腐蚀情况较未采用前有明显改善。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。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，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了干燥塔体1、内壁面11、废水烟气雾化除灰调节执行机构2、废水雾化器21、烟气调节门22、废水提升泵23、除灰装置24、湿灰监测传感器3、热电偶31、积灰厚度仪32、湿灰监测控制系统4、DCS机组5等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (9)
1.一种用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统，包括设置在干燥塔体(1)上的废水烟气雾化除灰调节执行机构(2)，其特征在于，所述的干燥塔体(1)上端周向内侧设有若干湿灰监测传感器(3)，所述的湿灰监测传感器(3)均与一个湿灰监测控制系统(4)，所述的湿灰监测控制系统(4)与废水烟气雾化除灰调节执行机构(2)相连。
2.根据权利要求1所述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统，其特征在于，所述的废水烟气雾化除灰调节执行机构(2)包括设置在干燥塔体(1)上端内侧的废水雾化器(21)，所述的废水雾化器(21)分别与烟气调节门(22)和废水提升泵(23)相连，且所述的废水雾化器(21)、烟气调节门(22)和废水提升泵(23)均与湿灰监测控制系统(4)相连。
3.根据权利要求1所述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统，其特征在于，所述的废水烟气雾化除灰调节执行机构(2)还包括若干设置在干燥塔体(1)上端周向的除灰装置(24)，且所述的除灰装置(24)与湿灰监测控制系统(4)相连。
4.根据权利要求2或3所述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统，其特征在于，所述的干燥塔体(1)上半部周向设有若干自上向下依次设置的传感器组，且每一个传感器组均包括若干周向均匀分布于干燥塔体(1)内侧且位于废水雾化器(21)下方的湿灰监测传感器(3)，且相邻两个传感器组内的湿灰监测传感器(3)一一对应设置或一一错位设置。
5.根据权利要求4所述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统，其特征在于，所述的湿灰监测传感器(3)均包括至少一个热电偶(31)以及至少一个积灰厚度仪(32)，所述的热电偶(31)以及积灰厚度仪(32)均与湿灰监测控制系统(4)相连，同一个湿灰监测传感器(3)内的积灰厚度仪(32)和热电偶(31)数量相同且分别一一相邻设置；或者，同一个湿灰监测传感器(3)内的积灰厚度仪(32)和热电偶(31)数量不相同且分别错位设置。
6.根据权利要求5所述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统，其特征在于，所述的热电偶(31)均匀设置在干燥塔体(1)上半部周向内侧，且所述的热电偶(31)深入干燥塔体(1)内壁面(11)的深度为15至25cm，且所述的热电偶(31)的检测头位于干燥塔体(1)的内壁面(11)一侧。
7.根据权利要求5所述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统，其特征在于，所述的积灰厚度仪(32)均匀设置在干燥塔体(1)上半部周向内侧，且所述的积灰厚度仪(32)为声波积灰厚度仪、热阻积灰厚度仪和电容积灰厚度仪中的任意一种；所述的除灰装置(24)均匀设置在干燥塔体(1)上半部周向外侧，且所述的除灰装置(24)为声波式除灰装置或振打式除灰装置。
8.一种根据权利要求1-7中任意一项所述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制系统的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制方法，其特征在于，本方法包括以下步骤：
S1：通过湿灰监测传感器(3)采集干燥塔体(1)上半部内壁面(11)附近的温度信息和/或积灰厚度信息，并传送到湿灰监测控制系统(4)；
S2：湿灰监测控制系统(4)根据插值算法估算贴近干燥塔体(1)上半部内壁面(11)的温度场分布信息并结合积灰厚度的分布信息调节废水烟气雾化除灰调节执行机构(2)的运行工况从而避免湿灰贴壁和/或进行除灰操作。
9.根据权利要求8所述的用于废水烟气干燥塔减少湿灰粘壁的监测控制方法，其特征在于，所述的步骤S2的具体步骤包括：
S2.1:通过湿灰监测控制系统(4)实时分析热电偶(31)测得的干燥塔体(1)上半部内壁面(11)的温度数据，当当前实时温度低于预设最低温度时，控制烟气调节门(22)增加开度，废水提升泵(23)减少流量以及提高废水雾化器(21)的转速直至当前实时温度高于预设最低温度；
S2.2:湿灰监测控制系统(4)对积灰厚度仪(32)采样得到的干燥塔体(1)上半部内壁面(11)的积灰厚度数据进行分析，利用插值算法估算出当前的干燥塔体(1)壁面处的积灰厚度分布，通过估算得到积灰厚度分布与除灰装置(24)的位置分布重叠，当每个除灰装置(24)所对应面积的积灰厚度特征值大于预设值，湿灰监测控制系统(4)控制除灰装置(24)动作；反之，无动作。
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