CN114950086B - 一种烟气脱酸联合处理系统协调控制工艺 - Google Patents

一种烟气脱酸联合处理系统协调控制工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种烟气脱酸联合处理系统协调控制工艺，系统包括第一消石灰仓、第二消石灰仓、石灰浆制备装置、反应塔、碱液仓、布袋除尘器、干粉喷射器以及排气烟囱，第一消石灰仓与石灰浆制备装置的入口通过管道连通，反应塔的第一入口通入烟气，石灰浆制备装置的出口与反应塔的第二入口通过管道连通，反应塔的第三入口与碱液仓通过管道连通，第二消石灰仓的出口与干粉喷射器的一端通过管道连通，布袋除尘器的入口与干粉喷射器的一端、反应塔的出口均通过管道连通，布袋除尘器的出口与排气烟囱通过管道连通。本发明的优点在于能够根据烟气的自然小时均值和布袋除尘器入口温度实时协调控制三种脱酸设施，在确保烟气达标排放的同时，更加节约环保。

Description

一种烟气脱酸联合处理系统协调控制工艺
技术领域
本发明涉及垃圾焚烧烟气处理领域，特别涉及一种烟气脱酸联合处理系统协调控制工艺。
背景技术
随着垃圾焚烧发电成为我国垃圾主流处理方式，对于垃圾焚烧发电监督和排放要求越来越严格。其中SO2国家考核标准为小时均值100mg/m3，HCL国家考核标准为小时均值60mg/m3，有些地方标准更进一步的提高了要求。为了满足排放要求，目前主流垃圾焚烧发电厂都配置了多种脱酸设施，典型配置为：石灰浆喷射系统(半干法、为主)、消石灰喷射系统(干法、为铺)、碱液喷射系统，以确保垃圾成分发生变化和燃烧波动时候，能够保证SO2、HCL排放达标。
发明内容
本发明的目的是提供一种烟气脱酸联合处理系统协调控制工艺，能够根据烟气的自然小时均值和布袋除尘器入口温度实时协调控制三种脱酸设施，在确保烟气达标排放的同时，节省环保耗材的使用，创造良好的社会和经济效益。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种烟气脱酸联合处理系统协调控制工艺，其特征在于，系统包括第一消石灰仓、第二消石灰仓、石灰浆制备装置、反应塔、碱液仓、布袋除尘器、干粉喷射器以及排气烟囱，所述第一消石灰仓与石灰浆制备装置的入口通过管道连通，所述反应塔的第一入口通入烟气，所述石灰浆制备装置的出口与反应塔的第二入口通过管道连通，所述反应塔的第三入口与碱液仓通过管道连通，所述第二消石灰仓的出口与干粉喷射器的一端通过管道连通，所述布袋除尘器的入口与干粉喷射器的一端、反应塔的出口均通过管道连通，所述布袋除尘器的出口与排气烟囱通过管道连通，所述石灰浆制备装置的入口与反应塔的第二入口之间的管道上设置有石灰浆调节阀，所述反应塔的第二入口处还设置有旋转雾化器，所述碱液仓与反应塔的第三入口之间的管道上设置有碱液调节阀，所述第二消石灰仓的出口处设置有消石灰给料阀，所述布袋除尘器入口处设置有温度检测器，所述反应塔的第一入口处设置有入口烟气分析仪，排气烟囱内设置有出口烟气分析仪，所述入口烟气分析仪检测SO2与HCl的浓度，所述出口烟气分析仪以及检测SO2与HCl的浓度以及烟气的流量；
其协调控制工艺包括如下步骤：
(1)设定HCl和SO2小时均值浓度设定值：SPHCl均与SPSO2均、布袋除尘器入口设定温度SPT；
(2)分别根据反应塔第一入口处的入口烟气分析仪收集到的HCl和SO2实时测试值PVHCl入、PVSO2入与小时均值浓度设定值SPHCl均、SPSO2均，计算出各自自然小时剩余时间内需要控制的浓度，即CPHCl和CPSO2，再将CPHCl、CPSO2分别输入到各自的PID控制器，从而得到各自的HCl的PID控制器输出值PIDHCl，SO2的PID控制器输出值PIDSO2；
(3)烟气进入反应塔内，烟气内的HCl和SO2分别与石灰浆以及碱液进行反应，根据HCl、SO2的出口设定值SPHCl出、SPSO2出，反应塔第一入口HCl、SO2的测量值PVHCl入、PVSO2入、实时烟气流量FT、HCl的PID控制器输出值PIDHCl、SO2的PID控制器输出值PIDSO2计算出Ca(OH)2的理论需要量；
(4)PID控制器通过布袋除尘器入口设定温度SPT与温度检测器监测到的实时温度PVT输出布袋除尘器入口温度PID控制器输出值PIDT，根据(3)中的计算得到Ca(OH)2的理论需要量、石灰浆浓度，布袋除尘器入口温度PID控制器输出值，从而得到石灰浆调节阀的PID控制器设定值，从而控制石灰浆流量，再加上碱液输出补偿后，50％-100％进过限幅控制于石灰浆调节阀，喷入相应流量石灰浆；
(5)当满足下面任一条件：石灰浆系统故障、CPHCl<75％SPHCl均或者CPSO2<75％SPSO2均时，碱液PID控制器开始控制碱液调节阀，喷入相应碱液，同时碱液流量去修正石灰浆流量，防止布袋除尘器入口温度过低，造成布袋除尘器腐蚀和糊袋，同时对碱液的实际流量FT碱液进行实时检测，从而使得FT碱液与碱液调节阀PID控制器的设定值一致；
(6)当满足下面任一条件时：石灰浆系统故障、CPHCl<90％SPHCl均或者CPSO2<90％SPSO2均时，消石灰PID控制器开始控制消石灰给料阀，喷入相应消石灰，同时对消石灰的实际流量FT消石灰进行实时检测，从而使得FT消石灰与消石灰给料阀PID控制器的设定值一致。
优选的，所述(2)中CPHCl和CPSO2的计算公式公式如下：
Figure GDA0004073809840000031
Figure GDA0004073809840000032
公式1与公式2中TS为自然小时已经经过的时间，单位为S。
优选的，所述(3)中烟气内的HCl和SO2分别与石灰浆以及碱液的主要化学反应式如下：
SO2+Ca(OH)2→CaSO3+H2O (3)
2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+H2O (4)
SO2+2NaOH→Na2SO3+H2O (5)
HCl+NaOH→NaCl+H2O (6)
其中公式(3)中SO2反应折算分子量为64，公式(4)中HCl反应折算分子量为73，公式(5)(6)与公式(3)(4)相比NaOH折算为Ca(OH)2，即2*40/74＝1.08。
优选的，所述(3)中Ca(OH)2的理论需要量的计算公式如下：
Figure GDA0004073809840000041
PIDHCl+PIDSO2
式中：LF：Ca(OH)2的理论需要量，kg/h；
FT：实时烟气流量，nm3/h；
PVHCl入：反应塔第一入口HCl测量值，mg/m3；
SPHCl出：HCl的出口设定值，mg/m3；
PVSO2入：反应塔第一入口SO2测量值，mg/m3；
SPSO2出：SO2的出口设定值，mg/m3；
PIDHCl：HCl的PID控制器输出值；
PIDSO2：SO2的PID控制器输出值。
优选的，所述(4)中石灰浆调节阀PID控制器的设定值的计算公式如下：
Figure GDA0004073809840000042
式中：SP石灰浆：石灰浆调节阀PID控制器的设定值
LC：石灰浆浓度，％
A：过量系数，初始值为1.2。
优选的，所述(5)中碱液调节阀PID控制器的设定值的计算公式如下：
Figure GDA0004073809840000051
式中：SP碱液：碱液调节阀PID控制器的设定值；
B：过量系数，初始值为1.3；
LH：碱液浓度，％。
优选的，所述(6)中消石灰给料阀PID控制器的设定值的计算公式如下：
SP消石灰＝LF*C-FT石灰浆*LC (10)
式中：SP消石灰：消石灰给料阀PID控制器的设定值；
C：过量系数，初始值为1.25。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过控制目前以烟气的自然小时均值为目标，相对于以实时值为控制目标，更能保证达标排放。
2.本发明在保证脱酸的同时，也控制布袋除尘器入口温度，防止布袋结露糊袋。
3.本发明通过协调控制三种脱酸设施运行，确保排放达标的同时，节省环保耗材和人力。
附图说明
图1是本发明的联合处理系统图；
图2是本发明的协调控制工艺图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本发明的限制。
如图1所示一种烟气脱酸联合处理系统，包括第一消石灰仓1、第二消石灰仓2、石灰浆制备装置3、反应塔4、碱液仓5、布袋除尘器6、干粉喷射器7以及排气烟囱8，第一消石灰仓1与石灰浆制备装置3的入口通过管道连通，反应塔4的第一入口通入烟气，石灰浆制备装置3的出口与反应塔4的第二入口通过管道连通，反应塔4的第三入口与碱液仓5通过管道连通，第二消石灰仓2的出口与干粉喷射器7的一端通过管道连通，布袋除尘器6的入口与干粉喷射器7的一端、反应塔4的出口均通过管道连通，布袋除尘器6的出口与排气烟囱8通过管道连通。
石灰浆制备装置3的入口与反应塔4的第二入口之间的管道上设置有石灰浆调节阀9，反应塔4的第二入口处还设置有旋转雾化器10。
反应塔4的第一入口处设置有入口烟气分析仪11，排气烟囱8内设置有出口烟气分析仪12，入口烟气分析仪11检测SO2与HCl的浓度，出口烟气分析仪12以及检测SO2与HCl的浓度以及烟气的流量。
碱液仓5与反应塔4的第三入口之间的管道上设置有碱液调节阀13，第二消石灰仓2的出口处设置有消石灰给料阀14，布袋除尘器6入口处设置有温度检测器15。
一种烟气脱酸联合处理系统协调控制工艺，如图2所示，包括如下步骤：
(1)设定HCl和SO2小时均值浓度设定值：SPHCl均与SPSO2均、布袋除尘器6入口设定温度SPT。
(2)分别根据反应塔4第一入口处的入口烟气分析仪11收集到的HCl和SO2实时测试值PVHCl入、PVSO2入与小时均值浓度设定值SPHCl均、SPSO2均，计算出各自自然小时剩余时间内需要控制的浓度，即CPHCl和CPSO2，再将CPHCl、CPSO2分别输入到各自的PID控制器，从而得到各自的HCl的PID控制器输出值PIDHCl，SO2的PID控制器输出值PIDSO2；
CPHCl和CPSO2的计算公式公式如下：
Figure GDA0004073809840000071
Figure GDA0004073809840000072
公式(1)与公式(2)中TS为自然小时已经经过的时间，单位为S。
(3)烟气进入反应塔4内，烟气内的HCl和SO2分别与石灰浆以及碱液进行反应，主要化学反应式如下：
SO2+Ca(OH)2→CaSO3+H2O (3)
2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+H2O (4)
SO2+2NaOH→Na2SO3+H2O (5)
HCl+NaOH→NaCl+H2O (6)
其中公式(3)中SO2反应折算分子量为64，公式(4)中HCl反应折算分子量为73，公式(5)(6)与公式(3)(4)相比NaOH折算为Ca(OH)2，即2*40/74＝1.08。
根据HCl、SO2的出口设定值SPHCl出、SPSO2出，反应塔4第一入口HCl、SO2的测量值PVHCl入、PVSO2入、实时烟气流量FT、HCl的PID控制器输出值PIDHCl、SO2的PID控制器输出值PIDSO2计算出Ca(OH)2的理论需要量，公式如下：
Figure GDA0004073809840000073
式中：LF：Ca(OH)2的理论需要量，kg/h；
FT：实时烟气流量，nm3/h；
PVHCl入：反应塔4第一入口HCl测量值，mg/m3；
SPHCl出：HCl的出口设定值，mg/m3；
PVSO2入：反应塔4第一入口SO2测量值，mg/m3；
SPSO2出：SO2的出口设定值，mg/m3；
PIDHCl：HCl的PID控制器输出值；
PIDSO2：SO2的PID控制器输出值。
(4)PID控制器通过布袋除尘器6入口设定温度SPT与温度检测器15监测到的实时温度PVT输出布袋除尘器6入口温度PID控制器输出值PIDT，根据(3)中的计算得到Ca(OH)2的理论需要量、石灰浆浓度，布袋除尘器6入口温度PID控制器输出值，从而得到石灰浆调节阀9的PID控制器设定值，进而控制石灰浆流量，再加上碱液输出补偿后，50％-100％进过限幅控制于石灰浆调节阀9，喷入相应流量石灰浆，石灰浆调节阀9PID控制器的设定值的计算公式如下：
Figure GDA0004073809840000081
式中：SP石灰浆：石灰浆调节阀9PID控制器的设定值
LC：石灰浆浓度，％
A：过量系数，初始值为1.2。
(5)当满足下面任一条件：石灰浆系统故障、CPHCl<75％SPHCl均或者CPSO2<75％SPSO2均时，碱液PID控制器开始控制碱液调节阀13，喷入相应碱液，同时碱液流量去修正石灰浆流量，防止布袋除尘器6入口温度过低，造成布袋除尘器6腐蚀和糊袋，同时对碱液的实际流量FT碱液进行实时检测，从而使得FT碱液与碱液调节阀13PID控制器的设定值一致，碱液调节阀13PID控制器的设定值的计算公式如下：
Figure GDA0004073809840000091
式中：SP碱液：碱液调节阀13PID控制器的设定值；
B：过量系数，初始值为1.3；
LH：碱液浓度，％。
(6)当满足下面任一条件时：石灰浆系统故障、CPHCl<90％SPHCl均或者CPSO2<90％SPSO2均时，消石灰PID控制器开始控制消石灰给料阀14，喷入相应消石灰，同时对消石灰的实际流量FT消石灰进行实时检测，从而使得FT消石灰与消石灰给料阀14PID控制器的设定值一致，消石灰给料阀14PID控制器的设定值的计算公式如下：
SP消石灰＝LF*C-FT石灰浆*LC (10)
式中：SP消石灰：消石灰给料阀14PID控制器的设定值；
C：过量系数，初始值为1.25。
本发明通过根据烟气的自然小时均值和布袋除尘器6入口温度实时协调控制三种脱酸设施的运行，在确保烟气达标排放的同时，节省环保耗材的使用，创造良好的社会和经济效益。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种烟气脱酸联合处理系统协调控制工艺，其特征在于，系统包括第一消石灰仓、第二消石灰仓、石灰浆制备装置、反应塔、碱液仓、布袋除尘器、干粉喷射器以及排气烟囱，所述第一消石灰仓与石灰浆制备装置的入口通过管道连通，所述反应塔的第一入口通入烟气，所述石灰浆制备装置的出口与反应塔的第二入口通过管道连通，所述反应塔的第三入口与碱液仓通过管道连通，所述第二消石灰仓的出口与干粉喷射器的一端通过管道连通，所述布袋除尘器的入口与干粉喷射器的一端、反应塔的出口均通过管道连通，所述布袋除尘器的出口与排气烟囱通过管道连通，所述石灰浆制备装置的入口与反应塔的第二入口之间的管道上设置有石灰浆调节阀，所述反应塔的第二入口处还设置有旋转雾化器，所述碱液仓与反应塔的第三入口之间的管道上设置有碱液调节阀，所述第二消石灰仓的出口处设置有消石灰给料阀，所述布袋除尘器入口处设置有温度检测器，所述反应塔的第一入口处设置有入口烟气分析仪，排气烟囱内设置有出口烟气分析仪，所述入口烟气分析仪检测SO2与HCl的浓度，所述出口烟气分析仪以及检测SO2与HCl的浓度以及烟气的流量；
其协调控制工艺包括如下步骤：
(1)设定HCl和SO2小时均值浓度设定值：SPHCl均与SPSO2均、布袋除尘器入口设定温度SPT；
(2)分别根据反应塔第一入口处的入口烟气分析仪收集到的HCl和SO2实时测试值PVHCl入、PVSO2入与小时均值浓度设定值SPHCl均、SPSO2均，计算出各自自然小时剩余时间内需要控制的浓度，即CPHCl和CPSO2，再将CPHCl、CPSO2分别输入到各自的PID控制器，从而得到各自的HCl的PID控制器输出值PIDHCl，SO2的PID控制器输出值PIDSO2；
(3)烟气进入反应塔内，烟气内的HCl和SO2分别与石灰浆以及碱液进行反应，根据HCl、SO2的出口设定值SPHCl出、SPSO2出，反应塔第一入口HCl、SO2的测量值PVHCl入、PVSO2入、实时烟气流量FT、HCl的PID控制器输出值PIDHCl、SO2的PID控制器输出值PIDSO2计算出Ca(OH)2的理论需要量；
(4)PID控制器通过布袋除尘器入口设定温度SPT与温度检测器监测到的实时温度PVT输出布袋除尘器入口温度PID控制器输出值PIDT，根据(3)中的计算得到Ca(OH)2的理论需要量、石灰浆浓度，布袋除尘器入口温度PID控制器输出值，从而得到石灰浆调节阀的PID控制器设定值，从而控制石灰浆流量，再加上碱液输出补偿后，50％-100％进过限幅控制于石灰浆调节阀，喷入相应流量石灰浆；
(5)当满足下面任一条件：石灰浆系统故障、CPHCl<75％SPHCl均或者CPSO2<75％SPSO2均时，碱液PID控制器开始控制碱液调节阀，喷入相应碱液，同时碱液流量去修正石灰浆流量，防止布袋除尘器入口温度过低，造成布袋除尘器腐蚀和糊袋，同时对碱液的实际流量FT碱液进行实时检测，从而使得FT碱液与碱液调节阀PID控制器的设定值一致；
(6)当满足下面任一条件时：石灰浆系统故障、CPHCl<90％SPHCl均或者CPSO2<90％SPSO2均时，消石灰PID控制器开始控制消石灰给料阀，喷入相应消石灰，同时对消石灰的实际流量FT消石灰进行实时检测，从而使得FT消石灰与消石灰给料阀PID控制器的设定值一致。
2.根据权利要求1所述的一种烟气脱酸联合处理系统协调控制工艺，其特征在于：所述(2)中CPHCl和CPSO2的计算公式如下：
Figure QLYQS_1
Figure QLYQS_2
公式1与公式2中TS为自然小时已经经过的时间，单位为S。
3.根据权利要求1所述的一种烟气脱酸联合处理系统协调控制工艺，其特征在于：所述(3)中烟气内的HCl和SO2分别与石灰浆以及碱液的主要化学反应式如下：
SO2+Ca(OH)2→CaSO3+H2O (3)
2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+H2O (4)
SO2+2NaOH→Na2SO3+H2O (5)
HCl+NaOH→NaCl+H2O (6)
其中公式(3)中SO2反应折算分子量为64，公式(4)中HCl反应折算分子量为73，公式(5)(6)与公式(3)(4)相比NaOH折算为Ca(OH)2，即2*40/74＝1.08。
4.根据权利要求1所述的一种烟气脱酸联合处理系统协调控制工艺，其特征在于：所述(3)中Ca(OH)2的理论需要量的计算公式如下：
Figure QLYQS_3
式中：LF：Ca(OH)2的理论需要量，kg/h；
FT：实时烟气流量，nm3/h；
PVHCl入：反应塔第一入口HCl测量值，mg/m3；
SPHCl出：HCl的出口设定值，mg/m3；
PVSO2入：反应塔第一入口SO2测量值，mg/m3；
SPSO2出：SO2的出口设定值，mg/m3；
PIDHCl：HCl的PID控制器输出值；
PIDSO2：SO2的PID控制器输出值。
5.根据权利要求1所述的一种烟气脱酸联合处理系统协调控制工艺，其特征在于：所述(4)中石灰浆调节阀PID控制器的设定值的计算公式如下：
Figure QLYQS_4
式中：SP石灰浆：石灰浆调节阀PID控制器的设定值
LC：石灰浆浓度，％
A：过量系数，初始值为1.2。
6.根据权利要求1所述的一种烟气脱酸联合处理系统协调控制工艺，其特征在于：所述(5)中碱液调节阀PID控制器的设定值的计算公式如下：
Figure QLYQS_5
式中：SP碱液：碱液调节阀PID控制器的设定值；
B：过量系数，初始值为1.3；
LH：碱液浓度，％。
7.根据权利要求1所述的一种烟气脱酸联合处理系统协调控制工艺，其特征在于：所述(6)中消石灰给料阀PID控制器的设定值的计算公式如下：
SP消石灰＝LF*C-FT石灰浆*LC (10)
式中：SP消石灰：消石灰给料阀PID控制器的设定值；
C：过量系数，初始值为1.25。
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