CN116116180A - 一种脱硫塔烟气进气控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种脱硫塔烟气进气控制系统，包括内设流量传感器的第一进气烟道；烟气分流通道，设于第一进气烟道后面，分为上下两条进气烟道，上进气烟道是第二进气烟道，与脱硫塔连接，下进气烟道是第三进气烟道，其侧壁和底部分别设有进水阀门和出水阀门，并连接有水管，所述第三进气烟道内设有液位传感器；中转炉，连接于第三进气烟道后面，其顶部连接有补气装置，补气装置后部通过第四进气烟道与脱硫塔连通；自动控制单元，包括PLC控制器。本控制系统创新性的设计了烟气分流通道，并采用水位高度来控制第三进气烟道的开启大小，既保证了进入脱硫塔内的烟气维持在标准状态，又提高了整体系统的使用寿命。

Description

一种脱硫塔烟气进气控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一般的控制或调节系统技术领域。

背景技术

脱硫塔是环保行业的常见设备，用于将高温烟气中的S0₂吸收净化。脱硫塔以湿法脱硫应用最为普遍，其内部设有喷淋层和除雾层。由于脱硫塔建成后形状固定，喷淋层所能展开的范围也是固定的，在喷淋层喷出的液体与向上流动的烟气产生湍流效应时，存在一个最佳烟气流速范围，当烟气以此流速与喷淋层喷出的浆液反应时，可达到最佳吸收效果。根据流速计算公式不难得知，欲使烟气以此最佳流速与喷淋层反应，需使进气烟气的流量保持在一个范围值内。而烟气进气量在实际工业生产中并不是一个稳定值。

另外，脱硫塔为了处理高温烟气，需具备耐腐蚀、耐高温等性能，为了控制烟气进气量仅仅采用增加一个控制阀门的简单粗暴方法，不仅造价极高，其长时间处于腐蚀环境下，使用寿命更是难以保证，且后续经常停炉维护还会严重影响脱硫塔的正常使用。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种脱硫塔烟气进气控制系统。

本发明技术方案如下：

一种脱硫塔烟气进气控制系统，包括：

第一进气烟道，其内设有流量传感器。

烟气分流通道，设于第一进气烟道后面，分为上下两条进气烟道，上进气烟道是第二进气烟道，为标准进气烟道，处于常开状态，其另一端与脱硫塔连接，下进气烟道是第三进气烟道，为分流烟道，第三进气烟道侧壁和底部分别设有进水阀门和出水阀门，并连接有水管，第三进气烟道内设有液位传感器；通过设置上下两条进气烟道，可将标准流量的烟气从第二进气烟道通至脱硫塔内，而第三进气烟道通过水位高度调节开度，一方面用于维持第二进气烟道中的进气量在标准范围内，另一方面可在烟气量较大时，将过量的烟气分流出去。

优选的，第二进气烟道和第三进气烟道的分界面水平设置，以防止水流到第二进气烟道内。

中转炉，通过中转管连接于第三进气烟道后面，其顶部连接有补气装置，补气装置通过补气开关阀控制运行，补气装置后部连接有第四进气烟道，第四进气烟道另一端与脱硫塔连通；通过中转炉的设计，在烟气过量时，过量的烟气会通过第三进气烟道流进中转炉内，而在烟气不足时，补气装置会将中转炉内的烟气补充至脱硫塔内，使进入到脱硫塔的烟气总流量达到最佳范围内，从而使进入脱硫塔内的烟气以最佳流速与喷淋层的浆液发生湍流效应。

自动控制单元，包括PLC控制器，PLC控制器与流量传感器、液位传感器，以及进水阀门、出水阀门、补气开关阀通信连接。

为防止第三进气烟道内的水流出第三进气烟道，设计第三进气烟道顶端高度低于第一进气烟道底端。

进一步的，设计第三进气烟道的纵向截面为倒梯形形状，且两端高度高于中间高度，从而有效防止第三进气烟道内的水流出第三进气烟道。

进一步的，中转管一端高出第三进气烟道，并与其相连，另一端连接至中转炉下部，烟气进入中转炉后向上汇聚到顶部，并能在补气装置作用下进入第四进气烟道。补气装置压缩机等可以把中转炉内的烟气以指定速度抽出的设备均可。

优选的，第四进气烟道与脱硫塔相接处高度低于第二进气烟道与脱硫塔相接处高度。以使二者进气更好的混合，同时防止二者之间彼此干扰。

另外，本系统还包括应急反应模块，应急反应模块包括设置在中转炉顶部的压力传感器，压力传感器与PLC控制器通信连接。可在中转炉压力过大时，关闭第三进气烟道的进气，保护中转炉。

基于上述脱硫塔烟气进气控制系统的控制方法，包括以下步骤：

1)获取第一进气烟道内流量传感器反馈值；

2)执行步骤1)后，经过预设时间，判断流量传感器反馈值是否落入第一范围内；

3)当流量传感器反馈值落入第一范围内时，判断液位传感器反馈值与高水位阈值的大小关系，若小于，则开启进水阀门，关闭出水阀门，直至液位传感器反馈值等于高水位阈值，关闭进水阀门，然后关闭补气开关阀；

当流量传感器反馈值大于第一范围的上限值时，关闭补气开关阀和进水阀门，开启出水阀门，直至液位传感器反馈值等于第一预设值，关闭出水阀门；

当流量传感器反馈值小于第一范围的下限值时，开启补气开关阀和进水阀门，关闭出水阀门，直至液位传感器反馈值等于高水位阈值，关闭进水阀门。

另外，还包括步骤4)：获取压力传感器反馈值，如果压力传感器反馈值大于警戒值时，开启进水阀门，关闭出水阀门，直至液位传感器反馈值等于高水位阈值，关闭进水阀门。

通过上述设计，本发明脱硫塔烟气进气控制系统，通过设置上下两条进气烟道，可将标准流量的烟气从第二进气烟道通至脱硫塔内，而第三进气烟道通过水位高度调节经过第三进气烟道的烟气流量，一方面用于维持第二进气烟道中的进气量在标准范围内，另一方面可在烟气量较大时，将过量的烟气分流出去。

通过中转炉的设计，在烟气过量时，过量的烟气会通过第三进气烟道流进中转炉内，而在烟气不足时，补气装置会将中转炉内的烟气补充至脱硫塔内，使进入到脱硫塔的烟气总流量达到最佳范围内，从而使进入脱硫塔内的烟气以最佳流速与喷淋层的浆液发生湍流效应。

更为重要的是，本控制系统创新性的设计了烟气分流通道，并采用水位高度来控制第三进气烟道的开启大小，没有直接在烟道中使用阀门来控制烟道开启大小，提高了整体系统的使用寿命。后期维护时，也可利用水封封闭第三进气烟道，在不停止脱硫塔工作的状态下来对中转炉进行维护。

附图说明

在附图中：

图1为本控制系统的结构示意图；

图2为烟气分流通道的截面示意图；

图3为本控制系统的工作方法流程图；

图中各附图标记所代表的组件为：

1、第一进气烟道；2、烟气分流通道；21、第二进气烟道；22、第三进气烟道；3、中转炉；4、第四进气烟道；5、流量传感器；6、进水阀门；7、出水阀门；8、补气装置；9、压力传感器。

具体实施方式

参见图1，一种脱硫塔烟气进气控制系统，包括第一进气烟道1、烟气分流通道2、中转炉3和自动控制单元。

其中，第一进气烟道1，其内设有流量传感器5，用于测得第一进气烟道1内的烟气流量。整体来讲，流经流量传感器5的烟气流量虽然不均匀，但浮动值公差不会超出标准范围值太多。

烟气分流通道2，设于第一进气烟道1后面，分为上下两条进气烟道，上进气烟道是第二进气烟道21，为标准进气烟道，处于常开状态，其另一端与脱硫塔连接，下进气烟道是第三进气烟道22，为分流烟道，第三进气烟道22侧壁和底部分别设有进水阀门6和出水阀门7，并连接有水管，参见图2所示，第三进气烟道22内设有液位传感器(图未示)；通过设置上下两条进气烟道，可将标准流量的烟气从第二进气烟道21通至脱硫塔内，而第三进气烟道22通过水位高度调节开度，一方面用于维持第二进气烟道21中的进气量在标准范围内，另一方面可在烟气量较大时，将过量的烟气分流出去。

进一步的，在烟气流量偏离标准流量范围时，可通过水位高度来调节烟气进入烟气分流通道2时，分别进入第二进气烟道21和第三进气烟道22的烟气量，即，调整第三进气烟道22内水位线以上部分的面积与第二进气烟道21的截面积之比，便可计算出分别进入第二进气烟道21和第三进气烟道22的烟气量。

优选的，第二进气烟道21和第三进气烟道22的分界面水平设置，以防止水流到第二进气烟道21内。

中转炉3，通过中转管连接于第三进气烟道22后面，其顶部连接有补气装置8，补气装置8通过补气开关阀控制运行，补气装置8后部连接有第四进气烟道4，第四进气烟道4另一端与脱硫塔连通；通过中转炉3的设计，在烟气过量时，过量的烟气会通过第三进气烟道22流进中转炉3内，而在烟气不足时，补气装置8会将中转炉3内的烟气补充至脱硫塔内，使进入到脱硫塔的烟气总流量达到最佳范围内，从而使进入脱硫塔内的烟气以最佳流速与喷淋层的浆液发生湍流效应。

自动控制单元，包括PLC控制器，PLC控制器与流量传感器5、液位传感器，以及进水阀门6、出水阀门7、补气开关阀通信连接。

进一步的，第一进气烟道1与第三进气烟道22存在高度差，为防止第三进气烟道22内的水流出第三进气烟道22，设计第三进气烟道22顶端高度低于第一进气烟道1底端。

进一步的，第二进气烟道21和第三进气烟道22远离第一进气烟道1一端均倾斜向上布置。第二进气烟道21和第三进气烟道22以第三进气烟道22顶壁为分界线，第二进气烟道21后部水平连接至脱硫塔，第三进气烟道22后部连接竖直布置的中转管，实现与第二进气烟道21的分离，同时，将第三进气烟道22中的烟气导入中转炉3内。

进一步的，第三进气烟道22的纵向截面为倒梯形形状，且两端高度高于中间高度，从而有效防止第三进气烟道22内的水流出第三进气烟道22。

进一步的，中转管一端高出第三进气烟道22，并与其相连，另一端连接至中转炉3下部，烟气进入中转炉3后向上汇聚到顶部，并能在补气装置8作用下进入第四进气烟道4。补气装置8压缩机等可以把中转炉3内的烟气以指定速度抽出的设备均可。

进一步的，第三进气烟道22采用水封的方式封闭后，可方便的在不停止脱硫塔工作的状态下来对中转炉进行维护。

优选的，第四进气烟道4与脱硫塔相接处高度低于第二进气烟道21与脱硫塔相接处高度。以使二者进气更好的混合，同时防止二者之间彼此干扰。

另外，本系统还包括应急反应模块，应急反应模块包括设置在中转炉3顶部的压力传感器9，压力传感器9与PLC控制器通信连接。当压力传感器9检测到中转炉3压力超过警戒值时，PLC控制器会控制进水阀门6开启封闭第三进气烟道22，使所有烟气均从第二进气烟道21流走，从而保护中转炉3。由于流经流量传感器5的烟气流量虽然不均匀，但浮动不会太大，当烟气流量变小时，补气装置8会将中转炉3内的烟气导出至脱硫塔内，从而降低中转炉压力，使其继续参与中转工作。

基于上述脱硫塔烟气进气控制系统的控制方法，包括以下步骤：

1)获取第一进气烟道1内流量传感器5反馈值。

2)执行步骤1)后，经过预设时间，判断流量传感器5反馈值是否落入第一范围内。

PLC控制器内预设第一范围，第一范围包括下限值和上限值，下限值和上限值根据第一进气烟道1内的烟气流量满足脱硫塔内标准烟气流速范围进行设定。例如，根据脱硫塔内截面面积，该脱硫塔内烟气以10-12m/s的流速与喷淋层接触，可达到最佳吸收效果。则可根据流量、流速和截面积公式计算出所需烟气流量的下限值和上限值。

优选的，自动控制单元还包括人机交互界面，用于设置或修改第一范围的下限值和上限值。

另外，关于预设时间的设置。预设时间根据流量传感器5和烟气分流通道2之间间隔的距离来提前设定，也可通过人机交互界面来设置，从而保证步骤1)检测的烟气流量到达烟气分流通道2位置时，PLC控制器开始调节进水阀门6、出水阀门7和补气开关阀。

3)当流量传感器5反馈值落入第一范围内时，第一进气烟道1内的烟气全部流入脱硫塔内，可实现烟气以标准流速与喷淋层接触，此时，需要保证第一进气烟道1内的烟气全部从第二进气烟道21中流过。因此，执行下列步骤：

判断液位传感器反馈值与高水位阈值的大小关系，若小于，则开启进水阀门6，关闭出水阀门7，直至液位传感器反馈值等于高水位阈值，关闭进水阀门6，然后关闭补气开关阀。

其中，高水位阈值是指水位到达第二进气烟道21顶壁时液位传感器的反馈值。进水阀门6开启后，直至液位传感器反馈值等于高水位阈值的时间不超过1s。

通过上述操作，可及时开启进水阀门6来封闭第三进气烟道22，从而使第一进气烟道1内的烟气尽量从第二进气烟道21中流走。由于开启进水阀门6到水填满第三进气烟道22需要一定时间，在此期间，还是会有一些烟气从第三进气烟道22流走。因此，设定补气开关阀晚关，在开启进水阀门6关闭前，一直向脱硫塔中补充烟气，来保证进入脱硫塔中的烟气总量满足要求。而补气开关阀的具体开度也根据前期录入的实验数据，即，根据第一进气烟道1内流量、液位传感器反馈值和补气开关阀开度曲线确定。

当流量传感器5反馈值大于第一范围的上限值时，第一进气烟道1内的烟气是过量的，需要保证第二进气烟道21进入标准流量的烟气下，其余烟气通过第三进气烟道22进入中转炉3暂存。因此，执行下列步骤：

关闭补气开关阀和进水阀门6，开启出水阀门7，直至液位传感器反馈值等于第一预设值，关闭出水阀门7。

其中，第一预设值是指根据第一进气烟道1内流量值——液位传感器高度关系曲线获得，第一进气烟道1内流量值大于第一范围上限值，该曲线经过实验获得，并预设在PLC控制器内。

通过控制出水阀门7放水来间接控制第三进气烟道22内液位高度，可控制第一进气烟道1内烟气分别进入第二进气烟道21和第三进气烟道22的烟气量，从而保证进入第二进气烟道21的烟气量在第一范围内。

当流量传感器5反馈值小于第一范围的下限值时，第一进气烟道1内的烟气是不足的，无法保证进入脱硫塔后以标准烟气流速向上流动，需要中转炉3的烟气的补充，使第二进气烟道21和第四进气烟道4的总进烟量处于第一范围内。

因此，执行下列步骤：

开启补气开关阀和进水阀门6，关闭出水阀门7，直至液位传感器反馈值等于高水位阈值，关闭进水阀门6。

其中，补气开关阀的开启大小根据第一进气烟道1内流量值——补气开关阀开度关系曲线获得，第一进气烟道1内流量值小于第一范围下限值，该曲线经过实验获得，并预设在PLC控制器内。

通过计算第一进气烟道1内流量值与第一范围下限值的差值，开启进水阀门6将第三进气烟道22封闭，同时，将补气开关阀开启至指定开度，向脱硫塔内输送差值烟气，从而保证第二进气烟道21和第四进气烟道4的总进烟量处于第一范围内。

步骤4)：获取压力传感器9反馈值，如果压力传感器9反馈值大于警戒值时，开启进水阀门6，关闭出水阀门7，直至液位传感器反馈值等于高水位阈值，关闭进水阀门6。

其中，警戒值是指中转炉3所能承受的0.8倍最大压力值。为保护中转炉3，在中转炉3内压力值到达警戒值时，需及时开启进水阀门6，将第三进气烟道22封闭，待后续第一进气烟道1内流量变小时，通过补气装置8将中转炉3内烟气导出至脱硫塔后，再正常参与烟气调节控制。

Claims (10)

1.一种脱硫塔烟气进气控制系统，其特征在于，包括：

第一进气烟道(1)，其内设有流量传感器(5)；

烟气分流通道(2)，设于第一进气烟道(1)后面，分为上下两条进气烟道，上进气烟道是第二进气烟道(21)，为标准进气烟道，处于常开状态，其另一端与脱硫塔连接，下进气烟道是第三进气烟道(22)，为分流烟道，所述第三进气烟道(22)侧壁和底部分别设有进水阀门(6)和出水阀门(7)，并连接有水管，所述第三进气烟道(22)内设有液位传感器；

中转炉(3)，通过中转管连接于第三进气烟道(22)后面，其顶部连接有补气装置(8)，所述补气装置(8)通过补气开关阀控制运行，所述补气装置(8)后部连接有第四进气烟道(4)，所述第四进气烟道(4)另一端与脱硫塔连通；

自动控制单元，包括PLC控制器，所述PLC控制器与流量传感器(5)、液位传感器，以及进水阀门(6)、出水阀门(7)、补气开关阀通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种脱硫塔烟气进气控制系统，其特征在于，所述第三进气烟道(22)顶端低于第一进气烟道(1)底端设置。

3.根据权利要求2所述的一种脱硫塔烟气进气控制系统，其特征在于，所述第三进气烟道(22)的纵向截面为倒梯形形状。

4.根据权利要求3所述的一种脱硫塔烟气进气控制系统，其特征在于，所述中转管一端高出第三进气烟道(22)，并与其相连，另一端连接至中转炉(3)下部。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种脱硫塔烟气进气控制系统，其特征在于，所述第二进气烟道(21)和所述第三进气烟道(22)的分界面水平设置。

6.根据权利要求5所述的一种脱硫塔烟气进气控制系统，其特征在于，所述第四进气烟道(4)与脱硫塔相接处高度低于第二进气烟道(21)与脱硫塔相接处高度。

7.根据权利要求5所述的一种脱硫塔烟气进气控制系统，其特征在于，还包括应急反应模块，所述应急反应模块包括设置在中转炉(3)顶部的压力传感器(9)，所述压力传感器(9)与PLC控制器通信连接。

8.一种基于1-7任一项所述脱硫塔烟气进气控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取第一进气烟道(1)内流量传感器(5)反馈值；

2)判断流量传感器(5)反馈值是否落入第一范围内；

3)当流量传感器(5)反馈值落入第一范围内时，判断液位传感器反馈值与高水位阈值的大小关系，若小于，则开启进水阀门(6)，关闭出水阀门(7)，直至液位传感器反馈值等于高水位阈值，关闭进水阀门(6)，然后关闭补气开关阀；

当流量传感器(5)反馈值大于第一范围的上限值时，关闭补气开关阀和进水阀门(6)，开启出水阀门(7)，直至液位传感器反馈值等于第一预设值，关闭出水阀门(7)；

当流量传感器(5)反馈值小于第一范围的下限值时，开启补气开关阀和进水阀门(6)，关闭出水阀门(7)，直至液位传感器反馈值等于高水位阈值，关闭进水阀门(6)。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括步骤4)：获取压力传感器(9)反馈值，如果压力传感器(9)反馈值大于警戒值时，开启进水阀门(6)，关闭出水阀门(7)，直至液位传感器反馈值等于高水位阈值，关闭进水阀门(6)。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，执行步骤1)后，经过预设时间，执行步骤2)。

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