CN1269553C - 半干法烟气脱硫工艺中喷水量的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

半干法烟气脱硫工艺中喷水量的控制系统及其控制方法属于半干法烟气脱硫技术领域，其特征在于它把相对湿度探头安装在脱硫塔入口烟道内，数据处理装置根据脱硫塔入口烟气数据、出口烟气数据和喷水量数据，计算脱硫塔出口烟气的近绝热饱和温度或近露点温度，把它们与相应的设定值进行比较，用比较所得差值来控制电磁阀的开合，实现对喷水量的精确控制。同时提出了一套计算机控制的方法。它有效防止了昂贵的相对湿度探头的粘灰和腐蚀问题，可靠性和经济性高。

Description

半干法烟气脱硫工艺中喷水量的控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于半干法烟气脱硫技术领域，特别涉及一种半干法烟气脱硫工艺中喷水量的控制系统及其控制方法。

背景技术

目前，在半干法烟气脱硫工艺中，普遍被应用的喷水量控制系统有三种：第一种是在脱硫塔出口安装相对湿度传感器及温度传感器，根据测量得到的烟气的相对湿度和温度，计算得出烟气的绝热饱和温度，通过对烟气实际温度与绝热饱和温度的差——近绝热饱和温度与设定的近绝热饱和温度的对比来控制喷水量；第二种是在脱硫塔出口安装露点仪测量烟气的露点温度和烟气的实际温度，通过对烟气实际温度与露点温度的差——近露点温度与设定的近露点温度的对比来控制喷水量；第三种是使用干、湿球温度计，每隔一段时间测量一次脱硫塔出口烟气的干球温度和湿球温度，将干球温度和湿球温度之间的差近似认为是近绝热饱和温度，通过对近绝热饱和温度与设定的近绝热饱和温度的对比来控制喷水量。

第一种系统和第二种系统存在的问题是：可靠性和经济性低。具体分析：脱硫塔出口烟气的含尘量大、湿度高，并且由于运行工况的不稳定，经常会出现出口烟气携带水滴的情况，在运行过程中，相对湿度传感器或露点仪的传感器就容易被水覆盖、粘附烟尘，当这种情况发生时，所测得的数据不准确，需要清理后才能恢复正常，而这种情况不可预知，所以这两种控制系统不可靠；并且当有水覆盖传感器时，传感器容易被腐蚀，由于相对湿度传感器或露点仪的传感器价格昂贵，所以这两种控制系统的经济性欠佳。

第三种系统存在的问题是：可靠性和及时性低。具体分析：湿球温度在测量时的准确性受到起始水温的影响，只有当起始水温稍微高于所测湿球温度真实值时，才能得到准确的测量值，因此不能保证测量结果的准确性，所以该控制系统不可靠；湿球温度一般都是手工测量，不是连续在线测量，所以不能及时反映脱硫塔内烟气增湿的程度。

发明内容

针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明提出一种有效防止粘灰、腐蚀，能够及时、准确获得测量数据，可靠性和经济性高的半干法烟气脱硫工艺中喷水量的控制系统及其控制方法。

半干法烟气脱硫工艺中喷水量的控制系统，包括：静压力传感器及其仪表、相对湿度传感器及其仪表、温度传感器及其仪表、体积流量传感器及其仪表、电磁阀、集成电路、运算器、比较器、信号线。脱硫塔入口安装静压力传感器、相对湿度传感器、温度传感器和烟气体积流量传感器；脱硫塔出口安装静压力传感器(3～5个)、温度传感器(3～5个)；在浆液管上安装浆液体积流量传感器。上述各传感器通过信号线连接各自对应的测量仪，各测量仪通过信号线将测量得到的数据传给集成电路。集成电路除接收各测量仪传来的信号，还接收另三个信号：M_g1、x₁、x₂，其中M_g1代表脱硫塔入口干烟气的平均摩尔质量；x₁代表水的摩尔质量与入口干烟气的平均摩尔质量的比值；x₂代表水的摩尔质量与出口干烟气的平均摩尔质量的比值。这三个数据的获得有两条途径：一是根据燃煤的化学成分(C、H、O、N、S)和锅炉及脱硫装置的运行参数(脱硫塔入口及出口的过量空气系数及静压力)通过锅炉燃烧计算得出，根据锅炉常用的煤种和常见的运行参数计算一系列的数据，并把这些数据整合到一个数据库中，在脱硫装置运行过程中根据实际情况调用数据库中的数据；二是利用锅炉控制系统中测量得到的烟气中各成分的份额计算得出(计算的程序整合在集成电路中)。集成电路输出的信号是烟气的近露点温度(ADPT)或近绝热饱和温度(AAST)。近露点温度通过比较器与设定的近露点温度进行比较，或近绝热饱和温度通过比较器与设定的近绝热饱和温度进行比较，输出信号经运算器转变为控制安装在浆液管上的电磁阀开合的信号，通过电磁阀的开合实现对喷水量的控制。

集成电路的原理描述如下：

喷水量控制系统中的集成电路原理如图2所示，其中集成电路的为虚线框内的部分，数学模型描述如下：

$G_1\left(s\right):H_1=x_1\frac{133.28{\mathrm{\φ}}_1\exp (18.3036-\frac{3816.44}{t_1+227.02})}{P_1-133.28{\mathrm{\φ}}_1\exp (18.3036-\frac{3816.44}{t_1+227.02})}...\left(1\right)$

$G_2\left(s\right):Q_m=\frac{1000}{22.4}\·\frac{{273.15P}_1}{1.013\×{10}^5(t_1+273.15)}\·\frac{Q_{v1}}{\frac{H_1}{18.02}+\frac{1}{M_{g1}}}...\left(2\right)$

G₃(s)： $H_{\mathrm{\Δ}}=\frac{\mathrm{AWS}(1-y)}{Q_m}$ (若脱硫塔位于除尘器前，则y取2.4％；若位于除尘器后，则y取0.5％。)                                                                 (3)

G₄(s)：H₂＝H₁+_ΔH                                                    (4)

$G_5\left(s\right):\mathrm{ADPT}=t_2-[\frac{3816.44}{18.3036-\ln \frac{P_2{H}_2}{133.28(H_2+x_2)}}-227.02]...\left(5\right)$

G₆(s)：这一环节利用试差法，需要编一个程序来实现。公式如下：

$H_{\mathrm{as}}=\frac{0.00275\frac{t_2+t_{\mathrm{as}}}{2}+1.0415}{382.42(374.15-t_{\mathrm{as}})}(t_2-t_{\mathrm{as}})+H_2...\left(6\right)$

$t_{\mathrm{as}}=\frac{3816.44}{18.3036-\ln \frac{P_2{H}_{\mathrm{as}}}{133.28(H_{\mathrm{as}}+x_2)}}-227.02...\left(7\right)$

对式(6)、(7)利用试差法计算出t_as后，然后得：

AAST＝t₂-t_as                                         (8)

数学模型及其推导中涉及的物理量符号解释如下：

符号	说明	单位
			AAST	近绝热饱和温度	℃
AAST0	控制系统中近绝热饱和温度的设定值	℃
			ADPT	近露点温度	℃
ADPT0	控制系统中近露点温度的设定值	℃
			CH	空气的比热	kJ/kg℃
H	含湿量	kg/kg
			H1	脱硫塔入口烟气的含湿量	kg/kg
H2	脱硫塔出口烟气的含湿量	kg/kg
			Has	tas对应的含湿量	kg/kg
AWS	喷入脱硫塔内的水量	kg/h
			Mg	干烟气平均摩尔质量	g/mol
Mg1	脱硫塔入口干烟气平均摩尔质量	g/mol
			Mv	水的摩尔质量	g/mol
P	湿空气的静压力	Pa
			P1	脱硫塔入口烟气静压力	Pa
P2	脱硫塔出口烟气静压力	Pa
			Ps	水蒸气的饱和蒸气压	Pa
Pv	湿空气中水蒸气的分压力	Pa
			Qm	脱硫塔入口烟气质量流量	g/h
Qv	脱硫塔入口烟气体积流量	m3/h
			QvN	脱硫塔入口烟气体积流量(标准状况)	Nm3/h
t	温度	℃
			t1	脱硫塔入口烟气温度	℃
t2	脱硫塔出口烟气温度	℃
			tas	绝热饱和温度	℃
td	露点温度	℃
			x	水的摩尔质量与干烟气平均摩尔质量之比	---

x1	水的摩尔质量与脱硫塔入口干烟气平均摩尔质量之比	---
			x2	水的摩尔质量与脱硫塔出口干烟气平均摩尔质量之比(不考虑脱硫)	---
y	脱硫灰渣带水系数	---
			γas	tas对应的汽化潜热	kJ/kg
ΔH	脱硫塔入口和出口之间含湿量的增量	kg/kg
			φ	相对湿度	％
φ1	脱硫塔入口烟气相对湿度	％

各环节的推导过程如下：

式(1)的推导过程如下：

(a)依据

对于空气—水体系有这样的公式[参考文献：曾丹苓，敖越，等.工程热力学(第二版).高等教育出版社.1986.5：236-243]：

$H=0.622\frac{P_v}{P-P_v}...\left(9\right)$

$\mathrm{\φ}=\frac{P_v}{P_S}...\left(10\right)$

(b)修正

要得到适用于烟气——水体系的类似公式，只要对式(9)进行相应的修正：其中0.622这个数值是水的摩尔质量与干空气摩尔质量的比值，将这个数值改成水的摩尔质量M_v与干烟气平均摩尔质量M_g之比即可，这个比值用x来表示：

$x=\frac{M_v}{M}...\left(11\right)$

修正后得到烟气——水体系的公式：

$H=x\frac{{\mathrm{\φP}}_s}{P-{\mathrm{\φP}}_s}...\left(12\right)$

(c)P_s与t的关系

不同温度下的饱和蒸气压P_s可用Antoine方程[参考文献：伍沅，姚斌.湿空气性质的计算.化工设计，1994，2：19～21]计算：

${\ln P}_s=A-\frac{B}{T+C}...\left(13\right)$

在283～453K范围内，式(13)中的参数值为：A＝18.3036，B＝3816.44，C＝-46.13。P_s的单位是mmHg，将该单位换算成Pa，得：

$P_s=133.28\exp (18.3036-\frac{3816.44}{t+227.02})...\left(14\right)$

式(14)的计算结果与文献数据[参考文献：曾丹苓，敖越，等.工程热力学(第二版).高等教育出版社.1986.5：236-243]的相对误差：在50～100℃的脱硫塔出口温度范围内，平均相对误差是0.029％；在50～180℃的温度范围内，平均相对误差是0.044％。可见在半干法烟气脱硫工艺的温度范围内，利用Antoine方程的计算值精确性很高。

(d)推导的结果

将式(14)代入式(12)即得：

$H=x\frac{133.28\mathrm{\φexp}(18.3036-\frac{3816.44}{t+227.02})}{P-133.28\mathrm{\φexp}(18.3036-\frac{3816.44}{t+227.02})}...\left(15\right)$

将入口的H₁、x₁、φ₁、P₁、t₁代入式(15)即得式(1)

式(2)的推导过程如下：

脱硫塔入口烟气的体积流量Q_v1，单位：m³/h，

根据 $\frac{P_0{V}_0}{T_0}=\frac{\mathrm{PV}}{T};$ 其中P₀＝1.013×10⁵Pa，T₀＝273.15K，T＝(t+273.15)K；

化成标准状况的体积流量： $Q_{\mathrm{vN}}=\frac{273.15\·Q_{v1}\·P_1}{1.013\×{10}^5\·(t_1+273.15)},$ 单位：Nm³/h              (16)

化成物质的量流量： $n=\frac{1000\·Q_{\mathrm{vN}}}{22.4},$ 单位：mol/h              (17)

烟气包括干烟气和水蒸气，所以n＝n_w+n_g

而 $n_w=\frac{m_w}{M_v}=\frac{m_8\·H_1}{18.02};n_8=\frac{m_8}{M_{g1}}$

则： $n=m_g\·(\frac{H_1}{18.02}+\frac{1}{M_{g1}})...\left(18\right)$

将式(16)、(18)代入式(17)，整理即得式(2)

式(3)的推导过程如下：

脱硫塔中喷雾装置相连通的浆液管中浆液的体积流量Q_v2，浆液的密度ρ、浆液的浓度c，计算出浆液中水的质量流量AWS＝Q_v2·ρ·c，喷水量AWS经修正后除以干烟气的质量流量即得烟气含湿量的增量，式(3)由此而得。这里的修正是指脱硫灰渣带走的水分应该排除，所以引入修正系数y——脱硫灰渣带水系数，y的值随脱硫塔内烟尘浓度的增加而增加。根据文献[参考文献：佟会玲，孙旭光，等.钙基湿法与半干法尾部烟气脱硫工艺耗水量的比较.电站系统工程，2003，6(19)：1～3.]的计算结果：若脱硫塔位于除尘器前，则y取2.4％；若脱硫塔位于除尘器后，则y取0.5％。

式(4)的推导过程如下：

入口烟气含湿量加烟气含湿量的增量，得出口烟气含湿量，式(4)由此而得。

式(5)的推导过程如下：

出口烟气的含湿量为H₂，如降温至露点温度t_d，则含湿量仍为H₂，相对湿度为φ₂＝1，将它们及压力P₂代入式(15)得：

$H_2=x_2\frac{133.28\exp (18.3036-\frac{3816.44}{t_d+227.02})}{P_2-133.28\exp (18.3036-\frac{3816.44}{t_d+227.02})}...\left(19\right)$

整理得： $t_d=\frac{3816.44}{18.3036-\ln \frac{P_2{H}_2}{133.28(H_2+x_2)}}-227.02...\left(20\right)$

而：ADPT＝t₂-t_d                                                          (21)

将式(20)代入式(21)即得式(5)

式(6)、(7)的推导如下

对于热量衡算式：C_H(t-t_as)＝γ_as(H_as-H)                                   (22)

根据文献[参考文献：杨世铭.传热学(第二版).高等教育出版社.1987.10：443]提供的数据拟合得到：

C_H＝0.000275t+1.0415                                                     (23)

再根据文献[参考文献：伍沅，姚斌.湿空气性质的计算.化工设计，1994，2：19～21]提供的公式：

γ_as＝382.42(374.15-t_as)^0.3163                                           (24)

根据式(22)、(23)和(24)可以得到利用试差法计算t_as的公式(6)、(7)

本发明所述的控制系统，其特征在于它含有测量、数据处理和控制部分。

测量部分，包括：

位于脱硫塔入口烟道中的入口静压力传感器、相对湿度传感器、入口温度传感器和烟气体积流量传感器，以及分别依次与上述各传感器相连的入口静压力测量仪、相对湿度测量仪、入口温度测量仪和烟气体积流量测量仪；

位于脱硫塔出口烟道的出口静压力传感器和出口温度传感器，以及分别依次与上述两个传感器相连的出口压力测量仪和出口温度测量仪；

安装在浆液管上的浆液体积流量传感器，以及与其相连的浆液体积流量测量仪；

数据处理部分，包括：

第一运算器，它设有：脱硫塔入口烟气温度信号输入端、脱硫塔入口烟气相对湿度信号输入端、脱硫塔入口烟气静压力信号输入端以及水的摩尔质量与脱硫塔入口干烟气摩尔质量比信号输入端，它们依次分别与上述入口静压力测量仪输出端、相对湿度测量仪输出端、入口温度测量仪输出端以及位于本半干法烟气脱硫工艺中喷水量控制系统外的锅炉燃烧计算结果数据库中的水的摩尔质量与脱硫塔入口干烟气摩尔质量比的信号输出端相连；

第二运算器，它设有：脱硫塔入口烟气温度信号输入端、脱硫塔入口烟气静压力信号输入端、脱硫塔入口干烟气摩尔质量信号输入端以及脱硫塔入口烟气体积流量信号输入端，它们依次分别与上述入口温度测量仪输出端、入口静压力测量仪输出端、位于本半干法烟气脱硫工艺中喷水量控制系统外的锅炉燃烧计算结果数据库中的脱硫塔入口干烟气摩尔质量信号输出端以及烟气体积流量测量仪的信号输出端相连；该第二运算器还设有一个脱硫塔入口烟气含湿量信号输入端，该输入端与上述第一运算器的脱硫塔入口烟气的含湿量信号输出端相连；

第三运算器，它设有：脱硫塔入口烟气质量流量信号输入端和浆液体积流量信号输入端，上述这两个输入端依次分别与第二运算器的脱硫塔入口烟气质量流量信号输出端以及浆液体积流量仪输出端相连，而该浆液体积流量测量仪的输入信号来自于安装在浆液管上的浆液体积流量传感器的输出端，而该浆液管与脱流塔中的喷雾装置是连通的；

第四运算器，它设有：脱硫塔入口烟气的含湿量信号的输入端以及脱硫塔入口和出口之间含湿量的增量信号输入端，这两个输入端依次分别与第一运算器的脱硫塔入口烟气的含湿量信号输出端以及第三运算器的脱硫塔入口和出口之间含湿量的增量信号输出端相连；

第五或第六运算器，它们各设有：脱硫塔出口烟气温度信号输入端、脱硫塔出口烟气静压力信号输入端、脱硫塔出口烟气含湿量信号输入端以及当不考虑脱硫时水的摩尔质量与脱硫塔出口干烟气摩尔质量比信号输入端，上述各输入端依次分别与上述出口温度测量仪输出端、出口静压力测量仪输出端、第四运算器的脱硫塔出口烟气含湿量信号输出端以及位于本半干法烟气脱硫工艺中喷水量控制系统外的锅炉燃烧计算结果数据库的信号输出端相连；

控制部分，包括：

比较器，它的输入端或者与上述第五运算器的近露点温度ADPT信号输出端相连，或者与上述第六运算器的近绝热饱和温度AAST信号输出端相连；另外，它或者预置近露点温度设定值ADPT₀，或者预置近绝热饱和温度设定值AAST₀；而它的信号ADPT₀-ADPT之差值信号输出端，或它的信号AAST₀-AAST之差值信号输出端则经过一个把比较器输出信号转换成电磁阀开度的运算及放大器后与下述电磁阀的控制信号输入端相连；

固定在与脱硫塔内的喷雾装置连通的浆液管上的电磁阀，它的控制信号输入端与上述比较器输出信号放大器的信号输出端相连。

本发明所述的控制方法，其特征在于它依次含有以下步骤：

(1)在数据处理部分中设定试差法所用到的误差限度e和试算步长l(可取e＝l＝0.1℃)；在比较器中，或者设定近露点温度的设定值，或者设定近绝热饱和温度的设定值；

(2)数据处理部分中的第一运算器，用G₁(s)表示，根据脱硫塔入口烟气温度测量仪测得的脱硫塔入口烟气温度t₁、脱硫塔入口烟气相对湿度测量仪测得的相对湿度φ₁、脱硫塔入口烟气静压力测量仪测得的静压力P₁以及锅炉燃烧计算程序根据燃料的化学成分以及锅炉和脱硫装置的运行参数计算而得到的水的摩尔质量与入口干烟气的平均摩尔质量的比值x₁，按下式计算出脱硫塔入口烟气的含湿量H₁：

$H_1=x_1\frac{{133.28\mathrm{\φ}}_1\exp (18.30636-\frac{3816.44}{t_1+227.02})}{P_1-133.28{\mathrm{\φ}}_1\exp (18.3036-\frac{3816344}{t_1+227.02})};$

(3)数据处理部分中的第二运算器，用G₂(s)表示，根据脱硫塔入口烟气温度测量仪测得的脱硫塔入口烟气温度t₁、脱硫塔入口烟气静压力测量仪测得的静压力P₁、步骤(2)中得到的H₁值、脱硫塔入口烟气体积流量测量仪测得的烟气体积流量Q_V1、上述锅炉燃烧计算程序与同步骤(2)一样的方法得到的脱硫塔入口干烟气平均摩尔质量Mg₁，按下式计算得到脱硫塔入口干烟气的质量流量Q_m：

$Q_m=\frac{1000}{22.4}\·\frac{273.15P_1}{1.013\×{10}^5(t_1+273.15)}\·\frac{Q_{v1}}{\frac{H_1}{18.02}+\frac{1}{M_{g1}}};$

(4)数据处理部分中的第三运算器，用G₃(s)表示，它先根据浆液体积流量测量仪测得的在与脱硫塔中喷雾装置相连通的浆液管中浆液的体积流量Q_V2，浆液的密度ρ、浆液的浓度c，计算出浆液中水的质量流量AWS＝Q_V2·ρ·c，所述的第三运算器再根据AWS值和步骤(3)得到的Q_m值按下式计算得到脱硫塔入口和出口之间含湿量的增量_ΔH：

$H_{\mathrm{\Δ}}=\frac{\mathrm{AWS}(1-y)}{Q_m},$

y是脱硫灰渣带水系数，若脱硫塔位于除尘器前，取y＝2.4％；若位于除尘器后，则取y＝0.5％；

(5)数据处理装置中的第四运算器，用G₄(s)表示，它根据步骤(1)中得到的H₁值、步骤(4)中得到的_ΔH值按下式计算得到脱硫塔出口烟气的含湿量H₂：

H₂＝H₁+_ΔH；

(6A)当通过对烟气实际温度与露点温度的差——近露点温度ADPT相对于设定的近露点温度ADPT₀之差来控制喷水量时，数据处理装置中的第五运算器，用G₅(s)表示，它根据脱硫塔出口烟气温度测量仪测得的脱硫塔出口烟气温度t₂、脱硫塔出口静压力测量仪测得的脱硫塔出口烟气静压力P₂、锅炉燃烧计算结果数据库输出的x₂值以及步骤(5)得到的H₂值，按照下式计算得到近露点温度ADPT：

$\mathrm{ADPT}=t_2-[\frac{3816.44}{18.3036-\ln \frac{P_2{H}_2}{133.28(H_2+x_2)}}-227.02]$

(6B)当通过对烟气实际温度与绝热饱和温度的差——近绝热饱和温度AAST相对于设定的近绝热饱和温度AAST₀之差来控制喷水量时，数据处理装置中的第六运算器，用G₆(s)表示，它根据脱硫塔出口烟气温度测量仪测得的脱硫塔出口烟气温度t₂、脱硫塔出口静压力测量仪测得的脱硫塔出口烟气静压力P₂、锅炉燃烧计算数据库输出的x₂值以及步骤(5)得到的H₂值，按照下两式用试差法计算得到脱硫塔出口烟气的绝热饱和温度t_as：

$H_{\mathrm{as}}=\frac{0.00275\frac{t_2+t_{\mathrm{as}}}{2}+1.0415}{38242(374.15-t_{\mathrm{as}})}(t_2-t_{\mathrm{as}})+H_2...(*)$

$t_{\mathrm{as}}=\frac{3816.44}{18.3036-\ln \frac{P_2{H}_{\mathrm{as}}}{133.28(H_{\mathrm{as}}+x_2)}}-227.02...(\#)$

计算出t_as后，利用下式得到脱硫塔出口烟气的近绝热饱和温度AAST：

AAST＝t₂-t_as

上述试差法的具体步骤是：

a.设定一个绝热饱和温度初值等于脱硫塔出口烟气温度，即t_as0＝t₂；

b.将t_as0代入(*)式，得到H_as0；

c.将H_as0代入(#)式，得到t_as1；

d.判断|t_as1-t_as0|≤e是否成立，如成立，则计算结束；

e.如上述判据不成立，则重新设t_as0＝t₂-l，重复上述的计算和判断，每次重设t_as0时都比前一次所设的值小一个步长l，直到|t_as1-t_as0|≤e成立时，计算结束；

f.所求的t_as为最后一次试算所设的t_as0值。

所述试差法中误差限度e及试算步长l可取为e＝l＝0.1℃；

(7)控制部分中的比较器或根据ADPT₀-ADPT之差值，或根据AAST₀-AAST之差值通过一个运算器后转换成电磁阀的开度信号传给电磁阀，调节电磁阀的开合，实现对喷水量的控制。

另外，所述的烟气体积流量测量仪、入口温度测量仪、相对湿度测量仪以及入口静压力测量仪的输入信号分别来自于安装在脱硫塔入口烟道中的相应的传感器的输出端；所述的脱硫塔出口烟气静压力测量仪、出口温度测量仪的输入信号依次分别来自于安装在脱硫塔出口烟道内的相应的传感器的输出端。

本系统的优点在于：将相对湿度仪探头安装在脱硫塔入口，脱硫塔入口灰浓度低，且烟气湿度小，不会发生粘灰现象，不需清理，也不会造成腐蚀；在脱硫塔出口仅安装温度传感器和压力传感器即可，而这些传感器的价格比较便宜，可以安装多个，数据相互验证，轮换清理，及时更换，使控制更加可靠、经济。

本发明通过计算得到控制的特性曲线趋势简单(如图3-9)，说明控制容易实现。

附图说明

图1为本发明的系统示意图。

图2为控制原理图。

图3为AAST，ADPT与喷水量之间的关系图。

图4为出口烟气温度与喷水量的关系图。

图5为喷水量与入口烟气温度的关系图。

图6为喷水量与入口烟气体积流量的关系图。

图7为喷水量与入口烟气相对湿度的关系图。

图8为喷水量与入口烟气静压力的关系图。

图9为喷水量与出口烟气静压力的关系图。

图1中：1、脱硫塔的水平入口烟道；2、入口静压力传感器；3、相对湿度传感器；4、入口温度传感器；5、烟气体积流量传感器；6、脱硫塔主体；7、喷雾装置；8、浆液管；9、浆液体积流量传感器；10、电磁阀；11、比较器；12、运算器；13、浆液体积流量测量仪；14、气固分离装置；15、脱硫塔出口烟道；16、出口静压力传感器；17、出口温度传感器；18、出口温度测量仪；19、出口静压力测量仪；20、集成电路；21、入口静压力测量仪；22、相对湿度测量仪；23、入口温度测量仪；24、烟气体积流量测量仪；25、信号线；26、空气预热器。

具体实施方式

结构描述：在位于空气预热器26与脱硫塔主体6之间的脱硫塔水平入口烟道1的内部，固定安装入口静压力传感器2、相对湿度传感器3、入口温度传感器4、烟气体积流量传感器5，这些传感器的信号输出端通过信号线25分别与各自对应的测量仪：入口静压力测量仪21、相对湿度测量仪22、入口温度测量仪23、烟气体积流量测量仪24的信号输入端连接，这些测量仪的信号输出端通过信号线25分别与各自对应的集成电路20的信号输入端连接；在位于脱硫塔主体6与气固分离装置14之间的脱硫塔出口烟道15的内部，固定安装出口静压力传感器16、出口温度传感器17，这些传感器的信号输出端通过信号线25分别与各自对应的测量仪：出口静压力测量仪19、出口温度测量仪18的信号输入端连接，这些测量仪的信号输出端通过信号线25分别与各自对应的集成电路20的信号输入端连接；在浆液管8上沿浆液流动方向依次固定安装电磁阀10和浆液体积流量传感器9，浆液体积流量传感器9的信号输出端通过信号线25与浆液体积测量仪13的信号输入端连接，浆液体积测量仪13的信号输出端通过信号线25与其对应的集成电路20的信号输入端连接；集成电路20的信号输出端通过信号线25与比较器11的信号输入端连接，比较器11的信号输出端与运算器12的信号输入端连接，运算器12的信号输出端与电磁阀10的信号输入端连接。

工作原理及工作步骤：

第一步，集成电路20根据来自于入口静压力测量仪21的信号P₁，以及x₁的数值，得到描述脱硫塔入口烟气的含湿量、温度、相对湿度之间关系的等式，即式(1)；

第二步，集成电路20根据来自于出口静压力测量仪19的信号P₂，以及x₂的数值，得到描述脱硫塔出口烟气的含湿量、温度、相对湿度之间关系的等式，该等式类似于式(1)，仅下标由1变为2；

第三步，集成电路20根据来自于入口温度测量仪23的信号t₁和相对湿度测量仪22的信号φ₁，以及第一步得到的等式(1)，计算得到脱硫塔入口烟气的含湿量H₁；

第四步，集成电路20根据来自于烟气体积流量测量仪24的信号Q_v1、入口静压力测量仪21的信号P₁和入口温度测量仪23的信号t₁，以及Mg₁的数值，根据式(2)计算得到脱硫塔入口干烟气的质量流量Q_m；

第五步，集成电路20根据来自于浆液体积流量测量仪13的信号，计算得到浆液中水的质量流量AWS(AWS＝Q_V2·ρ·c)；

第六步，集成电路20根据第四步得到的干烟气的质量流量Q_m和第五步得到的水的质量流量AWS，根据式(3)计算得到烟气的含湿量的增量_ΔH；

第七步，集成电路20根据第三步得到的脱硫塔入口烟气含湿量H₁和第六步得到的烟气的含湿量_ΔH的增量，计算得到脱硫塔出口烟气的含湿量H₂；

第八步，集成电路20根据来自于出口温度测量仪18的信号t₂、第七步得到的脱硫塔出口烟气的含湿量H₂，以及第二步得到的等式，根据式(5)计算得到脱硫塔出口烟气的近露点温度ADPT，或根据式(6)、(7)和(8)计算近绝热饱和温度AAST

第九步，第八步得到的近绝热饱和温度AAST输入到比较器11，与设定的近绝热饱和温度AAST₀比较，并输出信号，输出的信号经运算器12后，将信号传递给电磁阀10；

或第八步得到的近露点温度ADPT输入到比较器11，与设定的近露点温度ADPT₀比较，并输出信号，输出的信号经运算器12后，将信号传递给电磁阀10；

第十步，电磁阀10根据来自于运算器12的信号，调节阀门的开合，实现对喷水量的控制。

本发明所述的数据处理是用专用的集成电路ASIC实现的。

Claims (2)

1.半干法烟气脱硫工艺中喷水量的控制系统，含有测量、数据处理和控制部分，其特征在于它含有：

测量部分，包括：

位于脱硫塔入口烟道中的入口静压力传感器、相对湿度传感器、入口温度传感器和烟气体积流量传感器，以及分别依次与上述各传感器相连的入口静压力测量仪、相对湿度测量仪、入口温度测量仪和烟气体积流量测量仪；

位于脱硫塔出口烟道的出口静压力传感器和出口温度传感器，以及分别依次与上述两个传感器相连的出口压力测量仪和出口温度测量仪；

安装在浆液管上的浆液体积流量传感器，以及与其相连的浆液体积流量测量仪；

数据处理部分，包括：

第一运算器，它设有：脱硫塔入口烟气温度信号输入端、脱硫塔入口烟气相对湿度信号输入端、脱硫塔入口烟气静压力信号输入端以及水的摩尔质量与脱硫塔入口干烟气摩尔质量比信号输入端，它们依次分别与上述入口静压力测量仪输出端、相对湿度测量仪输出端、入口温度测量仪输出端以及位于本半干法烟气脱硫工艺中喷水量控制系统外的锅炉燃烧计算结果数据库中的水的摩尔质量与脱硫塔入口干烟气摩尔质量比的信号输出端相连；

第二运算器，它设有：脱硫塔入口烟气温度信号输入端、脱硫塔入口烟气静压力信号输入端、脱硫塔入口干烟气摩尔质量信号输入端以及脱硫塔入口烟气体积流量信号输入端，它们依次分别与上述入口温度测量仪输出端、入口静压力测量仪输出端、位于本半干法烟气脱硫工艺中喷水量控制系统外的锅炉燃烧计算结果数据库中的脱硫塔入口干烟气摩尔质量信号输出端以及烟气体积流量测量仪的信号输出端相连；该第二运算器还设有一个脱硫塔入口烟气含湿量信号输入端，该输入端与上述第一运算器的脱硫塔入口烟气的含湿量信号输出端相连；

第三运算器，它设有：脱硫塔入口烟气质量流量信号输入端和浆液体积流量信号输入端，上述这两个输入端依次分别与第二运算器的脱硫塔入口烟气质量流量信号输出端以及浆液体积流量仪输出端相连，而该浆液体积流量测量仪的输入信号来自于安装在浆液管上的浆液体积流量传感器的输出端，而该浆液管与脱流塔中的喷雾装置是连通的；

第四运算器，它设有：脱硫塔入口烟气的含湿量信号的输入端以及脱硫塔入口和出口之间含湿量的增量信号输入端，这两个输入端依次分别与第一运算器的脱硫塔入口烟气的含湿量信号输出端以及第三运算器的脱硫塔入口和出口之间含湿量的增量信号输出端相连；

第五或第六运算器，它们各设有：脱硫塔出口烟气温度信号输入端、脱硫塔出口烟气静压力信号输入端、脱硫塔出口烟气含湿量信号输入端以及当不考虑脱硫时水的摩尔质量与脱硫塔出口干烟气摩尔质量比信号输入端，上述各输入端依次分别与上述出口温度测量仪输出端、出口静压力测量仪输出端、第四运算器的脱硫塔出口烟气含湿量信号输出端以及位于本半干法烟气脱硫工艺中喷水量控制系统外的锅炉燃烧计算结果数据库的信号输出端相连；

控制部分，包括：

比较器，它的输入端或者与上述第五运算器的近露点温度ADPT信号输出端相连，或者与上述第六运算器的近绝热饱和温度AAST信号输出端相连；另外，它或者预置近露点温度设定值ADPT₀，或者预置近绝热饱和温度设定值AAST₀；而它的信号ADPT₀-ADPT之差值信号输出端，或它的信号AAST₀-AAST之差值信号输出端则经过一个把比较器输出信号转换成电磁阀开度的运算器后与下述电磁阀的控制信号输入端相连；

固定在与脱硫塔内的喷雾装置连通的浆液管上的电磁阀，它的控制信号输入端与上述运算器的信号输出端相连。

2.半干法烟气脱硫工艺中喷水量的控制方法，其特征在于该控制方法是在半干法烟气脱硫工艺中喷水量的控制系统上实现的，该控制系统包括测量部分、数据处理部分和控制部分，测量部分包括静压力传感器、相对湿度传感器、温度传感器、烟气体积流量传感器、浆液体积流量传感器和静压力测量仪、相对湿度测量仪、温度测量仪、烟气体积流量测量仪、浆液体积流量测量仪；数据处理部分包括第一运算器、第二运算器、第三运算器、第四运算器、第五或第六运算器；控制部分包括比较器、运算器和电磁阀，该控制方法依次含有以下步骤：

(1)在数据处理部分中设定试差法所用到的误差限度e和试算步长l，取e＝l＝0.1℃；在比较器中，或者设定近露点温度的设定值，或者设定近绝热饱和温度的设定值；

(2)数据处理部分中的第一运算器，用G₁(s)表示，根据脱硫塔入口烟气温度测量仪测得的脱硫塔入口烟气温度t₁、脱硫塔入口烟气相对湿度测量仪测得的相对湿度φ₁、脱硫塔入口烟气静压力测量仪测得的静压力P₁以及锅炉燃烧计算程序根据燃料的化学成分以及锅炉和脱硫装置的运行参数计算而得到的水的摩尔质量与入口干烟气的平均摩尔质量的比值x₁，按下式计算出脱硫塔入口烟气的含湿量H₁：

$H_1=x_1\frac{133.28{\mathrm{\φ}}_1\exp (18.3036-\frac{3816.44}{t_1+227.02})}{P_1-133.28{\mathrm{\φ}}_1\exp (18.3036-\frac{3816.44}{t_1+227.02})}$

(3)数据处理部分中的第二运算器，用G₂(s)表示，根据脱硫塔入口烟气温度测量仪测得的脱硫塔入口烟气温度t₁、脱硫塔入口烟气静压力测量仪测得的静压力P₁、步骤(2)中得到的H₁值、脱硫塔入口烟气体积流量测量仪测得的烟气体积流量Q_V1、上述锅炉燃烧计算程序与同步骤(2)一样的方法得到的脱硫塔入口干烟气平均摩尔质量Mg₁，按下式计算得到脱硫塔入口干烟气的质量流量Q_m：

$Q_m=\frac{1000}{22.4}\·\frac{273.15P_1}{1.013\×{10}^5(t_1+273.15)}\·\frac{Q_{v1}}{\frac{H_1}{18.02}+\frac{1}{M_{g1}}};$

(4)数据处理部分中的第三运算器，用G₃(s)表示，它先根据浆液体积流量测量仪测得的在与脱硫塔中喷雾装置相连通的浆液管中浆液的体积流量Q_V2，浆液的密度ρ、浆液的浓度c，计算出浆液中水的质量流量AWS＝Q_V2·ρ·c，所述的第三运算器再根据AWS值和步骤(3)得到的Q_m值按下式计算得到脱硫塔入口和出口之间含湿量的增量_ΔH：

$H_{\mathrm{\Δ}}=\frac{\mathrm{AWS}(1-y)}{Q_m},$

y是脱硫灰渣带水系数，若脱硫塔位于除尘器前，取y＝2.4％；若位于除尘器后，则取y＝0.5％；

(5)数据处理装置中的第四运算器，用G₄(s)表示，它根据步骤(1)中得到的H₁值、步骤(4)中得到的_ΔH值按下式计算得到脱硫塔出口烟气的含湿量H₂：

H₂＝H₁+_ΔH；

(6A)当通过对烟气实际温度与露点温度的差——近露点温度ADPT相对于设定的近露点温度ADPT₀之差来控制喷水量时，数据处理装置中的第五运算器，用G₅(s)表示，它根据脱硫塔出口烟气温度测量仪测得的脱硫塔出口烟气温度t₂、脱硫塔出口静压力测量仪测得的脱硫塔出口烟气静压力P₂、锅炉燃烧计算结果数据库输出的x₂值以及步骤(5)得到的H₂值，按照下式计算得到近露点温度ADPT：

$\mathrm{ADPT}=t_2-[\frac{3816.44}{18.3036-\ln \frac{P_2{H}_2}{133.28(H_2+x_2)}}-227.02]$

(6B)当通过对烟气实际温度与绝热饱和温度的差——近绝热饱和温度AAST相对于设定的近绝热饱和温度AAST₀之差来控制喷水量时，数据处理装置中的第六运算器，用G₆(s)表示，它根据脱硫塔出口烟气温度测量仪测得的脱硫塔出口烟气温度t₂、脱硫塔出口静压力测量仪测得的脱硫塔出口烟气静压力P₂、锅炉燃烧计算数据库输出的x₂值以及步骤(5)得到的H₂值，按照下两式用试差法计算得到脱硫塔出口烟气的绝热饱和温度t_as：

$H_{\mathrm{as}}=\frac{0.00175\frac{t_2+t_{\mathrm{as}}}{2}+1.0415}{382.42(374.15-t_{\mathrm{as}})}(t_2-t_{\mathrm{as}})+H_2$

$t_{\mathrm{as}}=\frac{3816.44}{18.3036-\ln \frac{P_2{H}_{\mathrm{as}}}{133.28(H_{\mathrm{as}}+x_2)}}-227.02$

计算出t_as后，利用下式得到脱硫塔出口烟气的近绝热饱和温度AAST：

AAST＝t₂-t_as

(7)控制部分中的比较器或根据ADPT₀-ADPT之差值，或根据AAST₀-AAST之差值通过一个运算器后转换成电磁阀的开度信号传给电磁阀，调节电磁阀的开合，实现对喷水量的控制；

另外，所述的烟气体积流量测量仪、入口温度测量仪、相对湿度测量仪以及入口静压力测量仪的输入信号分别来自于安装在脱硫塔入口烟道中的相应的传感器的输出端；所述的脱硫塔出口烟气静压力测量仪、出口温度测量仪的输入信号依次分别来自于安装在脱硫塔出口烟道内的相应的传感器的输出端。

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