CN87102943A - 湿法烟道气脱硫工艺的控制方法 - Google Patents

Abstract

在包括燃烧单元和烟道气脱硫单元的整个装置中对湿法烟道气脱硫实行最佳全面控制，脱硫单元包括用循环吸收剂浆液吸收脱除燃烧单元烟道气中的二氧化硫的吸收塔，将吸收剂循环浆液循环至吸收塔的循环泵，向吸收塔提供氧化空气的吹风机和循环槽。由吸收剂浆液现存pH值和烟道气中现存二氧化硫进入量以及它们的变化率经计算预测出吸收剂浆液未来pH值和烟道气未来二氧化硫含量，由预测的pH值和SO₂含量以及吸收剂循环浆液的速度预测出未来脱硫比，根据预测的脱硫比控制循环浆液的循环速度。

Description

本发明涉及湿法烟道气脱硫工艺的控制方法，更具体地说，本发明涉及适用于控制包括燃烧单元如锅炉等，和脱硫单元的整套装置最佳操作的湿法烟道气脱硫工艺的控制方法。

如图3所示，根据常规的湿法烟道气脱硫控制方法，将含SO₂的烟道气引入脱硫器5，通过接触器302与经循环泵8由脱硫器5循环过来的吸收剂浆液接触，吸收剂浆液喷向烟道气301，从中吸收SO₂，脱硫后的烟道气6排出脱硫器。在吸收操作中，控制计算机49根据给定的模式，计算适于操作条件的最佳pH信号51和循环泵8的开动台数最佳信号50，基于pH信号51的反馈信号经与吸收剂新鲜浆液流速表29联锁的控制器43d控制流速控制阀7的开度，以控制吸收剂新鲜浆液的流速，根据信号50控制循环泵8的开动台数也调节吸收剂循环浆液的流速。

对脱硫装置的控制是要在各种操作状态下保持所需要的脱硫比率，并且要降低总的工程消耗，即降低吸收的消耗、循环泵的能耗等。然而，在常规的湿法烟道气脱硫的控制方法中，并没有对烟道气的进入端的状况加以考虑，即没有把燃料的性能做为一种控制因素，例如在烧煤的情况下，煤的种类不同，其F，Cl等的不同含量对脱硫作业有很大影响。

在烧煤的情况下，烟道气中所含的F、Cl等对脱硫作业有不利影响，为了防止这一负作用，将一种碱性剂供应给循环浆液，其加入速率是用F，Cl等的流速乘以一恒定系数得出的，这是常规的方法。在对循环槽中由于吸收SO₂而形成的亚硫酸盐强制氧化的情况下，不能根据联机的方法测定吸收塔中的自动氧化率和循环槽中空气氧化率，因此总使用恒定数量的氧化空气吹风机提供强制氧化所需的空气，这便得在常规的方法中为了驱动这些吹风机产生了多于正常需要的电力消耗。

对脱硫作业有控制作用的因素是烟道气的SO₂的进入量，吸收剂循环浆液的pH值和吸收剂循环浆液的流速;但可控制的因素是对吸收剂循环浆液的pH值有影响的吸收剂新鲜浆液的流速和确定吸收剂循环浆液流速的循环泵开动台数。

为使脱硫装置保持因气源端负载波动状况不断所需的脱硫比率，必须适当控制吸收剂新鲜浆液向循环浆液的供给量和吸收塔循环泵的开动台数。为此目的，必须预测未来脱硫作业参数，如操作条件和各种操作因素，例如吸收塔循环泵的开动台数，向循环浆液中供给新鲜吸收剂浆液的速率，向循环浆液中供给碱性剂的速率和氧化空气吹风机的开动台数。而在常规的方法中，并没有为此目地而考虑一种专门的控制方法，即没有对包括燃烧单元和脱硫单元的整个装置的操作的最佳综合控制加以考虑。

在常规的湿法烟道气脱硫的控制方法中，只是着眼于脱硫单元，而对燃烧单元如锅炉的燃烧种类的作用则无考虑。可以说还没有建立对包括燃烧单元和脱硫单元的整个装置进行最佳控制的系统。

本发明的目的是提供一种湿法脱硫的控制方法，包括用计算方式依据燃烧单元操作条件的变化（如燃料种类、负载的变化等），预测脱硫单元未来操作因素;根据预测的操作因素保持脱硫单元的功能;降低工程费用。

本发明上述目的的实现是，用计算法根据燃烧单元操作状况的变化，如负载和燃料种类的变化，预测脱硫作业和氧化作业的参数，且根据计算出的预测参数控制脱硫单元的操作。

因此，本发明提供了在整个装置中，包括燃烧单元和湿法烟道气脱硫单元，烟道气湿法脱硫的控制方法，所述脱硫单元包括吸收塔，采用循环于吸收塔的吸收剂（如石灰石粉）的浆液通过吸收脱除来自燃烧单元的烟道气中的二氧化硫，还包括使吸收剂浆液循环至吸收塔的循环泵，向吸收塔提供氧化空气的吹风机和循环槽，该方法包括，用计算法由现存的吸收剂循环浆液的pH值和现存的烟气中二氧化硫含量以及它们的变化率，预测未来浆液的pH值，由预测的pH值和气源烟道气的二氧化硫含量以及循环浆液的循环速率，预测出未来的脱硫比，根据所预测的脱硫比率控制吸收剂循环浆液的循环率。

在本发明中，需进行氧化的亚硫酸盐的必要量是由现存pH值所得循环浆液中硫酸盐和亚硫酸盐的量计算出的，氧化空气的必需量是由需进行氧化的亚硫酸盐的量确定的，氧化空气的输入率是基于氧化空气的必需量控制的。循环泵输送循环浆液的循环率是通过控制循环泵的开动台数控制的，氧化空气的输入量是通过控制氧化空气吹风机的开动台数控制的。

在本发明中，根据燃料特性调节pH设定值，控制向循环浆液中提供新鲜吸收剂的速率，根据烟道气中F和Cl的绝对含量向浆液中提供碱性剂。

在诸多操作因素中，如吸收塔循环泵的开动台数、提供吸收剂的速率、提供碱性剂的速率和氧化空气吹风机的开动台数，其中吸收塔循环泵的开动台数和空气吹风机的开动台数对脱硫作业和节能有较大的影响。

因为未来的脱硫比率可事先由脱硫比预测计算机装置测出，对吸收塔循环泵的开动台数的控制可以保持必需的脱硫比率以适应操作状况的变化。氧化空气吹风机的开动台数是可以控制的，这样在一个可以计算现时需要氧化的亚硫酸盐必需量的电路控制下，可以不断地得到必要数量的氧化空气。也就是说需氧化的亚硫酸盐即时必需量要计算，而本发明中未来脱硫比率是预测出的，原因如下。

基于经计算的即时需要氧化的亚硫酸盐量控制氧化空气吹风机的开动台数，立即把必需量的氧化空气提供给循环槽中吸收了SO₂的浆液，空气对亚硫酸盐的氧化反应与吸收剂浆液吸入二氧化硫的速度同步进行，即氧化反应进行很快。因此，正如实验所证实，基于计算出的即时需氧化的亚硫酸盐的量控制氧化空气的量没有任何问题。

另一方面，在控制脱硫比率的联机测量因素中，即SO₂的进入速率、循环浆液的pH值和循环浆液的循环率，pH值的反应是很慢的。循环浆液的pH值依赖于SO₂的吸收量和浆液中吸收剂的浓度，见图4。

要吸收的SO₂量的变化反应很快，而浆液中吸收剂浓度的变化反应较慢，因为循环槽中循环浆液的容量通常很大，且在循环槽中，循环浆液中的吸收剂的停留时间为几十小时。这就是说，假定所要吸收的SO₂的量是恒定的，SO吸收剂循环浆液中的吸收剂浓度变化的恒定时间为几十小时。例如，当浆液中吸收剂的现浓度为0.1%（重量）时，通过向循环浆液中提供相当于两倍量的吸收剂把该浓度提高至0.2%（重量）将需要几十小时的时间。浆液中吸收剂浓度的变化发生很慢，因此pH值反应很迟。换言之，在负载增加的情况下，浆液中吸收剂的浓度不能很快达到保持恒定pH值的必需浓度，浆液的pH值随吸收的SO₂的增加而降低。除非预测出未来pH值，近而预测脱硫比率，否则不能确定为维持必需的脱硫比率循环泵开动的必要台数。

根据本发明的湿法烟道气脱硫的控制方法，脱硫作业可以持续保持在理想状态，即使燃料种类或负载发生变化也是如此，且工程费用也不浪费。

图1是表示本发明湿法烟道气脱硫控制方法一个实施方案的控制示意图。

图2是图1所示实施方案的控制系统示意图。

图3是常规的湿法烟道气脱硫控制方法的控制示意图。

图4是表示循环浆液中吸收剂浓度与循环浆液的pH值间的对应关系。

下面参照附图对本发明加以详述。

在附图1中，数字1是锅炉，2是静电沉淀器，3是NO_x脱除器，4是空气预热器，5是脱硫装置，6是脱硫后的烟道气，7是吸收剂如石灰石新鲜浆液流速控制阀，8是吸收塔的循环泵，9是氧化空气吹风机，10是碱性剂的流速控制阀，11是石膏回收器，12是石膏，13是废水，14是联机数据库，15是联机数据信号，16是脱硫操作控制器，17是碱性剂流速控制阀的控制信号，18是控制氧化吹风机开机台数的信号，19是控制脱硫塔循环泵开机台数的信号，20是控制吸收剂新鲜浆液流速控制阀的信号。

源于锅炉1的烟道气通过静电沉淀器2，从中除去部分灰尘，进入NOx脱除器3脱除NOx，在空气预热器4中冷却后导入脱硫装置5，在此，烟道气中的SO₂与吸收剂的循环浆液进行气-液接触，该浆液是由吸收塔循环泵8提供的、已经部分吸收了SO₂并且含有CaSO₃，CaSO₄，CaCO₃等的循环浆液。脱硫气体6从脱硫装置5排出。

吸收剂流速经吸收剂新鲜浆液流速控制阀7调节后，将新鲜吸收剂送入脱硫装置5，控制阀7的开度由脱硫控制器16的输出信号20控制。烟道气中的F，Cl，Al等进入循环浆液使脱硫作业恶化，因此，将一种碱性剂，如NaOH等，经控制阀10提供给循环浆液，将所述F，Cl，Al和其它不利成分做为固体从浆液中排出，控制阀10开度的调节是根据脱硫控制器16的输出信号17进行的。与SO₂进行气-液接触的循环浆液的流速是根据脱硫控制器16的输出控制信号19，通过控制吸收塔循环泵8的开机台数来调节的。氧化空气吹风机9的开机台数是由控制信号18确定的，控制信号18也是脱硫控制器16的输出信号。部分循环浆液被导入石膏回收器11以从中回收CaSO₄做为石膏12排出，浮水或过滤水以废水排掉。联机数据库14向脱硫控制器16发出锅炉1和脱硫装置5的联机数据信号15。

图2展示了脱硫控制器16的结构，其中数字21是烟道气流速表，22是进入的SO₂浓度表，23是脱硫比率设定元件，24是排出的SO₂浓度表，25是燃料流速表，26是空气流速表，27是燃料性能数据库，28是pH表，29是吸收剂新鲜浆液流速表，30是碱性剂流速表，31是流向吸收塔的循环浆液流速表，32是减法器，33是乘法器，34是除法器，35是函数器，36是加法器，37是循环泵开动台数的调节器，38是预测脱硫比的计算机，39是循环泵开动台数的控制器，40是pH设定值计算机，41是预测烟道气中F和Cl含量的计算机，42是修正pH设定值的计算机，43是控制器，44是控制循环泵开动台数的单元，45是换算系数元件，46是控制氧化空气吹风机开动台数的单元。

烟道气流速表21的输出信号与进入的SO₂浓度表22的输出信号在乘法器33a中相乘，得到SO₂的绝对量，作为乘法器33a的输出信号。由这一输出信号和脱硫比设定元件23的输出信号通过函数器35a得出吸收塔循环泵8开动台数的给定值。在循环泵开动台数控制器39中，由进入的SO₂浓度表22的输出信号，烟道气流速表21的输出信号，pH表28的输出信号，减法器32b的输出信号和函数器35a的输出信号，通过循环泵开动台数调节器37和预测脱硫比的计算机38计算出调节循环开动台数的信号47。在加法器36a中，函数器35a的输出信号与循环泵开动台数控制器39的输出信号47相加后得到的信号输进控制循环泵开动台数的单元44。由控制单元44的输出信号19确定吸收塔循环泵8的开动台数。

在减法器32a中得到进入的SO₂浓度表22的输出信号与排出的SO₂浓度表24的输出信号之差，该差值输出信号在除法器34中被SO₂浓度表22的输出信号除，得到除法器34的输出信号，即脱硫比信号48。在减法器32b中得到脱硫比信号48与脱硫比设定元件23的输出信号之差。

在控制器39中，当减法器32b的输出信号是正值时，即实际脱硫比信号48比脱硫比设定元件23的输出信号大时，循环泵开动台数减一。在这种条件下，t分钟后的脱硫比在预测脱硫比计算机38中预测出。只有当预测的脱硫比大于脱硫比设定元件23的输出信号时，循环泵的开动台数才减少。当减法器32b的输出信号为负值时，即实际脱硫比信号48比脱硫比设定元件23的输出信号小时，循环泵开动台数加一。t分钟后的脱硫比用上述同样的方法预测出。循环泵开机台数增加以使预测的脱硫比不低于脱硫设定元件23的输出信号。

在预测脱硫比的计算机38中，t分钟后的脱硫比是根据下列算式计算的：

η^＊＝1-exp（-BTU·RTU1·RTU2·RTU3·RTU4）…（1）

RTU1＝f（pH＊）    …（2）

RTU2＝f（Gg＊）    …（3）

RTU3＝f（Cso₂＊） …（4）

RTU4＝f（Np）    …（5）

BTU＝-1n（1-ηo）    …（6）

dpH

pH＊＝pH+ (dpH)/(dt) ·t …（7）

Gg＊＝Gg+ (dGg)/(dt) ·t …（8）

${\mathrm{Cso}}^{*}{}_2\mathrm{=Cso}{}^{+}{}_2\frac{{\mathrm{dCso}}_2}{\mathrm{dt}}\mathrm{·\; t\; \dots (9)}$

其中ηo：参考脱硫比

η^＊：预测脱硫比

pH：吸收剂循环浆液pH值

pH^＊：预测pH值

Cso₂：进入的SO₂浓度

Cso₂＊：预测进入SO₂浓度

Np：循环泵开动台数

Gg：烟道气流速

Gg＊：预测烟道气流速

在pH设定值计算机40中，根据算式（1）至（6）的关系，由脱硫比设定元件23的输出信号，烟道气流表21的输出信号，进入的SO₂浓度表22的输出信号和加法器36a的输出信号计算出pH设定值，并做为加法器36b的输入。

在预测烟道气中F和Cl浓度的计算机41中，由燃料流速表25的输出信号，空气流速表26的输出信号和燃料性能数据库27的输出信号预测出烟道气中F和Cl的浓度，计算机41的输出信号是修正pH设定值的计算机42的输入。

烟道气中F和Cl的浓度根据下列算式计算：

Cx＝ (Gf η·C’x)/(Ga+Gf η)

其中C_x：烟道气中F或Cl的浓度

Ga：空气流速

Gf：燃料流速

η：燃烧比

C′x：燃料中F或Cl的浓度

在修正pH设定值的计算机42中，计算出相应于F和Cl浓度的pH修正信号，根据下列算式整理出输出信号49（△pH）：

△pH＝△pH_F+△pH_Cl…（10）

△pH_F＝f（F浓度） …（11）

△pH_Cl＝f（Cl浓度） …（12）

其中△pH：pH值修正信号

在加法器36b中，pH值修正信号49和pH值设定值计算机40的输出信号相加得出pH设定值，在减法器32c中得到pH表28的输出信号与pH值给定信号（加法器36b的输出信号）之差，函数器35b根据该信号给出超比例吸收剂浆液的修正信号，并输入36c。在加法器36c中，超比例修正信号与函数器35c由SO₂的绝对量（乘法器33a的输出信号）得到的超比例信号相加，得出总的吸收剂超比例的信号。该信号在乘法器33b中与SO₂绝对量信号相乘，得到吸收剂循环浆液的需要量信号。需要量信号与吸收剂新鲜浆液流速表的输出信号之差由减法器32d得出，并输入控制器43a。控制器43a的输出信号，即控制信号20调节吸收新鲜浆液流速控制阀7的开度。

碱性剂进入循环浆液的流量控制方式如下所述。预测烟道气中F和Cl含量的计算机41的输出信号在乘法器33c中与烟道气流速表21的输出信号相乘，乘法器33c的输出信号在换算系数元件45中与给定的系数相乘得到碱性剂流速信号。经控制器43d处理pH差值信号（减法器32c的输出信号）得到的信号在加法器37d中与换算系数元件45的流速信号相加，在减法器32e中得出加法器37d的输出信号与碱性剂流速表30的输出信号之差。所得出的差值信号经控制器43c处理，得到碱性剂流速控制阀10的控制信号。碱性剂流速控制阀10的开度由信号17调节。

氧化空气吹风机开机台数控制方式如下所述。

乘法器33d将进入的SO₂的量信号（乘法器33a的输出信号）与实际脱硫比信号（除法器34的输出信号）相乘，得到SO₂的吸收量。pH表28的输出信号输进函数器35d，得一因子，该因子在乘法器33e中与循环浆液流速表31的输出信号相乘，得到自动氧化量信号。在减法器32f中，SO₂吸收量信号（乘法器33d的输出信号）减去自动氧化量信号（乘法器33e的输出信号），得出必要氧化量信号（减法器32f的输出信号）。由函数器35e得出相应于必要氧化量信号的空气必需量信号，并将其输进单元46，得到氧化空气吹风机开机台数的控制信号18。氧化空气吹风机9的开机台数由上述的控制信号18确定。

在上面的实施方案中，在脱流装置操作的情况下，采用联机测量数据和预测燃烧单元和脱硫单元未来数据的方法可以对包括燃烧单元，如锅炉和脱硫单元的整个装置进行全面操作控制。基于采用预测现时和未来操作状况因素的方法，可以使本来用联机方法很难确定的各项消耗降低，如：吸收剂的消耗，碱性剂的消耗、循环泵和氧化空气吹风机的电耗等等。

由于在本发明中可以对包括燃烧单元和脱硫单元的整个装置进行全面最佳操作的控制，本发明具有下述效果。

（1）无论燃烧单元的燃料种类和负载出现何种变化，也容易且能持续保持理想的脱硫比率。

（2）可以降低工程费用，即降低吸收剂消耗量、碱性剂消耗量，循环泵电耗和氧化空气吹风机电耗。

（3）由于可预测出脱硫比，容易检查出装置的不正常操作状态。

Claims (5)

1、在包括燃烧单元和湿法烟道气脱硫单元的整个装置中湿法烟道气脱硫工艺的控制方法，所述脱硫单元包括用循环于吸收塔的吸收剂浆液吸收脱除源于燃烧单元的烟道气中二氧化硫的吸收塔，将吸收剂循环浆液循环至吸收塔的循环泵，向吸收塔提供氧化空气的氧化空气吹风机和循环槽，所述控制方法包括：由吸收剂循环浆液现存pH值和烟道气中现存的二氧化硫进入量以及它们的变化率经计算预测出吸收剂浆液未来pH值和烟道气未来二氧化硫含量；由预测的pH值，SO₂含量以及吸收剂循环浆液的循环速度预测出未来脱硫比；根据预测的脱硫比控制吸收剂循环浆液的循环速度。

2、根据权利要求1的方法，其中需要氧化处理的亚硫酸盐的量是依据现存的pH值从吸收剂循环浆液中的硫酸盐和亚硫酸盐的量计算出的;氧化空气的必需量由需要氧化的亚硫酸盐的量确定;氧化空气的输入速率根据氧化空气的必需量控制。

3、根据权利要求1或2的方法，其中循环泵提供的吸收剂循环浆液的循环率是通过控制循环泵的开动台数控制的;氧化空气的输入速率是通过控制氧化空气吹风机的开动台数控制的。

4、根据权利要求1或2的方法，其中向循环浆液中提供新鲜吸收剂的速率是根据燃料性能调节pH设定值控制的。

5、根据权利要求1或2的方法，其中根据烟道气中F和Cl的绝对含量向循环浆液中供给碱性剂。

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