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1、脱硫系统浆液流量控制摘 要：本文主要针对燃煤机组脱硫中存在的脱硫效率和PH值综合控制问题，重点介绍了吸收塔供浆流量控制原理，并就实际控制中如何协调好脱硫效率、PH值、石膏品质等问题进行了分析，提出了两种控制方法，最后对实际控制对象进行了仿真。关键字：脱硫效率 PH值 浆液 流量控制引言目前，我国绝大多数火电厂采用的燃料是煤，产生大量SO2气体对外排放。二氧化硫是导致酸雨产生的主要原因之一，每年因酸雨造成的直接经济损失已超过1000 亿元。据统计，我国火电厂的二氧化硫排放大约占总量的1/3左右。因而对火电厂烟气脱硫（Flue Gas Desulfurization, FGD)控制系统的研究与设计
2、对于解决我国当前的环境问题十分重要。目前，烟气脱硫技术一般分为湿法、干法、半干法。湿法烟气脱硫工艺是技术上最成熟、实际应用最多、运行状况最稳定的脱硫工艺，占脱硫装机容量的85%以上。石灰石-石膏湿法脱硫是主要的湿法烟气脱硫技术之一，由于石灰石价廉易得，脱硫成本较低，脱硫效率可达到95%-98%，因此在我国大、中型火电机组上广泛采用。但在实际运行中，如何全面综合的控制好脱硫效率、稳定PH值、保证设备安全运行和石膏品质等问题存在着许多问题。1石灰石-石膏湿法脱硫工艺过程石灰石湿法脱硫工艺流程如图1所示 图1 石灰石湿法脱硫工艺流程图1增压风机；2气-气热交换器(GGH)；3脱硫塔；4喷淋层；5除雾
3、器；6浆液循环泵；7制浆系统； 8浆液箱；9浆液供应泵；10氧化风机；11浆液排出泵；12旋流器；13皮带脱水装置；14石膏仓 其工艺过程如下：烟气经增压风机加压、原烟气经气-气热交换器(GGH)放热降温后进入吸收塔，经浆液喷淋洗涤、除雾器除雾、净烟气经GGH吸热后排入烟囱。石灰石由输送系统送至湿球磨机，石灰石与工艺水按一定比例磨成一定浓度的石灰石浆液，经石灰石浆液输送泵、调节阀送入吸收塔；吸收塔的底部有一个一定容积的循环池，浆液循环泵从循环池将浆液升压后从吸收塔上部的一系列浆液喷嘴喷出形成水雾以洗涤烟气，烟气中的二氧化硫被吸收剂溶解吸收后随吸收剂液滴落入吸收塔的循环池，并发生反应生成亚硫酸盐
4、，使浆池中的pH值随之降低，氧化风机把空气直接打入浆液循环池，使亚硫酸盐氧化成硫酸盐。为了保持吸收剂足够的碱度及对二氧化硫的中和能力，浆液输送泵将石灰石浆液不断的补入吸收塔循环池，经过吸收反应后，在浆池底部生成石膏浆液，石膏浆液经浆液排出泵升压后进入水力旋流器进行分离，稀液返回吸收塔再利用，浓浆液直接送至皮带脱水机进行脱水，生产出二水硫酸钙,俗称石膏。2吸收塔供浆液流量控制控制目标：达到预期的脱硫效率又要获得吸收剂的最佳利用率，同时还要考虑PH值稳定性，防止对氧化、结垢、副产品石膏品质，以及设备的腐蚀影响。21基本原理 浆液流量控制回路中，以吸收塔浆液PH值或出口SO2浓度作为反馈控制信号，采
5、用吸收塔入口SO2负荷信号（入口烟气流量与入口SO2浓度乘积）作为前馈信号，目前，入口SO2流量和浓度大多采用CEMS来获得这一前馈信号。这样可以改善调节回路的响应时间，防止由于PH值或出口SO2浓度测量差错造成石灰石浆液供给量出现较大偏差。PH值调节器或出口SO2调节器，和石灰石流量调节器构成串级回路。在这种调节方式中，吸收塔供浆流量的设定值与吸收塔入口SO2负荷成正比。根据吸收塔浆液PH值或出口SO2浓度来微调浆液供给量。这种调节方式可以迅速跟踪锅炉负荷和燃煤含硫量的变化，获得较好的响应时间，同时仍可以使循环浆液的PH值保持在一个合适的变化范围内。由于选用了吸收塔浆液流量为副调节参数，减少
6、了浆液流量波动对PH值的影响。如果考虑入口烟气参数对烟气流量的影响，可以根据入口烟气的温度、压力和湿度来修正入口烟气流量。 由于采用了脱硫效率和吸收塔PH值调节方法具有上述优点，其在FGD系统中得到了广泛应用，目前脱硫浆液流量控制系统基本都以这种调节方式为基础，根据各自系统设备、运行经验，考虑影响因素的多少，做了改进。下面介绍两种综合了脱硫效率与PH值的典型控制策略。22 典型控制策略分析221 串级三冲量控制调节控制回路如下图： 这种调节方式属于前馈/反馈调节系统，根据烟气参数对原烟气流量进行修正，根据石灰石品质和石灰石密度修正了石灰石浆液的供浆量，此调节方式采用了串级三冲量调节，所谓三冲量
7、是指：脱硫效率偏差信号（前馈）、PH值、石灰石浆液流量信号。在该调节系统中，脱硫率的过程值与给定值的偏差信号，可加死区环节后，经函数转换成对应的浆液流量信号，直接作用到流量调节阀。PH值给定值可手动人为给定，也可自动根据入口SO2负荷与PH值函数来确定，PH值偏差不直接用来调节石灰石浆液流量，这样可以防止系统PH值波动过大。石灰石流量信号参与调节，有利于克服供浆压力引起的浆液PH值变化。这样的调节方式，脱硫效率偏差信号不仅保证了脱硫效率，而且作为前馈能及时根据入口SO2负荷来调节供浆流量。PH设定值由入口SO2负荷得出，具有连续可调节性，并保证了不同负荷下以最合适的PH值运行，达到节约吸收剂耗
8、量，提高了石膏品质。222 PH值和效率协调控制研究调节控制回路如下图： 上图中SO2表示脱硫效率，此调节方式的特点是，通过一个选择器将入口SO2负荷前馈/吸收塔PH值反馈调节系统与入口SO2前馈/出口SO2浓度反馈调节系统组合在一起，使调节较为灵活，为运行操作人员提供了控制方式的选择。这种调节方法仍然以吸收塔入口SO2负荷作为前馈信号，经过选择器可人为选择PH值作为反馈信号来控制石灰石浆液流量，此时出口SO2浓度不参与调节。或者选择出口SO2浓度作为反馈信号来控制。选择器选择逻辑中，加上逻辑：当出口SO2浓度高于其设定值时，高选块自动选择SO2调节器输出作为反馈信号，只有当出口SO2浓度小于
9、等于其设定值时，PH值才能被选为反馈信号。PH值设定值需要人为设定，一般选择出口SO2浓度等于其设定值时的PH反馈信号为其设定值。选择出口SO2浓度控制石灰石流量时，由于采用了高选器，可以保证脱硫效率。当锅炉负荷稳定、FGD系统运行稳定时，适合选择PH值作反馈控制，在达到规定的脱硫效率前提下，逐渐降低PH值设定值，以获得较高的石灰石利用率和石膏品质。此调节方式的另一特点是，SO2调节器设定值由吸收塔入口烟气流量和（1-SO2）函数关系得出。此函数示意图如下： 出口SO2设定值按国家相关规定加低限，这一特点使得脱硫效率随锅炉负荷变化。见下图详细说明： “假定锅炉负荷为75%时，SO2=95.5%
10、，浆液PH=PH1，浆液中过剩CaCO3浓度为X1；当负荷升到100%，如果仍维持SO2=95.5%，那么浆液PH值应升高到PH2，CaCO3浓度要升到X2，由于吸收塔体积很大，注入大量石灰石浆液短时也无法达到X2，而且浆液CaCO3浓度的变化还将影响石膏的品质。当负荷75%时的SO2=97.5%，当负荷升到100%时，SO2取95.5%，这使得在负荷变化时，脱硫效率在允许范围内，可以保持浆液PH值和浆液中过剩CaCO3含量不变，从而保证石膏副产品的质量，也能使脱硫效率很快的跟踪负荷变化。以上浆液流量控制方式中都采用了流量调节器。在实际调节回路中，并不直接用PH值调节器的输出来控制调节阀的开度
11、，而是采用串级调节方式，PH值或SO2调节器的输出作为调节器的流量设定值。采用这种串级调节可以改善调节系统的相应特性，当由于压力变化或别的原因造成浆液流量波动时，流量调节器可以迅速进行补偿，使流量稳定，而无需等到由这些原因造成吸收塔浆液PH值或出口SO2浓度发生变化后再调整调节阀开度。3实际控制模型仿真三河一期脱硫主要以PH值和效率协调控制方式为基础，系统建模仿真如下： 上图中包括出口SO2、PH值、流量调节器，以及对应的控制对象。响应曲线如下： PH值响应曲线 SO2相应曲线4结束语：目前国内湿法烟气脱硫应用较多，对于浆液流量的控制方法较多，但很多都存在着顾此失彼的问题。本文简单的介绍了石灰石湿法脱硫工艺过程，并针对这种常用系统中浆液流量的控制，研究分析了两种典型的控制策略，基本上考虑了浆液流量控制的各方面因素，保证脱硫效率和PH值稳定性，最经济的利用吸收剂，节约成本，保证石膏的质量