1、脫硫系統(tǒng)漿液流量控制摘 要：本文主要針對(duì)燃煤機(jī)組脫硫中存在的脫硫效率和PH值綜合控制問(wèn)題，重點(diǎn)介紹了吸收塔供漿流量控制原理，并就實(shí)際控制中如何協(xié)調(diào)好脫硫效率、PH值、石膏品質(zhì)等問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了兩種控制方法，最后對(duì)實(shí)際控制對(duì)象進(jìn)行了仿真。關(guān)鍵字：脫硫效率 PH值 漿液 流量控制引言目前，我國(guó)絕大多數(shù)火電廠采用的燃料是煤，產(chǎn)生大量SO2氣體對(duì)外排放。二氧化硫是導(dǎo)致酸雨產(chǎn)生的主要原因之一，每年因酸雨造成的直接經(jīng)濟(jì)損失已超過(guò)1000 億元。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)火電廠的二氧化硫排放大約占總量的1/3左右。因而對(duì)火電廠煙氣脫硫（Flue Gas Desulfurization, FGD)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

2、對(duì)于解決我國(guó)當(dāng)前的環(huán)境問(wèn)題十分重要。目前，煙氣脫硫技術(shù)一般分為濕法、干法、半干法。濕法煙氣脫硫工藝是技術(shù)上最成熟、實(shí)際應(yīng)用最多、運(yùn)行狀況最穩(wěn)定的脫硫工藝，占脫硫裝機(jī)容量的85%以上。石灰石-石膏濕法脫硫是主要的濕法煙氣脫硫技術(shù)之一，由于石灰石價(jià)廉易得，脫硫成本較低，脫硫效率可達(dá)到95%-98%，因此在我國(guó)大、中型火電機(jī)組上廣泛采用。但在實(shí)際運(yùn)行中，如何全面綜合的控制好脫硫效率、穩(wěn)定PH值、保證設(shè)備安全運(yùn)行和石膏品質(zhì)等問(wèn)題存在著許多問(wèn)題。1石灰石-石膏濕法脫硫工藝過(guò)程石灰石濕法脫硫工藝流程如圖1所示 圖1 石灰石濕法脫硫工藝流程圖1增壓風(fēng)機(jī)；2氣-氣熱交換器(GGH)；3脫硫塔；4噴淋層；5除霧

3、器；6漿液循環(huán)泵；7制漿系統(tǒng)； 8漿液箱；9漿液供應(yīng)泵；10氧化風(fēng)機(jī)；11漿液排出泵；12旋流器；13皮帶脫水裝置；14石膏倉(cāng) 其工藝過(guò)程如下：煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)加壓、原煙氣經(jīng)氣-氣熱交換器(GGH)放熱降溫后進(jìn)入吸收塔，經(jīng)漿液噴淋洗滌、除霧器除霧、凈煙氣經(jīng)GGH吸熱后排入煙囪。石灰石由輸送系統(tǒng)送至濕球磨機(jī)，石灰石與工藝水按一定比例磨成一定濃度的石灰石漿液，經(jīng)石灰石漿液輸送泵、調(diào)節(jié)閥送入吸收塔；吸收塔的底部有一個(gè)一定容積的循環(huán)池，漿液循環(huán)泵從循環(huán)池將漿液升壓后從吸收塔上部的一系列漿液噴嘴噴出形成水霧以洗滌煙氣，煙氣中的二氧化硫被吸收劑溶解吸收后隨吸收劑液滴落入吸收塔的循環(huán)池，并發(fā)生反應(yīng)生成亞硫酸鹽

4、，使?jié){池中的pH值隨之降低，氧化風(fēng)機(jī)把空氣直接打入漿液循環(huán)池，使亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽。為了保持吸收劑足夠的堿度及對(duì)二氧化硫的中和能力，漿液輸送泵將石灰石漿液不斷的補(bǔ)入吸收塔循環(huán)池，經(jīng)過(guò)吸收反應(yīng)后，在漿池底部生成石膏漿液，石膏漿液經(jīng)漿液排出泵升壓后進(jìn)入水力旋流器進(jìn)行分離，稀液返回吸收塔再利用，濃漿液直接送至皮帶脫水機(jī)進(jìn)行脫水，生產(chǎn)出二水硫酸鈣,俗稱石膏。2吸收塔供漿液流量控制控制目標(biāo)：達(dá)到預(yù)期的脫硫效率又要獲得吸收劑的最佳利用率，同時(shí)還要考慮PH值穩(wěn)定性，防止對(duì)氧化、結(jié)垢、副產(chǎn)品石膏品質(zhì)，以及設(shè)備的腐蝕影響。21基本原理 漿液流量控制回路中，以吸收塔漿液PH值或出口SO2濃度作為反饋控制信號(hào)，采

5、用吸收塔入口SO2負(fù)荷信號(hào)（入口煙氣流量與入口SO2濃度乘積）作為前饋信號(hào)，目前，入口SO2流量和濃度大多采用CEMS來(lái)獲得這一前饋信號(hào)。這樣可以改善調(diào)節(jié)回路的響應(yīng)時(shí)間，防止由于PH值或出口SO2濃度測(cè)量差錯(cuò)造成石灰石漿液供給量出現(xiàn)較大偏差。PH值調(diào)節(jié)器或出口SO2調(diào)節(jié)器，和石灰石流量調(diào)節(jié)器構(gòu)成串級(jí)回路。在這種調(diào)節(jié)方式中，吸收塔供漿流量的設(shè)定值與吸收塔入口SO2負(fù)荷成正比。根據(jù)吸收塔漿液PH值或出口SO2濃度來(lái)微調(diào)漿液供給量。這種調(diào)節(jié)方式可以迅速跟蹤鍋爐負(fù)荷和燃煤含硫量的變化，獲得較好的響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)仍可以使循環(huán)漿液的PH值保持在一個(gè)合適的變化范圍內(nèi)。由于選用了吸收塔漿液流量為副調(diào)節(jié)參數(shù)，減少

6、了漿液流量波動(dòng)對(duì)PH值的影響。如果考慮入口煙氣參數(shù)對(duì)煙氣流量的影響，可以根據(jù)入口煙氣的溫度、壓力和濕度來(lái)修正入口煙氣流量。 由于采用了脫硫效率和吸收塔PH值調(diào)節(jié)方法具有上述優(yōu)點(diǎn)，其在FGD系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，目前脫硫漿液流量控制系統(tǒng)基本都以這種調(diào)節(jié)方式為基礎(chǔ)，根據(jù)各自系統(tǒng)設(shè)備、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，考慮影響因素的多少，做了改進(jìn)。下面介紹兩種綜合了脫硫效率與PH值的典型控制策略。22 典型控制策略分析221 串級(jí)三沖量控制調(diào)節(jié)控制回路如下圖： 這種調(diào)節(jié)方式屬于前饋/反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)煙氣參數(shù)對(duì)原煙氣流量進(jìn)行修正，根據(jù)石灰石品質(zhì)和石灰石密度修正了石灰石漿液的供漿量，此調(diào)節(jié)方式采用了串級(jí)三沖量調(diào)節(jié)，所謂三沖量

7、是指：脫硫效率偏差信號(hào)（前饋）、PH值、石灰石漿液流量信號(hào)。在該調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，脫硫率的過(guò)程值與給定值的偏差信號(hào)，可加死區(qū)環(huán)節(jié)后，經(jīng)函數(shù)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的漿液流量信號(hào)，直接作用到流量調(diào)節(jié)閥。PH值給定值可手動(dòng)人為給定，也可自動(dòng)根據(jù)入口SO2負(fù)荷與PH值函數(shù)來(lái)確定，PH值偏差不直接用來(lái)調(diào)節(jié)石灰石漿液流量，這樣可以防止系統(tǒng)PH值波動(dòng)過(guò)大。石灰石流量信號(hào)參與調(diào)節(jié)，有利于克服供漿壓力引起的漿液PH值變化。這樣的調(diào)節(jié)方式，脫硫效率偏差信號(hào)不僅保證了脫硫效率，而且作為前饋能及時(shí)根據(jù)入口SO2負(fù)荷來(lái)調(diào)節(jié)供漿流量。PH設(shè)定值由入口SO2負(fù)荷得出，具有連續(xù)可調(diào)節(jié)性，并保證了不同負(fù)荷下以最合適的PH值運(yùn)行，達(dá)到節(jié)約吸收劑耗

8、量，提高了石膏品質(zhì)。222 PH值和效率協(xié)調(diào)控制研究調(diào)節(jié)控制回路如下圖： 上圖中SO2表示脫硫效率，此調(diào)節(jié)方式的特點(diǎn)是，通過(guò)一個(gè)選擇器將入口SO2負(fù)荷前饋/吸收塔PH值反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)與入口SO2前饋/出口SO2濃度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)組合在一起，使調(diào)節(jié)較為靈活，為運(yùn)行操作人員提供了控制方式的選擇。這種調(diào)節(jié)方法仍然以吸收塔入口SO2負(fù)荷作為前饋信號(hào)，經(jīng)過(guò)選擇器可人為選擇PH值作為反饋信號(hào)來(lái)控制石灰石漿液流量，此時(shí)出口SO2濃度不參與調(diào)節(jié)。或者選擇出口SO2濃度作為反饋信號(hào)來(lái)控制。選擇器選擇邏輯中，加上邏輯：當(dāng)出口SO2濃度高于其設(shè)定值時(shí)，高選塊自動(dòng)選擇SO2調(diào)節(jié)器輸出作為反饋信號(hào)，只有當(dāng)出口SO2濃度小于

9、等于其設(shè)定值時(shí)，PH值才能被選為反饋信號(hào)。PH值設(shè)定值需要人為設(shè)定，一般選擇出口SO2濃度等于其設(shè)定值時(shí)的PH反饋信號(hào)為其設(shè)定值。選擇出口SO2濃度控制石灰石流量時(shí)，由于采用了高選器，可以保證脫硫效率。當(dāng)鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定、FGD系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，適合選擇PH值作反饋控制，在達(dá)到規(guī)定的脫硫效率前提下，逐漸降低PH值設(shè)定值，以獲得較高的石灰石利用率和石膏品質(zhì)。此調(diào)節(jié)方式的另一特點(diǎn)是，SO2調(diào)節(jié)器設(shè)定值由吸收塔入口煙氣流量和（1-SO2）函數(shù)關(guān)系得出。此函數(shù)示意圖如下： 出口SO2設(shè)定值按國(guó)家相關(guān)規(guī)定加低限，這一特點(diǎn)使得脫硫效率隨鍋爐負(fù)荷變化。見(jiàn)下圖詳細(xì)說(shuō)明： “假定鍋爐負(fù)荷為75%時(shí)，SO2=95.5%

10、，漿液PH=PH1，漿液中過(guò)剩CaCO3濃度為X1；當(dāng)負(fù)荷升到100%，如果仍維持SO2=95.5%，那么漿液PH值應(yīng)升高到PH2，CaCO3濃度要升到X2，由于吸收塔體積很大，注入大量石灰石漿液短時(shí)也無(wú)法達(dá)到X2，而且漿液CaCO3濃度的變化還將影響石膏的品質(zhì)。當(dāng)負(fù)荷75%時(shí)的SO2=97.5%，當(dāng)負(fù)荷升到100%時(shí)，SO2取95.5%，這使得在負(fù)荷變化時(shí)，脫硫效率在允許范圍內(nèi)，可以保持漿液PH值和漿液中過(guò)剩CaCO3含量不變，從而保證石膏副產(chǎn)品的質(zhì)量，也能使脫硫效率很快的跟蹤負(fù)荷變化。以上漿液流量控制方式中都采用了流量調(diào)節(jié)器。在實(shí)際調(diào)節(jié)回路中，并不直接用PH值調(diào)節(jié)器的輸出來(lái)控制調(diào)節(jié)閥的開度，而是采用串級(jí)調(diào)節(jié)方式，PH值或SO2調(diào)節(jié)器的輸出作為調(diào)節(jié)器的流量設(shè)定值。采用這種串級(jí)調(diào)節(jié)可以改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相應(yīng)特性，當(dāng)由于壓力變化或別的原因造成漿液流量波動(dòng)時(shí)，流量調(diào)節(jié)器可以迅速進(jìn)行補(bǔ)償，使流量穩(wěn)定，而無(wú)需等到由這些原因造成吸收塔漿液PH值或出口SO2濃度發(fā)生變化后再調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度。3實(shí)際控制模型仿真三河一期脫硫主要以PH值和效率協(xié)調(diào)控制方式為基礎(chǔ)，系統(tǒng)建模仿真如下： 上圖中包括出口SO2、PH值、流量調(diào)節(jié)器，以及對(duì)應(yīng)的控制對(duì)象。響應(yīng)曲線如下： PH值