电厂湿法烟气脱硫控制方法.pdf

本发明是一种火电厂湿法烟气脱硫(FGD)自动控制方法。根据湿法烟气脱硫系统存在多变量、大惯性、大滞后的特点，将整个烟气脱硫系统按工艺特点分成若干子系统，在对子系统进行自动化控制的同时，再对几大子系统进行有机地结合，烟气系统控制包括“FGD投入允许”，“烟气系统故障”，“FGD保护动作”三步措施，吸收塔控制，尤其是通过调整吸收塔循环泵的运行台数来调整吸收塔循环浆液量最终实现对整个烟气脱硫系统自动化控制、通过控制升压风机的动叶角度来实现控制升压风机。该方法可以使火电厂烟气脱硫装置从监测到控制全部实现自动化，是一种适应中国煤种质量变化范围大而进行的脱硫控制，使FGD系统处于最佳运行状态。

1、  电厂湿法烟气脱硫控制方法：将整个湿法烟气脱硫系统按工艺分成若干子系统，在对各子系统进行控制，并将若干子系统控制进行有机地结合，实现对整个烟气脱硫系统控制：1)、烟气系统控制包括“FGD投入允许”，“烟气系统故障”，“FGD保护动作”三步措施，2)、吸收塔控制
(1)SO₂脱除效率的控制
调整吸收塔循环泵的运行台数来调整吸收塔循环浆液量，控制液气比在一定的范围内，液气比变化，吸收塔脱硫效率也迅速跟着变化；通过得出进口烟气量及出口SO浓度和循泵运行数量的关系曲线，将此关系输入DCS，使控制系统可自动判断所需循泵运行数量；(2)吸收塔浆液的pH值控制或FGD性能控制；
(3)吸收塔浆液液位和密度控制
3)、浆液制备系统
石灰石粉通过粉仓下部的变频控制旋转给料阀将石灰石粉计量的送入浆液箱，同时打开滤液水至浆液箱入口门；通过浆液箱搅拌器充分混合后制成30％含固量的石灰石浆液，然后通过浆液泵送至吸收塔；
4)、工艺水系统
控制工艺水(1)参与制浆、(2)吸收塔内除雾、(3)冲洗管道
5)、石膏脱水通过石膏浆液排放闭环控制，决定浆液是返回吸收塔还是排到石膏脱水系统；其特征是：在烟气换热器GGH原烟气进口设了温度信号，控制入口温度不得超过160℃，与GGH净烟气出口温度信号一起监视GGH运行状况即换热性能；进口压力信号与出口压力信号一起监视吸收塔工作状况；烟气系统控制设“FGD投入允许”，“烟气系统故障”，“FGD保护动作”三步措施来保证机组和FGD系统的安全，将FGD投入允许限定在进口的原烟气的标准设定在烟尘浓度小于300mg/Nm³；FGD进口的原烟气温度在90℃～155℃之间；升压风机动叶角度调节是根据烟气流量作为前馈信号，以FGD入口压力作为反馈信号进行微调，将升压-动叶调节角度关系输入DCS，在DCS中形成升压-动叶调节角度关系曲线，升压风机动叶闭环调节根据此曲线调节动叶角度；
调整吸收塔循环泵的运行台数来调整吸收塔循环浆液量，控制液气比在一定的范围内，液气比变化，吸收塔脱硫效率也迅速跟着变化；通过得出进口烟气量及出口SO₂浓度和循泵运行数量的关系曲线，将此关系输入DCS，使控制系统可自动判断所需循泵运行数量；同时引入了吸收塔浆液PH值这一重要参数，即当锅炉负荷基本不变，循环泵数目一定时，通过改变pH值(实际值)来保持脱硫效率；
根据吸收塔石灰石浆液供应量、石膏浆排出量及烟气进入量等因素的变化造成吸收塔的液位波动，采用调节除雾气器冲洗时间间隔，实现液位的稳定。

2、  由权利要求1所述的电厂湿法烟气脱硫控制方法：其特征是所述SO2脱除效率的控制中通过吸收塔浆液的pH值控制来完成：设有安装在石膏排出泵排出管道中在线pH值探头用来测量吸收塔浆液的pH值，将它与pH设定值进行比较，通过pH值控制器产生一修正系数，对所需的CaCO3流量进行修正。将经pH值修正后的所需CaCO3流量与实际的CaCO3流量进行比较，通过一比例积分控制器控制石灰石浆调节阀的开度。

3、  由权利要求1所述的电厂湿法烟气脱硫控制方法：其特征是SO2脱除效率的控制中：通过引入锅炉负荷信号和FGD进口SO2含量信号作为石灰石浆液给料量调节的前馈(预示)信号；这个前馈信号的加入使这控制也成为线性的闭环控制；FGD出口SO2含量也将作为反馈信号，监视SO2脱除效率，从而改变石灰石浆液给料量。

4、  由权利要求1所述的电厂湿法烟气脱硫控制方法：其特征是所述吸收塔液位控制方法如下：在吸收塔上设置有溢流箱，并设置液位变送器对吸收塔液位连续检测，调节除雾气器冲洗时间间隔，实现液位的稳定。

5、  由权利要求1所述的电厂湿法烟气脱硫控制方法：其特征是吸收塔浓度控制中用一只浓度计测量石膏浆排放泵出口浆液的浓度，该信号送至控制系统并与浓度控制设定值进行比较来打开或关闭吸收塔浓度控制阀；通过阀门的开关来维持浓度为固体悬浮物含量在17％与19％之间；该浓度控制是断续式的，当固体悬浮物含量达到19％时打开浓度控制阀，当固体悬浮物含量降至17％时关闭该浓度控制阀。

6、  由权利要求1所述的电厂湿法烟气脱硫控制方法：其特征是石膏脱水系统的控制方法如下：使用石膏浆液排放闭环控制器，通过计算实际进入吸收塔的石灰石量得出CaCO3的量A，设定的石膏浆液密度和实际测得石膏浆液密度相减得到的差值进行比例-积分运算得出B，通过设定一个系数C，使得A×B×C得到一个0～100％的值D；此值再与一个锯齿波发生器输出的锯齿叠加得E，E再通过一个限值开关。当E大于限值时，输出排放信号，当E小于限值时，输出关闭排放信号来实现对石膏浆液的闭环控制。

7、  由权利要求6所述的电厂湿法烟气脱硫控制方法：其特征是当石膏浆液在旋流站被预脱水后经石膏浆液罐缓冲由石膏浆液泵送至真空皮带机进行脱水处理，滤饼的厚度测量信号直接作用于控制器，厚度设定值与测量值进行比较，由两者的比较结果调整真空皮带机的转速从而达到真空皮带机的正常运行。

8、  由权利要求1所述的电厂湿法烟气脱硫控制方法：其特征是SO2脱除效率的控制方法是：通过调整吸收塔循环泵的运行台数来调整吸收塔循环浆液量，从而提高或者降低液气比；通过调试，得出进口烟气量及出口SO2浓度和循环泵运行数量的关系曲线，将此关系输入DCS，使控制系统可自动判断所需循泵运行数量；并引入吸收塔浆液PH值参数，即当锅炉负荷基本不变，循环泵数目一定时，通过改变实际pH值来保持脱硫效率；调节方案是在一定的条件下CaCO3流量的理论值为需脱除的SO2量乘以CaCO3与SO2的摩尔比重，需脱除的SO2量为原烟气的SO2量乘以预计的SO2脱除率，通过测量原烟气的体积流量和原烟气的SO2含量可得到原烟气的SO2量。

9、  由权利要求1所述的电厂湿法烟气脱硫控制方法：其特征是通过FGD进出口压差信号细调升压风机的动叶角度保证FGD进出口的烟气压差为零；同时还保证进出口压力即旁路挡板门两端压力应低于密封风压力。

电厂湿法烟气脱硫控制方法
一、技术领域
本发明涉及一种电厂湿法(湿式)烟气脱硫(FGD)自动控制方法，具体地说是一种电厂湿法烟气脱硫装置进行自动化控制的方法。
二、背景技术
我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭在我国一次能源的生产和消耗中，一直占70％以上。随着国民经济的发展，我国煤炭消耗量逐年增加。而我国大多数电厂燃用高硫煤，每年向大气中排放的SO₂高达1700-1800万吨，是导致我国二氧化硫排放量逐年增加的主要原因之一，国际上早在八十年代就开始开发火电厂锅炉脱硫控制技术，各国投入实用的成熟的烟气脱硫(FGD)技术不下几十种，主要分为湿法、干法、半干法等几大类。湿式烟气脱硫技术是火电厂采用的脱硫主导工艺，占脱硫装置总容量的90％以上。湿式石灰石烟气脱硫工艺具有脱硫效率高，吸收剂利用率高，对煤种适应性强，尤其适用于高硫煤，工艺成熟，运行可靠性高等优势。
根据国家环境保护总局、国家经贸委、科学技术部环发〔2002〕26号文，200MW以上大容量机组及燃煤含硫量大于1.5％的机组建设烟气脱硫装置时，宜优先考虑采用湿式石灰石—石膏工艺，脱硫效率应保证在90％以上。因此，我国大容量发电机组和高硫煤地区，湿式石灰石烟气脱硫技术将是目前和今后的主导脱硫工艺。国内现阶段应用的湿式石灰石烟气脱硫技术，皆为国外引进技术，目前还没有国内拥有自主知识产权的烟气脱硫技术应用于200MW以上大型机组烟气脱硫装置及适合中国煤种质量变化范围大进行脱硫的控制方法。
现有的湿式石灰石烟气脱硫技术由吸收剂制备系统、烟气系统、吸收氧化系统、石膏脱水及废水处理系统等部分组成。湿式石灰石烟气脱硫时：烟气从烟气进口、经除尘器和锅炉引风机后的烟道引出，经增压风机和烟气换热器从塔下部进入吸收塔内，喷淋器的吸收浆液与烟气逆流接触混合，烟气中的SO₂与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴，经烟气换热器加热升温后排入烟囱。吸收烟气后成为脱硫石膏浆，脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。脱硫石膏浆脱水稀浆可经返回入口可以能降低物料的消耗。现有对控制湿式石灰石烟气脱硫时基本是一种引进的控制方法和运行软件。
因此，用于200MW以上大型机组烟气脱硫进行脱硫的控制是极为重要的任务。
三、发明内容
本发明的目的是：提供一种对电厂湿式烟气脱硫(FGD)装置进行自动化控制的方法。该方法可以使火电厂烟气脱硫装置从监测到控制全部实现自动化，关键的工艺控制有自身的特点，能根据各个工况进行自动优化，是一种适应中国煤种质量变化范围大而进行的脱硫控制，使FGD系统处于最佳运行状态，提高FGD系统的利用率和安全性，降低运行成本。全面提高了烟气脱硫装置的运行管理水平。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：根据湿法烟气脱硫系统存在多变量、大惯性、大滞后的特点，将整个湿法烟气脱硫系统按工艺分成若干子系统，在对各子系统进行自动化控制的同时，再将若干子系统进行有机地结合，最终实现对整个烟气脱硫系统自动化控制的目的。电厂湿法烟气脱硫控制方法：
1)、烟气系统控制包括“FGD投入允许”，“烟气系统故障”，“FGD保护动作”三步措施，
2)、吸收塔控制
(1).SO₂脱除效率的控制
调整吸收塔循环泵的运行台数来调整吸收塔循环浆液量，控制液气比在一定的范围内，液气比变化，吸收塔脱硫效率也迅速跟着变化；通过得出进口烟气量及出口SO₂浓度和循泵运行数量的关系曲线，将此关系输入DCS，使控制系统可自动判断所需循泵运行数量；
(2)吸收塔浆液的pH值控制或FGD性能控制；
(3)吸收塔浆液液位和密度控制
3)、浆液制备系统
石灰石粉通过粉仓下部的变频控制旋转给料阀将石灰石粉计量的送入浆液箱，同时打开滤液水至浆液箱入口门；通过浆液箱搅拌器充分混合后制成30％含固量的石灰石浆液，然后通过浆液泵送至吸收塔；
4)、工艺水系统
控制工艺水(1)参与制浆、(2)吸收塔内除雾、(3)冲洗管道
5)、石膏脱水通过石膏浆液排放闭环控制，决定浆液是返回吸收塔还是排到石膏脱水系统；
烟气系统中升压风机前设压力信号和温度信号，压力信号主要作为调节升压风机导叶开度用，温度信号用来指示FGD入口烟温；在烟气换热器GGH原烟气进口设了温度信号，控制入口温度不得超过160℃，与GGH净烟气出口温度信号一起监视GGH运行状况即换热性能；进口压力信号与出口压力信号一起监视吸收塔工作状况。烟气系统控制设“FGD投入允许”，“烟气系统故障”，“FGD保护动作”三步措施来保证机组和FGD系统的安全，将FGD投入允许限定在进口的原烟气的标准设定在烟尘浓度小于300mg/Nm³；FGD进口的原烟气温度在90℃～155℃之间；升压风机动叶角度调节是根据烟气流量作为前馈信号，以FGD入口压力作为反馈信号进行微调，将升压—动叶调节角度关系输入DCS，在DCS中形成升压—动叶调节角度关系曲线。升压风机动叶闭环调节根据此曲线调节动叶角度，以达到预期的调节目的。调整吸收塔循环泵的运行台数来调整吸收塔循环浆液量，控制液气比在一定的范围内，液气比变化，吸收塔脱硫效率也迅速跟着变化；通过得出进口烟气量及出口SO₂浓度和循泵运行数量的关系曲线，将此关系输入DCS，使控制系统可自动判断所需循泵运行数量；同时引入了吸收塔浆液PH值这一重要参数，即当锅炉负荷基本不变，循环泵数目一定时，通过改变pH值(实际值)来保持脱硫效率。
根据吸收塔石灰石浆液供应量、石膏浆排出量及烟气进入量等因素的变化造成吸收塔的液位波动，采用调节除雾气器冲洗时间间隔，实现液位的稳定。
本发明的特点是：提供了一种对电厂湿式烟气脱硫(FGD)装置进行自动化控制的方法。使火电厂烟气脱硫装置从监测到控制全部实现自动化，能根据各个工况进行自动优化，是一种适应中国煤种质量变化范围大而进行的脱硫控制，使FGD系统处于最佳运行状态，提高了FGD系统的利用率和安全性。
四、附图说明
图1升压—动叶调节框图
图2吸收塔供浆流量调节框图
图3吸收塔液位调节框图
五、具体实施方式
下面以300MW火电厂湿法烟气脱硫(FGD)控制为例来对本发明作进一步说明。
1、烟气系统的控制
烟气系统的基本控制要求是保证机组的安全。烟气自引风机出来，通过烟道到达FGD系统的原烟道。原烟道挡板门上设有差压信号，用来监视密封风压力是否大于烟气压力，以判断FGD原烟道区域(原烟气挡板门后)是否可以进行检修。热烟气通过原烟道，到达升压风机。升压风机前设压力信号和温度信号。压力信号主要作为调节升压风机导叶开度用，温度信号用来指示FGD入口烟温。烟气经升压风机升压后送达烟气换热器(GGH)。升压风机出口处设有压力测点用来监视升压风机运行状况。在GGH原烟气进口设了温度信号，该信号主要有两个作用，一是用来保护GGH(入口温度不得超过160℃)，另一作用是与GGH净烟气出口温度信号一起监视GGH运行状况(换热性能)。烟气经过GGH温度降低后到达吸收塔。GGH出口设有温度和压力信号，温度信号主要是保护吸收塔用，另外它与吸收塔出口烟气温度(GGH净烟气入口处)一起用来监视吸收塔工作状况。进口压力信号与出口压力信号一起监视吸收塔工作状况。原烟气经过吸收塔的入口向上流动穿过喷淋层，在此，烟气被冷却饱和，烟气中的SO2被吸收。经过喷淋洗涤地净烟气经过除雾器脱除烟气中携带的浆液雾滴后进入GGH的冷端，离开GGH后被加热，被加热的冷烟气通过烟道进入烟囱。在烟囱两侧设有旁路挡板门，烟气可以通过旁路挡板门的开关100％经旁路烟道被旁路掉。脱硫系统也可通过旁路挡板门与旁路烟道分离。控制升压风机系统的关键在于调节升压风机的动叶角度。为了让未经脱硫的锅炉尾部烟气从旁路烟道进入FGD系统，让脱硫后的净烟气进入烟囱，必须通过调节升压风机的动叶的角度，使烟气可以克服FGD系统的阻力，顺利到达烟囱。升压风机动叶角度调节是根据烟气流量作为前馈信号，通过FGD进出口压差信号细调升压风机的动叶角度保证FGD进出口的烟气压差为零。同时还应保证进出口压力即旁路挡板门两端压力应低于密封风压力。
烟气系统控制主要设“FGD投入允许”，“烟气系统故障”，“FGD保护动作”三步措施来保证机组和FGD系统的安全。
“FGD投入允许”是指FGD投入前烟气系统所需具备的条件，主要包括：
(1)锅炉无MFT信号；
(2)锅炉煤层工作正常；
(3)FGD进口的原烟气烟尘浓度小于300mg/Nm³；
(4)FGD进口的原烟气温度须在90℃～155℃之间。
只有上述条件同时满足才允许烟气进入FGD系统。
“烟气系统故障”是指FGD在运行过程中出现某种情况对机组安全构成威胁时紧急打开旁路挡板门使烟气通过旁路挡板门直接进入烟囱，然后联停FGD系统中的相关设备，停运FGD，导致“烟气系统故障”的主要情况有：
(1)FGD在运行过程中原烟气挡板门突然关闭；
(2)FGD在运行过程中净烟气挡板门突然关闭；
(3)升压风机停转
(3)FGD在运行过程中GGH转子停转；
(4)四台循环浆泵中投入运行的数量少于一台。
上述情况只要有其中一种情况存在就发出“烟气系统故障”信号。
“FGD保护动作”是指FGD在运行过程中烟气系统出现某种情况对FGD设备的运行安全构成一定影响，需紧急停运FGD系统，同时打开旁路挡板门。主要包括：
(1)锅炉电除尘电场出现异常；
(2)锅炉煤层工作不正常；
(3)锅炉投油；
(4)锅炉出现MFT信号；
(5)FGD进口的原烟气烟尘浓度大于300mg/Nm³；
(6)FGD进口的原烟气温度小于85℃或大于160℃。
上述情况只要有其中一种情况存在就发出“FGD保护动作”信号。
另外作为FGD系统中旁路设备的旁路挡板门的开关也是需要着重考量，在本系统中，除了上面提到的“烟气系统故障”、“FGD保护动作”、“升压风机的停转”会联开旁路门外，操作台上设置旁路挡板快开硬手操按钮，从而最大限度的保护机组安全。旁路挡板门的关允许条件主要包括：
(1)原烟气挡板门和净烟气挡板门均打开；
(2)GGH转子运行正常；
(3)升压风机运行正常；
(4)循环浆泵的运行台数大于两台；
(5)“FGD投入允许”。
上述条件必须同时满足才允许关闭旁路挡板门。
本发明对烟气系统控制的关键在于调节升压风机的动叶角度。为了让未经脱硫的锅炉尾部烟气从原烟道进入FGD系统，让脱硫后的净烟气进入烟囱，必须通过调节升压风机的动叶的角度，使烟气可以克服FGD系统的阻力，顺利到达烟囱。升压风机动叶角度调节是根据烟气流量作为前馈信号，以FGD入口压力作为反馈信号进行微调，保持FGD入口压力稳定，同时还应保证进出口压力即旁路挡板门两端压力应低于密封风压力。将升压—动叶调节角度关系输入DCS，在DCS中形成升压—动叶调节角度关系曲线。升压风机动叶闭环调节根据此曲线调节动叶角度，以达到预期的调节目的。
吸收塔压降B计算方式：
B = 2026 + $\left(\frac{Q}{Q0}\right)2\times 1181$]]> Q = Qa × 273.15 ( 273.15 + T ) × ( P + 101325 ) ( 101325 × 3600 ) ]]>
其中，Q为烟气流量(m3/s)，Q0为全负荷烟气流量(m3/s)，Q0＝430.3248m3/s，Qa为烟气流量Nm3/h。表1升压—动叶调节角度关系(同时参考图1)