專利名稱:濕法煙道氣脫硫工藝的控制方法
本發(fā)明涉及濕法煙道氣脫硫工藝的控制方法，更具體地說，本發(fā)明涉及適用于控制包括燃燒單元如鍋爐等，和脫硫單元的整套裝置最佳操作的濕法煙道氣脫硫工藝的控制方法。
如圖3所示，根據(jù)常規(guī)的濕法煙道氣脫硫控制方法，將含SO2的煙道氣引入脫硫器5，通過接觸器302與經(jīng)循環(huán)泵8由脫硫器5循環(huán)過來的吸收劑漿液接觸，吸收劑漿液噴向煙道氣301，從中吸收SO2，脫硫后的煙道氣6排出脫硫器。在吸收操作中，控制計算機49根據(jù)給定的模式，計算適于操作條件的最佳pH信號51和循環(huán)泵8的開動臺數(shù)最佳信號50，基于pH信號51的反饋信號經(jīng)與吸收劑新鮮漿液流速表29聯(lián)鎖的控制器43d控制流速控制閥7的開度，以控制吸收劑新鮮漿液的流速，根據(jù)信號50控制循環(huán)泵8的開動臺數(shù)也調(diào)節(jié)吸收劑循環(huán)漿液的流速。
對脫硫裝置的控制是要在各種操作狀態(tài)下保持所需要的脫硫比率，并且要降低總的工程消耗，即降低吸收的消耗、循環(huán)泵的能耗等。然而，在常規(guī)的濕法煙道氣脫硫的控制方法中，并沒有對煙道氣的進入端的狀況加以考慮，即沒有把燃料的性能做為一種控制因素，例如在燒煤的情況下，煤的種類不同，其F，Cl等的不同含量對脫硫作業(yè)有很大影響。
在燒煤的情況下，煙道氣中所含的F、Cl等對脫硫作業(yè)有不利影響，為了防止這一負作用，將一種堿性劑供應給循環(huán)漿液，其加入速率是用F，Cl等的流速乘以一恒定系數(shù)得出的，這是常規(guī)的方法。在對循環(huán)槽中由于吸收SO2而形成的亞硫酸鹽強制氧化的情況下，不能根據(jù)聯(lián)機的方法測定吸收塔中的自動氧化率和循環(huán)槽中空氣氧化率，因此總使用恒定數(shù)量的氧化空氣吹風機提供強制氧化所需的空氣，這便得在常規(guī)的方法中為了驅(qū)動這些吹風機產(chǎn)生了多于正常需要的電力消耗。
對脫硫作業(yè)有控制作用的因素是煙道氣的SO2的進入量，吸收劑循環(huán)漿液的pH值和吸收劑循環(huán)漿液的流速;但可控制的因素是對吸收劑循環(huán)漿液的pH值有影響的吸收劑新鮮漿液的流速和確定吸收劑循環(huán)漿液流速的循環(huán)泵開動臺數(shù)。
為使脫硫裝置保持因氣源端負載波動狀況不斷所需的脫硫比率，必須適當控制吸收劑新鮮漿液向循環(huán)漿液的供給量和吸收塔循環(huán)泵的開動臺數(shù)。為此目的，必須預測未來脫硫作業(yè)參數(shù)，如操作條件和各種操作因素，例如吸收塔循環(huán)泵的開動臺數(shù)，向循環(huán)漿液中供給新鮮吸收劑漿液的速率，向循環(huán)漿液中供給堿性劑的速率和氧化空氣吹風機的開動臺數(shù)。而在常規(guī)的方法中，并沒有為此目地而考慮一種專門的控制方法，即沒有對包括燃燒單元和脫硫單元的整個裝置的操作的最佳綜合控制加以考慮。
在常規(guī)的濕法煙道氣脫硫的控制方法中，只是著眼于脫硫單元，而對燃燒單元如鍋爐的燃燒種類的作用則無考慮?？梢哉f還沒有建立對包括燃燒單元和脫硫單元的整個裝置進行最佳控制的系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是提供一種濕法脫硫的控制方法，包括用計算方式依據(jù)燃燒單元操作條件的變化(如燃料種類、負載的變化等)，預測脫硫單元未來操作因素;根據(jù)預測的操作因素保持脫硫單元的功能;降低工程費用。
本發(fā)明上述目的的實現(xiàn)是，用計算法根據(jù)燃燒單元操作狀況的變化，如負載和燃料種類的變化，預測脫硫作業(yè)和氧化作業(yè)的參數(shù)，且根據(jù)計算出的預測參數(shù)控制脫硫單元的操作。
因此，本發(fā)明提供了在整個裝置中，包括燃燒單元和濕法煙道氣脫硫單元，煙道氣濕法脫硫的控制方法，所述脫硫單元包括吸收塔，采用循環(huán)于吸收塔的吸收劑(如石灰石粉)的漿液通過吸收脫除來自燃燒單元的煙道氣中的二氧化硫，還包括使吸收劑漿液循環(huán)至吸收塔的循環(huán)泵，向吸收塔提供氧化空氣的吹風機和循環(huán)槽，該方法包括，用計算法由現(xiàn)存的吸收劑循環(huán)漿液的pH值和現(xiàn)存的煙氣中二氧化硫含量以及它們的變化率，預測未來漿液的pH值，由預測的pH值和氣源煙道氣的二氧化硫含量以及循環(huán)漿液的循環(huán)速率，預測出未來的脫硫比，根據(jù)所預測的脫硫比率控制吸收劑循環(huán)漿液的循環(huán)率。
在本發(fā)明中，需進行氧化的亞硫酸鹽的必要量是由現(xiàn)存pH值所得循環(huán)漿液中硫酸鹽和亞硫酸鹽的量計算出的，氧化空氣的必需量是由需進行氧化的亞硫酸鹽的量確定的，氧化空氣的輸入率是基于氧化空氣的必需量控制的。循環(huán)泵輸送循環(huán)漿液的循環(huán)率是通過控制循環(huán)泵的開動臺數(shù)控制的，氧化空氣的輸入量是通過控制氧化空氣吹風機的開動臺數(shù)控制的。
在本發(fā)明中，根據(jù)燃料特性調(diào)節(jié)pH設定值，控制向循環(huán)漿液中提供新鮮吸收劑的速率，根據(jù)煙道氣中F和Cl的絕對含量向漿液中提供堿性劑。
在諸多操作因素中，如吸收塔循環(huán)泵的開動臺數(shù)、提供吸收劑的速率、提供堿性劑的速率和氧化空氣吹風機的開動臺數(shù)，其中吸收塔循環(huán)泵的開動臺數(shù)和空氣吹風機的開動臺數(shù)對脫硫作業(yè)和節(jié)能有較大的影響。
因為未來的脫硫比率可事先由脫硫比預測計算機裝置測出，對吸收塔循環(huán)泵的開動臺數(shù)的控制可以保持必需的脫硫比率以適應操作狀況的變化。氧化空氣吹風機的開動臺數(shù)是可以控制的，這樣在一個可以計算現(xiàn)時需要氧化的亞硫酸鹽必需量的電路控制下，可以不斷地得到必要數(shù)量的氧化空氣。也就是說需氧化的亞硫酸鹽即時必需量要計算，而本發(fā)明中未來脫硫比率是預測出的，原因如下。
基于經(jīng)計算的即時需要氧化的亞硫酸鹽量控制氧化空氣吹風機的開動臺數(shù)，立即把必需量的氧化空氣提供給循環(huán)槽中吸收了SO2的漿液，空氣對亞硫酸鹽的氧化反應與吸收劑漿液吸入二氧化硫的速度同步進行，即氧化反應進行很快。因此，正如實驗所證實，基于計算出的即時需氧化的亞硫酸鹽的量控制氧化空氣的量沒有任何問題。
另一方面，在控制脫硫比率的聯(lián)機測量因素中，即SO2的進入速率、循環(huán)漿液的pH值和循環(huán)漿液的循環(huán)率，pH值的反應是很慢的。循環(huán)漿液的pH值依賴于SO2的吸收量和漿液中吸收劑的濃度，見圖4。
要吸收的SO2量的變化反應很快，而漿液中吸收劑濃度的變化反應較慢，因為循環(huán)槽中循環(huán)漿液的容量通常很大，且在循環(huán)槽中，循環(huán)漿液中的吸收劑的停留時間為幾十小時。這就是說，假定所要吸收的SO2的量是恒定的，SO吸收劑循環(huán)漿液中的吸收劑濃度變化的恒定時間為幾十小時。例如，當漿液中吸收劑的現(xiàn)濃度為0.1%(重量)時，通過向循環(huán)漿液中提供相當于兩倍量的吸收劑把該濃度提高至0.2%(重量)將需要幾十小時的時間。漿液中吸收劑濃度的變化發(fā)生很慢，因此pH值反應很遲。換言之，在負載增加的情況下，漿液中吸收劑的濃度不能很快達到保持恒定pH值的必需濃度，漿液的pH值隨吸收的SO2的增加而降低。除非預測出未來pH值，近而預測脫硫比率，否則不能確定為維持必需的脫硫比率循環(huán)泵開動的必要臺數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的濕法煙道氣脫硫的控制方法，脫硫作業(yè)可以持續(xù)保持在理想狀態(tài)，即使燃料種類或負載發(fā)生變化也是如此，且工程費用也不浪費。
圖1是表示本發(fā)明濕法煙道氣脫硫控制方法一個實施方案的控制示意圖。
圖2是圖1所示實施方案的控制系統(tǒng)示意圖。
圖3是常規(guī)的濕法煙道氣脫硫控制方法的控制示意圖。
圖4是表示循環(huán)漿液中吸收劑濃度與循環(huán)漿液的pH值間的對應關(guān)系。
下面參照附圖對本發(fā)明加以詳述。
在附圖1中，數(shù)字1是鍋爐，2是靜電沉淀器，3是NOx脫除器，4是空氣預熱器，5是脫硫裝置，6是脫硫后的煙道氣，7是吸收劑如石灰石新鮮漿液流速控制閥，8是吸收塔的循環(huán)泵，9是氧化空氣吹風機，10是堿性劑的流速控制閥，11是石膏回收器，12是石膏，13是廢水，14是聯(lián)機數(shù)據(jù)庫，15是聯(lián)機數(shù)據(jù)信號，16是脫硫操作控制器，17是堿性劑流速控制閥的控制信號，18是控制氧化吹風機開機臺數(shù)的信號，19是控制脫硫塔循環(huán)泵開機臺數(shù)的信號，20是控制吸收劑新鮮漿液流速控制閥的信號。
源于鍋爐1的煙道氣通過靜電沉淀器2，從中除去部分灰塵，進入NOx脫除器3脫除NOx，在空氣預熱器4中冷卻后導入脫硫裝置5，在此，煙道氣中的SO2與吸收劑的循環(huán)漿液進行氣-液接觸，該漿液是由吸收塔循環(huán)泵8提供的、已經(jīng)部分吸收了SO2并且含有CaSO3，CaSO4，CaCO3等的循環(huán)漿液。脫硫氣體6從脫硫裝置5排出。
吸收劑流速經(jīng)吸收劑新鮮漿液流速控制閥7調(diào)節(jié)后，將新鮮吸收劑送入脫硫裝置5，控制閥7的開度由脫硫控制器16的輸出信號20控制。煙道氣中的F，Cl，Al等進入循環(huán)漿液使脫硫作業(yè)惡化，因此，將一種堿性劑，如NaOH等，經(jīng)控制閥10提供給循環(huán)漿液，將所述F，Cl，Al和其它不利成分做為固體從漿液中排出，控制閥10開度的調(diào)節(jié)是根據(jù)脫硫控制器16的輸出信號17進行的。與SO2進行氣-液接觸的循環(huán)漿液的流速是根據(jù)脫硫控制器16的輸出控制信號19，通過控制吸收塔循環(huán)泵8的開機臺數(shù)來調(diào)節(jié)的。氧化空氣吹風機9的開機臺數(shù)是由控制信號18確定的，控制信號18也是脫硫控制器16的輸出信號。部分循環(huán)漿液被導入石膏回收器11以從中回收CaSO4做為石膏12排出，浮水或過濾水以廢水排掉。聯(lián)機數(shù)據(jù)庫14向脫硫控制器16發(fā)出鍋爐1和脫硫裝置5的聯(lián)機數(shù)據(jù)信號15。
圖2展示了脫硫控制器16的結(jié)構(gòu)，其中數(shù)字21是煙道氣流速表，22是進入的SO2濃度表，23是脫硫比率設定元件，24是排出的SO2濃度表，25是燃料流速表，26是空氣流速表，27是燃料性能數(shù)據(jù)庫，28是pH表，29是吸收劑新鮮漿液流速表，30是堿性劑流速表，31是流向吸收塔的循環(huán)漿液流速表，32是減法器，33是乘法器，34是除法器，35是函數(shù)器，36是加法器，37是循環(huán)泵開動臺數(shù)的調(diào)節(jié)器，38是預測脫硫比的計算機，39是循環(huán)泵開動臺數(shù)的控制器，40是pH設定值計算機，41是預測煙道氣中F和Cl含量的計算機，42是修正pH設定值的計算機，43是控制器，44是控制循環(huán)泵開動臺數(shù)的單元，45是換算系數(shù)元件，46是控制氧化空氣吹風機開動臺數(shù)的單元。
煙道氣流速表21的輸出信號與進入的SO2濃度表22的輸出信號在乘法器33a中相乘，得到SO2的絕對量，作為乘法器33a的輸出信號。由這一輸出信號和脫硫比設定元件23的輸出信號通過函數(shù)器35a得出吸收塔循環(huán)泵8開動臺數(shù)的給定值。在循環(huán)泵開動臺數(shù)控制器39中，由進入的SO2濃度表22的輸出信號，煙道氣流速表21的輸出信號，pH表28的輸出信號，減法器32b的輸出信號和函數(shù)器35a的輸出信號，通過循環(huán)泵開動臺數(shù)調(diào)節(jié)器37和預測脫硫比的計算機38計算出調(diào)節(jié)循環(huán)開動臺數(shù)的信號47。在加法器36a中，函數(shù)器35a的輸出信號與循環(huán)泵開動臺數(shù)控制器39的輸出信號47相加后得到的信號輸進控制循環(huán)泵開動臺數(shù)的單元44。由控制單元44的輸出信號19確定吸收塔循環(huán)泵8的開動臺數(shù)。
在減法器32a中得到進入的SO2濃度表22的輸出信號與排出的SO2濃度表24的輸出信號之差，該差值輸出信號在除法器34中被SO2濃度表22的輸出信號除，得到除法器34的輸出信號，即脫硫比信號48。在減法器32b中得到脫硫比信號48與脫硫比設定元件23的輸出信號之差。
在控制器39中，當減法器32b的輸出信號是正值時，即實際脫硫比信號48比脫硫比設定元件23的輸出信號大時，循環(huán)泵開動臺數(shù)減一。在這種條件下，t分鐘后的脫硫比在預測脫硫比計算機38中預測出。只有當預測的脫硫比大于脫硫比設定元件23的輸出信號時，循環(huán)泵的開動臺數(shù)才減少。當減法器32b的輸出信號為負值時，即實際脫硫比信號48比脫硫比設定元件23的輸出信號小時，循環(huán)泵開動臺數(shù)加一。t分鐘后的脫硫比用上述同樣的方法預測出。循環(huán)泵開機臺數(shù)增加以使預測的脫硫比不低于脫硫設定元件23的輸出信號。
在預測脫硫比的計算機38中，t分鐘后的脫硫比是根據(jù)下列算式計算的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)dpHpH＊＝pH+ (dpH)/(dt) ·t …(7)Gg＊＝Gg+ (dGg)/(dt) ·t …(8)Cso*2=Cso+2dCso2dt· t …(9)]]>其中ηo參考脫硫比η＊預測脫硫比pH吸收劑循環(huán)漿液pH值pH＊預測pH值Cso2進入的SO2濃度Cso2＊預測進入SO2濃度Np循環(huán)泵開動臺數(shù)Gg煙道氣流速Gg＊預測煙道氣流速在pH設定值計算機40中，根據(jù)算式(1)至(6)的關(guān)系，由脫硫比設定元件23的輸出信號，煙道氣流表21的輸出信號，進入的SO2濃度表22的輸出信號和加法器36a的輸出信號計算出pH設定值，并做為加法器36b的輸入。
在預測煙道氣中F和Cl濃度的計算機41中，由燃料流速表25的輸出信號，空氣流速表26的輸出信號和燃料性能數(shù)據(jù)庫27的輸出信號預測出煙道氣中F和Cl的濃度，計算機41的輸出信號是修正pH設定值的計算機42的輸入。
煙道氣中F和Cl的濃度根據(jù)下列算式計算Cx＝ (Gf η·C’x)/(Ga+Gf η)其中Cx煙道氣中F或Cl的濃度Ga空氣流速Gf燃料流速η燃燒比C′x燃料中F或Cl的濃度在修正pH設定值的計算機42中，計算出相應于F和Cl濃度的pH修正信號，根據(jù)下列算式整理出輸出信號49(△pH)△pH＝△pHF+△pHCl…(10)△pHF＝f(F濃度) …(11)△pHCl＝f(Cl濃度) …(12)其中△pHpH值修正信號在加法器36b中，pH值修正信號49和pH值設定值計算機40的輸出信號相加得出pH設定值，在減法器32c中得到pH表28的輸出信號與pH值給定信號(加法器36b的輸出信號)之差，函數(shù)器35b根據(jù)該信號給出超比例吸收劑漿液的修正信號，并輸入36c。在加法器36c中，超比例修正信號與函數(shù)器35c由SO2的絕對量(乘法器33a的輸出信號)得到的超比例信號相加，得出總的吸收劑超比例的信號。該信號在乘法器33b中與SO2絕對量信號相乘，得到吸收劑循環(huán)漿液的需要量信號。需要量信號與吸收劑新鮮漿液流速表的輸出信號之差由減法器32d得出，并輸入控制器43a?？刂破?3a的輸出信號，即控制信號20調(diào)節(jié)吸收新鮮漿液流速控制閥7的開度。
堿性劑進入循環(huán)漿液的流量控制方式如下所述。預測煙道氣中F和Cl含量的計算機41的輸出信號在乘法器33c中與煙道氣流速表21的輸出信號相乘，乘法器33c的輸出信號在換算系數(shù)元件45中與給定的系數(shù)相乘得到堿性劑流速信號。經(jīng)控制器43d處理pH差值信號(減法器32c的輸出信號)得到的信號在加法器37d中與換算系數(shù)元件45的流速信號相加，在減法器32e中得出加法器37d的輸出信號與堿性劑流速表30的輸出信號之差。所得出的差值信號經(jīng)控制器43c處理，得到堿性劑流速控制閥10的控制信號。堿性劑流速控制閥10的開度由信號17調(diào)節(jié)。
氧化空氣吹風機開機臺數(shù)控制方式如下所述。
乘法器33d將進入的SO2的量信號(乘法器33a的輸出信號)與實際脫硫比信號(除法器34的輸出信號)相乘，得到SO2的吸收量。pH表28的輸出信號輸進函數(shù)器35d，得一因子，該因子在乘法器33e中與循環(huán)漿液流速表31的輸出信號相乘，得到自動氧化量信號。在減法器32f中，SO2吸收量信號(乘法器33d的輸出信號)減去自動氧化量信號(乘法器33e的輸出信號)，得出必要氧化量信號(減法器32f的輸出信號)。由函數(shù)器35e得出相應于必要氧化量信號的空氣必需量信號，并將其輸進單元46，得到氧化空氣吹風機開機臺數(shù)的控制信號18。氧化空氣吹風機9的開機臺數(shù)由上述的控制信號18確定。
在上面的實施方案中，在脫流裝置操作的情況下，采用聯(lián)機測量數(shù)據(jù)和預測燃燒單元和脫硫單元未來數(shù)據(jù)的方法可以對包括燃燒單元，如鍋爐和脫硫單元的整個裝置進行全面操作控制?；诓捎妙A測現(xiàn)時和未來操作狀況因素的方法，可以使本來用聯(lián)機方法很難確定的各項消耗降低，如吸收劑的消耗，堿性劑的消耗、循環(huán)泵和氧化空氣吹風機的電耗等等。
由于在本發(fā)明中可以對包括燃燒單元和脫硫單元的整個裝置進行全面最佳操作的控制，本發(fā)明具有下述效果。
(1)無論燃燒單元的燃料種類和負載出現(xiàn)何種變化，也容易且能持續(xù)保持理想的脫硫比率。
(2)可以降低工程費用，即降低吸收劑消耗量、堿性劑消耗量，循環(huán)泵電耗和氧化空氣吹風機電耗。
(3)由于可預測出脫硫比，容易檢查出裝置的不正常操作狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.在包括燃燒單元和濕法煙道氣脫硫單元的整個裝置中濕法煙道氣脫硫工藝的控制方法，所述脫硫單元包括用循環(huán)于吸收塔的吸收劑漿液吸收脫除源于燃燒單元的煙道氣中二氧化硫的吸收塔，將吸收劑循環(huán)漿液循環(huán)至吸收塔的循環(huán)泵，向吸收塔提供氧化空氣的氧化空氣吹風機和循環(huán)槽，所述控制方法包括由吸收劑循環(huán)漿液現(xiàn)存pH值和煙道氣中現(xiàn)存的二氧化硫進入量以及它們的變化率經(jīng)計算預測出吸收劑漿液未來pH值和煙道氣未來二氧化硫含量；由預測的pH值，SO2含量以及吸收劑循環(huán)漿液的循環(huán)速度預測出未來脫硫比；根據(jù)預測的脫硫比控制吸收劑循環(huán)漿液的循環(huán)速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中需要氧化處理的亞硫酸鹽的量是依據(jù)現(xiàn)存的pH值從吸收劑循環(huán)漿液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽的量計算出的;氧化空氣的必需量由需要氧化的亞硫酸鹽的量確定;氧化空氣的輸入速率根據(jù)氧化空氣的必需量控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，其中循環(huán)泵提供的吸收劑循環(huán)漿液的循環(huán)率是通過控制循環(huán)泵的開動臺數(shù)控制的;氧化空氣的輸入速率是通過控制氧化空氣吹風機的開動臺數(shù)控制的。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，其中向循環(huán)漿液中提供新鮮吸收劑的速率是根據(jù)燃料性能調(diào)節(jié)pH設定值控制的。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，其中根據(jù)煙道氣中F和Cl的絕對含量向循環(huán)漿液中供給堿性劑。
專利摘要
在包括燃燒單元和煙道氣脫硫單元的整個裝置中對濕法煙道氣脫硫?qū)嵭凶罴讶婵刂疲摿騿卧ㄓ醚h(huán)吸收劑漿液吸收脫除燃燒單元煙道氣中的二氧化硫的吸收塔，將吸收劑循環(huán)漿液循環(huán)至吸收塔的循環(huán)泵，向吸收塔提供氧化空氣的吹風機和循環(huán)槽。由吸收劑漿液現(xiàn)存pH值和煙道氣中現(xiàn)存二氧化硫進入量以及它們的變化率經(jīng)計算預測出吸收劑漿液未來pH值和煙道氣未來二氧化硫含量，由預測的pH值和SO
文檔編號B01D53/34GK87102943SQ87102943
公開日1988年1月20日 申請日期1987年4月23日
發(fā)明者石黑興和, 西村正勝, 野澤滋, 鴨川廣美, 川野滋祥 申請人:巴布考克日立株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan