灤河電廠脫硫pH值閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)化

艾思宇

(北京國電龍源環(huán)保工程有限公司，北京100039)

灤河電廠脫硫pH值閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)化

艾思宇

(北京國電龍源環(huán)保工程有限公司，北京100039)

pH值是石灰石－石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)運行中需要控制的重要參數(shù)，直接影響脫硫效率和SO2排放濃度是否達標(biāo)。介紹石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)的化學(xué)原理和pH值控制的特點，分析原有pH值閉環(huán)控制系統(tǒng)存在的問題，介紹灤河電廠3號機組pH值閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)化過程和優(yōu)化后的效果。

pH值控制;石灰石－石膏煙氣脫硫;閉環(huán)控制

0 引言

河北灤河發(fā)電有限公司3號機組煙氣脫硫系統(tǒng)采用石灰石－石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔。熱工控制系統(tǒng)(DCS)采用北京國電智深公司的EDPF NT +系統(tǒng)。在脫硫系統(tǒng)運行過程中發(fā)現(xiàn)原有pH調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在問題，自動跟蹤效果欠佳，經(jīng)常需要手動調(diào)整脫硫吸收塔供漿量。為了準(zhǔn)確控制好吸收塔漿液pH值，減少運行人員干預(yù)，實現(xiàn)pH自動供漿，特對此自動邏輯進行優(yōu)化，以滿足正常生產(chǎn)運行需要，提高自動化水平。

1 濕法脫硫系統(tǒng)簡介及pH控制原理

石灰石－石膏濕法脫硫工藝則通過煙氣大面積地與含石灰石的吸收液接觸，使煙氣中的二氧化硫溶解于水并與吸收劑及氧氣反應(yīng)生成石膏，從而降低二氧化硫的濃度。該工藝過程布置簡單，主要如下:混合和加入新鮮的吸收液;吸收煙氣中的二氧化硫并反應(yīng)生成亞硫酸鈣;氧化亞硫酸鈣生成石膏;從吸收液中分離石膏。

新鮮的吸收劑是由石灰石(CaCO3)加適量的水溶解制備而成，根據(jù)pH值和SO2負荷配定的吸收劑直接加入吸收塔。該工藝過程中的核心工藝單元裝置為吸收塔，在吸收塔的噴淋區(qū)，含石灰石的吸收液自上而下噴灑，而含有二氧化硫的煙氣則逆流而上，氣液接觸過程中，發(fā)生如下反應(yīng):

在吸收塔的漿池區(qū)，通過鼓入空氣，使亞硫酸氫鈣在吸收塔氧化生成石膏，反應(yīng)如下:

因此，在吸收塔漿池的漿液中，既含有石灰石，又含有大量的石膏。一定量的石膏晶體被連續(xù)地從漿池中抽出，剩余漿液繼續(xù)送入噴淋層，通過循環(huán)吸收使加入的吸收劑被充分利用，同時也確保石膏晶體的增長。石膏晶體增長良好是保證產(chǎn)品石膏處理簡單、合格的先決條件。吸收塔漿池中抽出的密度合格漿液送到石膏一、二級脫水系統(tǒng)進行處理。該漿液的的組分和吸收塔漿池中懸浮液相同，但是為了使其與懸浮液區(qū)別開，稱為石膏漿液。石膏漿液先通過一級脫水單元處理，處理后的稀漿液部分作為廢水排放，濃縮漿液則送入二級脫水單元進一步處理，產(chǎn)生含水率小于10%(重量比)的成品石膏作為副產(chǎn)品最終排出。

由以上介紹可知道，石灰石－石膏濕法脫硫核心反應(yīng)式為:2CaCO3+2SO2+O2+4H2O→2CaSO4·2H2O+2CO2即理想狀態(tài)下除去1個分子的SO2(分子量64)需要1個分子的CaCO3(分子量100)，根據(jù)分子量的比例，除去1kg的SO2需要1.5625kg的CaCO3。理想狀態(tài)下，當(dāng)進入吸收塔漿液中的SO2分子個數(shù)等于被CaCO3反應(yīng)掉的SO2分子個數(shù)時，吸收塔pH值不變;當(dāng)進入吸收塔漿液中的SO2個數(shù)大于被CaCO3反應(yīng)掉的SO2個數(shù)時，吸收塔pH值變小;當(dāng)進入吸收塔漿液中的SO2個數(shù)小于被CaCO3反應(yīng)掉的SO2個數(shù)時吸收塔pH值變大?？刂莆账酀{液pH，實際上就是控制石灰石漿液的加入量與進入吸收塔的SO2量的對應(yīng)關(guān)系。

2 原有的吸收塔供漿(pH)自動調(diào)節(jié)分析

2.1 原有吸收塔供漿(pH)自動調(diào)節(jié)原理

脫硫系統(tǒng)中SO2質(zhì)量計算公式如下:

式中:MSO2為SO2的質(zhì)量;Q為系統(tǒng)處理煙氣量;CSO2為煙氣中SO2濃度。

除去A kg的SO2需要1.5625倍A kg的CaCO3(干)，其計算公式如下:

其中石灰石供漿量、石灰石漿液密度由儀表測得，石灰石漿液含固量通過經(jīng)驗公式計算:

自動投入時:D漿=1.5625×A×B kg，B為調(diào)節(jié)系數(shù)。

需要保持當(dāng)前pH值時，B=1;需要增大pH值時，B＞1;需要減小pH值時，B＜1。系數(shù)B為pH設(shè)定值與pH測量值偏差經(jīng)過PI運算的輸出。系數(shù)B的確定的方法是對pH設(shè)定值與測量值的偏差進行PI計算，PID的輸出設(shè)定為C，B=(((C－20)/ 100)+1)×4.5。控制原理示意見圖1。

圖1 原控制原理示意

2.2 原有吸收塔供漿(pH)自動調(diào)節(jié)存在問題

原石灰石漿液pH值自動控制方案采用串級控制，調(diào)試時將pH值自動控制回路投人自動方式后，通過分析、研究實時和歷史記錄數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)遲緩嚴(yán)重，再加上有關(guān)的煙氣參數(shù)測量不準(zhǔn)確，對自動投運干擾極大，使PID系數(shù)難以確定，反復(fù)調(diào)整PID控制器的參數(shù)都不能使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，多次修改校正系數(shù)也無效，調(diào)節(jié)系統(tǒng)錯誤動作頻繁，甚至常出現(xiàn)往相反方向調(diào)節(jié)的現(xiàn)象。

同時，系數(shù)B的確定的方法是對pH設(shè)定值與測量值的偏差進行PI計算，PID的輸出設(shè)定為C，系數(shù)B=［((C－20)/100)+1］×4.5。用這種計算方式來確定系數(shù)B，根據(jù)pH的偏差的大小增加或減小系數(shù)B，控制石灰石供漿量的多少，從而達到調(diào)節(jié)pH的目的。這種方法的不足是pH的設(shè)定值和測量值大部分時間是存在偏差，系數(shù)B是在變化的，并且在相同的pH偏差下，系數(shù)B也總是向pH偏差反方向增大或減小的，這就使被調(diào)量波動增大，供漿調(diào)節(jié)門開度有超調(diào)的可能。

3 吸收塔供漿(pH)自動調(diào)節(jié)的改進

3.1 吸收塔供漿(pH)自動調(diào)節(jié)的改進的過程

3.1.1 改進系數(shù)B

為了解決灤河電廠脫硫系統(tǒng)原有自動調(diào)節(jié)存在的問題，更好地確定調(diào)節(jié)系數(shù)B，獲得更好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，系數(shù)B的確定方法如下:F(x)=5ΔpH+1，這樣在相同pH偏差下，系數(shù)B是一定的，保證了計算后供漿量的穩(wěn)定。

PI調(diào)節(jié)器的設(shè)定值是由脫硫系統(tǒng)處理煙氣量和原煙氣中二氧化硫濃度計算出的石灰石供漿量需求乘以系數(shù)B，測量值是石灰石供漿量。改進系數(shù)B控制原理示意如圖2所示。

圖2 改進系數(shù)B控制原理

3.1.2 引入脫硫效率因子

使用了優(yōu)化系數(shù)B后的pH自動調(diào)節(jié)的控制策略，在調(diào)整參數(shù)后投入自動，pH值能控制在設(shè)定值附近波動。如果只是來控制吸收塔漿液pH值，自動已經(jīng)滿足要求。通過和運行人員交流，了解到機組負荷和脫硫系統(tǒng)入口SO2濃度變化時，pH值的控制范圍也是不同的。

當(dāng)機組負荷小于200MW，系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度在2500mg/m3以下時，pH值控制在4.5～4.8之間可以滿足脫硫效率在95%以上，系統(tǒng)出口SO2濃度在200mg/m3以下，在保證效率和排放的同時達到節(jié)能降耗的目的;當(dāng)負荷高于220MW，入口SO2質(zhì)量濃度在3000mg/m3以上時，pH值要維持在5.4以上才能滿足脫硫效率在95%以上，系統(tǒng)出口SO2質(zhì)量濃度在200mg/m3以下。

實際工況情況是，機組負荷升速率較快，伴隨著脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度上漲幅度和速率都很快，當(dāng)機組負荷和系統(tǒng)入口SO2濃度上漲后，在低pH值不能保證脫硫效率η和出口SO2濃度排放達標(biāo)，此時，再調(diào)整pH的設(shè)定值則不能避免負荷和入口SO2濃度快速上漲致使脫硫效率η下降、SO2排放濃度超標(biāo)。

針對這樣的運行特點，將系數(shù)B作如下修改:

上式中，將脫硫效率η的變化反映到調(diào)整系數(shù)B中，從而使供漿量的系數(shù)確定考慮脫硫效率變化因素，彌補了上述運行工況中原有控制策略的缺陷。由此衍生，還可以將出口SO2濃度的因子加入到系數(shù)B中，在出口SO2濃度變化時對供漿流量做相應(yīng)調(diào)整。優(yōu)化后控制原理示意如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后控制原理示意

3.2 改進后的效果

經(jīng)過上述改進后，調(diào)整整定PI參數(shù)，比例整定為3.5，積分為20，通過不同負荷、含硫量參數(shù)下投入，pH值控制范圍準(zhǔn)確，平穩(wěn)，響應(yīng)迅速，使吸收塔供漿(pH)自動調(diào)節(jié)能夠滿足運行、環(huán)保排放要求，達到良好的效果。

4 結(jié)語

吸收塔供漿(pH)自動調(diào)節(jié)是石膏－石灰石濕法脫硫系統(tǒng)中核心的自動控制，被控對象具有大慣性、大延遲特點，在原有控制策略控制效果不佳情況下，逐步改進優(yōu)化自動控制策略，調(diào)整參數(shù)設(shè)定，使此自動控制充分滿足運行要求，提高了pH值和脫硫效率控制的精確性，減輕運行人員勞動強度，提高了脫硫系統(tǒng)的自動化水平，為脫硫效率和煙氣排放達標(biāo)提供了有力保障。

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Optimization of FGD pH PID control in Luanhe Power Plant

In the limestone－gypsum flue gas desulfurization process，pH value is a crucial parameter which has direct influence on the efficiency of desulfurization and ensures the compliance of gas emissions.It elucidate the chemical principles of limestone－gypsum flue gas desulfurization system and the features of pH control.It analyzed problems of the former closed－loop pH control system and report the optimization process of the above system of No.3 generator set in Luanhe power plant and finally perform the effect of optimization.

pH control;limestone－gypsum method flue gas desulfurization;PID control

X701.3

B

1674－8069(2015)05－040－03

2015-04-09;

:2015-06-20

艾思宇(1981-)，男，北京人，工程師，主要從事煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)管理工作。E－mail:asy19810610@sina.com