一种湿法脱硫装置及智能控制方法与流程

本发明涉及一种湿法脱硫装置，尤其涉及一种湿法脱硫装置的智能控制方法,属于烟气净化技术领域。

背景技术：

目前国内大部分电厂湿法脱硫控制系统，实现了ph值的pid自动控制，但脱硫率的控制还处于开环调节状态，需要手动设置ph值去控制脱硫率，这给运行人员带来很大的操作负担。

脱硫吸收塔烟气反应是一个大滞后、慢动态的过程，常规pid控制策略对ph值控制品质也不是很理想，运行人员常常会撤到手动，通过直接调节石灰石浆液流量调阀进行干预，很容易造成吸收塔盲区的发生。

随着环保要求日益严格，未来脱硫率和出口so2浓度都将列入考核,然而常规的控制系统将无法实现闭环控制的功能，无法实现脱硫率、出口so2浓度的多目标闭环控制。

目前大部分脱硫控制优化系统存在一些问题,包括1)控制系统采集的脱硫塔进出口so2浓度测量值不具有代表性，与烟气的平均值相差较大，出现烟囱测量值和脱硫塔出口值倒挂现象；2)随着agc深度调峰更加频繁，煤种多变，脱硫系统控制优化系统随着时间优化效果不断变差，不能满足多因素变化下优化目标；3)现有优化产品主要降低了石灰石的投入量，很少直接有效降低耗电量；4)传感器或仪表故障、部分参数失真会导致优化控制系统失灵，甚至超标排放发生；5)目前绝大部分湿法脱硫系统浆液循环泵都是开关控制，当锅炉负荷与烟气量减少很多，关停一台水泵，会导致浆液循环流量突然减少，进而导致出口so2剧烈波动甚至超标。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种湿法脱硫装置,包括锅炉1、脱硫吸收塔5和浆液循环泵组7，锅炉1通过主管道16分支出的第一管道13与脱硫吸收塔5下方的烟气进口连接，脱硫吸收塔5的下方通过第二管道14延伸至石灰浆池10，石灰浆池10中的新鲜浆液进入脱硫吸收塔5反应后经由与脱硫吸收塔5连接的浆液循环泵组7循环处理后再进入脱硫吸收塔5反应，脱硫吸收塔5的底部通过石膏分离支路15延伸至石膏过滤液池12，石膏过滤液池也是石膏回收池，固体石膏留在池内，而滤液进行循环使用。脱硫吸收塔5的一侧还通过管道连接有变频氧化风机3，第一管道13上设置有变频增压风机2，第二管道14上设置有变频新鲜浆液泵4，石膏分离支路15上设置有石膏分离支路电动调节阀6和石膏分离水泵11。

进一步地，浆液循环泵组7中至少含有三台水泵，其中任一水泵为变频水泵，其它为普通水泵。

进一步地，烟气进口17处设置有so2浓度检测装置和烟气流量计。

进一步地，主管道16上设置有引风机9；锅炉通过主管道16与烟囱8连接；烟囱8还连接有脱硫吸收塔5的顶部，吸收来自脱硫吸收塔5排出的烟气。

为了达到智能化控制湿法脱硫装置的目的，通过预测手段更好的满足煤种多变的情况下，系统稳定运行的要求，本发明的技术方案还包括：

一种湿法脱硫装置的智能控制方法，装置的控制系统包括与变频水泵、变频风机、分离支路电动调节阀6双向通信连接的分布式控制服务器，分布式控制服务器与优化控制器也实现双向通信,其特征在于包括如下步骤：

控制步骤a,so2浓度检测装置在脱硫吸收塔5的烟气进口17位置检测到的so2浓度为a，烟气流量计在脱硫吸收塔5的烟气进口17位置检测到的烟气流量为b，锅炉1的负荷烟气流量为c，分布式控制服务器将参数a和b实时传递至优化控制器，优化控制器根据控制逻辑a做出优化控制命令，并将优化控制命令传递至分布式控制服务器，分布式控制服务器开启或关闭浆液循环泵组7中的普通水泵；

控制步骤b，当烟气流量计检测到的烟气流量减小的幅度超过10％时，优化控制器根据控制逻辑b做出优化命令，控制逻辑b包括调节新鲜石灰石浆液的流量为d，经过10s延迟时间，分布式控制服务器再分别同比例控制调节降低变频增压风机2、变频氧化风机3和变频新鲜石灰石浆液泵4的负荷；

控制步骤c，固体浓度传感器将固体物浓度参数信息传递至分布式控制服务器，分布式控制服务器将参数信息优化控制器，优化控制器根据控制逻辑c做出优化命令；

控制步骤d，分布式控制服务器实时将锅炉1的送风量l1、燃料质量消耗速率w1(单位kg/s)、燃料中硫、碳、氢、氧、氮元素质量分数分别为sa、ca、ha、oa、na(单位％)的监测数据，传递至优化控制器,经过以下计算公式得到锅炉送风量l1(单位m³)下，燃烧后将进入脱硫吸收塔的每秒烟气量v1(单位m³):

v1＝(1.867ca+11.2ha+0.7sa+0.8na+(1-0.21/α)l1)w1；其中α＝(0.0889(ca+0.375sa)+0.265ha-0.033oa)/l1。

通过以下计算公式得到此时烟气中so2浓度p(单位kg/nm³)：

p＝3.33sa*w1/v1；

其中v1为实时燃料消耗速率，v1为根据煤质数据计算得到的烟气量；

优化控制器得到p、v的数据后，根据控制步骤b在变化的烟气到达脱硫塔之前，提前开始调节石灰石浆液的流量d(单位m³/s)。

进一步地，控制步骤a中的控制逻辑a包括如下：

(1)当a*b<0.7*e*c时，关闭循环浆液泵组中水泵总数量的1/4；

(2)当a*b<0.45*e*c时，关闭循环浆液泵总数量的1/2；

(3)当a*b<0.2*e*c时，关闭循环浆液泵总数量的3/4；

(4)当a*b>0.7*e*c时，开启循环浆液泵总数量的1/4；

(5)当a*b>0.45*e*c时，开启循环浆液泵总数量的1/2；

(6)当a*b>0.2*e*c时，开启循环浆液泵总数量的3/4；

其中a为传感器在脱硫吸收塔5的烟气进口17位置检测到的烟气so2浓度，b为烟气流量计在脱硫吸收塔5的烟气进口17位置检测到的烟气流量，c为锅炉1设计负荷下烟气流量，e为锅炉1设计煤种硫分下燃烧烟气so2浓度。关闭的水泵为循环浆液泵组中的普通水泵。计算得出关闭循环浆液泵的数量根据四舍五入取值，即若计算得出的数量为0.25，则不关闭循环浆液泵组中的水泵；若计算得出的数量为0.75，则关闭一台循环浆液泵组中的普通水泵，以此类推。

根据以上控制逻辑a所做的控制水泵启停时，当需要关闭浆液循环泵组中的第二台水泵时，分布式控制服务器先启动变频水泵，再关闭第二台水泵，然后再逐渐降低变频水泵的工作频率，直至关闭变频水泵，变频水泵起到缓慢调节的作用，避免出现断崖式启停。

进一步地，d的计算公式为：

d＝(-0.0000002*a²*b²+0.0051*a*b-0.1312)*0.25

其中a为传感器在脱硫吸收塔5的烟气进口17位置检测到的烟气so2浓度，单位为mg/nm³，b为烟气流量计在脱硫吸收塔5的烟气进口17位置检测到的烟气流量，单位为nm³。

经过10s延迟时间过后，脱硫分布式控制服务器才分别调节降低变频增压风机2、变频氧化风机3和变频新鲜石灰石浆液泵4的负荷，使得脱硫吸收塔5中的烟气流速、新鲜浆液中的cas03氧化速度以及脱硫吸收塔5中的循环浆液的ph值保持在设计值范围内，ph值范围为5.1～5.68。

进一步地，控制步骤c中的控制逻辑c包括如下：

(1)当固体浓度传感器检测到石膏过滤液池12中的循环浆液固体体积浓度百分比在13％～15％范围内时，分布式控制服务器调节增大石膏分离支路电动调节阀6的开度，并将流量增大到分离支路电动调节阀6调节前流量的110％，此时流量为i；

(2)当固体浓度传感器检测到石膏过滤液池12中的循环浆液固体体积浓度百分比在15％～17％范围内时，分布式控制服务器调节增大石膏分离支路电动调节阀6的开度，并将流量增大到流量i的110％；此时流量为ii；

(3)当固体浓度传感器检测到石膏过滤液池12中的循环浆液固体体积浓度百分比超过17％时，分布式控制服务器调节增大石膏分离支路电动调节阀(6)的开度，并将流量增大到流量ii的115％；此时流量为iii；

(4)当固体浓度传感器检测到石膏过滤液池12中的循环浆液固体体积浓度百分比降低到15％～17％范围内时，分布式控制服务器调节减小石膏分离支路电动调节阀6的开度，并将流量减小到流量iii的87％；此时流量为iv；

(5)当固体浓度传感器检测到石膏过滤液池12中的循环浆液固体体积浓度百分比降低到13～15％范围以内时，分布式控制服务器调节减小石膏分离支路电动调节阀6的开度，并将流量减小到流量iv的90.9％；此时流量为v；

(6)当固体浓度传感器检测到石膏过滤液池12中的循环浆液固体体积浓度百分比降低到13％以下时，分布式控制服务器调节减小石膏分离支路电动调节阀6的开度，并将流量减小到流量v的90.9％。

有益效果：1)通过将增压风机、氧化风机、新鲜浆液泵、循环浆液泵组中一台浆液循环泵都改造为变频，大幅度降低运行电耗，使系统调节运行更加平稳。

2)将预测控制模型智能控制算法加入到现有脱硫控制系统，通过预测手段更好的满足agc深度调峰和煤种多变下，系统运行稳定性要求，使出口so2波动标准差降低，满足排放的要求下，适当提高出口so2设定值，能够大幅降低石灰石原料的消耗。

3)通过在石膏分离支路增加电动调节阀，有效减少设备磨损及故障率，同时保证副产品石膏的纯度和脱硫率。

4)mpc(预测控制模型)智能控制算法容错性较好，在设备参数失真、传感器故障下，仍旧能够使控制系统稳定运行，避免进入盲区，和超标排放事故发生。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图中：1锅炉，2增压风机，3氧化风机，4新鲜浆液泵，5脱硫吸收塔，6石膏分离支路电动调节阀，7浆液循环泵组，8烟囱，9引风机，10石灰浆池，11石膏分离水泵，12石膏过滤液池，13第一管道，14第二管道，15石膏分离支路，16主管道，17烟气进口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明提供一种湿法脱硫装置,包括锅炉1、脱硫吸收塔5和浆液循环泵组7，锅炉1通过主管道16分支出的第一管道13与脱硫吸收塔5下方的烟气进口连接，脱硫吸收塔5的下方通过第二管道14延伸至石灰浆池10，石灰浆池10中的新鲜浆液进入脱硫吸收塔5反应后经由与脱硫吸收塔5连接的浆液循环泵组7循环处理后再进入脱硫吸收塔5反应，脱硫吸收塔5的底部通过石膏分离支路15延伸至石膏过滤液池12，石膏过滤液池也是石膏回收池，固体石膏留在池内，而滤液进行循环使用。脱硫吸收塔5的一侧还通过管道连接有变频氧化风机3，第一管道13上设置有变频增压风机2，第二管道14上设置有变频新鲜浆液泵4，石膏分离支路15上设置有石膏分离支路电动调节阀6和石膏分离水泵11。浆液循环泵组7中含有三台水泵，其中任一水泵为变频水泵，其它为普通水泵。烟气进口17处设置有so2浓度检测装置和烟气流量计。主管道16上设置有引风机9；锅炉通过主管道16与烟囱8连接；烟囱8还连接有脱硫吸收塔5的顶部，吸收来自脱硫吸收塔5排出的烟气。

本发明还提供一种湿法脱硫装置的智能控制方法，装置的控制系统包括与变频水泵双向通信连接的分布式控制服务器，分布式控制服务器与优化控制器也实现双向通信,其特征在于包括如下步骤：

控制步骤a,so2浓度检测装置在脱硫吸收塔5的烟气进口17位置检测到的so2浓度为a，烟气流量计在脱硫吸收塔5的烟气进口17位置检测到的烟气流量为b，锅炉1的负荷烟气流量为c，分布式控制服务器将参数a和b实时传递至优化控制器，优化控制器根据控制逻辑a做出优化控制命令，并将优化控制命令传递至分布式控制服务器，分布式控制服务器开启或关闭浆液循环泵组7中的普通水泵；

(1)当a*b<0.7*e*c时，关闭循环浆液泵组中水泵总数量的1/4；

(2)当a*b<0.45*e*c时，关闭循环浆液泵总数量的1/2；

(3)当a*b<0.2*e*c时，关闭循环浆液泵总数量的3/4；

(4)当a*b>0.7*e*c时，开启循环浆液泵总数量的1/4；

(5)当a*b>0.45*e*c时，开启循环浆液泵总数量的1/2；

(6)当a*b>0.2*e*c时，开启循环浆液泵总数量的3/4；

其中a为传感器在脱硫吸收塔5的烟气进口17位置检测到的烟气so2浓度，b为烟气流量计在脱硫吸收塔5的烟气进口17位置检测到的烟气流量，c为锅炉1设计负荷下烟气流量，e为锅炉1设计煤种硫分下燃烧烟气so2浓度。关闭的水泵为循环浆液泵组中的普通水泵。计算得出关闭循环浆液泵的数量根据四舍五入取值，即若计算得出的数量为0.25，则不关闭循环浆液泵组中的水泵；若计算得出的数量为0.75，则关闭一台循环浆液泵组中的普通水泵，以此类推。

根据以上控制逻辑a所做的控制水泵启停时，当需要关闭浆液循环泵组中的第二台水泵时，分布式控制服务器先启动变频水泵，再关闭第二台水泵，然后再逐渐降低变频水泵的工作频率，直至关闭变频水泵，变频水泵起到缓慢调节的作用，避免出现断崖式启停。

控制步骤b，当烟气流量计检测到的烟气流量减小的幅度超过10％时，优化控制器根据控制逻辑b做出优化命令，控制逻辑b包括调节新鲜石灰石浆液的流量为d，经过10s延迟时间，分布式控制服务器再分别同比例控制调节降低变频增压风机2、变频氧化风机3和变频新鲜石灰石浆液泵4的负荷；

d的计算公式为：

d＝(-0.0000002*a²*b²+0.0051*a*b-0.1312)*0.25

其中a为传感器在脱硫吸收塔5的烟气进口17位置检测到的烟气so2浓度，单位为mg/nm³，b为烟气流量计在脱硫吸收塔5的烟气进口17位置检测到的烟气流量，单位为nm³。

经过10s延迟时间过后，脱硫分布式控制服务器才分别调节降低变频增压风机2、变频氧化风机3和变频新鲜石灰石浆液泵4的负荷，使得脱硫吸收塔5中的烟气流速、新鲜浆液中的cas03氧化速度以及脱硫吸收塔5中的循环浆液的ph值保持在设计值范围内，ph值范围为5.1～5.68。

控制步骤c，固体浓度传感器将固体物浓度参数信息传递至分布式控制服务器，分布式控制服务器将参数信息优化控制器，优化控制器根据控制逻辑c做出优化命令；

控制步骤c中的控制逻辑c包括如下：

(1)当固体浓度传感器检测到石膏过滤液池12中的循环浆液固体体积浓度百分比在13％～15％范围内时，分布式控制服务器调节增大石膏分离支路电动调节阀6的开度，并将流量增大到分离支路电动调节阀6调节前流量的110％，此时流量为i；

(2)当固体浓度传感器检测到石膏过滤液池12中的循环浆液固体体积浓度百分比在15％～17％范围内时，分布式控制服务器调节增大石膏分离支路电动调节阀6的开度，并将流量增大到流量i的110％；此时流量为ii；

(3)当固体浓度传感器检测到石膏过滤液池12中的循环浆液固体体积浓度百分比超过17％时，分布式控制服务器调节增大石膏分离支路电动调节阀6的开度，并将流量增大到流量ii的115％；此时流量为iii；

(4)当固体浓度传感器检测到石膏过滤液池12中的循环浆液固体体积浓度百分比降低到15％～17％范围内时，分布式控制服务器调节减小石膏分离支路电动调节阀6的开度，并将流量减小到流量iii的87％；此时流量为iv；

(5)当固体浓度传感器检测到石膏过滤液池12中的循环浆液固体体积浓度百分比降低到13～15％范围以内时，分布式控制服务器调节减小石膏分离支路电动调节阀6的开度，并将流量减小到流量iv的90.9％；此时流量为v；

(6)当固体浓度传感器检测到石膏过滤液池12中的循环浆液固体体积浓度百分比降低到13％以下时，分布式控制服务器调节减小石膏分离支路电动调节阀6的开度，并将流量减小到流量v的90.9％。

控制步骤d，分布式控制服务器实时将锅炉1的送风量l1、燃料质量消耗速率w1(单位kg/s)、燃料中硫、碳、氢、氧、氮元素质量分数分别为sa、ca、ha、oa、na(单位％)的监测数据，传递至优化控制器,经过以下计算公式得到锅炉送风量l1(单位m³)下，燃烧后将进入脱硫吸收塔的每秒烟气量v1(单位m³):

v1＝(1.867ca+11.2ha+0.7sa+0.8na+(1-0.21/α)l1)w1；其中α＝(0.0889(ca+0.375sa)+0.265ha-0.033oa)/l1。

通过以下计算公式得到此时烟气中so2浓度p(单位kg/nm³)：

p＝3.33sa*w1/v1；

其中v1为实时燃料消耗速率，v1为根据煤质数据计算得到的烟气量；

优化控制器得到p、v的数据后，根据控制步骤b在变化的烟气到达脱硫塔之前，提前开始调节石灰石浆液的流量d(单位m³/s)。

本发明通过在优化控制器中优化脱硫系统的控制策略，增加智能化控制模型和控制回路，同时改造系统部分硬件(风机、水泵、阀门)，加入预测控制模型的智能闭环控制算法，实现脱硫系统的智能化控制。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。