脱酸塔的石灰浆与冷却水投加量控制方法及控制系统与流程

1.本发明属于生活垃圾焚烧发电处理的烟气净化处理细分技术领域，具体涉及一种脱酸塔的石灰浆与冷却水投加量控制方法及控制系统。


背景技术：

2.垃圾焚烧发电厂中燃烧产生的烟气含有大量hcl和so2气体，必须经过脱酸处理达到规定的排放标准。否则将面临严格的行政处罚和非常恶劣的社会影响。目前常见的脱酸工艺有干法脱酸、半干法脱酸、湿法脱酸。其中湿法工艺虽然脱酸效率高，但建设成本及运行成本也非常高，并且会有废水产生，所以大多数垃圾焚烧发电项目并没有配套湿法工艺。半干法工艺建设成本适中，运行成本低，脱酸效率高。干法工艺建设成本低廉，运行成本低，但脱酸反应效率低，石灰耗材投加量大，飞灰总量大。所以，目前大多数垃圾焚烧电厂都是采用半干法+干法工艺，其中干法工艺作为半干法工艺的后备处理工艺。
3.半干法工艺是将浓度10%左右的ca(oh)2溶液通过高速旋转雾化器雾化后投加到脱酸塔内，与脱酸塔中的酸性气体发生中和反应。同时根据需要投加适量的冷却水以控制脱酸塔温度在合适的区间。脱酸效率受脱酸塔温度影响很大。脱酸塔温度越高，脱酸反应效率越低。但如果脱酸塔出口温度过低，会引起后续布袋除尘器、引风机等设备内结露现象，腐蚀作用增强。所以一般控制脱酸塔出口温度在150℃左右，能够有效保证脱酸反应效率、亦能有效避免后续设备内的结露现象。石灰浆投加流量和冷却水投加流量分别通过两只调节阀来控制。
4.目前环保要求非常严格，一般情况下运行人员为了保险起见，都会选择向脱酸塔中投加过量的石灰浆来维持烟囱出口hcl和so2浓度在非常低的水平。往往这种情况下，不用开冷却水阀门，过量的石灰浆就已经可以把脱酸塔出口温度降到合理区间。这样一来，大量的石灰浆被当做冷却水来使用，造成石灰耗材的严重浪费，同时增加了后续飞灰处置的成本。
5.因此，基于上述技术问题需要设计一种新的脱酸塔的石灰浆与冷却水投加量控制方法及控制系统。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种脱酸塔的石灰浆与冷却水投加量控制方法及控制系统。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种脱酸塔的石灰浆与冷却水投加量控制方法，包括：根据烟气酸性气体指标获取脱酸塔中石灰浆投加流量；根据脱酸塔入口温度及石灰浆投加流量获取脱酸塔中冷却水投加流量；以及根据石灰浆投加流量和冷却水投加流量控制相应调节阀。
8.进一步，所述根据烟气酸性气体指标获取脱酸塔中石灰浆投加流量的方法包括：通过运行数据历史曲线获取石灰浆投加流量的平均值ft
ca(oh)2_avg
；
以石灰浆投加流量的平均值的石灰浆低预设比例作为石灰浆投加流量模糊控制的输出值下限sp
ca(oh)2_l
；以石灰浆投加流量的平均值的石灰浆高预设比例作为石灰浆投加流量模糊控制的输出值上限sp
ca(oh)2_h
。
9.进一步，所述根据烟气酸性气体指标获取脱酸塔中石灰浆投加流量的方法还包括：根据烟囱出口的hcl含量瞬时值d
hcl
、hcl含量变化率de
hcl
、so2含量瞬时值d
so2
、so2含量变化率de
so2
、以及石灰浆流量瞬时值ft
ca(oh)2
设置相应的模糊规则，以获取所需的石灰浆投加流量sp
ca(oh)2
。
10.进一步，所述根据脱酸塔入口温度及石灰浆投加流量获取脱酸塔中冷却水投加流量的方法包括：获取总减温液投加流量sp
totalwater
，即根据脱酸塔入口实测瞬时温度值t
s
与脱酸塔出口温度期望值t
d
的差值获取所需总减温液投加流量的基准值ft
totalwater_d
；所需总减温液投加流量的基准值ft
totalwater_d
=（脱酸塔入口实测瞬时温度值t
s ‑
脱酸塔出口期望温度值t
d
）*单位温降所需减温液流量ft
pt
；所述单位温降所需减温液流量ft
pt
由运行数据历史曲线获得；以所需总减温液投加流量的基准值的减温液低预设比例作为总减温液投加流量模糊控制的输出下限sp
totalwater_l
；以所需总减温液投加流量的基准值的减温液高预设比例作为总减温液投加流量模糊控制的输出上限sp
totalwater_h
；根据脱酸塔出口温度瞬时值t
s
、脱酸塔出口温度变化率de_t
s
设置相应的模糊规则，以获取总减温液投加流量sp
totalwater
。
11.进一步，所述根据脱酸塔入口温度及石灰浆投加流量获取脱酸塔中冷却水投加流量的方法还包括：根据总减温液投加流量sp
totalwater
减去所需的石灰浆投加流量sp
ca(oh)2
，以获取所需的冷却水投加流量sp
water
。
12.进一步，所述根据石灰浆投加流量和冷却水投加流量控制相应调节阀的方法包括：将所需的石灰浆投加流量sp
ca(oh)2
作为石灰浆流量调节阀的流量设定值；将所需的冷却水投加流量sp
water
作为冷却水流量调节阀的流量设定值；根据石灰浆流量调节阀的流量设定值调节石灰浆流量调节阀，以及根据冷却水流量调节阀的流量设定值调节冷却水流量调节阀。
13.另一方面，本发明还提供一种脱酸塔的石灰浆与冷却水投加量控制系统，包括：控制模块，以及由该控制模块控制的石灰浆流量调节阀和冷却水流量调节阀；所述控制模块适于根据石灰浆投加流量调节石灰浆流量调节阀；以及所述控制模块适于根据冷却水投加流量调节冷却水流量调节阀。
14.进一步，所述控制模块适于采用上述脱酸塔的石灰浆与冷却水投加量控制方法以根据石灰浆投加流量和冷却水投加流量控制相应调节阀。
15.本发明的有益效果是，本发明通过根据烟气酸性气体指标获取脱酸塔中石灰浆投加流量；根据脱酸塔入口温度及石灰浆投加流量获取脱酸塔中冷却水投加流量；以及根据石灰浆投加流量和冷却水投加流量控制相应调节阀，实现垃圾焚烧发电厂半干法工艺石灰浆和冷却水投加量的控制，稳定控制脱酸塔出口温度在150℃左右，有效保证脱酸反应效率、亦能有效避免后续设备内的结露现象，降低烟气对布袋除尘等设备的腐蚀作用，满足烟气排放指标稳定达标，节省石灰耗材，进而也降低了飞灰处置成本。
16.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
17.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明所涉及的脱酸塔的石灰浆与冷却水投加量控制方法的流程图；图2是本发明所涉及的脱酸塔的石灰浆与冷却水投加量控制系统的原理框图；图3是本发明所涉及的石灰浆投加量计算示意图；图4是本发明所涉及的冷却水投加量计算示意图。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施例1图1是本发明所涉及的脱酸塔的石灰浆与冷却水投加量控制方法的流程图。
22.如图1所示，本实施例1提供了一种脱酸塔的石灰浆与冷却水投加量控制方法，包括：根据烟气酸性气体指标获取脱酸塔中石灰浆投加流量；根据石灰浆投加流量获取脱酸塔中冷却水投加流量；以及根据脱酸塔入口温度及石灰浆投加流量和冷却水投加流量控制相应调节阀，实现垃圾焚烧发电厂半干法工艺石灰浆和冷却水投加量的控制，稳定控制脱酸塔出口温度在150℃左右，有效保证脱酸反应效率、亦能有效避免后续设备内的结露现象，降低烟气对布袋除尘等设备的腐蚀作用，满足烟气排放指标稳定达标，节省石灰耗材，进而也降低了飞灰处置成本。
23.在本实施例中，所述根据烟气酸性气体指标获取脱酸塔中石灰浆投加流量的方法包括：通过运行数据历史曲线获取石灰浆投加流量的平均值ft
ca(oh)2_avg
，单位l/h；以石灰浆投加流量的平均值的石灰浆低预设比例（例如60%）作为石灰浆投加流量模糊控制（控制器）
的输出值下限sp
ca(oh)2_l
，单位l/h；以石灰浆投加流量的平均值的石灰浆高预设比例（例如，200%）作为石灰浆投加流量模糊控制的输出值上限sp
ca(oh)2_h
，单位l/h。
24.在本实施例中，所述根据烟气酸性气体指标获取脱酸塔中石灰浆投加流量的方法还包括：根据烟囱出口（脱酸塔的烟囱出口）的hcl含量瞬时值d
hcl
（例如，单位mg/nm3）、hcl含量变化率de
hcl
（即单位时间内hcl含量的变化量，单位mg/nm3/min）、so2含量瞬时值d
so2
（烟囱出口的so2含量瞬时值，单位mg/nm3）、so2含量变化率de
so2
（即单位时间内hcl含量的变化量，单位mg/nm3/min）、以及石灰浆流量瞬时值ft
ca(oh)2
（单位l/h）设置相应的模糊规则，以获取所需的石灰浆投加流量sp
ca(oh)2
（即，石灰浆投加流量设定值，单位l/h）；具体的模糊规则可由经验丰富的运行人员操作经验整理提炼得出，主要是对指标变化的提前响应。
25.在本实施例中，所述根据脱酸塔入口温度及石灰浆投加流量获取脱酸塔中冷却水投加流量的方法包括：获取总减温液投加流量sp
totalwater
（单位l/h），即总减温液投加流量是指石灰浆投加流量sp
ca(oh)2
和冷却水投加流量sp
water
的总和，将单位体积石灰浆溶液与单位体积冷却水对烟气的冷却作用视作等同；根据脱酸塔入口实测瞬时温度值t
s
（单位℃）与脱酸塔出口温度期望值t
d
（单位℃，可取150℃）的差值获取所需总减温液投加流量的基准值ft
totalwater_d
；所需总减温液投加流量的基准值ft
totalwater_d
=（脱酸塔入口实测瞬时温度值t
s ‑
脱酸塔出口期望温度值t
d
）*单位温降所需减温液流量ft
pt
；所述单位温降所需减温液流量ft
pt
（单位l/h/℃）由运行数据历史曲线获得，主要受不同季节环境温度变化的影响，一般夏天高，冬天低；以所需总减温液投加流量的基准值的减温液低预设比例（例如85%）作为总减温液投加流量模糊控制的输出下限sp
totalwater_l
（单位l/h）；以所需总减温液投加流量的基准值的减温液高预设比例（例如115%）作为总减温液投加流量模糊控制的输出上限sp
totalwater_h
（单位l/h）；根据脱酸塔出口温度瞬时值t
s
、脱酸塔出口温度变化率de_t
s
（即单位时间脱酸塔出口温度变化量，单位℃/min）设置相应的模糊规则，以模糊推理出总减温液投加流量sp
totalwater
。
26.模糊规则可以为：if 脱酸塔出口温度瞬时值t
s
高&脱酸塔出口温度变化率de_t
s
高高（即呈快速升高趋势），then 总减温液投加流量sp
totalwater
增高高；if 脱酸塔出口温度瞬时值t
s
高&脱酸塔出口温度变化率de_t
s
高（即呈慢速升高趋势），then 总减温液投加流量sp
totalwater
增高；if 脱酸塔出口温度瞬时值t
s
高&脱酸塔出口温度变化率de_t
s
不变（即没有明显的升高或降低趋势），then 总减温液投加流量sp
totalwater
增微高；if 脱酸塔出口温度瞬时值t
s
正常（即偏离目标值很小）&脱酸塔出口温度变化率de_t
s
高高（即呈快速升高趋势），then 总减温液投加流量sp
totalwater
增高；if 脱酸塔出口温度瞬时值t
s
正常（即偏离目标值很小）&脱酸塔出口温度变化率de_t
s
高（即呈慢速升高趋势），then 总减温液投加流量sp
totalwater
增微高；if 脱酸塔出口温度瞬时值t
s
正常（即偏离目标值很小）&脱酸塔出口温度变化率de_t
s
低（即呈慢速降低趋势），then 总减温液投加流量sp
totalwater
降微低；
if 脱酸塔出口温度瞬时值t
s
正常（即偏离目标值很小）&脱酸塔出口温度变化率de_t
s
低低（即呈快速降低趋势），then 总减温液投加流量sp
totalwater
降低；if 脱酸塔出口温度瞬时值t
s
低&脱酸塔出口温度变化率de_t
s
不变（即没有明显的升高或降低趋势），then 总减温液投加流量sp
totalwater
降微低；if 脱酸塔出口温度瞬时值t
s
低&脱酸塔出口温度变化率de_t
s
低（即呈慢速降低趋势），then 总减温液投加流量sp
totalwater
降低；if 脱酸塔出口温度瞬时值t
s
低&脱酸塔出口温度变化率de_t
s
低低（即呈快速降低趋势），then 总减温液投加流量sp
totalwater
降低低；在本实施例中，所述根据脱酸塔入口温度及石灰浆投加流量获取脱酸塔中冷却水投加流量的方法还包括：根据总减温液投加流量sp
totalwater
减去所需的石灰浆投加流量sp
ca(oh)2
，以获取所需的冷却水投加流量sp
water
（即冷却水投加流量设定值，单位l/h）。
27.在本实施例中，所述根据石灰浆投加流量和冷却水投加流量控制相应调节阀的方法包括：将所需的石灰浆投加流量sp
ca(oh)2
作为石灰浆流量调节阀的流量设定值；将所需的冷却水投加流量sp
water
作为冷却水流量调节阀的流量设定值；根据石灰浆流量调节阀的流量设定值调节石灰浆流量调节阀，以及根据冷却水流量调节阀的流量设定值调节冷却水流量调节阀。
28.在本实施例中，为减少各实测瞬时值的数值波动对系统计算稳定性的影响，可将各实测瞬时值先经过滤波处理，再参与计算。上述控制策略忽略了烟气流量变化对温度控制的影响，原因一则烟气流量的准确测量相对困难，二则实践中即使实际烟气流量偏离平均烟气流量较多，模糊控制算法本身亦能对烟气流量变化导致的偏离作出适当的补偿。
29.实施例2图2是本发明所涉及的脱酸塔的石灰浆与冷却水投加量控制系统的原理框图。
30.如图2所示，在实施例1的基础上，本实施例2还提供一种脱酸塔的石灰浆与冷却水投加量控制系统，包括：控制模块（例如pid控制模块），以及由该控制模块控制的石灰浆流量调节阀（石灰浆调门）和冷却水流量调节阀（冷却水调门）；所述控制模块适于根据石灰浆投加流量调节石灰浆流量调节阀；以及所述控制模块适于根据冷却水投加流量调节冷却水流量调节阀。
31.在本实施例中，所述控制模块适于采用实施例1中脱酸塔的石灰浆与冷却水投加量控制方法以根据石灰浆投加流量和冷却水投加流量控制相应调节阀。
32.图3是本发明所涉及的石灰浆投加量计算示意图；图4是本发明所涉及的冷却水投加量计算示意图。
33.在本实施例中，脱酸塔的石灰浆与冷却水投加量控制系统还包括：变化率计算模块、滤波模块、模糊推理模块、限值模块、定量计算模块；通过定量计算+模糊推理+pid调节结合的方式，实现石灰浆和冷却水投加量的控制，满足烟气排放指标稳定达标，节省石灰耗材及降低飞灰处置成本；各模块可以集成在控制模块中，也可独立存在；如图3所示，在所述控制模块适于根据石灰浆投加流量调节石灰浆流量调节阀过程中，所述变化率计算模块适于根据d
hcl 、d
so2
获取de
so2
d、e
hcl
；所述滤波模块适于对d
hcl 、d
so2
、ft
ca(oh)2
进行滤波处理；所述模糊推理模块适于设置相应的模糊规则；所述限值模块适于设置石灰浆投加流量模糊控制的输出值上、下限，以获取石灰浆投加流量sp
ca(oh)2
；
如图4所示，在所述控制模块适于根据冷却水投加流量调节冷却水流量调节阀的过程中，所述定量计算模块适于根据t
s
、t
d
、ft
pt
获取所需的总减温液投加流量的基准值ft
totalwater_d
；所述变化率计算模块适于根据t
s
获取de_t
s
；所述滤波模块适于对t
s
进行滤波处理；所述模糊推理模块适于设置相应的模糊规则；所述限值模块适于设置总减温液投加流量模糊控制的输出上、下限，以获取总减温液投加流量sp
totalwater
，进而获取所需的冷却水投加流量sp
water
。
34.综上所述，本发明通过根据烟气酸性气体指标获取脱酸塔中石灰浆投加流量；根据脱酸塔入口温度及石灰浆投加流量获取脱酸塔中冷却水投加流量；以及根据石灰浆投加流量和冷却水投加流量控制相应调节阀，实现垃圾焚烧发电厂半干法工艺石灰浆和冷却水投加量的控制，稳定控制脱酸塔出口温度在150℃左右，有效保证脱酸反应效率、亦能有效避免后续设备内的结露现象，降低烟气对布袋除尘等设备的腐蚀作用，满足烟气排放指标稳定达标，节省石灰耗材，进而也降低了飞灰处置成本。
35.在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
36.另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
37.所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read
‑
only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
38.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。