一种灵敏且经济的湿法脱硫喷淋浆液pH值控制方法
阅读说明：本技术 一种灵敏且经济的湿法脱硫喷淋浆液pH值控制方法 (Sensitive and economical wet desulphurization spraying slurry pH value control method ) 是由 张启玖 于 2021-07-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及半液相方法净化废气技术领域,公开了一种灵敏且经济的湿法脱硫喷淋浆液pH值控制方法,用于采用石膏法进行脱硫时浆液循环回路中喷淋浆液pH值的控制,通过预测控制器控制喷淋浆液的pH值；预测控制器中,给定值为浆液循环回路中,单位时间内应当脱除的SO-(X)的量；被控变量为该浆液循环回路在被控变量被测量时的瞬态工况下,单位时间内能够脱除的SO-(X)的量；操纵变量为供浆流量。本发明中,通过采用预测控制器,并将烟气状况计入给定值,实现全自动控制；供浆流量由传递函数模型给出,符合脱硫装置实际需求,避免供浆流量过大而浪费；被控变量为浆液循环回路单位时间内能够脱除的SO-(X)的量,对被控变量的影响更直接,控制的灵敏度更高。(The invention relates to the technical field of waste gas purification by a semi-liquid phase method, and discloses a sensitive and economic wet desulphurization spraying slurry pH value control method, which is used for controlling the pH value of spraying slurry in a slurry circulation loop during desulphurization by adopting a gypsum method, and controlling the pH value of the spraying slurry by a prediction controller; in the prediction controller, the given value is SO which should be removed in the slurry circulation loop in unit time X The amount of (c); the controlled variable is SO which can be removed in unit time under the transient working condition of the slurry circulation loop when the controlled variable is measured X The amount of (c); the manipulated variable is the feed stock flow. In the invention, full-automatic control is realized by adopting a predictive controller and counting the smoke condition into a given value; the slurry supply flow is given by a transfer function model, the actual requirement of the desulfurization device is met, and the waste caused by overlarge slurry supply flow is avoided; the controlled variable is SO which can be removed in the slurry circulation loop in unit time X The quantity of (2) has more direct influence on the controlled variable and has higher control sensitivity.)
技术领域
本发明涉及半液相方法净化废气技术领域，特别是涉及一种灵敏且经济的湿法脱硫喷淋浆液pH值控制方法。
背景技术
采用石灰/石灰石浆液作为吸收剂进行湿法脱硫，是目前的燃煤电厂进行烟气脱硫的主要方法。
目前的脱硫装置中，要将部分与烟气接触过的浆液与新浆液混合后由循环泵打回吸收塔进行喷淋，从而提高液气比并使吸收剂被充分利用。单塔双循环装置则是主流的脱硫装置，其吸收塔由收集碗分成两段，每段各设置一套浆液循环回路，两个浆液循环回路中，下循环喷淋的浆液的pH值较低，以方便亚硫酸钙氧化和石膏结晶，上循环喷淋的浆液的pH值较高，以充分吸收SOX，由于上循环的停留时间较短，因此还需要给上循环配备氧化塔来延长上循环中浆液的氧化时间。
但由于锅炉燃烧状况是不断波动的，因此进入脱硫装置的烟气的SOX负荷是不断变化的。为适应SOX负荷变化，需要调整浆液循环回路中喷淋浆液的流量(用来调整液气比)，以及调整供浆流量(供浆流量是行业内的一个术语，指的是新浆液的流量，改变供浆流量可用来调整喷淋浆液的pH值)。
目前这两个流量的调节都是较为粗放的，喷淋浆液的流量通过操作人员根据经验改变循环泵的启用数量以及频率来调节，而供浆流量通过PID控制器来调节，PID控制器中给定值为喷淋浆液的pH的设定值，被控变量为喷淋浆液的实际pH值，操纵变量为新浆液供浆阀开度。PID控制器中给定值的取值，是由操作人员在DCS系统中根据烟气状况人工给定的。
目前喷淋浆液的pH的控制，存在三方面问题：
1.PID控制器中给定值需要操作人员在DCS系统中根据烟气状况人工给定，无法全自动运行；
2.操作人员根据经验给出给定值，为了保证脱硫效果，给定值通常十分保守，供浆流量往往显著高出实际需要，造成严重的浪费；
3.以喷淋浆液的pH值作为被控变量，灵敏度低，滞后严重。
发明内容
本发明提供一种灵敏且经济的湿法脱硫喷淋浆液pH值控制方法。
解决的技术问题是：
1.PID控制器中给定值需要操作人员在DCS系统中根据烟气状况人工给定，无法全自动运行；
2.操作人员根据经验给出给定值，为了保证脱硫效果，给定值通常十分保守，供浆流量往往显著高出实际需要，造成严重的浪费；
3.以喷淋浆液的pH值作为被控变量，灵敏度低。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种灵敏且经济的湿法脱硫喷淋浆液pH值控制方法，用于采用石膏法进行脱硫时浆液循环回路中喷淋浆液pH值的控制，通过预测控制器控制喷淋浆液的pH值；
所述预测控制器中，给定值为浆液循环回路中，以喷淋浆液的参数来表征的单位时间内应当脱除的SOX的量，记作硫量指令；被控变量为该浆液循环回路在被控变量被测量时的瞬态工况下，以喷淋浆液的参数来表征的单位时间内能够脱除的SOX的量，记作硫量信号；操纵变量为该浆液循环回路的供浆流量。
进一步，所述硫量指令及硫量信号，以吸收塔中喷淋浆液的pH值来表征。
进一步，所述硫量指令为所述硫量信号为其中H为以喷淋浆液pH值表征的烟气负荷工况，F为喷淋浆液流量，H0为额定工况下喷淋浆液pH值，F0为额定工况下喷淋浆液流量，pH(sp)为喷淋浆液pH值的设定值，pH(pv)为喷淋浆液pH值测量值，C为塔容积系数。
进一步，所述预测控制器中，输出的操纵变量的值由供浆流量与喷淋浆液的pH值的传递函数模型得出，所述传递函数模型为带纯迟延的一阶惯性传递函数模型。
进一步，所述传递函数模型采用阶跃扰动试验法建模。
进一步，所述模型建立过程，包括以下步骤：
步骤一：选取处于烟气负荷稳定状态下的石膏法脱硫装置，作为实验设备，将循环泵调整为手动调节状态；
步骤二：阶跃增加供浆流量，记录喷淋浆液pH值的升高情况；
步骤三：查阅历史曲线，评估供浆流量变化到喷淋浆液pH值变化的迟延时间、惯性时间和增益情况，作为预测控制器的预测模型。
进一步，供浆流量通过自动阀控制，所述自动阀记作新浆液供浆阀。
进一步，所述新浆液供浆阀的开度采用串级控制的方式进行调节，串级控制的外回路为所述预测控制器，内回路为PID控制器，所述PID控制器以供浆流量作为反馈值进行反馈调节。
进一步，预测控制器的输出值以烟气SOX负荷的变化量为扰动量进行前馈补偿后，作为内回路的给定值。
进一步，所述喷淋浆液pH值控制方法应用于单塔双循环脱硫装置，且两个浆液循环回路中喷淋浆液pH值的控制相互独立。
本发明一种灵敏且经济的湿法脱硫喷淋浆液pH值控制方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明中，通过将浆液循环回路中单位时间内应当脱除的SOX的量(以喷淋浆液的pH值表征，下同)作为控制器的给定值，将浆液循环回路在测量时的瞬态工况下单位时间内能够脱除的SOX的量作为被控变量，然后采用预测控制器给出此时供浆流量，不需要像现有的PID控制方式那样根据烟气状况人力改变给定值，实现了全自动控制；
本发明中，供浆流量由传递函数模型给出，符合脱硫装置实际需求，相较于操作人员根据经验给出PID控制器的给定值，然后PID控制器改变供浆流量，能够在确保脱硫效果的前提下，避免供浆流量过大而浪费；
本发明中，预测控制器的被控变量为浆液循环回路在测量时的瞬态工况下单位时间内能够脱除的SOX的量，传统控制方法中，控制喷淋浆液的pH值的目的是为了控制浆液循环回路在测量时的瞬态工况下单位时间内能够脱除的SOX的量，也即脱硫能力，本发明中的控制方法直接选取脱硫能力作为被控变量，操纵变量对被控变量的影响更加直接更加灵敏，控制的灵敏度更高；
本发明中，通过以预测控制器作为外回路来输出供浆流量，然后以烟气SOX负荷对输出值进行前馈补偿后作为内回路的给定值输入到PID控制器中来控制新浆液供浆阀，进一步提升了控制的灵敏度，并提升了抗干扰能力。
附图说明
图1是本发明一种灵敏且经济的湿法脱硫喷淋浆液pH值控制方法的流程图；
图2是采用本发明的单塔双循环脱硫装置的两个浆液循环回路的示意图，图中略去了鼓风管路及浆液采出管路；
其中，1-吸收塔，11-收集碗，2-氧化塔，3-循环泵，4-新浆管，5-喷淋浆管。
具体实施方式
本发明中，所有表示“XX的量”的，可采用体积、质量、物质的量等多种表示方式来进行，只需要确保计算过程中量纲正确。同理，“XX的流量”可采用体积流量、质量流量、物质的量流量等多种表示方式来进行，只需要确保计算过程中量纲正确。
本实施例中，所有“XX的量”，均为质量，所有“XX的流量”，均为质量流量。SOX以SO2来计，其余类型的SOX忽略不计。
如图1所示，一种灵敏且经济的湿法脱硫喷淋浆液pH值控制方法，用于采用石膏法进行脱硫时浆液循环回路中喷淋浆液pH值的控制，通过预测控制器控制喷淋浆液的pH值；
本发明可用于石膏法的脱硫装置，也可以用于双碱法的脱硫装置，但用于双碱法的脱硫装置时，有益效果不如石膏法的脱硫装置明显，因此本实施例仅以采用石灰石浆液作为吸收剂的石膏法脱硫装置来进行说明。
预测控制器中，给定值为浆液循环回路中，以喷淋浆液的参数来表征的单位时间内应当脱除的SOX的量，记作硫量指令；被控变量为该浆液循环回路在被控变量被测量时的瞬态工况下，以喷淋浆液的参数来表征的单位时间内能够脱除的SOX的量，记作硫量信号；操纵变量为该浆液循环回路的供浆流量。
这里被控变量实际上是浆液循环回路的脱硫能力，但以喷淋浆液pH值表征。
这里之所以用喷淋浆液pH值来表征单位时间内应当脱除/能够脱除的硫氧化物的量，而不是直接用质量表示，是为了方便采用传递函数模型来求取供浆流量。
硫量指令及硫量信号，均以吸收塔1中喷淋浆液的参数来表征。也即硫量指令及硫量信号均为喷淋浆液的参数的函数。
本实施例中，硫量指令及硫量信号，以浆液循环回路中喷淋浆液的pH值来表征。
硫量指令为硫量信号为其中H为以喷淋浆液pH值表征的烟气负荷工况。
根据当前SOX负荷，确定单位时间内应脱除的SOX量如下：
pH(sp)——喷淋浆液pH值设定值；这里不同于现有技术中的PID控制喷淋浆液pH值的方式，pH(sp)在使用时不需要操作人员在DCS界面进行反复调整，而是一个自动给定值，由经济性目标函数给定；
pH(pv)——喷淋浆液pH值测量值；
F——喷淋浆液流量，用来表征烟气负荷工况，单位为t/h；
C′——以喷淋浆液流量表征的吸收塔1脱硫能力系数，单位为t/h*s。
上式可进一步写作：
式中，H——以喷淋浆液pH值表征的烟气负荷工况；
C——以喷淋浆液pH值表征的吸收塔1脱硫能力系数，单位为s，C是与吸收塔1有关的一个数值，通过实验测得，也可记作塔容积系数。
K——额定工况下喷淋浆液流量与喷淋浆液pH值间的换算系数，也即H0为额定工况下喷淋浆液pH值，F0为额定工况下喷淋浆液流量。
上式两边同时除以K：
这里进行了转换后，就可以采用后文中提到的传递函数模型来求取供浆流量。
预测控制器中，输出的操纵变量的值由供浆流量与喷淋浆液的pH值的传递函数模型得出，传递函数模型为带纯迟延的一阶惯性传递函数模型。
传递函数模型采用阶跃扰动试验法建模。
模型建立过程，包括以下步骤：
步骤一：选取处于烟气负荷稳定状态下的石膏法脱硫装置，作为实验设备，将循环泵3调整为手动调节状态；
步骤二：阶跃增加供浆流量，记录喷淋浆液pH值的升高情况；当然，由于供浆流量与阀门开度的关系并非线性，若无法做到阶跃增加供浆流量，也可选择阶跃增加新浆液供浆阀的开度；
步骤三：查阅历史曲线，评估供浆流量变化到喷淋浆液pH值变化的迟延时间、惯性时间和增益情况，作为预测控制器的预测模型。
供浆流量通过自动阀控制，自动阀记作新浆液供浆阀。
新浆液供浆阀的开度采用串级控制的方式进行调节，串级控制的外回路为预测控制器，内回路为PID控制器，PID控制器以供浆流量作为反馈值进行反馈调节。
预测控制器的输出值以烟气SOX负荷的变化量为扰动量进行前馈补偿后，作为内回路的给定值。这个烟气SOX负荷的变化量，一般指的是烟气SOX负荷随时间的变化量，可由AGC负荷曲线得出。当然，这里变化量不限于此，各种扰动量都可以统计进去。这里烟气SOX负荷，指的是浆液循环回路中，单位时间内应当脱除的SOX的量。这里进行前馈补偿，可提高控制灵敏度，并提高抗干扰能力。
如图2所示，喷淋浆液pH值控制方法应用于单塔双循环脱硫装置，且两个浆液循环回路中喷淋浆液pH值的控制相互独立，也即两个浆液循环回路各自有一套对应的控制系统。
本实施例中的脱硫装置是一个典型的单塔双循环设备。
吸收塔1由收集碗11分成两段，由此使得装置中存在上循环和下循环两个浆液循环回路，烟气自下而上通过吸收塔1。上循环配备有氧化塔2，上循环的喷淋浆液的pH值设定值为6左右，下循环的喷淋浆液的pH值设定值为5左右。新浆管4中的新浆液，以及从吸收塔1抽出来的浆液，混合后经循环泵3沿喷淋浆管5打回吸收塔1。下循环中的循环泵3包括两台工频泵和一台变频泵，上循环中的两台循环泵3都是工频泵。
本实施例中的单塔双循环脱硫装置，两个浆液循环回路中喷淋浆液的pH值分别由对应的串级控制系统来控制。
注意，由于本发明中的控制系统为全自动的，出问题后无法人力干涉，因此需要保留传统的PID控制系统作为备份。本实施例中，在DCS界面设计了新控制系统的切入与切出按钮，除按钮外，还有以下切入和切出限制条件：
新控制系统切入允许条件：
pH设定值和实际值的偏差小于一定值；
新控制系统切出条件，满足一项即自动切出：
新浆液供浆阀为手动调节状态；
智能DPU心跳信号异常。
设计的pH值内回路控制从PID控制器和新浆液流量手操器间切入，当原控制系统投入时，新控制系统处于跟踪状态，预测控制器和PID控制器采用显示跟踪，当新控制系统投入时，原控制系统处于跟踪状态；
新控制系统和原控制系统共用一个设定值模块，只有当新浆液流量手操器处于手动时，设定值模块才处于跟踪状态，其他方式下，设定值模块不跟踪反馈值。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
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