中小型鍋爐溼法脫硫設備用pH調節控制系統的製作方法

2023-06-03 07:43:11

專利名稱：中小型鍋爐溼法脫硫設備用pH調節控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於中小型鍋爐溼法脫硫除塵技術領域，尤其是涉及一種中小型鍋爐 溼法脫硫設備用PH調節控制系統。
背景技術：
我國是以煤為主要能源的國家，煤炭生產和消費佔能源總量的75%，但煤炭燃燒 產生的SO2是我國大氣汙染的主要特徵。我國SO2年排放量在2000萬噸以上，居世界首位。 由SO2排放所致的硫酸型酸雨汙染危害面積達到國土面積的30%以上，全國每年損失上千 億元。目前SO2汙染已成為制約我國經濟、社會可持續發展的重要因素，控制其汙染勢在必 行。我國中小型燃煤鍋爐因其數量多、範圍廣、治理難度大及投資限制等諸多因素成為控制 SO2排放的老大難。因而，探索技術上先進、經濟上合理的SO2治理技術是現階段環保領域 廣泛關注的焦點。目前，應用的脫硫方式主要有燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒後脫硫(即煙氣脫 硫)三種方式，其中煙氣脫硫技術是當前應用最廣、效率最高的脫硫技術。按脫硫過程中是 否加水和脫硫產物的乾濕狀態，煙氣脫硫又可分為溼法、半乾法和幹法3種工藝。其中，溼 法煙氣脫硫工藝流程、形式和機理大同小異，主要是使用鹼性漿液作洗滌劑，在反應塔中對 煙氣進行洗滌，從而除去煙氣中的S02。溼法脫硫工藝相對發展較早，技術比較成熟，而且溼 法脫硫是氣液反應，反應速度快且效率高。簡易溼法脫硫因其脫硫成本相對較低、針對中小型燃煤鍋爐進行性價比好等優點 而得到廣泛使用。但簡單溼法脫硫在運行中出現的問題較多，國內很多學者對中小型鍋爐 溼法脫硫做了數學控制模型，並把鍋爐負荷、鍋爐出口的SO2濃度、脫硫鹼性漿液的PH值等 多個參數都作為控制量，有操作者根據鍋爐實際運行情況設定。這種控制模式對於以發電 為主大鍋爐電廠運行較為合適；在非發電鍋爐中，由於設定的參數較多，鍋爐運行負荷的變 化較大以及系統運行的滯後性，往往造成脫硫效率不達標，加速引風機脫硫設備及其煙道 等尾部輔助設施的腐蝕，引起設備額外的損失。這些問題一直以來始終困擾著整個系統的 穩定可靠運行。溼式鈣法脫硫工藝實際運行中，主要需對結垢、堵塞、脫硫效率低等問題進行解 決。現如今，適用於我國中小型鍋爐溼法煙氣脫硫的方法主要包括以下幾種1)石灰法以石灰為脫硫劑，製成乳液對煙氣進行洗滌，吸收其中的SO2，這個化學 過程既簡單又複雜。2)鈉鹼法鈉鹼法採用燒鹼或純鹼作為脫硫劑，親和力很強，具有將所有化合物 保持在溶液中的能力，避免結垢堵塞，並且能適應吸收_再生循環操作，這是鈉鹼法最顯著 的優勢，但鈉鹼的價格較高，其消耗費用在運行成本中約佔30 %。3)雙鹼法其處理工藝使用的脫硫劑有兩種鹼性物質通常，第一鹼為鈉基鹼，用 於吸收過程；第二鹼為鈣基鹼，用於再生過程，之所以這樣做，簡單說就是避免吸收塔內結 垢堵塞和減少鈉鹼耗量，降低成本。[0009]實際上，雙鹼法是鈉鹼法的改良工藝，它可充分發揮鈉鹼吸收的優越性，而消耗的 脫硫劑主要是價廉的石灰。吸收液中的鈉鹼通過再生，大部分可循環回用。雙鹼法的工藝 在理論上是相當完美的，但在實際運行中仍然存在兩個問題需要關注①吸收過程的副反應產生的少量Na2SO4,在再生過程中處理十分困難，這是因為石 膏有一定的溶解度，當溶液中含有相當量的SO廣、OH-時，Ca2+的濃度較低，CaSO4不能沉澱 下來。②再生後的清液雖然主要含NaOH，但畢竟還有很少量的Ca2+，循環回用中會逐漸 集聚，當局部條件有利於結晶時便可能產生垢堵物。儘管這種機率很低，但還是存在的，尤 其是在生產管理不嚴密的情況下，石灰漿液倒灌入塔的現象時有發生，結垢堵塞往往難以 避免。綜上，現有中小型鍋爐溼法煙氣脫硫設備均不同程度地存在投資成本高、處理工 藝複雜、脫硫效率低、處理效果較差、易出現結垢及堵塞等多種缺陷和不足。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種中小 型鍋爐溼法脫硫設備用PH調節控制系統，其設計合理、使用操作簡便、智能化程度高且使 用效果好、實用價值高，能有效解決現有煙氣脫硫設備存在的投資成本高、處理工藝複雜、 脫硫效率低、處理效果較差、易出現結垢及堵塞等多種缺陷和不足。為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是一種中小型鍋爐溼法脫硫 設備用PH調節控制系統，其特徵在於包括對脫硫設備的實際運行工況進行實時檢測的信 息檢測單元、用於存儲控制方案模型的控制模型存儲單元、經內部處理運算自動生成的控 制方案模型並相應同步存入控制模型存儲單元內的運算處理器和對信息檢測單元實時所 檢測信息進行判斷且根據判斷結果自動調用控制模型存儲單元內預先存儲的控制方案模 型或控制運算處理器自動生成控制方案模型對執行單元進行控制的控制器，所述控制器自 動調用的控制模型存儲單元內預先存儲的控制方案模型或控制運算處理器自動生成的控 制方案模型均與信息檢測單元實時檢測信息所反應的脫硫設備當前運行工況相對應，運算 處理器、控制模型存儲單元和執行單元均與控制器相接；所述信息檢測單元包括PH值檢 測單元和對中小型鍋爐溼法脫硫設備相關工作參數進行實時檢測的工況信息檢測單元，所 述PH值檢測單元和工況信息檢測單元均接控制器；所述執行單元包括安裝在脫硫劑輸送 管道上且對脫硫劑加入量進行控制調整的控制閥門一，所述脫硫劑輸送管道與所述脫硫設 備中的脫硫塔相接，控制閥門一與控制器相接且其開關狀態和開度大小均由控制器進行控 制。所述PH值檢測單元包括對所述脫硫塔出口處脫硫液的PH值進行實時檢測的PH 計一、對通過引流管道與所述脫硫塔相接的引流池內引流液的PH值進行實時檢測的PH計 二和對循環池內脫硫循環液的PH值進行實時檢測的PH計三，所述循環池通過連接管道分 別與所述脫硫塔的出口和所述引流池相接，所述執行單元還包括分別安裝在所述引流管道 和所述連接管道上的控制閥門二和控制閥門三，所述控制閥門二和控制閥門三均與控制器 相接且二者的開關狀態和開度大小均由控制器進行控制，所述PH計一、PH計二和PH計三 均與控制器相接。[0016]所述控制器為PID控制器。所述PID控制器為內部集成有增益自適應Smith預估器的變增益PID控制器。所述變增益PID控制器為基於BP網絡的PID控制器。本實用新型與現有技術相比具有以下優點1、設計合理、投資成本低且使用操作簡便，智能化程度高，使用效果好，將工業化 學、自控控制與數學模型進行有機結合，有效解決了中小型鍋爐脫硫系統中的結垢、堵塞、 腐蝕等問題，最主要的還是減少了 SO2的排放，降低了環境汙染。2、設計新穎，本系統對脫硫液、引流液和脫硫循環液的PH值進行實時監測。並根 據三種溶液的PH值變化情形調整脫硫劑的加入量，使得整個脫硫系統中PH值保持在一個 合理、穩定的範圍，從而達到防止結垢、堵塞及腐蝕，同時提高脫硫效率。3、所採用的控制器功能完善且綜合性能優良，推廣應用前景廣泛，首先抗幹擾性 能優良且在5%的有色噪聲擾動下依然能夠擁有良好的控制性能，且利用BP神經網絡的 任意非線性逼近特性及很強的自學習能力，使得PID控制器具有參數自整定功能，彌補了 常規PID控制在解決控制對象非線性、參數時變系統中的不足，具有穩態精度高、過渡過程 短、抗幹擾性好、魯棒性強、結構簡單、適應性強等特點，是值得推廣應用的。另外，控制器採 用了變增益三區段非線性PID控制算法，由於pH中和反應過程中，中和點附近的高增益使 得常規的PID控制器參數調整非常困難，因為控制器只能採用很小的比例增益，否則系統 不穩定；而比例增益過小，又使系統的動態特性變壞，然而變增益三區段非線性PID控制算 法能夠在一定程度上克服中和反應中時滯和嚴重非線性對系統的影響，並且所集成的增益 自適應Smith預估器對控制模型結構與參數的精度均無過高的要求，從而有很高的應用價 值，加入增益自適應Smith預估器後使得控制系統的超調明顯減小、上升時間縮短且調節 時間加快，具有很強的魯棒性，能夠在一定程度上很好的解決本系統的大遲延和非線性問 題，使得控制性能得到顯著地改善。同時，控制器為基於BP神經網絡的PID控制器，在每次 設定值被改動了之後，BP神經網絡都會快速對PID控制器的控制參數進行重新調整，以使 PID控制器的控制結果滿足控制性能的要求，使得pH過程值很快就跟蹤上了設定值，4、使用效果好，實用價值高且經濟及社會效益顯著，不僅保證了環保工作的有序 有據，同時本實用新型結合我國北方冬季採暖中小型鍋爐運行的實際情況，通過對脫硫系 統中關鍵參數實時監測，建立了以PH控制為主的經濟易用的簡易溼法脫硫控制模式，達到 節能減排、脫硫合格與經濟運行的目的。綜上所述，本實用新型設計合理、使用操作簡便、智能化程度高且使用效果好、實 用價值高，使得整個脫硫系統中的PH值保持在一個合理、穩定的範圍內，從而達到防止結 垢、堵塞及腐蝕，同時提高脫硫效率的目的。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本實用新型的電路原理框圖。附圖標記說明1-信息檢測單元；1-1-PH值檢測單元；1-11-PH計一；1-12-PH計二 ； 1-13-PH計三；1_2_工況信息檢測單元；
5[0030]2-運算處理器； 3-控制模型存儲單元；4-控制器；5-執行單元；6-控制閥門一；7-控制閥門二；8-控制閥門三。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括對脫硫設備的實際運行工況進行實時檢測的信息檢 測單元1、用於存儲控制方案模型的控制模型存儲單元3、經內部處理運算自動生成的控制 方案模型並相應同步存入控制模型存儲單元3內的運算處理器2和對信息檢測單元1實時 所檢測信息進行判斷且根據判斷結果自動調用控制模型存儲單元3內預先存儲的控制方 案模型或控制運算處理器2自動生成控制方案模型對執行單元5進行控制的控制器4，所 述控制器4自動調用的控制模型存儲單元3內預先存儲的控制方案模型或控制運算處理器 2自動生成的控制方案模型均與信息檢測單元1實時檢測信息所反應的脫硫設備當前運行 工況相對應，運算處理器2、控制模型存儲單元3和執行單元5均與控制器4相接。所述信 息檢測單元1包括PH值檢測單元1-1和對中小型鍋爐溼法脫硫設備相關工作參數進行實 時檢測的工況信息檢測單元1-2，所述PH值檢測單元1-1和工況信息檢測單元1-2均接控 制器4。所述執行單元5包括安裝在脫硫劑輸送管道上且對脫硫劑加入量進行控制調整的 控制閥門一 6，所述脫硫劑輸送管道與所述脫硫設備中的脫硫塔相接，控制閥門一 6與控制 器4相接且其開關狀態和開度大小均由控制器4進行控制。所述控制模型存儲單元3內相 應建有控制模型庫。本實施例中，所述PH值檢測單元1-1包括對所述脫硫塔出口處脫硫液的PH值進 行實時檢測的PH計一 1-11、對通過引流管道與所述脫硫塔相接的引流池內引流液的PH值 進行實時檢測的PH計二 1-12和對循環池內脫硫循環液的PH值進行實時檢測的PH計三 1-13，所述循環池通過連接管道分別與所述脫硫塔的出口和所述引流池相接。所述執行單 元5還包括分別安裝在所述引流管道和所述連接管道上的控制閥門二 7和控制閥門三8，所 述控制閥門二 7和控制閥門三8均與控制器4相接且二者的開關狀態和開度大小均由控制 器4進行控制，所述PH計一 1-11、PH計二 1-12和PH計三1-13均與控制器4相接。所述工況信息檢測單元1-2主要包括對所加入脫硫劑的添加量和所排出煙氣的 煙氣量與煙氣中所含有SO2的濃度進行檢測的檢測單元，其中對所加入脫硫劑的添加量進 行檢測時主要是對所述脫硫劑管道中脫硫劑(具體是石灰石漿液)的流量進行檢測，之後 通過脫硫劑的密度和檢測出的流量換算得出脫硫劑的添加量。實際應用過程中，對煙氣量 和煙氣中所含有SO2的濃度進行檢測時，煙氣量是隨著鍋爐負荷的變化而變化的，因而在脫 硫系統中是不可控的，而SO2的濃度則是由煤質決定的，因此SO2濃度變化通常不會很大，具 體是採用氣體濃度傳感器進行實時檢測。所述控制器4為PID控制器。所述PID控制器為內部集成有增益自適應Smith預 估器的變增益PID控制器，並且所述變增益PID控制器為基於BP (Back Propagation)網絡 的PID控制器。綜上所述，所述控制器4為整個系統的核心，控制器4實時對信息檢測單元1所發 回的引流池、循環池和脫硫塔出口的PH值以及煙氣流量等工況信息進行監測，並以毫秒級 速度對整個控制模型庫進行查詢與搜索，找出符合此工況信息的控制方案模型若此控制方案模型存在，就調用此控制方案模型對執行單元5進行相應控制；若此控制方案模型不 存在，則控制器4將控制運算處理器2經運算形成對應的控制方案模型，並將此控制方案模 型存儲到控制模型庫中。具體而言，如果所述脫硫塔出口處脫硫液的PH值小於6. 5，且循環 池內脫硫循環液和引流池內引流液的PH值的平均值在7. 5-8. 5之間，說明脫硫循環液流量 偏小，需要調整變頻速率，以加大脫硫液流量，來保證脫硫的效率，同時確保脫硫塔內的酸 性程度，以防腐蝕現象的產生。 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何限制，凡是根 據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍 屬於本實用新型技術方案的保護範圍內。
權利要求一種中小型鍋爐溼法脫硫設備用PH調節控制系統，其特徵在於包括對脫硫設備的實際運行工況進行實時檢測的信息檢測單元(1)、用於存儲控制方案模型的控制模型存儲單元(3)、經內部處理運算自動生成的控制方案模型並相應同步存入控制模型存儲單元(3)內的運算處理器(2)和對信息檢測單元(1)實時所檢測信息進行判斷且根據判斷結果自動調用控制模型存儲單元(3)內預先存儲的控制方案模型或控制運算處理器(2)自動生成控制方案模型對執行單元(5)進行控制的控制器(4)，所述控制器(4)自動調用的控制模型存儲單元(3)內預先存儲的控制方案模型或控制運算處理器(2)自動生成的控制方案模型均與信息檢測單元(1)實時檢測信息所反應的脫硫設備當前運行工況相對應，運算處理器(2)、控制模型存儲單元(3)和執行單元(5)均與控制器(4)相接；所述信息檢測單元(1)包括PH值檢測單元(1 1)和對中小型鍋爐溼法脫硫設備相關工作參數進行實時檢測的工況信息檢測單元(1 2)，所述PH值檢測單元(1 1)和工況信息檢測單元(1 2)均接控制器(4)；所述執行單元(5)包括安裝在脫硫劑輸送管道上且對脫硫劑加入量進行控制調整的控制閥門一(6)，所述脫硫劑輸送管道與所述脫硫設備中的脫硫塔相接，控制閥門一(6)與控制器(4)相接且其開關狀態和開度大小均由控制器(4)進行控制。
2.按照權利要求1所述的中小型鍋爐溼法脫硫設備用PH調節控制系統，其特徵在於 所述PH值檢測單元(1-1)包括對所述脫硫塔出口處脫硫液的PH值進行實時檢測的PH計 一(1-11)、對通過引流管道與所述脫硫塔相接的引流池內引流液的PH值進行實時檢測的 PH計二(1-12)和對循環池內脫硫循環液的PH值進行實時檢測的PH計三(1-13)，所述循 環池通過連接管道分別與所述脫硫塔的出口和所述引流池相接，所述執行單元(5)還包括 分別安裝在所述引流管道和所述連接管道上的控制閥門二(7)和控制閥門三(8)，所述控 制閥門二(7)和控制閥門三(8)均與控制器(4)相接且二者的開關狀態和開度大小均由控 制器(4)進行控制，所述PH計一(1-11)、PH計二 (1-12)和PH計三(1-13)均與控制器(4) 相接。
3.按照權利要求1或2所述的中小型鍋爐溼法脫硫設備用PH調節控制系統，其特徵在 於所述控制器(4)為PID控制器。
4.按照權利要求3所述的中小型鍋爐溼法脫硫設備用PH調節控制系統，其特徵在於 所述PID控制器為內部集成有增益自適應Smith預估器的變增益PID控制器。
5.按照權利要求4所述的中小型鍋爐溼法脫硫設備用PH調節控制系統，其特徵在於 所述變增益PID控制器為基於BP網絡的PID控制器。
專利摘要本實用新型公開了一種中小型鍋爐溼法脫硫設備用pH調節控制系統，包括信息檢測單元、用於存儲控制方案模型的控制模型存儲單元、經內部處理運算自動生成的控制方案模型並相應同步存入控制模型存儲單元內的運算處理器和對信息檢測單元實時所檢測信息進行判斷且根據判斷結果自動調用控制模型存儲單元內預先存儲的控制方案模型或控制運算處理器自動生成控制方案模型對執行單元進行控制的控制器；所述信息檢測單元包括PH值檢測單元和工況信息檢測單元。本實用新型設計合理、使用操作簡便、智能化程度高且使用效果好、實用價值高，使得整個脫硫系統中的PH值保持在一個合理、穩定的範圍內，從而達到防止結垢、堵塞及腐蝕，提高脫硫效率的目的。
文檔編號B01D53/78GK201711089SQ20102025405
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月8日 優先權日2010年7月8日
發明者張曉博, 李士林, 李欣, 高晗 申請人:陝西正大環保科技有限公司