滦河电厂脱硫pH值闭环控制系统优化

艾思宇

(北京国电龙源环保工程有限公司，北京100039)

滦河电厂脱硫pH值闭环控制系统优化

艾思宇

(北京国电龙源环保工程有限公司，北京100039)

pH值是石灰石－石膏湿法烟气脱硫系统运行中需要控制的重要参数，直接影响脱硫效率和SO2排放浓度是否达标。介绍石灰石－石膏湿法脱硫系统的化学原理和pH值控制的特点，分析原有pH值闭环控制系统存在的问题，介绍滦河电厂3号机组pH值闭环控制系统的优化过程和优化后的效果。

pH值控制;石灰石－石膏烟气脱硫;闭环控制

0 引言

河北滦河发电有限公司3号机组烟气脱硫系统采用石灰石－石膏湿法脱硫工艺，一炉一塔。热工控制系统(DCS)采用北京国电智深公司的EDPF NT +系统。在脱硫系统运行过程中发现原有pH调节系统存在问题，自动跟踪效果欠佳，经常需要手动调整脱硫吸收塔供浆量。为了准确控制好吸收塔浆液pH值，减少运行人员干预，实现pH自动供浆，特对此自动逻辑进行优化，以满足正常生产运行需要，提高自动化水平。

1 湿法脱硫系统简介及pH控制原理

石灰石－石膏湿法脱硫工艺则通过烟气大面积地与含石灰石的吸收液接触，使烟气中的二氧化硫溶解于水并与吸收剂及氧气反应生成石膏，从而降低二氧化硫的浓度。该工艺过程布置简单，主要如下:混合和加入新鲜的吸收液;吸收烟气中的二氧化硫并反应生成亚硫酸钙;氧化亚硫酸钙生成石膏;从吸收液中分离石膏。

新鲜的吸收剂是由石灰石(CaCO3)加适量的水溶解制备而成，根据pH值和SO2负荷配定的吸收剂直接加入吸收塔。该工艺过程中的核心工艺单元装置为吸收塔，在吸收塔的喷淋区，含石灰石的吸收液自上而下喷洒，而含有二氧化硫的烟气则逆流而上，气液接触过程中，发生如下反应:

在吸收塔的浆池区，通过鼓入空气，使亚硫酸氢钙在吸收塔氧化生成石膏，反应如下:

因此，在吸收塔浆池的浆液中，既含有石灰石，又含有大量的石膏。一定量的石膏晶体被连续地从浆池中抽出，剩余浆液继续送入喷淋层，通过循环吸收使加入的吸收剂被充分利用，同时也确保石膏晶体的增长。石膏晶体增长良好是保证产品石膏处理简单、合格的先决条件。吸收塔浆池中抽出的密度合格浆液送到石膏一、二级脱水系统进行处理。该浆液的的组分和吸收塔浆池中悬浮液相同，但是为了使其与悬浮液区别开，称为石膏浆液。石膏浆液先通过一级脱水单元处理，处理后的稀浆液部分作为废水排放，浓缩浆液则送入二级脱水单元进一步处理，产生含水率小于10%(重量比)的成品石膏作为副产品最终排出。

由以上介绍可知道，石灰石－石膏湿法脱硫核心反应式为:2CaCO3+2SO2+O2+4H2O→2CaSO4·2H2O+2CO2即理想状态下除去1个分子的SO2(分子量64)需要1个分子的CaCO3(分子量100)，根据分子量的比例，除去1kg的SO2需要1.5625kg的CaCO3。理想状态下，当进入吸收塔浆液中的SO2分子个数等于被CaCO3反应掉的SO2分子个数时，吸收塔pH值不变;当进入吸收塔浆液中的SO2个数大于被CaCO3反应掉的SO2个数时，吸收塔pH值变小;当进入吸收塔浆液中的SO2个数小于被CaCO3反应掉的SO2个数时吸收塔pH值变大。控制吸收塔石膏浆液pH，实际上就是控制石灰石浆液的加入量与进入吸收塔的SO2量的对应关系。

2 原有的吸收塔供浆(pH)自动调节分析

2.1 原有吸收塔供浆(pH)自动调节原理

脱硫系统中SO2质量计算公式如下:

式中:MSO2为SO2的质量;Q为系统处理烟气量;CSO2为烟气中SO2浓度。

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

其中石灰石供浆量、石灰石浆液密度由仪表测得，石灰石浆液含固量通过经验公式计算:

自动投入时:D浆=1.5625×A×B kg，B为调节系数。

需要保持当前pH值时，B=1;需要增大pH值时，B＞1;需要减小pH值时，B＜1。系数B为pH设定值与pH测量值偏差经过PI运算的输出。系数B的确定的方法是对pH设定值与测量值的偏差进行PI计算，PID的输出设定为C，B=(((C－20)/ 100)+1)×4.5。控制原理示意见图1。

图1 原控制原理示意

2.2 原有吸收塔供浆(pH)自动调节存在问题

原石灰石浆液pH值自动控制方案采用串级控制，调试时将pH值自动控制回路投人自动方式后，通过分析、研究实时和历史记录数据，发现调节迟缓严重，再加上有关的烟气参数测量不准确，对自动投运干扰极大，使PID系数难以确定，反复调整PID控制器的参数都不能使系统稳定运行，多次修改校正系数也无效，调节系统错误动作频繁，甚至常出现往相反方向调节的现象。

同时，系数B的确定的方法是对pH设定值与测量值的偏差进行PI计算，PID的输出设定为C，系数B=［((C－20)/100)+1］×4.5。用这种计算方式来确定系数B，根据pH的偏差的大小增加或减小系数B，控制石灰石供浆量的多少，从而达到调节pH的目的。这种方法的不足是pH的设定值和测量值大部分时间是存在偏差，系数B是在变化的，并且在相同的pH偏差下，系数B也总是向pH偏差反方向增大或减小的，这就使被调量波动增大，供浆调节门开度有超调的可能。

3 吸收塔供浆(pH)自动调节的改进

3.1 吸收塔供浆(pH)自动调节的改进的过程

3.1.1 改进系数B

为了解决滦河电厂脱硫系统原有自动调节存在的问题，更好地确定调节系数B，获得更好的调节品质，系数B的确定方法如下:F(x)=5ΔpH+1，这样在相同pH偏差下，系数B是一定的，保证了计算后供浆量的稳定。

PI调节器的设定值是由脱硫系统处理烟气量和原烟气中二氧化硫浓度计算出的石灰石供浆量需求乘以系数B，测量值是石灰石供浆量。改进系数B控制原理示意如图2所示。

图2 改进系数B控制原理

3.1.2 引入脱硫效率因子

使用了优化系数B后的pH自动调节的控制策略，在调整参数后投入自动，pH值能控制在设定值附近波动。如果只是来控制吸收塔浆液pH值，自动已经满足要求。通过和运行人员交流，了解到机组负荷和脱硫系统入口SO2浓度变化时，pH值的控制范围也是不同的。

当机组负荷小于200MW，系统入口SO2质量浓度在2500mg/m3以下时，pH值控制在4.5～4.8之间可以满足脱硫效率在95%以上，系统出口SO2浓度在200mg/m3以下，在保证效率和排放的同时达到节能降耗的目的;当负荷高于220MW，入口SO2质量浓度在3000mg/m3以上时，pH值要维持在5.4以上才能满足脱硫效率在95%以上，系统出口SO2质量浓度在200mg/m3以下。

实际工况情况是，机组负荷升速率较快，伴随着脱硫系统入口SO2质量浓度上涨幅度和速率都很快，当机组负荷和系统入口SO2浓度上涨后，在低pH值不能保证脱硫效率η和出口SO2浓度排放达标，此时，再调整pH的设定值则不能避免负荷和入口SO2浓度快速上涨致使脱硫效率η下降、SO2排放浓度超标。

针对这样的运行特点，将系数B作如下修改:

上式中，将脱硫效率η的变化反映到调整系数B中，从而使供浆量的系数确定考虑脱硫效率变化因素，弥补了上述运行工况中原有控制策略的缺陷。由此衍生，还可以将出口SO2浓度的因子加入到系数B中，在出口SO2浓度变化时对供浆流量做相应调整。优化后控制原理示意如图3所示。

图3 优化后控制原理示意

3.2 改进后的效果

经过上述改进后，调整整定PI参数，比例整定为3.5，积分为20，通过不同负荷、含硫量参数下投入，pH值控制范围准确，平稳，响应迅速，使吸收塔供浆(pH)自动调节能够满足运行、环保排放要求，达到良好的效果。

4 结语

吸收塔供浆(pH)自动调节是石膏－石灰石湿法脱硫系统中核心的自动控制，被控对象具有大惯性、大延迟特点，在原有控制策略控制效果不佳情况下，逐步改进优化自动控制策略，调整参数设定，使此自动控制充分满足运行要求，提高了pH值和脱硫效率控制的精确性，减轻运行人员劳动强度，提高了脱硫系统的自动化水平，为脱硫效率和烟气排放达标提供了有力保障。

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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，工程师，主要从事烟气脱硫脱硝系统生产技术管理工作。E－mail:asy19810610@sina.com