自动控制技术在火力发电厂烟气湿法脱硫中的应用
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摘 要：随着经济居民生活水平的提高，人们对周围环境质量的要求也逐步提高。空气污染对人们生活影响最大，而工业燃煤废气是大气污染最主要的源头之一。火力发电厂作为燃煤大户，因而排放废气的质量对大气污染有更大更显著的影响。近年来我国的水电建设项目虽然有很大进展，但受地域环境等因素的影响火力发电在我国的电力结构中仍占据着绝大比例，这意味着我们每年因大量烟气排放造成的环境压力依然处于高位。废气的处理一直是政府相关部门和电力企业研究的热点。电厂废气中的主要污染气体是二氧化硫，它是大气污染造成酸雨的原因，因如电厂烟气的脱硫成为废气处理工作的重点。就湿法脱硫及目前常用自动控制手段进行分析，为相关项目提供借鉴。
关键词：自动控制 火力发电厂 烟气湿法脱硫
中图分类号：TP23
文献标识码：A
文章编号：1007-3973（2012）006-001-02
近年来我国的脱硫技术有很大提高，脱硫技术呈现多样化趋势，脱硫效果也有了很大提高，目前常用的脱硫技术有几百种，归纳起来大致可以划分为以下几大类：燃烧前脱硫，燃烧中脱硫，燃烧后脱硫。仅燃烧后脱硫按照脱硫产物的干湿状态就分为湿法、干法和半干法三类。烟气湿法脱硫属于这三类中最常用最经济的方法，这种脱硫方式使用的设备相对简单，脱硫时废气和脱硫剂反应速度快，脱硫的效率最好，目前很多电厂都采用这种方式脱硫。随着科技的进步，目前烟气湿法脱硫工艺也不断改进，自动化程度越来越高，设备稳定性不断加强，脱硫效果也逐步提高。下面就以湿法脱硫设备的原理及工作情况作分析。
湿法烟气脱硫使用的洗涤剂主要有石灰石，石灰和碳酸钠，因为石灰石和石灰的价格低，材料资源丰富，而且处理废气后的生成物可以回收利用，所以目前工业上使用最广的是湿式石灰／石灰石-石膏法烟气脱硫。相应的烟气处理系统主要有以下几部分组成：(1)石灰石浆液制备系统。分湿磨制浆和干粉制浆两种方式，两种方式采用不同的设备制作系统所需规格的洗涤液（石灰石浆液）。(2)吸收塔系统。所需设备是吸收塔，废气中的有害气体在这里发生化学反应被吸收。吸收塔有多种样式，喷淋塔因其具有吸收效果好、效率高等诸多优点是目前使用最广泛塔型。(3)烟气系统，也称热工自控系统。因为湿法烟气脱硫过程会对烟气降温，降温后的烟气不易排出，而且会对设备有腐蚀，所以一般要多烟气进行加热处理。(4)石膏脱水系统，反应的生成物是石膏，而石膏本身就是一种工业原料，所以可以将其作为附加产品出售。分离出的石膏中含有大量水分，需经旋流分离器和真空带进行脱水然后才可入库储存。(5)废水处理系统。旋流分离器分离出石膏的同时废水被排除，废水汇集沉淀，聚集到澄清系统中，然后通过去除污泥、添加药物，一系列污水处理操作。经检验处理过的废水达到排放标准时才予以排放。
脱硫控制整个系统一般可以分成三个部分，每部分为一个子系统，一般采用的DCS系统，由数据采集，模拟量控制，组态软件和顺序控制四部分组成。
数据采集系统以周期循环的方式不断采集开关模拟量，然后将采集的信息通过网络输送到上位机显示屏，操作人员根据数据显示进行操作。除了数据采集，数据采集系统还有处理数据的能力，有一定的在线计算功能，并将结果在屏幕上显示。结果与限定值比对，超过阈值或者出现错误时会以声光等方式报警，此外数据采集系统还能存储历史数据。
模拟量控制在系统中起着关键的作用，需要控制调节的参量有：增压风机入口的压力，吸收塔液位，石灰石供浆流量，滤饼厚度等。模拟量控制系统以闭合回路对上面参量进行控制，测得参数与所规定数值比对，得出正负偏值，然后启动相应反馈。这样使以上参量稳定在额定值附近，从而保证整个系统的工艺质量。下面逐个分析控制原理。
增压风机入口压力调节是为了使锅炉炉膛压力保持稳定。在满足工业需要的前提下PID调节因其算法因其简单易操作，在控制算法应用最多。与其他几个参量控制原理相似，测得数据后与提前选定好的额定值比对，根据正负偏差启用相应正负反馈，调节信号驱动风机使稳定后的压力在额定值上下。吸收塔液位自动调节。吸收塔是废气处理的核心部分，烟气通过吸收塔时，烟气中的二氧化硫会与浆液中的碱类发生反应，这也是整个系统最基本的理论依据。反应进行的同时由于干燥烟气进入前携带着相当高的热量，这会使洗涤液水分挥发随烟气排走，这样浆液浓度会增大，而浓度太大会影响后续烟气处理的效果。为了保证浆液的处理能力，需随时向系统中加水，液位调节的目的正是为了处理这一问题。使用相应的控制算法根据液位的变化向系统中的加水量也不断变化，确保液位保持稳定，从而确保废气吸收效果良好。石灰石供浆流量调节是为了调节酸碱度。前面讲到二氧化硫与浆液中的碱类发生反应是整个系统可处理废气的最基本理论依据，因此保证浆液的碱性条件相当关键，即保证浆液的PH。为了排除采用普通PID控制时PH值滞后现象可以采用串级PID控制，以钙硫比闭环调节。这样使反映效果更好，保证了控制效果，废气处理更稳定。滤饼厚度调节是反应产物脱水效果的保证。底部浆液密度和流量变化是滤饼厚度的影响因素，滤饼厚度调节也是通过拿测量厚度值与提前设定值比较，然后依偏值计算进行控制。因为这部分原理相对简单，可使用的使用控制方法较多，通常普通的PID算法就可以满足工艺需求。
组态软件的选择通常以实现工程设计目的为向导，并没有严格的标准。国内外研发的组态软件各式各样，功能上也各有所长，根据所需采样速度，可靠性，技术支持，以及其它要求综合考虑，选出所需组态软件即可。
顺序控制系统节约了人力资本，工作人员可以通过监控掌握系统的运行情况，控制系统会智能的按照之前设定的相关程序进行各项任务，并在必要时对设备进行连锁和保护。这样节约了人力资本减小工人劳动量的同时保证了系统的安全可靠。
自动控制是烟气处理系统的核心部分，很多处理系统处理效果不能达到预想效果就是因为控制系统设计有缺陷。脱硫共意思跟自动控制系统完美的结合才能使整个系统达到最高效率。目前国内许多火力发电厂都在采用基于石灰石-石膏湿法脱硫技术，该技术在控制和应用相对来讲已经很成熟，但也存在一些问题，如脱硫控制是否纳入到单元机组DCS控制系统，因在实际运行中I/0加入DCS将导致DCS通讯负荷超重，这会威胁到机组控制的安全性。新运行的发电厂采取DCS控制还是OLC控制，也应依据该电厂脱硫控制规模和标准来制定，避免装置先进而脱硫量小导致的装置限制浪费等问题，不同的脱硫技术的I/O点量应不同。从改建成本上来看，一般中型火电厂在脱硫装置改造和扩建上的成本已经差异明显，采取不同运行控制、检修人员等资源配置其带来的成本和效益区别很大。因此PLC控制方案的性价比总体要比DCS控制方法高，对一个中型及以上火力发电厂而言，应综合成本和期望效果来决定控制方案。不能只偏向某一面选择，这样会影响效果或者增加建设成本。
自动控制的加入是现在工业成产中改善生产环境提高生产效率的关键，自动控制技术在火力发电厂烟气湿法脱硫中同样起着很大的作用，程序规范化的结果是处理效果的稳定可靠，减少了人为因素的影响，这样烟气处理效果的稳定性大大增加，有效的保证了排除废气对大气不会造成太大影响，从而达到净化环境的效果。因此在未来的生产建设中企业要加大对科技产品的应用，增加自动控制设备，节约人力成本的同时为社会，为环境保护做更多贡献。
参考文献：
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