烟气脱硫技改闭环控制概念

【摘 要】本控制概念介绍德国MET（Marsulex Environmental Technologies）技术脱硫，由于该技术在国内使用较少，许多人对其闭环控制方式不是很了解，通过本文对该技术核心系统的控制进行简单的介绍。

【关键词】烟气；脱硫；MET 技术

引言

本控制概念是针对华电国际某发电厂#3、#4机组烟气脱硫系统FGD（Flue Gas Desulfurization System ）编制的。它介绍了烟气脱硫装置主系统的控制及运行原理。FGD系统是由吸收塔、石灰石制浆系统、脱水系统及辅助系统组成。石灰FGD工艺过程需要将一些工艺参数值维持在规定的范围内，以获得稳定的性能和最佳的经济效益。本文将介绍一些核心的参数的控制方法。

1 系统概述

1.1 工艺过程概述

烟气从吸收塔入口进入吸收塔喷淋层下部，向上经过逆流吸收区与循环喷淋层喷出的雾状浆液接触，吸收掉烟气中的SO2，然后经过除雾器，从位于吸收塔上部的烟气出口排出，烟气在吸收塔内的流速为4m/s左右。氧化系统采用喷管式系统，氧化空气被注入到搅拌器桨叶的压力侧。此流程保证整个脱硫系统的烟气脱硫率。

吸收塔的主要功能是利用pH 为5.2到5.5的含碳酸钙的浆液除去烟气中的二氧化硫。吸收塔浆液池的设计中保证有足够的停留时间和充分的搅拌以保证最优化的石灰石利用率以及石膏的析晶。

当吸收液通过喷嘴雾化喷入烟气时，吸收液分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面，在与烟气逆流接触时这些液滴中的SO2被吸收。这样，SO2在吸收区被吸收，吸收剂的氧化和中和反应在吸收塔底部的浆池区完成，并最终形成石膏。

在吸收塔内发生的总反应过程如下：

SO2+CaCO3+1/2O2+ 2H2O CaSO4·2H2O+CO2

1.2 控制系统概述

FGD控制系统是由采用微处理器的分散控制系统（DCS）控制的。DCS具有多种功能，如模拟和数字控制、显示、报警、形成趋势图、信息记录及报告。DCS系统设在FGD控制室内。

控制系统操作界面，是通过脱硫控制室DCS的操作员站来完成的，每个操作员站是由微处理器、LCD及键盘组成。操作员站与系统打印机相连，用于报警打印及图形屏幕打印。LCD图形能模拟系统工艺设备。同时系统设置一个工程师工作站，该工作站独立于操作员站，用于编程、系统诊断及配置。

DCS系统对FGD装置网络采用冗余通讯数据总线，并使用冗余数据总线连接操作员站，以实现数据共享。FGD的DCS系统数据总线通过一专用的数据接口装置与全厂SIS系统相连。本文主要介绍烟气系统的部分控制回路。

2 烟气脱硫工艺过程主要调节回路

FGD工艺过程主要调节回路有：SO2脱除效率的控制；吸收剂浆液流量的控制等。

2.1 SO2脱除效率的控制

脱硫效率是FGD工艺过程中要监控的主要性能变量，无论机组在稳定运行工况下，还是处于负荷或燃料含硫量变化时，脱硫效率的调节系统都必须使脱硫效率满足环保法规的强制性要求，同时调节系统还应能找寻出运行费用最低的运行条件。

可以用来控制脱硫效率的工艺变量是有限的，以下工艺变量直接影响脱硫效率，因此可以调节这些工艺变量来控制系统的脱硫效率：

（1）吸收塔浆液循环泵投运台数。

（2）吸收塔循环浆液pH值。

方法（1）更多的用来适应吸收塔入口烟气流量发生大幅变化的工况，使L/G（液气比）维持在一定范围内。从实际试验得出，当锅炉负荷降至30.2～63%范围，脱硫效率不低于94.7%，可减少1～2个喷淋层。这种方法实现起来简单，通过手动操作，脱硫效率能迅速地随L/G变化，对工艺化学过程没有影响。实际上，现在这种调节方式主要是用于在锅炉低负荷时，在保证脱硫效率的前提下，节省FGD系统的电耗。

方法（2）是目前用来调节脱硫效率的主要方法，改变pH值将改变SO2的脱除效率。在本调节方式中，通过改变进入吸收塔的吸收剂浆液的流量来提升或降低循环浆液的pH值，从而使SO2脱除效率随pH改变。吸收塔循环泵投运台数确定后，在负荷稳定时，通过人为或自动调整pH给定值可以达到预期的SO2脱除效率。当手动方式时人为设定pH给定值，烟囱入口SO2浓度信号不参与调解。自动方式时，SO2调节器对烟囱入口SO2测量值和预期的SO2浓度信号进行比较，向pH值调节器输出pH值给定值pHsp。这种调节方式具有连续可调性，可以使FGD装置在满足SO2排放要求的前提下，以最低pH值运行，达到节约吸收剂耗量，提高石膏品质的目的。由于采用了pH值与浆液流量的串级调节，大大减少了浆液流量波动对pH值的影响。但是，由于吸收塔体积庞大，浆液pH值响应相对较慢，但在锅炉负荷和燃料含硫量大幅度波动时间不超过1～2h的工况下，这种调节方式是非常有效的。当在低pH值下运行时，调节pH值对脱硫效率的改变很灵敏，而在高pH值运行时，则显得有些迟缓，也就是pH值对脱硫率的影响是非线性的。另外，调节pH值会影响工艺过程的其它参数，如氧化率，石膏利用率和石膏脱水性等。

2.2 吸收剂浆液流量控制

（1）通过吸收塔入口SO2负荷及吸收塔pH值调节

在这种调节回路中，以吸收塔入口SO2负荷（入口烟气流量与入口SO2浓度的乘积）作为前馈信号，这样可以改善调节回路的响应时间，防止由于pH值测量差错造成石灰石浆液给量出现较大的偏差。在这种调节方式中，吸收剂给浆流量的设定值与吸收塔入口的SO2的负荷成正比。可以用布置在FGD系统入口烟道上的单独的SO2分析仪和烟气流量计或由锅炉给出的排烟流量信号来确定入口SO2的负荷。根据吸收塔pH值来微调吸收剂给浆量，即在较小的范围内增减给浆量。

（2）吸收塔浆液pH值和FGD出口SO2浓度调节方法

吸收塔pH值控制回路用来使吸收塔浆液pH值等于某一pH设定值，但pH设定值受保持烟囱入口SO2浓度为预期值的控制。这种调节方法的优点是能获得吸收剂的最高利用率，因为供入的吸收剂浆液量仅足够维持所要求的脱硫效率。但这种方法不能即时跟踪锅炉负荷，当锅炉负荷短时间内上升时，脱硫效率往往会下降。

3 小结

本文的控制方式满足常规自动控制理论的理论基础，且经过实际应用效果较好，取得了很好的经济效益。

参考文献：

[1]DL/T5196-2004火力发电厂烟气脱硫设计技术规程.

[2]MET设计相关手册