摘要：据统计，目前我国二氧化硫年排放量居世界第一位，年二氧化硫排放量已达到万吨，其中超过一半以上的二氧化硫是来自于全国燃煤火电厂。由此可见，火电厂脱硫是我国目前控制二氧化硫排放的最主要途径。本文主要针对烟气脱硫DCS系统优化设计展开研究。
关键词：烟气脱硫吸收塔；PH值；控制优化策略；DCS
DCS自1975年问世以来，虽然在系统的体系结构上没有发生重大改变，但是经过不断的发展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高，正朝着更加开放 、标准化、产品化的方向发展。经过多年的发展，分散控制系统在化工、 电力 、治金等流程自动化领域的应用己经十分普及，可以方便地实现对生产过程的生产控制和经营管理.。
一、烟气脱硫吸收塔二氧化硫脱除率的控制
正常工况下，原烟气经烟道进入脱硫吸收塔，与喷淋而下的石灰石浆液发生反应，经脱水除雾后，排出脱硫塔。石灰石浆液在与烟气中的二氧化硫反应后，再进入浆池与空气氧化生成石膏，然后由石膏排出泵送到石膏脱水系统。
二氧化硫的脱除率是由吸收塔中新鲜石灰石浆液的加入量决定的，而加入吸收塔中新制备的石灰石浆液的加入量的大小，又取决于预计的二氧化硫脱除率、锅炉负荷及吸收塔浆液的PH值。在不加氧化镁的情况下，高PH值浆液有利于二氧化硫的吸收，因为PH高意味着氢氧化钙含量高，对脱硫有益 。但当PH值大于5.9左右，脱硫率不升反降，原因是随着氢离子浓度的降低，钙离子析出越来越困难，因而吸收塔在操作过程中会出现结垢现象。由于石灰石浆液中加入了5%-10%的氧化镁乳液，镁离子的引入改变了吸收液的化学性质,与二氧化硫反应生成亚硫酸镁，亚硫酸镁的溶解度大大高于亚硫酸钙的溶解度，使溶液中亚硫酸根离子活性增强，这不仅可以提高二氧化硫的吸收率，而且可降低溶液中钙离子浓度。实践证明，用石灰石浆液加镁的脱硫工艺，PH控制在5.5—6.2左右都能取得比较理想的脱硫效果。
在实际控制过程中，通过测量原烟气流量和原烟气中二氧化硫含量计算出原烟气中的质量流量C，利用C来计算石灰石浆液质量流量的理论值。由于石灰石浆液流量的调节影响吸收塔浆液池的PH值，为保证脱硫性能，应将该PH值保持在某一设定范围内，当PH值变化时，所需的石灰石浆液流入量应按某一修正系数变化。通过在线PH值探头得到实际吸收塔浆液PH值，将该实际值与吸收塔浆液PH设定值比较后，通过PID控制器得出一个石灰浆液供应质量流量修正值，用来修正石灰浆液质量流量的理论值。修正后的石灰石浆液质量流量作为PID控制器的输入值，用以控制石灰石浆液供浆调节阀的开度。
二、烟气脱硫吸收塔PH值的控制
由于pH 值的控制存在严重的非线性和时滞性,如果采用传统的 PID 算法进行 pH 值调节, 在选取KP 、KI 和KD三个参数时将比较困难且控制效果不理想 ,所以有必要研究新的控制算法。本系统采用模拟专家的知识和经验并可在线确定或更改控制策略的专家控制系统, 实现对 pH 值的控制 。专家控制系统具有对现场情况分析判断的能力, 并在此基础上自行在线组织最佳控制策略，实现最优控制，其结构如图2所示 。pH 电极检测到的信号经信号转换送至由专家系统构成的中央处理单元, 中央处理单元对接收到的信号进行处理、分析后形成一定的控制信号 ,再经输出驱动单元传送给执行机构进行控制。为了尽量使脱硫塔内化学反应完全, 必须使PH值保持在一个设定值。当PH值降低,所需石灰石浆液流量应当按某一修正系数来增加。将实际测量PH值与设定值进行比较，通过控制器控制石灰石浆液调节阀的开度，实现石灰石浆液流量的控制,从而使PH值维持在设定范围。
三、吸收塔液位控制
由于氧化风机鼓入氧化空气和受到不断搅拌，吸收塔浆池表面存在大量泡沫，越往上面，浆液密度越低。经装在吸收塔浆池底部的法兰式液位变送器所测得压力差换算得到的液位高度只是一个近似值。
吸收塔水分减少有两方面原因：一是高温原烟气进入吸收塔，冷却饱和带走大量水分。二是当吸收塔石膏浆液密度达到1146kg/m3左右需要运行石膏脱水系统，当石膏脱水后，为防止吸收塔内氯离子含量过高，需要排出一定量的脱硫废水。吸收塔补充水包括石灰浆液补给带来的水分，烟道冲洗水，吸收塔排水坑以及制浆区、脱水区排水坑中的回收水，吸收塔除雾器的冲洗水等。排水坑中的水量对吸收塔液位影响不大。对吸收塔液位的控制主要是通过吸收塔上部除雾器的冲洗水来补充。在DCS中吸收塔液位控制如图4所示。
水池液位控制的基本要求：①水池不能过满溢出。如果这样，不仅会造成经济损失，还会严重污染周边环境。②不能流空, 产生断流。否则会使烟气脱硫工艺过程无法正常进行。由于受烟气脱硫工艺流程的影响，液位的变化不是很稳定。如果液位控制全凭现场操作人员根据系统工艺流程手动或自动操作水池的进出口阀门来控制, 现场操作人员就要时时监测液位,这样就大大增加了他们的劳动强度,而且容易发生事故 。因此，我们采用西博斯调门补给浆液，补水采用瑞基调门进行调节来实现对水池液位的自动控制。当检测到液位过高时关闭电动调节阀,停止对水池的供水。当检测到液位过低时开启电动调节阀恢复供水 。整个控制回路简单、可靠、运行稳定。
四、总结
根据实验实践结果现实，经该烟气脱硫系统处理后所排放的烟气已达到国家环保标准。其脱硫效率可达百分之九十以上，脱硫吸收塔出口取样处二氧化硫的排放浓度为 18 mg /Ndm3 。 该控制系统可靠、高效、经济，且在启、停、运行及事故处理情况下均不影响机组正常运行，受到用户的欢迎。同时，也为在火电厂中应用完整的、彻底的 DCS打下了良好的工程和实践基础。
参考文献
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[3]董策.DCS和PLC在烟气脱硫工程中应用的技术经济分析[J].东方电气评论,2013,27(02):24-27+31.
论文作者:徐新生
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/12
标签：吸收塔论文; 浆液论文; 烟气论文; 石灰石论文; 液位论文; 二氧化论文; 流量论文; 《电力设备》2018年第14期论文;