背景技术
二氧化硫(SO2)主要来自于煤、石油、天然气的燃烧过程,是主要大气污染物之一。因此控制燃煤电厂SO2排放是减少大气中SO2含量的主要措施之一。
根据《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011),为削减燃煤电厂污染物排放总量,各燃煤电厂将燃煤电厂污染物排放标准向“燃气轮机排放标准”看齐,即:烟尘、二氧化硫、氮氧化物三项排放限值分别为5mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3,通常在业内将此限值定义为燃煤锅炉“超净排放”标准。
减少SO2排放方法有多种。目前普遍采用的SO2控制技术基本上分为三类:“燃烧前脱硫、燃烧中脱硫及燃烧后脱硫即烟气脱硫(FGD)。
燃烧前脱硫指通过物理或化学方法对原煤进行洗选,除去或减少原煤中的硫分、灰分等杂质。采用的方法包括选煤、气化、水煤浆和型煤加工等。但该方法只能脱除煤中部分硫(主要是无机硫),不能根本上解决SO2对大气的污染问题;燃烧中脱硫是指向炉膛内喷入石灰CaO/CaCO3吸收剂,以此固化S02/SO3来脱硫,采用的方法有炉内喷钙、流化床掺烧石灰石脱硫;燃烧后脱硫即烟气脱硫技术(FGD)指在锅炉尾部烟道加装脱硫设备,利用脱硫剂对烟气进行脱硫,包括湿法、干法(半干法)脱硫工艺。其中:石灰石-石膏湿法被认为是当前控制SO2排放最行之有效的途径。
现有脱硫控制系统是以燃煤发电机组净烟气出口SO2浓度为控制目标,石灰石-石膏湿法脱硫控制中同时控制石灰石浆液pH值浓度,以达到控制对SO2的吸收程度,从而控制净烟气出口SO2浓度满足环保要求。
现有脱硫控制系统中需要使用石灰石浆液pH值浓度,计算出需要的石灰石浆液阀门开度,从而实现对脱硫后净烟气出口SO2含量的控制。
从运行现状和控制逻辑方面的分析:FGD脱硫控制系统自动投入运行依赖于石灰石浆液pH值浓度的测定。
由于石灰石浆液pH值浓度的测定装置定期清洗(每个小时清洗一次),石灰石浆液pH值浓度失去真实性,且控制系统不能正确获取清洗过程,测量值大幅上升,影响了石灰石浆液pH值浓度测量准确度,造成脱硫自动控制无法适应pH值变化而投入自动。
发明内容
为解决因清洗pH值大幅飞升信号失真的问题,本发明提供一种石灰石浆液pH值浓度飞升检测系统、方法、控制系统和脱硫系统。本发明可以实时pH值信号剔除失真信号后能够保证脱硫控制系统PID的正常工作。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
一种石灰石浆液pH值浓度飞升检测系统,包括:第一一阶惯性模块、第二一阶惯性模块、测量偏差模块和高低报警模块;
所述第一一阶惯性模块,用于对pH值测量信号进行第一滤波得到第一滤波值;
所述第二一阶惯性模块,用于对pH值测量信号进行第二滤波得到第二滤波值;
所述测量偏差模块,用于将第一滤波值和第二滤波值进行偏差处理得到偏差值;
所述高低报警模块,用于由所述偏差值得到pH值的变化趋势和变化量,对变化量进行阈值判断,并输出飞升检测结果。
作为本发明的进一步改进,所述第一一阶惯性模块的传递函数公式为:
其中,G(s)表征零初始条件下线性系统响应输入与输出的拉普拉斯变换之比;T1,T2表征惯性环节的惯性时间常数。
作为本发明的进一步改进,所述第一一阶惯性模块惯性时间T1为10s~20s;第一一阶惯性模块的惯性时间T2为60s~70s。
作为本发明的进一步改进,还包括飞升检测投入开关和飞升检测投入确认模块;
所述飞升检测投入开关,用于给出飞升检测系统的工作状态;
所述飞升检测投入确认模块,用于根据所述飞升检测结果与飞升检测投入开关的工作状态判断飞升检测结果的有效性。
一种石灰石浆液pH值浓度飞升检测系统的检测方法,包括以下步骤:
对pH值测量信号进行第一滤波得到第一滤波值;
对pH值测量信号进行第二滤波得到第二滤波值;
对第一滤波值和第二滤波值进行偏差处理得到偏差值;
由所述偏差值得到pH值的变化趋势和变化量,对变化量进行阈值判断,并输出飞升检测结果。
作为本发明的进一步改进,还包括:
根据给出飞升检测系统的工作状态和飞升检测结果判断飞升检测结果的有效性。
所述有效性是指当飞升检测投入开关处于投入状态,且高低报警模块输出飞升检测结果为真,则飞升检测控制系统的输出为真;否则,检测到pH值的信号处于飞升状态,信号失真。
一种FGD脱硫自动控制系统,包括pH值测量系统、脱硫控制系统和所述的石灰石浆液pH值浓度飞升检测系统;
所述pH值测量系统,和pH值测量装置连接,用于获得pH值测量信号;
所述的石灰石浆液pH值浓度飞升检测系统,用于判断pH值测量装置得到的pH值测量信号是否处于飞升失真;
所述脱硫控制系统,用于根据所述飞升失真结果对SO2吸收剂进行控制。
一种FGD脱硫系统,包括锅炉下降段换热器、脱硝喷氨格栅、脱硝反应器、空气预热器、电除尘器、脱硫吸收塔、烟囱、石灰石浆液循环泵、pH值测量装置、石灰石新浆液补充管道和所述的FGD脱硫自动控制系统;
锅炉燃烧的烟气流经所述锅炉下降段换热器到达脱硝喷氨格栅,再与喷射的氨-空气混合物进行混合,进入脱硝反应器进行化学反应脱硝,脱硝后的烟气进入空气预热器将热量回收后经电除尘器和脱硫吸收塔后经烟囱排入大气;
所述石灰石浆液循环泵与石灰石浆液供脱硫吸收塔内的喷淋设备连接;所述pH值测量装置设置在脱硫吸收塔内的石灰石浆液中,所述pH值测量装置与FGD脱硫自动控制系统电连接;所述石灰石新浆液补充管道与脱硫吸收塔连通,所述FGD脱硫自动控制系统控制所述石灰石新浆液补充管道的通断。
作为本发明的进一步改进,所述烟囱中还设置有净烟气SO2测量装置。
与现有技术相比,本发明提供的PH值飞升检测系统具有自动辨识和剔除对脱硫控制系统无用甚至的干扰脱硫控制系统的PH值虚假失真信号,为脱硫控制系统能够实时在线全自动打下基础。
本发明采用两个一阶惯性模块对pH值测量信号进行滤波处理,并进行偏差处理,对变化量进行阈值判断,并输出飞升检测结果,对实时pH值信号本身进行判断pH值信号是否失真,解决pH值测量装置清洗带来的pH值不可用的难题。因为pH值测量装置定期清洗,脱硫控制系统不能取得pH值测量装置的清洗信息,pH值测量信号在pH值测量装置清洗时会出现信号的飞升,信号失真,信号不能被脱硫控制系统使用,pH值测量值大幅变化,影响了测量准确度和相应时间,进而影响脱硫控制系统的投入,影响脱硫系统所控制的环保指标。本发明采用实时pH值信号本身判断出pH值信号处于飞升状态时,可以剔除当前的失真信号,脱硫控制系统可以使用飞升检测判断信号进行对实时pH值信号处理。实时pH值信号剔除失真信号后能够保证脱硫控制系统PID的正常工作。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,不是全部的实施例,而并非要限制本发明公开的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的,其中为了清楚表达的目的,放大了某些细节,并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的,实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差,并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明公开的上下文中,当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时,该层/元件可以直接位于该另一层/元件上,或者它们之间可以存在居中层/元件。另外,如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”,那么当调转朝向时,该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
鉴于以上问题,为解决FGD脱硫控制中由于石灰石浆液pH值测量装置因清洗pH值大幅飞升信号失真造成脱硫控制无法投入。
本发明第一个目的是提供一种石灰石浆液pH值浓度飞升检测系统,包括:第一一阶惯性模块12、第二一阶惯性模块13、测量偏差模块DEV和高低报警模块ALARM;
所述第一一阶惯性模块12,用于对pH值测量信号进行第一滤波得到第一滤波值;
所述第二一阶惯性模块13,用于对pH值测量信号进行第二滤波得到第二滤波值;
所述测量偏差模块DEV,用于将第一滤波值和第二滤波值进行偏差处理得到偏差值;
所述高低报警模块ALARM,用于由所述偏差值得到pH值的变化趋势和变化量,对变化量进行阈值判断,并输出飞升检测结果。
该石灰石浆液pH值浓度飞升检测系统处于DCS内,介于pH值测量系统与脱硫控制系统之间。见附图1和2。
pH值测量信号飞升检测系统包含两个环节:pH值偏差处理和pH值报警即第一一阶惯性模块12、第二一阶惯性模块13、测量偏差模块DEV、高低报警模块ALARM、飞升检测投入开关ON/OFF、飞升检测投入确认模块AND组成飞升检测控制系统。以上都是本发明所提出的飞升检测控制系统用于脱硫控制的关键部件。
本发明提出的pH值飞升检测控制系统构成如附图1所示,脱硫吸收塔内的pH值测量经过测量装置取得pH值测量信号,经过测量环节处理后送入脱硫控制系统进行脱硫控制使用。
其中,G(s)表征零初始条件下线性系统响应输入与输出的拉普拉斯变换之比;T1,T2表征惯性环节的惯性时间常数。
pH值测量信号进入第一一阶惯性模块12、惯性模块惯性时间为10s~20s之间;pH值测量信号进入第二一阶惯性模块13,惯性模块惯性时间为60s~70s之间。
第一一阶惯性模块12的输出和第二一阶惯性模块13的输出进入测量偏差模块DEV;测量偏差模块DEV的输出进入高低报警模块ALARM,高低报警模块ALARM检测当前pH值的变化趋势和变化量,一旦超出了预设阈值,高低报警模块ALARM输出飞升检测结果。这个飞升检测的结果与飞升检测投入开关ON/OFF的状态进入飞升检测投入确认模块AND。
本发明第二个目的为提供一种石灰石浆液pH值浓度飞升检测系统的检测方法,包括以下步骤:
对pH值测量信号进行第一滤波得到第一滤波值;
对pH值测量信号进行第二滤波得到第二滤波值;
对第一滤波值和第二滤波值进行偏差处理得到偏差值;
由所述偏差值得到pH值的变化趋势和变化量,对变化量进行阈值判断,并输出飞升检测结果。
当飞升检测投入开关ON/OFF处于投入状态,且高低报警模块ALARM输出飞升检测结果为真,则飞升检测控制系统的输出为真。否则,此时,检测到pH值的信号处于飞升状态,信号失真,不可用。
本发明第三个目的是提供一种FGD脱硫自动控制系统,包括pH值测量系统、脱硫控制系统和所述的石灰石浆液pH值浓度飞升检测系统;
所述pH值测量系统,和pH值测量装置连接,用于获得pH值测量信号;
所述的石灰石浆液pH值浓度飞升检测系统,用于判断pH值测量装置得到的pH值测量信号是否处于飞升失真;
所述脱硫控制系统,用于根据所述飞升失真结果对SO2吸收剂进行控制。
pH值飞升检测控制系统位于pH值测量系统与脱硫控制系统之间。pH值测量信号从测量系统送出后,进入脱硫控制之前,进入飞升检测控制系统。飞升检测控制系统实时在线检测pH值测量信号,一旦检测到pH值测量信号因测量仪器清洗出现飞升现象,信号失真,失真的pH值测量信号将不被送入脱硫控制系统。
该石灰石浆液pH值浓度飞升检测系统在脱硫控制投入自动时起作用,pH值测量飞升检测系统产生pH值测量信号的飞升判断信号。当pH值测量飞升检测系统判断出测量信号处于飞升状态,进入到脱硫控制的pH值信号处于失真状态,失真的信号会被剔除。
该石灰石浆液pH值浓度飞升检测系统的作用是判断pH值测量装置因清洗产生失真的pH值测量,形成pH值测量信号是否处于飞升失真的判断。该系统包含两个环节:pH值偏差处理模块和pH值偏差报警模块。该系统产生合理的pH值信号失真判断信号供脱硫系统控制使用,保障合理的脱硫控制品质,防止脱硫控制系统大幅波动。
本发明第四个目的为提供一种FGD脱硫系统,包括锅炉下降段换热器1、脱硝喷氨格栅2、脱硝反应器3、空气预热器4、电除尘器5、脱硫吸收塔6、烟囱7、石灰石浆液循环泵9、pH值测量装置10、石灰石新浆液补充管道11和所述的FGD脱硫自动控制系统;
典型的脱硫系统流程如附图3所示,锅炉燃烧的烟气流经锅炉下降段换热器1,到达脱硝喷氨格栅2,与喷射的氨-空气混合物进行混合,进入脱硝反应器3进行化学反应,脱硝后的烟气进入空气预热器4进一步将热量回收后经电除尘器5和脱硫吸收塔6后经烟囱7排入大气。
在脱硫吸收塔6中,由石灰石浆液循环泵9提供石灰石浆液供吸收塔喷淋设备使用,石灰石浆液与原烟气中的SO2进行反应并被吸收,除去绝大多数的SO2。石灰石浆液的石灰石浓度通过pH值测量装置10检测,送DCS的脱硫控制系统使用。当石灰石浆液pH值偏高,说明石灰石浆液中吸收SO2的吸收剂不足,将通过石灰石新浆液补充管道11进行补充。
所述石灰石浆液循环泵9与石灰石浆液供脱硫吸收塔6内的喷淋设备连接;所述pH值测量装置10设置在脱硫吸收塔6内的石灰石浆液中,所述pH值测量装置10与FGD脱硫自动控制系统电连接;所述石灰石新浆液补充管道11与脱硫吸收塔6连通,所述FGD脱硫自动控制系统控制所述石灰石新浆液补充管道11的通断。所述烟囱7中还设置有净烟气SO2测量装置8。
pH值测量信号飞升检测系统的设计方法:pH值信号经过测量信号系统进入DCS内,在送入脱硫控制系统之前经过pH值信号飞升检测系统。飞升检测系统实时在线检测当前的pH值测量信号,当检测到飞升趋势并判断出当前的pH值处于飞升状态,当前的pH值信号不被采纳,利用飞升前的数值作为pH值的控制量,送入到脱硫控制系统。
例如:pH值信号飞升检测系统的DEV模块实时检测第一一阶惯性模块12和第二一阶惯性模块13的偏差,高低报警检测模块ALARM根据预设的阈值(现场根据实测信号曲线给出判断阈值,根据现场经验高限报警判断值设置8~10之间;低限告警判断设置-8~~-10之间)输出信号飞升的诊断结果信息。
该技术方案的特点主要有:
1.采用实时pH值信号本身进行判断pH值信号是否失真,解决pH值测量装置清洗带来的pH值不可用的难题。因为pH值测量装置定期清洗,脱硫控制系统不能取得pH值测量装置的清洗信息,pH值测量信号在pH值测量装置清洗时会出现信号的飞升,信号失真,信号不能被脱硫控制系统使用,pH值测量值大幅变化,影响了测量准确度和相应时间,进而影响脱硫控制系统的投入,影响脱硫系统所控制的环保指标。
2.采用实时pH值信号本身判断出pH值信号处于飞升状态时,可以剔除当前的失真信号,脱硫控制系统可以使用飞升检测判断信号进行对实时pH值信号处理。实时pH值信号剔除失真信号后能够保证脱硫控制系统PID的正常工作。
3.采用实时pH值信号本身判断出pH值信号处于飞升状态时,可以精确控制石灰石供浆阀门,防止阀门因pH值信号失真大开大合而退出自动运行状态,脱硫控制系统能够稳定的运行。
以上内容仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明权利要求书的保护范围之内。