一种火电机组湿法脱硫吸收塔液位控制系统及方法

文献发布时间：2023-06-19 09:29:07

技术领域

本发明属于火力发电机组脱硫控制技术领域，涉及一种火电机组湿法脱硫吸收塔液位控制系统及方法。

背景技术

湿法脱硫技术作为当今火电机组最成熟的脱硫工艺，脱硫效率高且应用范围广。作为湿法脱硫工艺的核心装置，吸收塔的作用即通过喷淋层管和循环泵将浆液进行喷淋，以达到吸收烟气中二氧化硫的目的，因此，吸收塔内浆液液位也作为一个重要参数影响着脱硫控制系统最终的控制效果。

吸收塔液位的高低对于脱硫系统的安全、能耗、效率乃至氧化反应和石膏品质都有着非常重要的影响。浆液液位过高，会引起石灰石浆液倒流至烟道，威胁脱硫系统的设备及控制安全；浆液液位太低会影响吸收塔内氧化反应的进行，降低石膏的结晶率，进而影响脱硫效率。浆液液位过低也会导致脱硫系统的能耗升高和石膏品质下降，因此，如何将吸收塔液位控制至合理的范围已成为湿法脱硫控制的关键。

进入吸收塔内的水份来源一般包含两类：一类是经过除雾器冲洗阀进入到吸收塔内的工艺水，这部分水份一方面用来清洗除雾器上的固体结垢，另一方面正好补充了饱和的净烟气造成的水份损耗；另一类是经浆液调节阀流入吸收塔的石灰石浆液，但这部分浆液的含水量较少，与排出的饱和石膏浆液所带走水份相类似，都可忽略不计。与常规的箱罐液位调节控制所不同的是，吸收塔直径宽、容积大，其庞大的持液量导致石灰石浆液的液位变化非常缓慢，吸收塔特殊的功能需求，导致内部被划分为烟气、洗涤以及再循环三个区域，因此以控制实际液位与设定值偏差为目标的PID控制策略在当前情况下无法适用。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种火电机组湿法脱硫吸收塔液位控制系统及方法，该系统及方法能够有效调节吸收塔浆液液位，提升湿法脱硫控制效率，保障脱硫设备及管道的安全。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种火电机组湿法脱硫吸收塔液位控制系统，包括除雾器冲洗阀、吸收塔、压力变送器、孔板流量计、浆液抽取泵、质量流量计以及控制系统；

工艺水与吸收塔连接的管道上设置有除雾器冲洗阀，压力变送器安装于吸收塔底部，吸收塔底部通过管道连通吸收塔上部，管道上设置有浆液抽取泵和质量流量计，进入吸收塔的原烟气流量管道处设置有孔板流量计，其中，压力变送器的输出端、质量流量计的输出端及孔板流量计的输出端与控制系统的输入端相连接，控制系统的输出端与除雾器冲洗阀的控制端相连接。

所述控制系统包括计算模块、除法器、函数发生器一、函数发生器二、乘法器、积分器以及比较器，其中计算模块的输入端与质量流量计的输出端以及压力变送器的输出端相连接，计算模块的输出端与除法器的输入端相连接，除法器的输出端与函数发生器一的输入端相连接，孔板流量计的输出端与函数发生器二的输入点相连接，函数发生器一的输出端以及函数发生器二的输出端与乘法器的输入端相连接，积分器的输出端以及乘法器的输出端与比较器的输入端相连接，比较器的输出端与除雾器冲洗阀相连接。

本发明所述的火电机组湿法脱硫吸收塔液位控制方法包括以下步骤：

工艺水经除雾器冲洗阀进入吸收塔内，一方面清洗了除雾器的固体结垢，另一方面补充了吸收塔内饱和净烟气造成的水份损耗；

通过压力变送器实时测量吸收塔底部的压力，并将压力信息发送至控制系统的计算模块中，通过烟气管道上布置的孔板流量计实时测量烟气流量，并将流量信息发送至控制系统的函数发生器二中，通过浆液抽取泵将吸收塔底部浆液经质量流量计传送至吸收塔上部，质量流量计将测量的吸收塔浆液密度信息发送至控制系统计算模块中；

计算模块根据质量流量计测得的浆液密度和压力变送器测得的吸收塔底部压力计算出吸收塔液位，然后将液位测量值和液位设定值送入到除法器中计算出二者比值，函数发生器一根据液位测量值与液位设定值的比值折算出浆液液位影响因子，函数发生器二根据孔板流量计测量的烟气流量值折算出吸收塔内饱和烟气造成的水份损耗，乘法器将浆液液位影响因子和烟气水份损耗进行相乘加权，计算出除雾器冲洗阀理论开启时间，积分器根据冲洗阀打开信号计算除雾器冲洗阀已开启时间，比较器根据除雾器冲洗阀理论开启时间和已开启时间进行对比，当已开启时间等于或大于理论开启时间时，比较器不发出除雾器冲洗信号，当已开启时间小于理论开启时间时，比较器发出除雾器冲洗信号，该冲洗信号作用于除雾器冲洗阀门，通过调节冲洗阀门开启时间最终实现吸收塔液位的控制。

吸收塔浆液液位的计算方式为：

H＝(P/ρg)+h

其中，H为浆液液位，P为吸收塔底部压力，ρ为浆液密度，g为重力加速度，h为压力变送器的安装位置距离地面的高度。

函数发生器一的函数值为：

X＝{0,0.9,0.99,1,1.01,1.1,2}

Y＝{0,0.1,0.3,1,4,10,20}

其中，X为进入吸收塔内的烟气流量，Y为饱和烟气所造成的水份损耗量。

函数发生器二的函数值为：

X＝{98×10

Y＝{5.88×10

其中，X为吸收塔内饱和烟气量，Y为饱和烟气的含水量。

除雾器冲洗阀的理论开启时间为浆液液位影响因子、烟气水份损耗与加权系数的乘积，其中加权系数为0.008。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的火电机组湿法脱硫吸收塔液位控制系统及方法在具体操作时，当吸收塔入口处烟气流量变化引起塔内水份损耗改变时，函数发生器一能够根据吸收塔液位变化比例给出合适的修正系数，该系数对水份损耗量进行合理校正，从而在提高液位控制精度的同时避免了冲洗阀频繁开关对阀门造成的损耗影响，保证了吸收塔液位控制品质。

附图说明

图1为本发明控制系统的结构示意图；

图2为本发明中控制系统的部件连接关系示意图。

其中，1为除雾器冲洗阀、2为吸收塔、3为压力变送器、4为孔板流量计、5为浆液抽取泵、6为质量流量计、7为控制系统、7-1为计算模块、7-2为除法器、7-3为函数发生器一、7-4为函数发生器二、7-5为乘法器、7-6为比较器、7-7为积分器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1及图2，本发明所述的火电机组湿法脱硫吸收塔液位控制系统包括所述除雾器冲洗阀1、吸收塔2、压力变送器3、孔板流量计4、浆液抽取泵5、质量流量计6以及控制系统7；工艺水与吸收塔2连接的管道上安装有除雾器冲洗阀1，压力变送器3安装于吸收塔2底部，吸收塔2底部与浆液抽取泵5的入口相连接，浆液抽取泵5的出口连接有质量流量计6，质量流量计6出口连接吸收塔2上部，进入吸收塔的原烟气流量管道处安装有孔板流量计4，其中，压力变送器3的输出端、质量流量计6的输出端及孔板流量计4的输出端与控制系统7的输入端相连接，控制系统7的输出端与除雾器冲洗阀1的控制端相连接。

所述控制系统7包括计算模块7-1、除法器7-2、函数发生器一7-3、函数发生器二7-4、乘法器7-5、比较器7-6以及积分器7-7，其中计算模块7-1的输入端与质量流量计6的输出端以及压力变送器3的输出端相连接，计算模块7-1的输出端与除法器7-2的输入端相连接，除法器7-2的输出端与函数发生器一7-3的输入端相连接，孔板流量计4的输出端与函数发生器二7-4的输入点相连接，函数发生器一7-3的输出端以及函数发生器二7-4的输出端与乘法器7-5的输入端相连接，积分器7-7的输出端以及乘法器7-5的输出端与比较器7-6的输入端相连接，比较器7-6的输出端与除雾器冲洗阀1的控制端相连接。

本发明所述的火电机组湿法脱硫吸收塔液位控制系统的控制方法包括以下步骤：

工艺水经除雾器冲洗阀1进入吸收塔2内，一方面清洗了除雾器的固体结垢，另一方面补充了吸收塔2内饱和净烟气造成的水份损耗；通过压力变送器3实时测量吸收塔底部的压力，并将压力信息发送至控制系统7的计算模块7-1中，通过烟气管道上布置的孔板流量计4实时测量烟气流量，并将流量信息发送至控制系统7的函数发生器二7-4中，通过浆液抽取泵5将吸收塔底部浆液经质量流量计6传送至吸收塔上部，质量流量计6将测量的吸收塔浆液密度信息发送至控制系统7的计算模块7-1中；

计算模块7-1根据质量流量计6测得的浆液密度和压力变送器3测得的吸收塔底部压力计算出吸收塔浆液液位，然后将液位测量值和液位设定值送入到除法器7-2中计算出二者比值，函数发生器一7-3根据液位测量值与液位设定值的比值折算出浆液液位影响因子，函数发生器二7-4根据孔板流量计4测量的烟气流量值折算出吸收塔内饱和烟气造成的水份损耗，乘法器7-5将浆液液位影响因子和烟气水份损耗进行相乘加权，计算出除雾器冲洗阀1理论开启时间，积分器7-7根据冲洗阀打开信号计算除雾器冲洗阀已开启时间，比较器7-6根据除雾器冲洗阀1理论开启时间和已开启时间进行对比，当已开启时间等于或大于理论开启时间时，比较器7-6不发出除雾器冲洗信号，当已开启时间小于理论开启时间时，比较器7-6发出除雾器冲洗信号，该冲洗信号作用于除雾器冲洗阀门1，通过调节除雾器冲洗阀的开启时间最终实现吸收塔液位的控制。