火电厂烟气脱硫装置自动控制系统分析.doc

重庆电力高等专科学校毕业设计说明书 设计题目：火电厂烟气脱硫装置自动控制系统分析专 业： 工业热工控制技术 班 级： 热控0912班 学 号： 200902040229 姓 名： 张 良 指导教师： 成福群 重庆电力高等专科学校动力工程系二一二年六月 目 录设计任务书.50引言.71我国二氧化硫排放及污染现状和治理.8 1.1电厂脱硫技术介绍.81.2湿法烟气脱硫工艺.9 1.3半干法烟气脱硫工艺.91.4干法脱硫工艺.9 2石灰石-石膏湿法脱硫技术原理简介.102.1技术特点.10 2.2工艺流程.10 2.3烟气系统.11 2.4吸收系统 .13 2.5浆液制备系统 .14 2.6石膏脱水系统.15 2.7排放系统.15 2.8热工自控系统.153石灰石湿法烟气脱硫装置的运行参数检测.17 3.1脱硫装置运行参数检测的特点.17 3.2主要参数的检测原理与仪表.17 3.3主要检测参数的测点布置.18 3.4工业电视监视系统.184石灰石湿法烟气脱硫装置的控制系统.18 4.1概述.18 4.2吸收塔浆液pH值控制.19 4.3吸收塔浆池液位控制.22 4.4吸收塔石膏浆液排出控制.23 4.5增压风机入口压力（流量）控制.24 4.6石灰石浆液箱的液位与浓度控制.24 4.7真空皮带脱水机石膏层厚度控制.245脱硫装置的顺序控制、保护与连锁.25 5.1顺序控制.25 5.2保护与连锁.266工程实例.27 6.1设计参数.27 6.2 湿法烟气脱硫系统.28 6.3 技术特点.30 6.4工程结论.30 7结 论.31 工作小结.32致 谢.33参考文献.34附录一：石灰石湿法烟气脱硫装置主要测点布置示意图.35附录二：石灰石-湿法烟气脱硫工艺流程图.36毕业设计（论文）任务书一、毕业设计（论文）任务的具体内容与要求（一）设计任务电力行业的迅速发展一方面促进了国民经济的发展；另一方面，大量燃煤电厂耗煤量已经占全国总量的40%左右，所带来的煤烟型大气污染对全国的生态环境也产生了严重的影响和损害。火力发电厂排烟中的SO2的浓度虽然低，但总量极大。火电厂的SO2排放量均居全国各行业的第一位，SO2排放量占全国排放量的40%50%。本课题的主要任务是对火电厂脱硫自动控制方案进行探讨，并结合实例进行分析。（二）设计成品1设计说明书一份：(1) 毕业设计说明书要条理清楚、文字通顺、整齐美观、格式规范；(2) 设计说明书不少于15000字，并有必要的图表，设计图不少于5张；（三）基本要求1能正确分析火电厂脱硫装置热力系统；2能正确分析火电厂脱硫装置的控制方案；3能正确分析火电厂脱硫装置自动控制系统。二、推荐的主要参考文献1周根来 孟祥新编著电站锅炉脱硫装置及其控制技术M中国电力出版社，20092阎维平编著电站燃煤锅炉石灰石湿法烟气脱硫装置运行与控制M中国电力出版社，20053西安电力高等专科学校、大唐韩城第二发电有限责任公司编600MW火电机组培训教材-辅助系统分册M中国电力出版社，20064刘吉臻、白焰主编电站过程自动化M机械出版社，2007 指导教师（签字） 成福群 签发日期 2012 年 4 月 15 日毕 业 设 计（论文）进 程 计 划起止日期阶段性工作内容、任务执行情况第一阶段：资料收集（第1周）本阶段的主要任务是熟悉设计任务、收集相关资料。并拟定设计方案、编制设计计划。第二阶段：系统设计（第26周）本阶段的主要任务是根据拟定的设计方案，分析脱硫装置自动控制方案及实例。第三阶段：成果整理（第7周）本阶段的主要任务是整理设计成果，撰写设计说明书。第四阶段：答辩（第8周）本阶段的主要任务是答辩资料的准备及参加答辩。火电厂烟气脱硫装置自动控制系统分析摘要：本论文主要阐述了我国烟气脱硫的现状及烟气脱硫的意义，比较了湿法、干法、半干法烟气脱硫的特点，介绍了石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术是脱硫效率最高且最目前最常用的方法，分析了湿法烟气脱硫的工艺流程及其控制系统。简述了烟气脱硫装置的运行参数的监测，连锁保护。并以华润电力登封有限公司一期工程2300MW机组石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统的主要特点与设计参数，重点阐述了脱硫系统的工艺流程。关键词：石灰石-石膏湿法烟气脱硫；监测；烟气脱硫控制The Analysis of Automatic Control Systems of FGD for Thermal Power PlantAbstract: this paper mainly expounds the present situation of our country flue gas desulfurization and the significance of flue gas desulfurization, and compared the wet and dry process, semi-dry method characteristics of flue gas desulfurization, and introduces the limestone-gypsum wet flue gas desulfurization efficiency technology is the highest and most at present the most commonly used method, this paper analyzes the wet flue gas desulfurization process flow and its control system. Briefly flue gas desulfurization operation of the plant parameters of monitoring, chain protection. And with China resources power dengfeng . A phase 2 x 300 MW unit limestone-gypsum wet flue gas desulfurization system main characteristic and design parameters, this paper focuses on the desulphurization system process.Keywords: limestone-gypsum wet flue gas desulfurization; Monitoring; Flue gas desulfurization control引言我国从2004年1 月开始实施国家环境保护总局与国家质量监督检验检疫总局2003年12月30日颁布的火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2003)，近年来，烟气脱硫装置的采用和技术的发展非常迅速。大型电站燃煤锅炉烟气脱硫技术已经历了30多年的发展过程，已经投入应用的烟气脱硫技术有几十种。在烟气脱硫技术数十年的发展和大量实际应用的基础上，通过对脱硫工艺反应过程的深人理解和工程实践，一些脱硫工艺由于技术和经济上的原因逐步被淘汰，一些先进的脱硫工艺随着技术的发展而不断改善脱硫率、运行可靠性和成本。该标准分别对现有及新建火电厂锅炉二氧化硫最高允许排放浓度与排放速率做了规定。因此技术相对成熟、运行相对可靠的石灰石- 石膏湿法烟气脱硫装置陆续投入运行。石狄石(石灰)一石膏浔法脱硫工艺是世界上技术最成熟、应用最多的脱硫上艺，应用的单机窬量已达100万亿瓦。该工艺采用价廉易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液。当采用石灰为吸收剂时，石灰粉加水搅拌制成吸收浆液，经浆液循环泵泵入吸收塔。锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、烟气换热器(GGH，可选)降温后进入吸收塔，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为石膏(CaS042H20)。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴，经烟气换热器加热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆液经脱水装簧脱水后回收。由于吸收浆液循环利用，脱硫吸收剂的利用率很高。1我国二氧化硫排放及污染现状和治理我国二氧化硫排放量居世界首位，已连续多年超过2000万吨，其中火电厂排放二氧化硫接近总量的50，两控区二氧化硫排放量占总量的60。我国酸雨和二氧化硫污染严重，酸雨面积已经占国土面积的30，酸雨和二氧化硫污染造成经济损失每年在1000亿元以上。我国能源结构的特点决定了控制燃煤二氧化硫的排放是我国控制二氧化硫污染的重点，而控制火电厂二氧化硫排放量又是控制燃煤二氧化硫污染的关键。目前我国主要采用了使用低硫煤、关停小火电机组以及部分火电厂安装烟气脱硫装置等措施控制火电厂二氧化硫排放，其中使用低硫煤贡献最大。受我国国情决定，未来控制火电厂二氧化硫污染最主要的方法是烟气脱硫。但到目前为止，我国还不完全具备20万千瓦以上机组烟气脱硫设计和设备成套能力。由于技术、经济及政策等方面的原因，火电厂烟气脱硫工程进展缓慢。根据烟气脱硫国际经验以及国家有关部门的脱硫技术政策，未来我国烟气脱硫的技术路线是以湿法脱硫为主、其他方法为辅。火电厂烟气脱硫行业有几个典型特征：脱硫投资、运行成本高，而主要的收益是环境效益；属典型的政策引导型行业，国家有关政策有巨大的影响。我国工业锅炉烟气脱硫技术：“湿式脱硫除尘工艺和装备研究”是针对我国中小型燃煤锅炉量大面广、燃用煤种差异性大、是影响我国城市大气环境质量的主要污染源的现状而展开的科技项目。它是在“八五”科技攻关的基础上研究开发的五种型号的系列化产品和典型脱硫工艺，并已在工程中得到应用。具有适用范围广、性能稳定、投资运行费用低等特点，同时解决了国内普遍存在的灰水污染水体、使用寿命较短、设备带水严重和钙基脱硫系统易结垢等共性问题。其整体研究具国际先进水平，并获得中国专利四项，是一项适合我国国情的实用性技术。当前，我国10t/h的燃煤锅炉多采用优质煤及尾部湿式简易脱硫技术，优质煤含硫0.5，灰分在10左右，简易脱硫效率一般在3050；10t/h的燃煤锅炉多采用麻石水膜脱硫除尘器，脱硫效率一般在3060，除尘效率在96以上。1.1电厂脱硫技术介绍根据控制SO2排放的工艺在煤炭燃烧过程中的位置，可将脱硫技术分为燃烧前、燃烧中和燃烧后三种。燃烧前脱硫主要是选煤、煤气化、液化和水煤浆技术；燃烧中脱硫指的是低污染燃烧、型煤和流化床燃烧技术；燃烧后脱硫也即所谓的烟气脱硫技术。烟气脱硫技术是目前在世界上惟一大规模商业化应用的脱硫方式，其他方法还不能在经济、技术上与之竞争。世界各国研究开发和商业应用的烟气脱硫技术估计超过200种。按脱硫产物是否回收，烟气脱硫可分为抛弃法和再生回收法，前者脱硫混合物直接排放，后者将脱硫副产物以硫酸或硫磺等形式回收。按脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫又可分为湿法、半干法和干法工艺。1.2湿法烟气脱硫工艺湿法烟气脱硫工艺绝大多数采用碱性浆液或溶液作吸收剂，其中石灰石或石灰为吸收剂的强制氧化湿式脱硫方式是目前使用最广泛的脱硫技术。石灰石或石灰洗涤剂与烟气中SO2反应，反应产物硫酸钙在洗涤液中沉淀下来，经分离后即可抛弃，也可以石膏形式回收。目前的系统大多数采用了大处理量洗涤塔，300MW机组可用一个吸收塔，从而节省了投资和运行费用。系统的运行可靠性已达99以上，通过添加有机酸可使脱硫效率提高到95以上。其他湿式脱硫工艺包括用钠基、镁基、海水和氨作吸收剂，一般用于小型电厂和工业锅炉。以海水为吸收剂的工艺具有结构简单、不用投加化学品、投资小和运行费用低等特点。氨洗涤法可达到很高的脱硫效率，副产物硫酸铵和硝酸铵是可出售的化肥。1.3半干法烟气脱硫工艺喷雾干燥法属于半干法脱硫工艺。该工艺于70年代初至中期开发成功，第一台电站喷雾干燥脱硫装置于1980年在美国北方电网的河滨电站投入运行，此后该技术在美国和欧洲的燃煤电站实现了商业化。该法利用石灰浆液作吸收剂，以细雾滴喷入反应器，与SO2边反应边干燥，在反应器出口，随着水分蒸发，形成了干的颗粒混合物。该副产物是硫酸钙、硫酸盐、飞灰及未反应的石灰组成的混合物。喷雾干燥技术在燃用低硫和中硫煤的中小容量机组上应用较多。当用于高硫煤时石灰浆液需要高度浓缩，因而带来了一系列技术问题，同时由于石灰脱硫剂的成本较高，也影响了其经济性。但是近年来，燃用高硫煤的机组应用常规旋转喷雾技术的比例有所增加。喷雾干燥法可脱除7095的S02，并有可能提高到98，但副产物的处理和利用一直是个难题。1.4干法脱硫工艺干法脱硫工艺主要是喷吸收剂工艺。按所用吸收剂不同可分为钙基和钠基工艺，吸收剂可以千态、湿润态或浆液喷入。喷入部位可以为炉膛、省煤器和烟道。当钙硫比为2时，干法工艺的脱硫效率可达5070，钙利用率达50。这种方法较适合老电厂改造，因为在电厂排烟流程中不需要增加什么设备，就能达到脱硫目的。再生工艺有些已具有商业可行性，但尚未被广泛采用。由于反应后的吸收剂需经加热和化学反应后重新使用，产物需要回收，因此成本较高，工艺复杂。联合脱除工艺多数处于开发阶段，只是在一些燃中硫或低硫煤电厂得以商业应用。这类工艺可分为固体吸收再生法，气固催化法，电子束法，喷碱法，湿式联合SO2脱除技术等。这里要特别提到的是烟气循环流化床脱硫工艺。该技术在最近几年中已有所发展，不但用户增多，同时单机的烟气处理能力也比过去增大了很多。该工艺已达到工业化应用的水平，主要是由德国Lurgi公司、德国Wulff公司和丹麦FLSmith公司开发的。该工艺流程主要是由吸收剂制备系统、吸收塔吸收系统、吸收剂再循环系统、除尘器以及仪表控制系统等部分组成。锅炉排出的未处理的烟气从流化床的底部进入吸收塔。烟气经过文丘里管后速度加快，并与很细的吸收粉末互相混合。经脱硫后带有大量固体颗粒的烟气由吸收塔的顶部排出。排出的烟气进入吸收剂再循环除尘器中，大部分烟气中的固体颗粒都被分离出来，然后返回吸收塔中被循环使用。该工艺在德国Solvay公司的自备电厂和Siersdorf电厂使用，运行良好。该工艺的主要特点是系统简单可靠性高、脱硫效率高与湿法相当、占地小，特别适用于电厂的改造。2.石灰石-石膏湿法脱硫技术原理简介2.1技术特点 （1）高速气流设计增强了物质传递能力，降低了系统的成本，标准设计烟气流速达到4.0m/s。 （2）技术成熟可靠。 （3）最优的塔体尺寸，系统采用最优尺寸，平衡了SO2去除与压降的关系，使得资金投入和运行成本最低。 （4）吸收塔液体再分配装置，有效避免烟气爬壁现象的产生，提高经济性，降低能耗。从而达到： a.脱硫效率高达95%以上，有利于地区和电厂实行总量控制； b.技术成熟，设备运行可靠性高（系统可利用率达98%以上）； c.单塔处理烟气量大，SO2脱除量大； d.适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫； e.对锅炉负荷变化的适应性强； f.设备布置紧凑减少了场地需求； g.处理后的烟气含尘量大大减少； h.吸收剂(石灰石)资源丰富，价廉易得； i.脱硫副产物（石膏）便于综合利用，经济效益显著。 2.2工艺流程 石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫工艺系统主要有：烟气系统、吸收氧化系统、浆液制备系统、石膏脱水系统、排放系统组成。其基本工艺流程如下：锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、GGH(可选)降温后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除SO2、SO3、HCL和HF，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏（CaSO42H2O），并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制。 在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器（作为一级脱水设备）、浆液分配器和真空皮带脱水机。 经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定吸收塔液位。 在吸收塔出口，烟气一般被冷却到4655左右，且为水蒸气所饱和。通过GGH将烟气加热到80以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。 最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。 脱硫过程主反应： 1SO2 + H2O H2SO3 吸收 2CaCO3 + H2SO3 CaSO3 + CO2 + H2O 中和 3CaSO3 + 1/2 O2 CaSO4 氧化 4CaSO3 + 1/2 H2O CaSO31/2H2O 结晶 5CaSO4 + 2H2O CaSO42H2O 结晶 6CaSO3 + H2SO3 Ca(HSO3)2pH控制 同时烟气中的HCL、HF与CaCO3的反应，生成CaCl2或CaF2。吸收塔中的pH值通过注入石灰石浆液进行调节与控制，一般pH值在5.05.8之间。工艺流程见附录二（石灰石-湿法烟气脱硫工艺流程图） 2.3烟气系统 烟气系统包括烟道、烟气挡板、密封风机和气-气加热器（GGH）等关键设备（图2）。吸收塔入口烟道及出口至挡板的烟道，烟气温度较低，烟气含湿量较大，容易对烟道产生腐蚀，需进行防腐处理。烟气挡板是脱硫装置进入和退出运行的重要设备，分为FGD主烟道烟气挡板和旁路烟气挡板。前者安装在FGD系统的进出口，它是由双层烟气挡板组成，当关闭主烟道时，双层烟气挡板之间连接密封空气，以保证FGD系统内的防腐衬胶等不受破坏。旁路挡板安装在原锅炉烟道的进出口。当FGD系统运行时，旁路烟道关闭，这时烟道内连接密封空气。旁路烟气挡板设有快开机构，保证在FGD系统故障时迅速打开旁路烟道，以确保锅炉的正常运行。 经湿法脱硫后的烟气从吸收塔出来一般在4655左右，含有饱和水汽、残余的SO2、SO3、HCl、HF、NOx，其携带的硫酸根，亚硫酸根离子等会结露，如不经过处理直接排放，易形成酸雾，且将影响烟气的抬升高度和扩散。为此湿法FGD系统通常配有一套气-气换热器（GGH）烟气再热装置。气-气换热器是蓄热加热工艺的一种，即常说的GGH。它用未脱硫的热烟气（一般130150）去加热已脱硫的烟气，一般加热到80左右，然后排放，以避免低温湿烟气腐蚀烟道、烟囱内壁，并可提高烟气抬升高度。烟气再热器是湿法脱硫工艺的一项重要设备，由于热端烟气含硫最高、温度高，而冷端烟气温度低、含水率大，故气-气换热器的烟气进出口均需用耐腐蚀材料，如搪玻璃、柯登钢等，传热区一般用搪瓷钢。 另外，从电除尘器出来的烟气温度高达130150，因此进入FGD前要经过GGH降温器降温，避免烟气温度过高，损坏吸收塔的防腐材料和除雾器。 锅炉来烟气FGD入口挡板增压风机GGH原烟气侧吸收塔GGH净烟气侧（加热至80以上）FGD出口挡板主烟道烟囱，带旁路烟道及挡板门。如图1图1 带有增压风机、CGH、旁路挡板的烟气系统（一炉一塔） GGH系统如图2 图2 GGH系统简图GGH系统由四个子系统组成，详细描述如下：l GGH转子驱动系统l GGH密封空气系统l GGH防低泄漏系统l GGH吹灰器及其冲洗系统2.4吸收系统 吸收系统（图3）的主要设备是吸收塔，它是FGD设备的核心装置，系统在塔中完成对SO2、SO3等有害气体的吸收。湿法脱硫吸收塔有许多种结构，如填料塔、湍球塔、喷射鼓泡塔、喷淋塔等等，其中喷淋塔因为具有脱硫效率高、阻力小、适应性、可用率高等优点而得到较广泛的应用，因而目前喷淋塔是石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺中的主导塔型。喷淋层设在吸收塔的中上部，吸收塔浆液循环泵对应各自的喷淋层。每个喷淋层都是由一系列喷嘴组成，其作用是将循环浆液进行细化喷雾。一个喷淋层包括母管和支管，母管的侧向支管成对排列，喷嘴就布置在其中。喷嘴的这种布置安排可使吸收塔断面上实现均匀的喷淋效果。 吸收塔循环泵将塔内的浆液循环打入喷淋层，为防止塔内沉淀物吸入泵体造成泵的堵塞或损坏及喷嘴的堵塞，循环泵前都装有网格状不锈钢滤网（塔内）。单台循环泵故障时，FGD系统可正常进行，若全部循环泵均停运，FGD系统将保护停运，烟气走旁路。 氧化空气系统是吸收系统内的一个重要部分，氧化空气的功能是保证吸收塔反应池内生成石膏。氧化空气注入不充分将会引起石膏结晶的不完善，还可能导致吸收塔内壁的结垢，因此，对该部分的优化设置对提高系统的脱硫效率和石膏的品质显得尤为重要。 吸收系统还包括除雾器及其冲洗设由烟备，吸收塔内最上面的喷淋层上部设有二级除器离气携带的液滴，采用阻燃聚丙烯材料制成。图3 SO2吸收系统2.5浆液制备系统 浆液制备通常分湿磨制浆与干粉制浆两种方式。 不同的制浆方式所对应的设备也各不相同。至少包括以下主要设备：磨机（湿磨时用）、粉仓（干粉制浆时用）、浆液箱、搅拌器、浆液输送泵。 浆液制备系统的任务是向吸收系统提供合格的石灰石浆液。通常要求粒度为90%小于325目（原料颗粒的尺寸,一般以颗粒的最大长度来表示）。如图4图4 石灰石湿磨制浆系统2.6石膏脱水系统 石膏脱水系统包括水力旋流器和真空皮带脱水机等关键设备。 水力旋流器作为石膏浆液的一级脱水设备，其利用了离心力加速沉淀分离的原理，浆液流切向进入水力旋流器的入口，使其产生环形运动。粗大颗粒富集在水力旋流器的周边，而细小颗粒则富集在中心。已澄清的液体从上部区域溢出(溢流)；而增稠浆液则在底部流出(底流)。 2.7排放系统 脱硫废水处理工艺流程：FGD来脱硫废水废水箱废水泵pH中和箱沉降箱絮凝箱澄清器出水箱出水泵达标排放排放系统主要由事故浆池、区域浆池及排放管路组成。 机组FGD所产生的20wt左右浓度的石膏浆液由吸收塔下部布置的石膏浆液排出泵送至石膏浆液旋流器。石膏旋流站底流自流进入真空皮带脱水机。2.8热工自控系统 为了保证烟气脱硫效果和烟气脱硫设备的安全经济运行，系统装备了完整的热工测量、自动调节、控制、保护及热工信号报警装置。其自动化水平将使运行人员无需现场人员配合，在控制室内即可实现对烟气脱硫设备及其附属系统的启、停及正常运行工况的监视、控制和调节，系统同时具备异常与事故工况时的报警、连锁和保护功能。FGD系统启动流程如图5 图5 FGD系统启动流程FGD系统的停运过程如图6图6 FGD系统的停运过程3.石灰石湿法烟气脱硫装置的运行参数检测脱硫装置运行控制的目的是提高脱硫效率，降低石灰石消耗，保证装置的安全与经济运行。在石灰石湿法烟气脱硫装置的运行中，需要检测与控制的参数，除了温度与压力外，还包括浆液流量、液位、烟气成分（SO2，CO，O2，NOx，CO2等）、烟尘浓度和浆液pH值、浆液浓度等物性参数。3.1脱硫装置运行参数检测的特点运行参数的检测是脱硫装置自动控制系统的一个基本组成环节。脱硫装置的工作过程实际上是一典型的化工过程，因此，其运行参数的检测与控制均与化工过程参数的检测与控制类似，而与火电厂热力设备明显不同。脱硫装置运行中需要检测的过程参数包括温度、压力、流量、液位、烟气成分、石灰石浆液与石膏浆液pH值、浆液浓度（或密度）等。温度、压力与流量参数的检测在火电厂热力设备中广泛采用，在脱硫装置中这类参数的测量原理与方法没有明显区别，且不涉及高温、高压条件下的参数检测。不同之处主要是脱硫装置运行中需要测量、控制高浓度石灰石、石膏浆液，参数检测时，需要考虑被测介质的氧化性、腐蚀性、高黏度、易结晶、易堵塞等特殊性。譬如，在浆液温度检测时，需要选择适当的保护套管、连接导线等附件；测量腐蚀性、黏度大或易结晶的介质压力时，必须在取压装置上安装隔离罐，利用隔离罐中的隔离液将被测介质与压力检测元件隔离开来，以及采取加热保温等措施。测量石灰石、石膏浆液的流量时，需要采用适合于高浓度固液两相流的测量装置。各个参数的具体检测系统由被测量、传感器、变送器和显示装置组成。传感器又称为检测元件或敏感元件，它直接响应被测量，经能量转换并转化成一个与被测量成对应线性关系的便于传输的信号，如电压、电流、电阻、力等。从自动控制的角度，由于传感器的输出信号往往很微弱，一般均需要变送环节的进一步处理，把传感器的输出转换成如0l0mA或者420mA等标准统一的模拟信号或者满足特定标准的数字量信号，这种仪表称为变送器，变送器的输出信号或送到显示仪表把被测量显示出来，或同时送到控制系统对其进行控制。3.2主要参数的检测原理与仪表（1） 压力（压差）检测。工业上常用的压力检测，根据敏感元件和转换原理，包括：液柱式压力检测、弹性式压力检测、电气式压力检测、活塞式压力检测。（2） 流量检测。脱硫装置中的物料均通过管道输送，用于管道流动的流量监测方法有：体积流量检测、质量流量检测。常用于脱硫装置运行参数检测的几种流量计：电磁流量计、科里奥利式质量流量计。（3） 液位检测。工业生产中测量液位的仪表很多，按工作原理主要有：直读式液位仪表、静压式液位仪表、浮力式液位仪表、电气式液位仪表、核辐射式液位计。（4） 烟气成分检测。每套脱硫装置一般进、出口烟道上各安装一套烟气成分连续检测排放系统，实时检测烟气中的SO2、CO、NOx烟尘等。脱硫装置出口烟气分析仪兼有控制与环保监测的功能。包括：热导式气体成分检测、红外式烟气成分检测。（5） 浆液pH值检测。吸收塔浆液的pH值是脱硫装置运行中最主要的检测与控制参数之一，是浆液内石灰石反应活性和钙硫摩尔比的综合反应。加入吸收塔的新鲜石灰石浆液的量取决于锅炉负荷、烟气中SO2浓度及实际的吸收塔浆液的pH值。根据系统管道的不同布置，pH值计可布置在吸收塔浆液再循环泵出口管道上，也可布置在吸收塔石膏浆液排出管道上。（6） 石灰石、石膏浆液浓度（密度）检测为了得到并控制送入脱硫塔石灰石浆液的浓度及浆液的质量流量，或得到并控制石膏浆液中固态物质的浓度及浆液排出量，需要实时检测石灰石、石膏浆液的浓度。由于浆液中固态物质的含量最高可达30%左右，无法采用常规的检测方法，因此，工业上一般采用基于核辐射线原理的浓度计。3.3主要检测参数的测点布置典型石灰石湿法烟气脱硫装置主要工艺过程运行检测参数检测表计的布置位置（见附录一：石灰石湿法烟气脱硫装置主要测点布置示意图），包括温度、压力、压差、液位、pH值、浓度（密度）、流量、烟气成分、石膏层厚度等，这些参数均实时显示在控制系统的计算机画面上，并用于运行参数控制。为了检测送入脱硫塔中的石灰石浆液质量流量，通常需要布置体积流量计（如电磁流量计）和浓度计（如核射线式浓度计）；pH值是脱硫装置运行与控制的重要参数，通常需要采用冗余设计，布置两台pH值计，并采用清洗维护措施；检测浆液的压力或压差的取压装置必须安装隔离装置。3.4工业电视监视系统 烟气脱硫装置一般均设必要的工业电视监视系统，对脱硫工艺有很好的辅助控制作用，主要的监测点有：（1） 真空皮带脱水机；（2） 石灰石或石灰石粉卸料；（3） 湿式球磨机；（4） 石膏卸料；（5） 烟囱出口等。4.石灰石湿法烟气脱硫装置的控制系统4.1概述 脱硫装置采用分散控制系统（DCS）实现全过程的自动调节与程序控制，按控制对象分解为以下各控制系统。（1） 吸收系统的控制。包括吸收塔浆液pH值控制，吸收塔浆液液位控制，吸收塔排出石膏浆液流量控制等。（2） 烟风系统的控制。包括增压风机烟气流量（压力）控制；旁路挡板压差控制；事故挡板控制等。（3） 石灰石浆液供给系统的控制。包括石灰石浆液箱的液位控制与石灰石浆液浓度控制等。（4） 石膏脱水系统的控制。包括真空皮带脱水机石膏层厚度控制与滤液水箱水位控制等。（5） 工艺水及冲水系统的控制。包括除雾器冲洗控制，吸收塔浆液管道冲洗控制与工艺水箱液位控制等。脱硫装置设有工艺水箱，工艺水经水泵增压后用于除雾器冲洗水，浆液容器、管道冲洗水及GGH的冲洗水等。（6） 废水处理装置的运行控制。废水处理系统基本独立于整套脱硫装置，控制系统也相对独立。4.2吸收塔浆液pH值控制吸收塔内浆液pH值是由送入脱硫吸收塔的石灰石浆液的流量（由布置在浆液箱出口管道pH计检测）来进行调节与控制的，也常被称为石灰石浆液补充控制，其控制的目的是获得最高的石灰石利用率、保证预期的SO2脱除率及提高脱硫装置适应锅炉负荷变化的灵活性。吸收塔内的石灰石浆液pH值在一定范围内时，pH值增大，减小输入的石灰石浆液流量，脱硫效率提高；pH值降低，需要增大输入的石灰石浆液流量，脱硫效率降低。通常浆液pH值应维持在5.05.8范围内。脱硫装置运行中，可能引起吸收塔浆液pH值变化或波动的主要因素为烟气量与烟气中SO2的浓度，还有石灰石浆液的浓度和供给量等。（1）烟气量。如果送入脱硫吸收塔的石灰石浆液的流量不变，烟气量的增加会使浆液的pH值减小，反之会使pH值增大。烟气量变化是最主要的外界干扰因素。（2）烟气中SO2。的浓度。即使烟气量维持不变，由于锅炉所燃煤的含S量发生变化，烟气中SO2的浓度也将随之波动。但由于煤质变化幅度不会如负荷变化那么大，因此，烟气中SO2浓度的变化通常不会很大。所以，输入吸收塔的新鲜石灰石浆液的量（由布置在浆液进口管道上的流量计检测）取决于锅炉的原烟气量、烟气SO2浓度（二者乘积运算结果为送入吸收塔的SO2质量流量）及实时检测的吸收塔浆液pH值，这些参数为检测参数；被控对象为吸收塔内石灰石浆液pH值，调节量为输入吸收塔的新鲜石灰石浆液流量。复合控制系统有单回路加前馈和串级加前馈两种构成方式，在吸收塔浆液pH值控制系统设计中均有采用。图8所示为吸收塔内浆液pH值单回路加前馈的复合控制系统，图8中前馈控制器起前馈控制作用，用来克服由于烟气量与烟气中SO2浓度的变化对被控变量pH值造成的影响；而反馈控制器起反馈控制作用，将浆液pH测量值与设定的pH值进行比较，得到的差值信号与作为前馈信号的锅炉烟气中SO2浓度的综合信号（为进入吸收塔的SO2质量流量）相叠加，前馈与反馈控制共同作用产生一个调节信号，来控制石灰石浆液供给阀门的开度，使吸收塔内浆液pH值维持在设定值上。吸收塔浆液pH值单回路加前馈的复合控制系统如图8 图8 吸收塔浆液pH值单回路加前馈的复合控制系统图9是吸收塔浆液pH值单回路加前馈复合控制系统的方框图，是由一个反馈闭环回路和一个开环的补偿回路叠加而成。图10所示为吸收塔内浆液pH值串级加前馈的复合控制系统，其主要区别在于增加了石灰石浆液流量测量仪表，流量测量值要比pH测量值更快、更直接。为了防止依据pH测量值可能造成的过调，采用流量测量值构成一个副反馈回路，pH测量值仍构成主反馈回路。在串级系统中，有两个调节器（主、副）分别接收来自被控对象不同位置的测量信号，主调节器接收浆液pH测量值，副调节器接收送入吸收塔的石灰石浆液流量测量值，主调节器的输出作为副调节器的设定值，副调节器的输出与前馈信号（进入吸收塔的SO2质量流量）相叠加，来控制石灰石浆液供给阀门的开度，使吸收塔内浆液pH值维持在设定值上。串级回路由于引入了副回路，改善了对象的特性，使调节过程加快，具有超前控制的作用，并具有一定的自适应能力，从而有效地克服滞后，提高了控制质量。图9 吸收塔浆液pH值单回路加前馈复合控制系统的方框图图10 吸收塔内浆液pH值串级加前馈的复合控制系统图11是吸收塔浆液pH值串级加前馈复合控制系统的方框图，是由两个反闭环回路和一个开环的补偿回路叠加而成。图11 吸收塔浆液pH值串级加前馈复合控制系统的方框图另外，该控制系统的设计中还应合理考虑浆液pH值测量仪表的纯滞后时间的影响。由于pH值测量元件安装位置引起的测量纯滞后通常很显著，一般情况下，被调量浆液pH取样口设置在循环泵的出口管道或石膏浆液排出管道上，从取样口到吸收塔内的浆液有一段距离，取样口到测量电极之间的取样管也有一段较长长度，因此，吸收塔浆液pH值的分析测定需要较长的工作周期，从而造成纯滞后，这一滞后使测量信号不能及时反映吸收塔中浆液的pH值的变化。pH值计电极所测得的pH值的时间延迟可按下式估计，即式中：，-分别为出口管道与取样管道中浆液的流速； ，-分别为出口管道与取样管道的长度。4.3吸收塔浆池液位控制脱硫装置运行中控制吸收塔浆池的液位（由布置在吸收塔内的液位计检测），维持吸收塔内足够的持液量，保证脱硫的效果。吸收塔浆池的液位是由调节工艺水进水量来控制的，由于浆液中水分蒸发和烟气携带水分的原因，流出吸收塔的烟气所携带的水分要高于进入吸收塔的烟气水分，因此，需要不断地向吸收塔内补充工艺水，以维持脱硫塔的水平衡。在维持液位的同时也起到调节补水量调节吸收塔浆液浓度的作用，控制吸收塔浆液浓度的主要手段是控制石膏浆液的排放量。吸收塔浆池液位控制系统的被调量为浆池液位；调节量为输入脱硫塔的工艺水流量（由布置在除雾器进口管道上的流量计检测），该补充水均是以除雾器冲洗水送入。吸收塔浆池液位是通过控制除雾器冲洗间隔时间来实现的，采取间歇补水方式，吸收塔浆