多变量控制的烟气脱硫脱硝一体化设备及其控制方法技术

一种多变量控制的烟气脱硫脱硝一体化设备，包括过程参数检测装置、过程参数调节装置和计算机控制系统，所述计算机控制系统连接上述各参数检测装置和参数调节装置，接收各检测装置的过程参数信号，运行脱硫脱硝过程多变量控制算法以及向各调节装置输出控制信号。以及一种采用该设备的控制方法。通过本发明专利技术的控制方法，能够提高脱硫脱硝控制精度，降低运行成本，克服脱硫脱硝过程的大时滞、大惯性以及各种内部扰动造成的排放烟气的脱硫脱硝指标波动，实现环保指标卡边控制。

Multi variable control flue gas desulfurization denitration integrated equipment and control method thereof

A multi variable control of flue gas desulfurization denitrification integration equipment, including process parameter detection device, process parameter adjusting device and computer control system, computer control system connected with the above parameters detection device and parameter adjusting device, the process parameters of the detection signal receiving device, a multivariable control algorithm of desulfurization and denitrification process and operation the adjusting device outputs a control signal. Control method using the same. By the method of the invention can improve the control precision of desulfurization and denitration, reduce operation cost, overcome the desulfurization denitration process with large time delay, large inertia and internal disturbance caused by the emission of flue gas desulfurization and denitration index fluctuations, to achieve environmental protection index card edge control.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃烧烟气脱硫脱硝领域，更具体地涉及一种多变量控制的烟气脱硫脱硝一体化设备及其控制方法。
技术介绍
燃烧过程是提供热能的主要手段，在工业生产中广泛存在。然而燃烧所产生的烟气往往含有SO2和氮氧化物NOx，这些成分是重要的大气污染物，会导致酸雨、雾霾、化学烟雾，对人类、动物、植物和建筑、设施有着长期的损害。脱硫脱硝是燃烧烟气处理、减少SO2和氮氧化物NOx排放的重要技术手段。脱硫脱硝的工艺很多，湿式氨法强制湍流脱硫、强制氧化尿素脱硝一体化工艺是其中一种(如图1所示)。该方法所包含的设备包括：引风机、余热回收锅炉、增压风机、脱硫塔、脱硝塔、硫酸铵循环槽、固液分离器、脱水干燥设备、尿素溶液储槽以及管道和循环泵等辅助设备。该方法涉及的外部输入介质包括：(1)烟气；(2)氨水；(3)臭氧；(4)除氧水；(5)工艺水；(6)亚硫酸铵氧化用压缩空气。本方法涉及的输出介质包括：(1)符合环保要求的达标排放烟气；(2)硫酸铵固体；(3)低压蒸汽。烟气经引风机送入余热回收锅炉，将烟气温度降至160℃左右，回收烟气余热产出蒸汽；余热回收后的烟气经过增压风机，经烟气输入管道，在入脱硫塔之前与臭氧输入管道汇合，烟气中的NO(部分)与臭氧快速反应，生成NO2，烟气与臭氧混合后送入脱硫塔浓缩段。在浓缩段内，从硫酸铵循环槽经循环泵送来的含硫酸铵的溶液从浓缩段顶部喷淋，与160℃左右的热烟气逆流接触来蒸发喷淋液中的水分，实现硫酸铵的浓缩，浓缩段底部液送至硫酸铵循环槽。经过反复的喷淋-蒸发-浓缩，将硫酸铵储槽中的硫酸铵固含量提高到5％以上，出料至固液分离，并经过干燥脱水，产出硫酸铵固体，包装外运。固液分离后得到的母液，返回至脱硫塔储液槽。每次完成出料后，从脱硫塔储液槽将储液送至硫酸铵循环槽。经过浓缩段的烟气温度从160℃降至65℃左右，经气体管路(如气帽)进入到脱硫塔的吸收段，与顶部喷淋的脱硫吸收液(有效成分是(NH4)2SO3)逆流接触，在增压风机形成的强烈湍流状态下完成传质脱硫，脱硫的反应方程式：(NH4)2SO3+SO2+H2O＝2(NH4)HSO3，同时烟气中的NO2和NO与来自脱硝塔塔底的含尿素残液逆流接触，实现预脱硝，脱硝反应方程式：CO(NH2)2+NO2+NO＝CO2+3N2+2H2O。吸收段底部的液槽液体回流到脱硫塔底部的储液槽。为了恢复吸收液的吸收能力，加入补充氨水(含量10％左右)，反应方程式：(NH4)HSO3+(NH4)OH＝(NH4)2SO3+H2O。吸收液的pH值控制在5.5左右。脱硫塔顶部可喷淋工艺水，保持储液槽的液位在合理范围内。储液槽底部鼓入空气，将储液槽中的部分(NH4)2SO3氧化为(NH4)2SO4，反应方程式：2(NH4)2SO3+O2＝2(NH4)SO4。储液槽与浓缩段之间通过空气管道将空气导入的浓缩段，调节空气量和空气压力，改变氧化的程度。脱硫塔顶脱硫后的烟气管道与臭氧输入管道连接，向脱硫后的60℃左右的烟气中混入臭氧，烟气中的NO(部分)与臭氧快速反应，生成NO2，控制NO2和NO的比例为1∶1。烟气进入脱硝塔下部，与脱硝塔顶部喷淋的尿素溶液逆流接触，完成脱硝。脱硝反应方程式：CO(NH2)2+NO2+NO＝CO2+3N2+2H2O。脱硝塔底部残液通过循环泵反复泵送至顶部，适当补充入新的尿素溶液以保持脱硝吸收液的尿素浓度大于10％。脱硝塔底部的部分残液送至脱硫塔顶部喷淋，实现预脱硝并将脱硝产生的多余水分补充至脱硫塔。经过脱硫、脱硝，达到环保排放标准的烟气在脱硝塔顶部排入大气，完成烟气的全部处理过程。该脱硫脱硝过程的控制目标是使处理后的烟气中的SO2和氮氧化物NOx的含量满足国家环保标准要求的排放指标，并能够适应烟气量负荷、烟气成分波动以及脱硫脱硝装置内部各种操作特性(阻力、传质效率、阀门性能等)的变化。但是采用该装置进行排放物的处理，往往由于烟气成分以及流量发生变化或者内部系统存在各种扰动，相应的过程参数仍保持原有设定值，导致加入的反应物过多而增加成本或者过少而未充分脱硫脱硝，使处理后的烟气中的SO2和氮氧化物NOx的含量不能满足国家环保标准要求的排放指标。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于设计一种多变量控制的烟气脱硫脱硝一体化设备，作为优选，该一体化设备能够提高脱硫脱硝控制精度，降低运行成本，克服脱硫脱硝过程的大时滞、大惯性以及各种内部扰动造成的排放烟气的脱硫脱硝指标波动，实现环保指标卡边控制。为实现上述目的，本专利技术提出了一种多变量控制的烟气脱硫脱硝一体化设备，所述烟气脱硫脱硝一体化设备包括增压风机、脱硫塔、脱硝塔，以及过程参数检测装置、过程参数调节装置和计算机控制系统，其中，所述过程参数检测装置含有脱硫塔入口烟气成分检测装置和脱硝塔出口烟气成分检测装置，以及含有增压风机出口压力检测装置、脱硫塔入口臭氧流量检测装置、脱硝塔入口臭氧流量检测装置中的一种以上装置；所述过程参数调节装置包含增压风机出口压力调节装置、脱硫塔入口臭氧流量调节装置、脱硝塔入口臭氧流量调节装置、脱硫液循环流量调节装置、脱硝液循环流量调节装置和脱硝塔塔底泵送至脱硫塔塔顶的脱硝液流量调节装置中的两种以上装置；所述计算机控制系统连接所述各过程参数检测装置和过程参数调节装置，接收所述各过程参数检测装置输出的过程参数信号，运行脱硫脱硝过程多变量控制算法以及向各所述过程参数调节装置输出控制信号。根据本专利技术的一种具体实施方式，过程参数检测装置进一步包括扰动前馈检测装置，所述扰动前馈检测装置包括脱硫塔储液槽pH值测量装置和/或脱硝液尿素含量检测装置。根据本专利技术的一种具体实施方式，烟气脱硫脱硝一体化设备为湿式氨法强制湍流脱硫、强制氧化尿素脱硝一体化设备。根据本专利技术的一种具体实施方式，过程参数检测装置进一步包括脱硫塔储液槽氧化空气入口风压检测装置、脱硝塔底残液量检测装置、脱硫塔储液槽液位检测装置、脱硝塔塔底液位检测装置、硫酸铵循环槽液位检测装置、脱硫塔储液槽溶液比重检测装置、硫酸铵循环槽内液体比重检测装置和脱硫液pH值检测装置中的至少一种装置。根据本专利技术的一种具体实施方式，过程参数调节装置进一步包括硫酸铵循铵浓缩循环泵调节装置和/或氨水流量调节装置。本专利技术还提供一种以上任意一项所述多变量控制的烟气脱硫脱硝一体化设备的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在所述计算机控制系统中采用脱硫脱硝过程的动力学模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多变量控制的烟气脱硫脱硝一体化设备，所述烟气脱硫脱硝一体化设备包括增压风机、脱硫塔、脱硝塔，以及过程参数检测装置、过程参数调节装置和计算机控制系统，其特征在于：所述过程参数检测装置含有脱硫塔入口烟气成分检测装置和脱硝塔出口烟气成分检测装置，以及含有增压风机出口压力检测装置、脱硫塔入口臭氧流量检测装置、脱硝塔入口臭氧流量检测装置中的一种以上装置；所述过程参数调节装置包含增压风机出口压力调节装置、脱硫塔入口臭氧流量调节装置、脱硝塔入口臭氧流量调节装置、脱硫液循环流量调节装置、脱硝液循环流量调节装置和脱硝塔塔底泵送至脱硫塔塔顶的脱硝液流量调节装置中的两种以上装置；所述计算机控制系统连接所述各过程参数检测装置和过程参数调节装置，接收所述各过程参数检测装置输出的过程参数信号，运行脱硫脱硝过程多变量控制算法以及向各所述过程参数调节装置输出控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种多变量控制的烟气脱硫脱硝一体化设备，所述烟气脱硫脱硝
一体化设备包括增压风机、脱硫塔、脱硝塔，以及过程参数检测装置、过
程参数调节装置和计算机控制系统，其特征在于：
所述过程参数检测装置含有脱硫塔入口烟气成分检测装置和脱硝塔
出口烟气成分检测装置，以及含有增压风机出口压力检测装置、脱硫塔入
口臭氧流量检测装置、脱硝塔入口臭氧流量检测装置中的一种以上装置；
所述过程参数调节装置包含增压风机出口压力调节装置、脱硫塔入口
臭氧流量调节装置、脱硝塔入口臭氧流量调节装置、脱硫液循环流量调节
装置、脱硝液循环流量调节装置和脱硝塔塔底泵送至脱硫塔塔顶的脱硝液
流量调节装置中的两种以上装置；
所述计算机控制系统连接所述各过程参数检测装置和过程参数调节
装置，接收所述各过程参数检测装置输出的过程参数信号，运行脱硫脱硝
过程多变量控制算法以及向各所述过程参数调节装置输出控制信号。
2.根据权利要求1所述的多变量控制的烟气脱硫脱硝一体化设备，
其特征在于，所述过程参数检测装置进一步包括扰动前馈检测装置，所述
扰动前馈检测装置包括脱硫塔储液槽pH值测量装置和/或脱硝液尿素含量
检测装置。
3.根据权利要求1或2所述的多变量控制的烟气脱硫脱硝一体化设
备，其特征在于，所述烟气脱硫脱硝一体化设备为湿式氨法强制湍流脱硫、
强制氧化尿素脱硝一体化设备。
4.根据权利要求3所述的多变量控制的烟气脱硫脱硝一体化设备，
其特征在于，所述过程参数检测装置进一步包括脱硫塔储液槽氧化空气入
口风压检测装置、脱硝塔底残液量检测装置、脱硫塔储...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学雷，吴小平，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，江西永源节能环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11