火电厂石灰石湿法烟气脱硫的控制

火电厂石灰石湿法烟气脱硫系统的控制

摘要

随着国家环保法规的进一步完善，特别是对环境的更高要求，将有更多的电厂和二氧化硫排放企业要进行烟气脱硫（FGD：flue gas desulfurization）改造，电厂所普遍采用的石灰石-石膏湿法脱硫工程规模庞大，为系统开发相关的自动化控制系统成了迫在眉睫的问题。本文研究了当今先进的烟气脱硫技术及其控制系统的发展成果，将先进的设计思想和控制理论应用到了烟气脱硫改造实际生产中，并设计了一套烟气脱硫控制系统。

为了保证FGD装置安全、正常运行，本文设计了一种FGD自动控制系统的方案。针对pH值控制的大滞后、参数时变系统，本文采用了PID控制，并对控制算法进行了仿真。仿真试验结果表明，PID控制的效果较理想，验证了方案的可行性。本文设计的方案对火电厂FGD控制系统的设计具有一定的参考价值。

关键词：烟气脱硫；PID控制；MATLAB仿真

目　　录

第一章 绪 论 1

1.1 燃煤二氧化硫的排放及危害 1

1.1.1二氧化硫(SO2)的排放 1

1.1.2 酸雨的形成及危害 1

1.1.3 燃煤二氧化硫的排放控制对策 1

1.2 烟气脱硫技术 2

1.2.1 干法烟气脱硫技术 2

1.2.2 半干法烟气脱硫技术 3

1.2.3 湿法烟气脱硫技术 5

1.2.4 烟气脱硫方法比较与选择 7

1.3 湿法烟气脱硫技术研究及其应用现状 9

1.3.1 石灰石-石膏湿法 9

1.3.2 旋转喷雾法 9

1.3.3 烟气循环流化床法(CFB) 9

1.3.4 炉内喷钙加尾部增湿活化法(LIFAC) 10

1.3.5 电子束照射法(EBA法) 10

1.3.6 磷铵复合肥法(PAFP法) 10

1.3.7 氨-硫氨法(NADS) 10

1.3.8 石灰石湿法简易脱硫除尘法(PXJ-D) 11

1.4  研究的目的和意义 11

本章小结 12

第二章 湿法烟气脱硫技术 13

2.1  石灰石-石膏湿法烟气脱硫的化学过程 13

2.1.1 SO2吸收过程 13

2.1.2 强制氧化过程 13

2.1.3 石灰石溶解过程 14

2.1.4 石膏的产物过程 14

2.2 石灰石-石膏湿法烟气脱硫的工艺流程 14

2.2.1 烟气系统 15

2.2.2 SO2吸收系统 17

2.2.3 石灰石浆液制备系统 18

2.2.4 石膏脱水系统 19

2.2.5 工艺水系统 20

2.3存在的问题 21

2.3.1 结垢和堵塞 21

2.3.2 腐蚀及磨损 21

本章小结 22

第三章 PID控制及其算法 23

3.1  PID控制概述 23

3.1.1 开环控制系统 23

3.1.2 闭环控制系统 23

3.1.3 PID控制的原理和特点 24

3.2  线性系统的控制规律 25

3.2.1 PID控制器的基本结构 25

3.2.2 控制器参数对控制性能的影响 26

3.2.3 控制规律的选择 28

3.3 数字PID控制算法 29

3.3.1 数字PID控制系统 29

3.3.2 数字PID控制算法 30

3.2.3 PID算法的饱和及抑制 33

3.4  PID调节器的参数工程整定 35

3.4.1参数整定基本原则 35

3.4.2 参数的工程整定方法 37

本章小结 41

第四章 湿法脱硫控制系统 42

4.1脱硫率的影响因素 42

4.1.1吸收液pH值 42

4.1.2 液气比(L/G ) 42

4.1.3吸收剂 43

4.1.4停留时间 44

4.1.5烟气流速和温度 44

4.1.6钙硫比(Ca/S) 45

4.2  湿法脱硫主要的闭环控制回路 45

4.2.1 吸收塔浆液的pH值及出口SO2浓度自动调节系统 45

4.2.2 吸收塔液位闭环控制系统 46

4.2.3 吸收塔内外烟气压差闭环自动调节系统 46

本章小结 47

第五章 吸收塔浆液pH值控制系统 48

5.1 吸收塔浆液的pH值及出口SO2浓度自动调节系统 48

5.1.1 控制对象的运行原理 48

5.1.2 钙硫比对对象系统的影响 48

5.1.3 pH值对对象系统的影响 49

5.1.4 控制策略 49

5.2 仿真软件MATLAB 50

5.2.1  MATLAB的主要功能 50

5.2.2  MATLAB集成环境 50

5.2.3  M文件 52

5.2.4  程序控制结构 53

5.2.5 程序调试 54

5.2.6  二维数据曲线图 54

5.2.7  Simulink操作基础 56

5.2.8  系统仿真模型 57

5.2.9  系统的仿真 58

5.3  pH值控制系统的仿真 58

本章小结 60

结论与展望 61

参考文献 62

致  谢 63

外文原文 64

中文翻译 73