脱硫除尘工艺水酸碱度控制研究

作     者：严锦玉 

作者单位：安徽工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王幼民;潘康健

授予年度：2016年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：石灰石-石膏湿法烟气脱硫 酸碱度控制 H∞鲁棒控制 STM32 Keil MDK 

摘      要：随着SO2的持续排放,我国的SO2排放总量仍然面临增长的趋势,2015年,我国的SO2排放量在1900万吨左右。因此实施有效的措施来减少SO2的排放尤其必要,这对我国的环境治理有着重要的作用。目前,我国普遍采用的湿法脱硫除尘技术是石灰石-石膏湿法脱硫工艺。在石灰石-石膏湿法脱硫工艺过程中,由于吸收塔循环浆液(工艺水)的pH值对石灰石-石膏湿法烟气脱硫有着至关重要的影响,它不仅影响SO2的吸收速度,而且对系统设备的结垢、石灰石的溶解和产物的析出也有很大关系。然而目前吸收塔中循环浆液pH值的控制方案大多是通过人工调节石灰石浆液流量阀门开度的大小,使得pH值满足要求,这种pH值控制系统的好坏往往与现场操作人员的经验有直接的关系,因此这种调节方式给系统带了很大的不准确性。因此,为了改变这种状况,本文对脱硫除尘工艺水酸碱度控制进行研究,设计出一种pH值自动控制系统,不仅能使系统稳定运行,而且还有显著的节能效果。本文的主要研究工作如下：(1)首先对石灰石-石膏湿法脱硫工艺流程作了阐述,分析了pH值对石灰石-石膏湿法烟气脱硫的影响,建立了石灰石浆液流量与吸收塔工艺水pH值之间的的关系式,在此原理的基础上,提出了整个脱硫除尘工艺水酸碱度控制系统方案。(2)对系统中的主要元器件如伺服电机、伺服驱动器和离心泵进行选型,分析每个元器件部分的参数和性能,建立其各自的数学模型,然后将各个部分结合起来就组成了脱硫除尘工艺水酸碱度控制系统的数学模型。从奈奎斯特稳定判据和Bode稳定判据两个方面分析系统的稳定性能,建立起系统的状态空间模型,研究了系统的能控性和能观性。(3)运用了PID控制方法对系统性能进行研究,运用MATLAB/Simulink模块建立了仿真模型,得到了仿真曲线。针对PID控制方法在系统性能优化上的不足,接着设计了H∞鲁棒控制器,运用MATLAB编程,得出了其控制器模型,提高了系统的快速性、稳定性和抗干扰能力。(4)然后设计了脱硫除尘工艺水酸碱度控制系统的硬件方案,选定了STM32控制器,对控制芯片STM32F103RCT6进行了阐述,然后设计了控制器开发板上各个功能模块。(5)根据系统的控制要求,提出了整个软件控制方案,为了软件开发方便,使用了ST公司的固件函数库辅助编程。基于Keil MDK程序开发环境,设计了脱硫除尘工艺水酸碱度控制系统的软件程序。采用模块化编程的方法对主程序、PWM程序、ADC采样程序和pH值判断程序等进行了设计。(6)最后为了验证脱硫除尘工艺水酸碱度控制系统,设计了一套试验装置,在满足控制功能的条件下,设计出了这套试验装置的原理图和电路图。该套试验装置进行试验台的安装搭建完成后,使得系统的自动运行,同时pH计实时采集数据。试验结果表明：当pH计检测到的反应容器中实际的pH值不等于理想pH值5.5时,系统自动调节伺服电机的转速,从而调节进入反应容器中碱液液体流量,最终使得反应容器中液体的pH值为理想值,实现了酸碱度控制的目的。本文研究出了基于单片机STM32和电机伺服技术的脱硫除尘工艺水的酸碱度自动控制系统。首先分析了石灰石浆液流量与吸收塔工艺水的pH值的关系,并建立了整个控制系统的数学模型,然后将PID控制和H∞鲁棒控制应用于PH值控制系统中,大大提高系统的快速性、稳定性和抗干扰的能力。该酸碱度控制系统的设计对今后脱硫除尘的研究具有一定的借鉴意义。