在脫硫工藝中，漿液pH值的控制，關(guān)系到脫硫效率的高低。傳統(tǒng)的pH值控制系統(tǒng)，具有pH信號(hào)反饋響應(yīng)慢，控制調(diào)節(jié)漿液的pH值滯后于系統(tǒng)的工藝要求。通過對(duì)該問題的研究分析，提出了pH信號(hào)反饋采用前反饋控制設(shè)計(jì)，并據(jù)此初步設(shè)計(jì)了基于微處理芯片的pH信號(hào)處理的電路原理圖，提高了pH信號(hào)反饋的響應(yīng)速度，從而滿足了電廠脫硫的工藝要求。

傳感器是指能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中具有十分重要的地位，與計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)被稱為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱。pH微電極是測(cè)定流體pH值（流體的酸堿度）的電子信息器件，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用逐漸普及，但由于pH傳感器涉及比較復(fù)雜的電化學(xué)原理，故和其它的傳感器相比研究的比較少。在電廠濕法脫硫中pH傳感器應(yīng)用范圍不是很多，但對(duì)電廠脫硫的效率起著至關(guān)重要的作用。

1 pH微電極的原理及應(yīng)用

1.1 pH傳感器的原理

pH值是用來表示溶液酸堿度的一種方法，檢測(cè)pH值的儀表稱為pH計(jì)，它通過連續(xù)檢測(cè)溶液H+（氫離子）的濃度來確定水溶液的酸堿度，pH值定義為溶液中H+濃度的負(fù)對(duì)數(shù)即：

pH＝-lg［H+］

化學(xué)中定義水的pH值為7，pH值小于7的溶液呈酸性，pH值大于7的溶液呈堿性。

由于直接測(cè)量溶液中氫離子的濃度比較困難，通常采用由氫離子濃度引起的電極電位變化的方法來實(shí)現(xiàn)pH值的測(cè)量，電極電位與離子濃度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系，因此測(cè)量被測(cè)溶液的pH值只需測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)。

pH測(cè)量中使用的電極又稱為原電池，原電池是一個(gè)系統(tǒng)，它的作用是使化學(xué)能轉(zhuǎn)成為電能.此電池的電壓被稱為電動(dòng)勢(shì)（EMF），此電動(dòng)勢(shì)由二個(gè)半電池構(gòu)成，其中一個(gè)半電池稱作測(cè)量電極，它的電位與特定的離子活度有關(guān)；另一個(gè)半電池為參比半電池，通常稱作參比電極。此二種電極之間的電壓遵循能斯特（NERNST）公式：

其中：pHx，pHs分別為被測(cè)溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液的pH值；Ex，Es分別為被測(cè)溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液的電池電動(dòng)勢(shì)；F為法拉第常數(shù)（96485C/mol）；R為氣體常數(shù)（8.314J/mol）；T為絕對(duì)溫度（K）。

pH傳感器基本是由電極和電動(dòng)勢(shì)測(cè)量?jī)x表兩部分組成的，其中電極包括一支測(cè)量電極和一支參比電極，二者組成原電池參比電極的電動(dòng)勢(shì)是穩(wěn)定且精確的，與被測(cè)溶液中的H+濃度無關(guān)；而測(cè)量電極是一個(gè)玻璃電極，用于測(cè)量介質(zhì)pH值的毫伏電勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的大小取決于介質(zhì)的pH值這樣，只需通過測(cè)量電動(dòng)勢(shì)，就可以計(jì)算出H+濃度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液pH值的檢測(cè)測(cè)量時(shí)，電極插入待測(cè)溶液中，將溶液中的H+濃度轉(zhuǎn)換成毫伏電壓信號(hào)，再將信號(hào)放大并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上顯示出吸收塔中漿液的pH值。

在電廠濕法脫硫工藝中，吸收塔漿液的pH值是脫硫裝置運(yùn)行中最主要的檢測(cè)與控制參數(shù)之一，是漿液內(nèi)石灰石反應(yīng)活性和鈣硫比的綜合體現(xiàn)進(jìn)入吸收塔的新鮮石灰石漿液的量取決于鍋爐負(fù)荷、煙氣中SO2濃度及實(shí)際的吸收塔漿液的pH值。

1.2電廠脫硫系統(tǒng)中目前采用的pH值信號(hào)處理

目前電廠的pH值測(cè)量系統(tǒng)如圖1所示。

圖1濕法脫硫工藝pH值系統(tǒng)控制圖

濕法脫硫系統(tǒng)的pH值控制采用的是單回路前反饋復(fù)合控制方式，如圖2所示。

圖2濕法脫硫工藝pH值信號(hào)反饋系統(tǒng)圖

它是一個(gè)反饋閉環(huán)回路，調(diào)節(jié)器是根據(jù)被控對(duì)象相對(duì)于設(shè)定值的偏差來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。檢測(cè)的信號(hào)的pH值，控制作用是發(fā)生在偏差出現(xiàn)以后，影響被調(diào)量，而被調(diào)量的變化又反過來影響控制器的輸入，是控制作用發(fā)生變化不論什么干擾，只要引起被調(diào)量變化，就可以進(jìn)行控制。但這樣就有一個(gè)缺點(diǎn)：通常要在干擾已經(jīng)造成影響，被調(diào)量已經(jīng)偏離設(shè)定值的時(shí)候才能進(jìn)行控制作用，這樣控制作用總是不及時(shí)，而且在外界干擾頻繁，被控對(duì)象有較大延遲時(shí)，如果僅僅依靠這種反饋調(diào)節(jié)，就很難保證系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

1.3電廠脫硫系統(tǒng)中目前采用的pH值信號(hào)控制電路

pH硬件電路由如下部分組成：電源模塊、模擬放大模塊、ARM處理器及其外圍電路、溫度采集電路、鍵盤模塊、LCD顯示模塊、串口模塊等。

pH值的控制電路框圖如圖3。

圖3濕法脫硫工藝pH傳感器電路框圖

2 pH值前反饋控制電路的設(shè)計(jì)

2.1值前反饋控制設(shè)計(jì)思想

通過對(duì)于已有pH值反饋控制方式的了解和結(jié)合實(shí)際具體情況的分析發(fā)現(xiàn)，僅靠反饋控制是難以完成工業(yè)中自動(dòng)化控制，必須引入前反饋控制。前反饋控制室根據(jù)干擾作用的大小進(jìn)行控制的，檢測(cè)信號(hào)為各種干擾量的大小。當(dāng)干擾量出現(xiàn)時(shí)，前反饋控制器就對(duì)調(diào)節(jié)量進(jìn)行預(yù)調(diào)整，來補(bǔ)償干擾對(duì)被調(diào)量的影響。當(dāng)干擾作用發(fā)生后，在被控變量還沒有出現(xiàn)偏差前，控制器就已經(jīng)進(jìn)行控制。如果這種前反饋的控制設(shè)計(jì)合理，可以得到較好的補(bǔ)償，理論上是被控變量不會(huì)因干擾而產(chǎn)生誤差。在前反饋控制系統(tǒng)中，沒有檢測(cè)被調(diào)量。當(dāng)控制器根據(jù)干擾產(chǎn)生控制作用后，對(duì)被控變量的影響并不返回來影響控制器的輸出，所以前反饋系統(tǒng)是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，其控制效果并不通過反饋來檢驗(yàn)，將前反饋控制與反饋控制結(jié)合起來，利用前反饋控制作用及時(shí)，以及反饋控制能克服所有干擾的優(yōu)點(diǎn)，則會(huì)提高具有強(qiáng)干擾被控對(duì)象的控制質(zhì)量，這樣的自動(dòng)控制會(huì)比較理想，如圖4所示。

圖4濕法脫硫工藝pH值信號(hào)前反饋系統(tǒng)圖

圖4中可加裝石灰石漿液流量測(cè)量?jī)x表，由于流量測(cè)量值要比pH值更快、更直接為了防止依據(jù)pH值可能造成的過調(diào)，可將流量測(cè)量值組成一個(gè)副反饋回路，pH值構(gòu)成主反饋回路采用兩個(gè)反饋控制器，主反饋控制器接收漿液pH測(cè)量值，副反饋控制器接收送入吸收塔的石灰石漿液流量測(cè)量值。主反饋控制器的輸出作為副反饋控制器的設(shè)定值，副反饋控制器的輸出與前反饋控制器的輸出相疊加，來控制石灰石漿液調(diào)節(jié)閥的開度，使吸收塔內(nèi)的PH值維持在設(shè)定值上。這樣不僅是調(diào)節(jié)過程加快，具有超前控制的作用，還具備了一定的自適應(yīng)能力，從而有效地克服滯后，提高了控制質(zhì)量。

2.2 PH值前反饋控制電路設(shè)計(jì)原理圖

目前比較先進(jìn)的pH值信號(hào)處理方式是應(yīng)用ARM9微處理芯片，本設(shè)計(jì)就是利用了這個(gè)芯片來提高pH傳感器的信號(hào)處理能力將韓國(guó)三星公司生產(chǎn)的32位嵌入式處理器S3C2410A，它是采用ARM920T的內(nèi)核把這種先進(jìn)的微處理器應(yīng)用于pH值前反饋控制系統(tǒng)中，利用ARM9處理器的強(qiáng)大處理能力，可以縮短pH值控制器對(duì)pH信號(hào)的處理時(shí)間，從而及時(shí)提供了對(duì)漿液的酸堿度的真實(shí)信息，有利于前臺(tái)對(duì)脫硫系統(tǒng)的控制，提高了脫硫效率，見圖5。

圖5基于ARM9微處理器的pH信號(hào)前反饋系統(tǒng)原理圖

3結(jié)論

通過以上對(duì)pH計(jì)的原理及pH計(jì)信號(hào)處理與控制電路的研究，基本可以解決以往脫硫項(xiàng)目中通過pH值自動(dòng)調(diào)節(jié)供漿量落后于實(shí)際情況變化的問題，在不大規(guī)模改變硬件條件的情況下，通過提前分析各種干擾量，從而保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行和較高的脫硫效率。