在脫硫工藝中，漿液pH值的控制，關(guān)系到脫硫效率的高低。傳統的pH值控制系統，具有pH信號反饋?lái)憫?，控制調節漿液的pH值滯后于系統的工藝要求。通過(guò)對該問(wèn)題的研究分析，提出了pH信號反饋采用前反饋控制設計，并據此初步設計了基于微處理芯片的pH信號處理的電路原理圖，提高了pH信號反饋的響應速度，從而滿(mǎn)足了電廠(chǎng)脫硫的工藝要求。

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

1 pH微電極的原理及應用

1.1 pH傳感器的原理

pH值是用來(lái)表示溶液酸堿度的一種方法，檢測pH值的儀表稱(chēng)為pH計，它通過(guò)連續檢測溶液H+（氫離子）的濃度來(lái)確定水溶液的酸堿度，pH值定義為溶液中H+濃度的負對數即：

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(lái)實(shí)現pH值的測量，電極電位與離子濃度的對數呈線(xiàn)性關(guān)系，因此測量被測溶液的pH值只需測量電池電動(dòng)勢。

pH測量中使用的電極又稱(chēng)為原電池，原電池是一個(gè)系統，它的作用是使化學(xué)能轉成為電能.此電池的電壓被稱(chēng)為電動(dòng)勢（EMF），此電動(dòng)勢由二個(gè)半電池構成，其中一個(gè)半電池稱(chēng)作測量電極，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(chēng)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分別為被測溶液和標準溶液的pH值；Ex，Es分別為被測溶液和標準溶液的電池電動(dòng)勢；F為法拉第常數（96485C/mol）；R為氣體常數（8.314J/mol）；T為絕對溫度（K）。

pH傳感器基本是由電極和電動(dòng)勢測量?jì)x表兩部分組成的，其中電極包括一支測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)勢是穩定且精確的，與被測溶液中的H+濃度無(wú)關(guān)；而測量電極是一個(gè)玻璃電極，用于測量介質(zhì)pH值的毫伏電勢，電動(dòng)勢的大小取決于介質(zhì)的pH值這樣，只需通過(guò)測量電動(dòng)勢，就可以計算出H+濃度，從而實(shí)現對溶液pH值的檢測測量時(shí)，電極插入待測溶液中，將溶液中的H+濃度轉換成毫伏電壓信號，再將信號放大并經(jīng)過(guò)A/D轉換，在遠程計算機上顯示出吸收塔中漿液的pH值。

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

1.2電廠(chǎng)脫硫系統中目前采用的pH值信號處理

目前電廠(chǎng)的pH值測量系統如圖1所示。

圖1濕法脫硫工藝pH值系統控制圖

濕法脫硫系統的pH值控制采用的是單回路前反饋復合控制方式，如圖2所示。

圖2濕法脫硫工藝pH值信號反饋系統圖

它是一個(gè)反饋閉環(huán)回路，調節器是根據被控對象相對于設定值的偏差來(lái)進(jìn)行調節的。檢測的信號的pH值，控制作用是發(fā)生在偏差出現以后，影響被調量，而被調量的變化又反過(guò)來(lái)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，被調量已經(jīng)偏離設定值的時(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，被控對象有較大延遲時(shí)，如果僅僅依靠這種反饋調節，就很難保證系統的調節品質(zhì)。

1.3電廠(chǎng)脫硫系統中目前采用的pH值信號控制電路

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(pán)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計

2.1值前反饋控制設計思想

通過(guò)對于已有pH值反饋控制方式的了解和結合實(shí)際具體情況的分析發(fā)現，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。前反饋控制室根據干擾作用的大小進(jìn)行控制的，檢測信號為各種干擾量的大小。當干擾量出現時(shí)，前反饋控制器就對調節量進(jìn)行預調整，來(lái)補償干擾對被調量的影響。當干擾作用發(fā)生后，在被控變量還沒(méi)有出現偏差前，控制器就已經(jīng)進(jìn)行控制。如果這種前反饋的控制設計合理，可以得到較好的補償，理論上是被控變量不會(huì )因干擾而產(chǎn)生誤差。在前反饋控制系統中，沒(méi)有檢測被調量。當控制器根據干擾產(chǎn)生控制作用后，對被控變量的影響并不返回來(lái)影響控制器的輸出，所以前反饋系統是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統，其控制效果并不通過(guò)反饋來(lái)檢驗，將前反饋控制與反饋控制結合起來(lái)，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 )提高具有強干擾被控對象的控制質(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值信號前反饋系統圖

圖4中可加裝石灰石漿液流量測量?jì)x表，由于流量測量值要比pH值更快、更直接為了防止依據pH值可能造成的過(guò)調，可將流量測量值組成一個(gè)副反饋回路，pH值構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測量值，副反饋控制器接收送入吸收塔的石灰石漿液流量測量值。主反饋控制器的輸出作為副反饋控制器的設定值，副反饋控制器的輸出與前反饋控制器的輸出相疊加，來(lái)控制石灰石漿液調節閥的開(kāi)度，使吸收塔內的PH值維持在設定值上。這樣不僅是調節過(guò)程加快，具有超前控制的作用，還具備了一定的自適應能力，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計原理圖

目前比較先進(jìn)的pH值信號處理方式是應用ARM9微處理芯片，本設計就是利用了這個(gè)芯片來(lái)提高pH傳感器的信號處理能力將韓國三星公司生產(chǎn)的32位嵌入式處理器S3C2410A，它是采用ARM920T的內核把這種先進(jìn)的微處理器應用于pH值前反饋控制系統中，利用ARM9處理器的強大處理能力，可以縮短pH值控制器對pH信號的處理時(shí)間，從而及時(shí)提供了對漿液的酸堿度的真實(shí)信息，有利于前臺對脫硫系統的控制，提高了脫硫效率，見(jiàn)圖5。

圖5基于A(yíng)RM9微處理器的pH信號前反饋系統原理圖

3結論

通過(guò)以上對pH計的原理及pH計信號處理與控制電路的研究，基本可以解決以往脫硫項目中通過(guò)pH值自動(dòng)調節供漿量落后于實(shí)際情況變化的問(wèn)題，在不大規模改變硬件條件的情況下，通過(guò)提前分析各種干擾量，從而保證系統的正常運行和較高的脫硫效率。