發(fā)電廠氧化鎂濕法脫硫的自動控制

梁 彤

（太鋼工程技術(shù)有限公司，山西太原 030009）

太鋼發(fā)電廠地處市區(qū)，為滿足太原市對太鋼SO2的總量控制要求，減輕空氣污染，即對發(fā)電廠7#、8#鍋爐的煙塵排放實施了脫硫改造。其所采用的MgO法濕式脫硫技術(shù)，相比較目前國內(nèi)電廠普遍采用的鈣法脫硫而言，雖然運行成本較高，但機組設(shè)備小，占地面積少，方便因地制宜;管道及設(shè)備的結(jié)垢現(xiàn)象輕，可確保脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運行;并采用特殊電流裝置以及文丘里塔，對SO2有很高的除去效率，脫硫率高達98%。

1 工藝過程概述

總工藝由四部分構(gòu)成:煙道切換、SO2吸收、Mg（OH）2制備及供水系統(tǒng)。

首先切換煙道擋板置脫硫位，鍋爐排出的含有SO2的煙氣先經(jīng)過文丘里，在此處通過噴嘴噴射出的霧狀漿液，與煙氣充分接觸后將污染物第一次去除。同時煙氣溫度下降到飽和溫度，為了形成良好的汽液接觸，設(shè)置了煙氣均流板。在反應(yīng)罐內(nèi)將SO2與Mg（OH）2反應(yīng)生成的MgSO3再氧化成MgSO4。然后，含塵氣體逆流向上，經(jīng)過特殊電流裝置第二次將細(xì)小粉塵及小水珠處理掉。使得外排SO2濃度≤85 mg/Nm3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)。脫硫塔簡易流程見圖1。

圖1 脫硫塔簡易流程圖

整個過程中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下:

此過程在脫硫塔的反應(yīng)罐中發(fā)生，氧化過程中產(chǎn)生的H2SO4，注入Mg（OH）2進行中和。

2 控制系統(tǒng)的硬件組成

采用西門子S7-300PLC，配套工控機操作站，操作站組態(tài)軟件為WINCC，PLC與操作站之間通過以太網(wǎng)進行通訊，便于建立將來可能的與其他控制系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊，I/O單元采用ET200M遠(yuǎn)程擴展方式，CPU與ET200M之間通過Profibus-DP現(xiàn)場總線進行通訊。系統(tǒng)總計大約450點，考慮10%的I/O裕量，用以完成過程參數(shù)的檢測、控制、報警、工藝流程及趨勢顯示、報表打印等等功能。

3 控制方式

計算機系統(tǒng)儀電一體，主體電動設(shè)備的控制方式如下:

（1）PLC自動控制:現(xiàn)場設(shè)備打至遙控位，操作站A/M（自動/手動）選擇按鈕置A位，程序自動進行生產(chǎn)控制。

（2）HMI手動控制:現(xiàn)場設(shè)備打至遙控位，操作站A/M（自動/手動）選擇按鈕置M位，操作員手動干預(yù)。

（3）現(xiàn)場手動:現(xiàn)場設(shè)備打至就地位，用于設(shè)備調(diào)試及故障處理。

氣動閥門則不設(shè)現(xiàn)場手動方式，為便于初期調(diào)試，在HMI上設(shè)有手動開關(guān)按鈕。

4 主要控制功能

4.1 循環(huán)漿液泵的控制

循環(huán)漿液泵在吸收塔內(nèi)噴射的漿液與鍋爐煙氣進行氣液接觸吸收二氧化硫，從而維持脫硫設(shè)備的效率。該泵組兩用一備，每臺功率185 kW，軟起啟動。泵的前后都設(shè)計有電動閥，正常生產(chǎn)時，啟動條件滿足后，操作員在HMI上手動啟動工作泵。發(fā)出啟動指令后，程序自動打開泵進液閥，閥門開到位，延時20秒啟動泵，10秒后打開泵出液閥。兩臺泵投入正常運行后，設(shè)置循環(huán)泵為自動控制方式，當(dāng)其中一臺運行泵故障停止時，備用泵自動投運。脫硫系統(tǒng)運行過程中，當(dāng)兩臺循環(huán)泵故障停運、反應(yīng)罐液位LL或者煙氣溫度超過200℃時，程序自動打開煙囪煙道擋板，開到位后，再自動關(guān)閉脫硫煙道擋板閥，以防止由于高溫?fù)p害脫硫設(shè)備。

4.2 氧化風(fēng)機

氧化風(fēng)機將空氣吹進脫硫塔的反應(yīng)罐內(nèi)以促使MgSO3氧化成MgSO4。HMI手動啟動正常后，置自動位，當(dāng)風(fēng)機故障時，另一路后備壓縮空氣管道上的氣動切斷閥自動打開，以確保正常生產(chǎn)。

4.3 連續(xù)清洗系統(tǒng)

連續(xù)清洗系統(tǒng)在特殊電流裝置的陽極管外形成水膜，以連續(xù)去除其污物。相關(guān)設(shè)備置自動位，啟動連續(xù)清洗系統(tǒng)，程序自動啟泵，然后根據(jù)鍋爐運行臺數(shù)，自動控制連續(xù)清洗閥XV107A/B的開關(guān)。兩臺鍋爐運行時，兩個清洗閥同時打開;一臺鍋爐運行時，兩個清洗閥按順序以間隔5分鐘的時間交替開啟，其工作時序見圖2。為保證泵的連續(xù)運行，減少因清洗閥關(guān)閉對其產(chǎn)生的影響，工藝系統(tǒng)在泵出水總管與水罐之間設(shè)計有小口徑回流管路。連續(xù)清洗泵持續(xù)運行，致使反應(yīng)罐內(nèi)水位不斷上升，當(dāng)水位升至上限1 450 mm時，自動打開排污閥LV101，降至下限1 350 mm時，自動關(guān)閉。

圖2 連續(xù)清洗的工作時序

4.4 間歇清洗系統(tǒng)

間歇清洗系統(tǒng)對沒有被連續(xù)清洗系統(tǒng)去除的污染物用足夠的清洗水進行5分鐘的噴射完全去除。間歇清洗時噴射大量的清洗水會導(dǎo)致特殊電流裝置的運行不穩(wěn)定，所以在間歇清洗時，要求整流變壓器關(guān)閉。清洗系統(tǒng)一天運行8次，每次5分鐘。相關(guān)設(shè)備置自動位，啟動間歇清洗系統(tǒng)，程序自動啟泵，打開1#間歇清洗閥XV107C，停止運行1#整流變壓器TR-101，5分鐘后停泵關(guān)1#間歇清洗閥，運行1#整流變壓器，2小時55分鐘后，啟動水泵，開2#間歇清洗閥XV107D，停止運行2#整流變壓器TR-102，5分鐘后停泵關(guān)2#間歇清洗閥，運行2#整流變壓器，2小時55分鐘后，再次啟動水泵，打開1#間歇清洗閥，停止運行1#整流變壓器……按此順序周而復(fù)始。工作時序見圖3。

圖3 間歇清洗的工作時序

4.5 Mg（OH）2制備

MgO在稀釋罐中按3∶7的比例注入MgO粉末和40℃的凈水，稀釋后通過輸送泵輸送到Mg（OH）2熟成罐。后加入工業(yè)水稀釋到30±2%后送至Mg（OH）2供應(yīng)罐，再作為脫硫塔內(nèi)二氧化硫的吸收劑，供應(yīng)到反應(yīng)罐，以維持罐內(nèi)pH值的恒定。Mg（OH）2供應(yīng)閥PHV101與反應(yīng)罐中所測得的pH值聯(lián)鎖，上限關(guān)閥，下限開閥，其初始運行值設(shè)置為H=6.5，L=6。

具體過程如下:當(dāng)稀釋罐為低液位，并且供應(yīng)罐到達低液位時，打開稀釋罐進水閥，然后打開蒸汽閥，根據(jù)混合器的出水溫度，自動調(diào)節(jié)閥門開度，以使水溫維持在40℃左右。當(dāng)稀釋罐液位達到設(shè)定上限時，關(guān)閉蒸汽閥，關(guān)閉進水閥，同時啟動攪拌器，打開氧化鎂粉末供給閥，啟動螺旋輸送機，啟動料斗給料機（變頻控制），注入氧化鎂粉末至程序設(shè)定值后，停料斗給料機，延時設(shè)定時間后停螺旋輸送機，關(guān)閉氧化鎂粉末供給閥，至此稀釋結(jié)束。啟動稀釋罐輸送泵移送漿液至熟成罐，Mg（OH）2熟成開始，打開蒸汽閥，罐內(nèi)溫度提升至60℃以上，蒸汽閥關(guān)閉，延時設(shè)定時間（預(yù)計3小時）后，打開補水閥，將罐內(nèi)水位提升至設(shè)定上限值，以保證漿液配比不變，然后關(guān)閉補水閥，至此熟成結(jié)束，期間熟成罐的攪拌器由操作員手動啟動，低液位時自動停止。然后，啟動熟成罐輸送泵移送漿液至供應(yīng)罐。

稀釋和熟成輸送泵皆為一用一備，為防止長期不用產(chǎn)生結(jié)垢，自動控制方式下，兩臺泵可按順序交替啟動，手動方式下亦需如此。同時停泵過程，無論是操作員手動或計算機自動停泵，操作步驟同為:關(guān)閉出液閥→停泵→關(guān)閉進液閥→打開清洗進水閥→打開清洗出水閥→設(shè)定時間后→關(guān)閉清洗進水閥→設(shè)定時間后→關(guān)閉清洗出水閥。

5 儀表配置

儀表選型的通用原則是可靠、實用、先進、經(jīng)濟相結(jié)合，既分主次，又相互制約。

儀表選型不當(dāng)，控制系統(tǒng)的經(jīng)濟穩(wěn)定運行就成了一句空話。根據(jù)本工程的具體情況，首先我們要考慮其防腐性，反應(yīng)罐和供應(yīng)罐的液位檢測均選用法蘭式隔膜壓力變送器，稀釋罐和熟成罐則選用雷達物位計，同時由于兩個罐內(nèi)均安裝有攪拌器，并且稀釋罐內(nèi)還安裝有蒸汽盤管兼粉末下料口，因此儀表安裝位置的確定要考慮避開其干擾，并且在現(xiàn)場重新進行更準(zhǔn)確的量程標(biāo)定。然而在實際使用中，稀釋罐的液位檢測仍是受到了粉末下料的影響，出現(xiàn)檢測值跳閃現(xiàn)象，雖然在此期間并沒有造成其他設(shè)備的聯(lián)鎖動作。而pH計的檢測結(jié)果卻直接影響到了Mg（OH）2的投入量及脫硫效果，建議選用高品質(zhì)產(chǎn)品，同時，日常的精心維護就顯得尤為重要。

除檢測儀表外，反應(yīng)罐的Mg（OH）2供應(yīng)閥與排污閥由于頻繁動作，也需要選用可靠耐用的產(chǎn)品，同時，其限位開關(guān)的信號在程序中也盡可能不要參與該閥門的開關(guān)互鎖。

6 結(jié)束語

該控制系統(tǒng)運行多年來，穩(wěn)定可靠，操作簡單，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，高效脫硫，取得了非常大的經(jīng)濟及社會效益。