球團(tuán)煙氣氨法脫硫控制系統(tǒng)及儀表檢測

供稿|申世武，楊春，周蕓 / SHEN Shi-wu， YANG Chun， ZHOU Yun

球團(tuán)煙氣氨法脫硫控制系統(tǒng)及儀表檢測

供稿|申世武，楊春，周蕓 / SHEN Shi-wu， YANG Chun， ZHOU Yun

內(nèi)容導(dǎo)讀

球團(tuán)是冶金企業(yè)鐵前生產(chǎn)中重要的工藝環(huán)節(jié)之一，產(chǎn)生的煙氣溫度較高、SO2濃度低、流量大、波動大，有效處理難度大，很容易對環(huán)境造成污染。近年來發(fā)展迅速的氨法脫硫，采用化學(xué)反應(yīng)脫硫，不僅反應(yīng)速度快、脫硫效率好，社會效益高。而且脫硫后的產(chǎn)物還可作為化肥，經(jīng)濟(jì)效益明顯。相比傳統(tǒng)的濕法脫硫技術(shù)，具有操作簡單、控制可靠、投資省、見效快等優(yōu)點，有著越來越廣的發(fā)展前景。柳鋼球團(tuán)煙氣脫硫工程采用氨法球團(tuán)煙氣脫硫技術(shù)，已達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。主要利用焦化廠煉焦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量廢氨水作為脫硫劑，以“廢”治“廢”，對球團(tuán)煙氣中的SO2進(jìn)行吸收脫除，不產(chǎn)生二次污染，脫硫效率可達(dá)95%以上。通過一年多的生產(chǎn)實踐，該工程運行良好，而且在進(jìn)行球團(tuán)煙氣脫硫的同時，還產(chǎn)生了硫酸銨產(chǎn)品，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。

球團(tuán)是冶金企業(yè)鐵前生產(chǎn)中重要的工藝環(huán)節(jié)之一。球團(tuán)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣，由于溫度較高、SO2濃度低、流量大、波動大，很難有效地凈化處理。 而近年來快速發(fā)展的球團(tuán)氨法脫硫，很好解決了這一難題［1］。柳鋼燒結(jié)廠現(xiàn)有120萬t、240萬t球團(tuán)各一座，均設(shè)置有電除塵器，為降低工程項目投資，兩座球團(tuán)設(shè)計共用一套脫硫裝置，分別設(shè)置兩根煙氣管與兩座電除塵器的出口煙氣管連接至同一個脫硫裝置，采用氨法處理球團(tuán)煙氣脫硫。為降低成本，考慮到焦化廠的副產(chǎn)品廢氨水需要進(jìn)行處理后排放或利用，而球團(tuán)脫硫則需要氨水作為脫硫試劑。因此將焦化需要處理的廢氨水引入球團(tuán)脫硫，不僅解決了球團(tuán)脫硫氨水來源問題，還可以把球團(tuán)脫硫作為焦化廠氨水處理裝置，而且脫硫產(chǎn)出的硫酸氨可作為化肥原料處理，降低了成本，同時也達(dá)到了廢物利用，可謂一舉多得。

氨法脫硫工藝

從燒結(jié)球團(tuán)產(chǎn)生的煙氣，經(jīng)電除塵器除去粉塵后，煙氣含硫量沒有改變，必須對球團(tuán)煙氣進(jìn)行脫硫，符合環(huán)保要求才可以排入大氣。球團(tuán)煙氣進(jìn)入吸收塔底部，與從吸收塔頂部注入的氨水溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)硫銨儲罐、濃縮罐等設(shè)備，生成化學(xué)肥料硫酸銨。最后，脫硫凈化后的煙氣經(jīng)吸收塔頂部排出，再經(jīng)過煙囪排入大氣。

氨法脫硫過程為氣液兩項反應(yīng)，中間產(chǎn)物亞硫酸銨與終產(chǎn)物硫酸銨均易溶于水，容易沖洗，不易堵塞，對設(shè)備的磨損程度明顯降低，系統(tǒng)可靠性得到了提高。而且氨法脫硫工藝流程已趨于成熟，運行操作規(guī)程可靠，可實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運行。氨法脫硫工藝還具有20%左右的脫硝效率，結(jié)合脫硝工藝能提高系統(tǒng)的總脫硝效率，節(jié)約投資和運行成本可達(dá)到20%以上。

氨法脫硫控制系統(tǒng)

脫硫系統(tǒng)采用Modicon TSX Quantum系統(tǒng)進(jìn)行熱工檢測和控制，編程軟件采用Unity最新版本組態(tài)軟件?？刂葡到y(tǒng)主要完成的控制功能有測量數(shù)據(jù)采集、過程參數(shù)控制及操作、參數(shù)報警和聯(lián)鎖、手動/自動控制、設(shè)備故障報警和聯(lián)鎖與操作站之間的通訊。PLC系統(tǒng)與電氣傳動、檢測儀表、執(zhí)行機構(gòu)經(jīng)I/ O模塊，通過現(xiàn)場工業(yè)總線構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)，過程控制級與基礎(chǔ)自動化級之間采用工業(yè)以太網(wǎng)連接構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)，控制系統(tǒng)的主干網(wǎng)通過工業(yè)以太環(huán)行網(wǎng)結(jié)構(gòu)連接各控制器、工程師站、操作站，整個高爐生產(chǎn)的控制系統(tǒng)聯(lián)結(jié)成一體，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享［2］。

整個PLC系統(tǒng)包括CPU主機站、PLC I/O站和Profibus-DP現(xiàn)場總線。CRT1為脫硫電氣工程師電腦，CRT2為脫硫電氣操作員電腦，CRT3為脫硫儀控工程師電腦，CRT4為脫硫儀控操作員電腦。脫硫主控室放置脫硫的兩臺工程師站、兩臺操作員站和一臺打印機，脫硫主控室脫硫主控設(shè)置在二樓。脫硫控制系統(tǒng)設(shè)4面PLC機柜，電氣、儀控專業(yè)PLC柜各2面，設(shè)有PLC控制系統(tǒng)UPS電源柜1面，儀控專用AC380V電源1面，PLC柜、電源柜等盤柜統(tǒng)一布置在一樓低壓配電間。

吸收塔漿液pH值控制

設(shè)置氨水罐1個，將來自焦化廠的氨水接入氨水罐。每座吸收塔設(shè)氨水輸送泵2臺，1用1備。氨水泵采用變頻泵，通過控制氨水泵頻率對送入吸收塔的氨水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。氨水罐設(shè)有高、低位氨水液位檢測，氨水泵與氨水罐高、低液位形成聯(lián)鎖報警控制，使氨水泵安全工作。將球團(tuán)煙氣流量和SO2成分檢測信號送入PLC系統(tǒng)，通過計算機可測算吸收塔脫硫量。

進(jìn)入吸收塔的氨水與煙氣中的SO2產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，吸收塔反應(yīng)池中漿液的 pH值隨著進(jìn)入吸收塔的氨水流量大小不斷變化。為了使脫硫達(dá)到最佳效果，應(yīng)將吸收塔漿液pH值保持在某一設(shè)定值，并對其進(jìn)行檢測。與規(guī)定的正常數(shù)值比較，當(dāng)pH值偏小時，應(yīng)加大供應(yīng)給吸收塔的氨水流量；pH值偏大時，應(yīng)減少供應(yīng)給吸收塔的氨水流量。進(jìn)入吸收塔的氨水流量大小可通過控制氨水泵的頻率大小調(diào)節(jié)［3］。

煙氣SO2濃度控制

通過測量進(jìn)入吸收塔前煙氣中的SO2濃度、煙氣溫度、壓力和煙氣流量，可計算進(jìn)入吸收塔中煙氣含硫量和SO2負(fù)荷。根據(jù)煙氣含硫量和SO2負(fù)荷大小，測算脫硫需要的氨水流量。并對吸收塔出口煙氣中的SO2濃度、煙氣溫度、壓力和煙氣流量進(jìn)行測量，計算吸收塔出口煙氣含硫量，使其必須滿足國家、地方、行業(yè)的煙氣排放要求和標(biāo)準(zhǔn)［3］。

吸收塔出口煙氣中SO2濃度、煙氣溫度、壓力和煙氣流量的原始數(shù)據(jù)必須直接送環(huán)保部門進(jìn)行監(jiān)控。脫硫效率可通過吸收塔前后煙氣含硫量差值進(jìn)行判別，煙氣含硫量差值越小，脫硫效率越高，脫硫效果好；煙氣含硫量差值過大，脫硫效率就越差，脫硫效果就不是很理想。

吸收塔液位控制

為了使脫硫達(dá)到最佳效果，應(yīng)將吸收塔漿液pH值保持在某一設(shè)定值，以保證吸收塔內(nèi)有充足的液量。進(jìn)入吸收塔內(nèi)的氨水與煙氣中的SO2化學(xué)反應(yīng)生成硫酸銨漿液，吸收塔吸收球團(tuán)煙氣和氨水，排放硫酸銨漿液。吸收塔液位不僅與進(jìn)入吸收塔的煙氣流量、煙氣SO2成分、氨水流量有關(guān)，還與吸收塔排放的硫酸銨漿液流量、硫酸銨漿液pH值有關(guān)。吸收塔液位主要控制參數(shù)是進(jìn)口吸收塔氨水流量和吸收塔排放的吸收塔液位流量［3］。

硫酸銨漿液的排放量是通過吸吸收塔排放泵的開啟進(jìn)行控制。吸收塔的液位則通過調(diào)節(jié)吸收塔排放泵變頻來控制。硫銨排出泵采用連續(xù)運行方式，中間槽漿液及返塔漿液通過關(guān)斷閥連鎖采用間斷方式運行（保持1開1關(guān)）。

主要檢測儀表

要達(dá)到良好有效的脫硫效果，需要對以下數(shù)據(jù)進(jìn)行大量檢測：吸收塔進(jìn)出口煙氣溫度、壓力、流量、粉塵濃度、二氧化硫含量、氧氣含量、旁路擋板門閥位調(diào)節(jié)控制、主抽風(fēng)機出口煙氣溫度、吸收塔煙氣入口溫度（膨脹節(jié)）、氨水泵出口母管流量、吸收塔入口循環(huán)水流量、濃縮罐漿液流量、氨水罐液位、循環(huán)水箱液位、濃縮罐液位、吸收塔液位、硫銨儲罐液位、事故池液位、吸收塔入口工藝水pH值、濃縮罐泵出口母管pH、吸收塔入口漿液pH值、吸收塔入口工藝水密度、濃縮罐漿液密度、吸收塔入口漿液密度等。

同時也要保持對煙氣成分的分析檢測。煙氣成分分析測量采用多組分氣體分析儀，將測量信號送入環(huán)保專用PLC，并在環(huán)保監(jiān)控室進(jìn)行監(jiān)測和控制。分析設(shè)備能實現(xiàn)機械控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、樣品處置、探頭清洗自動控制和校準(zhǔn)。

為了達(dá)到有效的檢測，主要儀表選型：水量的計量擬選用智能電磁流量計；物位測量擬采用磁翻板液位計；壓力測量采用智能型變送器；對于有腐蝕性的介質(zhì)，將考慮防腐措施；pH探頭、質(zhì)量密度計等考慮防震、耐磨、防堵措施。脫硫系統(tǒng)設(shè)置三套CEMS的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，對入口煙氣、出口煙氣中SO2、顆粒物、氮氧化物、煙氣流速、煙氣溫度、壓力、煙氣流量等參數(shù)進(jìn)行檢測。監(jiān)測系統(tǒng)自動記錄污染源的排放總量和排放時間，并通過數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計出日報、月報、年報、及實時數(shù)據(jù)報表和統(tǒng)計圖形，真正達(dá)到連續(xù)準(zhǔn)確可靠的監(jiān)測目的，并將顆粒物、SO2、NOx等主要污染物的濃度和排放總量通過污染源監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳到環(huán)保部門。

結(jié)束語

煙氣脫硫是控制SO2和酸雨污染最有效、最主要的技術(shù)手段。氨法脫硫技術(shù)是一項可實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的綠色脫硫工藝。其脫硫效率高，最高可達(dá)到98%；還能變廢為寶，脫硫副產(chǎn)物為硫酸銨化肥；而且系統(tǒng)閉路循環(huán)，實現(xiàn)廢水零排放；吸收劑不含碳，不增加二氧化碳排放；系統(tǒng)流程短，操作方便，運行可靠；系統(tǒng)能耗低，僅為石灰石?石膏法的50%；運行成本低，硫酸銨化肥市場潛力巨大。

柳鋼球團(tuán)煙氣脫硫工程采用氨法球團(tuán)煙氣脫硫技術(shù)，已達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。主要利用焦化廠煉焦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量廢氨水作為脫硫劑，以“廢”治“廢”，對球團(tuán)煙氣中的SO2進(jìn)行吸收脫除，不產(chǎn)生二次污染，脫硫效率可達(dá)95%以上。通過一年多的生產(chǎn)實踐，該工程運行良好，而且在進(jìn)行球團(tuán)煙氣脫硫的同時，還產(chǎn)生了硫酸銨產(chǎn)品，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。

［1］ 白山，郭妍. 脫硫控制系統(tǒng)方案選型研究. 科學(xué)與財富，2011（7）：185

［2］ 申世武，楊春，周蕓. Modicon Quantum控制系統(tǒng)在燒結(jié)原料系統(tǒng)中的應(yīng)用. 金屬世界，2009 （6）：56

［3］ 汪波，肖達(dá). 燒結(jié)煙氣氨法脫硫控制系統(tǒng)應(yīng)用實例. 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2010（2）：40

Pelletizing Flue Gas Desulfurization by Ammonia Process Control System and Instrument

10.3969/j.issn.1000-6826.2016.05.16

申世武（1978—），男，貴州金沙縣人，高級工程師，主要從事自動化儀表應(yīng)用等。通信地址：545002 廣西柳州北雀路117號廣西華銳鋼鐵工程設(shè)計咨詢有限公司電氣室，E-mail：115830415@qq.com。

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