CEMS和EPKS在催化煙氣脫硫脫硝中的應(yīng)用①

朱 鍇 郇寧寧

(金陵石化建筑安裝工程公司儀表分公司)

CEMS和EPKS在催化煙氣脫硫脫硝中的應(yīng)用①

朱 鍇 郇寧寧

(金陵石化建筑安裝工程公司儀表分公司)

介紹了CEMS和EPKS系統(tǒng)在中石化金陵分公司年產(chǎn)350萬噸催化裂化裝置的應(yīng)用，利用兩個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了煙氣脫硫脫硝環(huán)保項(xiàng)目的自動控制和連續(xù)在線監(jiān)測，達(dá)到了設(shè)計預(yù)期要求，取得了良好的環(huán)保效益和社會效益。

CEMS EPKS 脫硫脫硝 pH計

國家“十二五”規(guī)劃對石化行業(yè)大氣污染治理和污水達(dá)標(biāo)排放提出了更高的要求。中石化金陵分公司年產(chǎn)350萬噸催化裂化裝置是國家升級改造項(xiàng)目的重點(diǎn)工程，肩負(fù)著拓展市場、振興石化經(jīng)濟(jì)和保護(hù)祖國碧水藍(lán)天、造福后代的雙重任務(wù)，該裝置采用了CEMS(Continuous Emission Monitoring System)和霍尼韋爾EPKS(Experion Process Knowledge System)對催化煙氣脫硫脫硝過程進(jìn)行控制。

1 煙氣脫硫脫硝工藝過程介紹

煙氣脫硫脫硝設(shè)施由煙氣洗滌、廢液預(yù)處理和臭氧發(fā)生3部分組成。

煙氣洗滌部分。自催化裂化裝置余熱鍋爐來的煙氣進(jìn)入冷卻吸收塔下部吸收段(30%堿液)，上升的煙氣與冷卻水逆向接觸，煙氣溫度由約200℃降至57.1℃，煙氣中大部分的二氧化硫、三氧化硫和顆粒物被洗滌脫除。冷卻后的煙氣自冷卻吸收塔下部上升進(jìn)入中部的過濾膜組。過濾膜組可除去煙氣中殘余的細(xì)微顆粒和硫酸酸霧，經(jīng)過除霧器處理后的煙氣，作為不含水滴的濕性煙氣經(jīng)由塔頂部的煙囪高空排放。

廢液預(yù)處理部分。洗滌煙氣后的廢液進(jìn)入澄清池沉淀，過濾出的廢催化劑不定期送出裝置外。澄清池頂部的清液自流至氧化罐,注入空氣并加入少量30%堿液，在攪拌器的作用下，空氣和堿液與廢液充分接觸，凈化為中性水，過濾冷卻后排至污水處理場。

臭氧發(fā)生部分。臭氧發(fā)生系統(tǒng)由5臺臭氧發(fā)生器、現(xiàn)場電控柜和工控機(jī)組成。

氮氧化物的脫除反應(yīng)(氧化反應(yīng))如下[1]：

二氧化硫的脫除反應(yīng)如下[1]：

煙氣脫硫脫硝工藝流程如圖1所示。

2 CEMS系統(tǒng)構(gòu)成與原理

CEMS是指對大氣污染源排放的氣態(tài)污染物和顆粒物進(jìn)行濃度和排放總量連續(xù)監(jiān)測，并將信息實(shí)時傳輸?shù)街鞴懿块T的裝置，被稱為煙氣自動監(jiān)控系統(tǒng)，也稱煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)或煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，主要用于監(jiān)測氣態(tài)污染物SO2、NOx等的濃度和排放總量。

金陵3#催化選用的是南京國電環(huán)?？萍加邢薰維PEP-2000型煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，它主要由煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)、系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)4部分組成。

煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)采用RBY-DUST型煙塵監(jiān)測儀，由光學(xué)部分(激光光源與功率控制、光電傳感、散射光接收)和電路部分(光電轉(zhuǎn)換、激光調(diào)制、信號放大、解調(diào)、V/I轉(zhuǎn)換)組成。該子系統(tǒng)的工作原理為：激光器發(fā)出的650nm光束以一個微小的角度射入排放源，激光束與煙塵粒子作用產(chǎn)生散射光，背向散射光通過接收系統(tǒng)進(jìn)入傳感器轉(zhuǎn)變成電信號進(jìn)行處理，經(jīng)過放大、調(diào)制解調(diào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，實(shí)現(xiàn)對煙氣濃度在線連續(xù)測量。

圖1 煙氣脫硫脫硝流程

氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)由煙氣采樣單元、預(yù)處理單元和分析單元組成。系統(tǒng)采用加熱抽取原理，用SPEP-2000H電加熱采樣探頭抽取煙氣(采樣流速2L/min)，煙氣在進(jìn)入采樣探頭前經(jīng)過過濾器去除顆粒物，經(jīng)過加熱(140～160℃)、保溫(120～130℃)等環(huán)節(jié)，樣氣被導(dǎo)入到預(yù)處理單元除濕，然后送入ULTRAMAT 23/S710型分析儀中進(jìn)行分析，連續(xù)檢測出煙氣中的二氧化硫和氮氧化物濃度。

煙氣排放參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)由SP2000-PTG煙氣流量計、3051壓力變送器、SPEP-2000M型氧化鋯和煙氣水分析儀組成。

系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)(PLC和工控機(jī))和軟件系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))組成，PLC是CEMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集控制單元。

3 EPKS實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫脫硝自動控制

根據(jù)脫硫脫硝的工藝特點(diǎn)并滿足工藝過程的操作要求和對外部設(shè)備通信的兼容要求，金陵3#催化DCS控制系統(tǒng)選用美國Honeywell公司的EPKS系統(tǒng)。EPKS稱為過程知識系統(tǒng)。EPKS系統(tǒng)的核心是基于開放且功能強(qiáng)大的Microsoft公司的Windows 2003服務(wù)器/客戶系統(tǒng)，它由高性能的控制器、先進(jìn)的工程組態(tài)工具及開放的控制網(wǎng)絡(luò)等組成。利用服務(wù)器的高速動態(tài)緩存區(qū)采集實(shí)時數(shù)據(jù)，提供報警、顯示、歷史數(shù)據(jù)采集及報表報告等功能。

EPKS一般由服務(wù)器(Server)、工作站(Station)、控制器(C300)和實(shí)時冗余容錯以太網(wǎng)(FTE )組成，服務(wù)器的操作系統(tǒng)為Windows 2003 Server，工作站安裝英文Windows 7操作系統(tǒng)，支持中文顯示。

冷卻吸收塔下部塔釜需注入30%堿液，堿液的注入量采用依照塔底出口冷卻排液的pH值直接控制注入堿液流量控制閥的控制方案。塔底冷卻排液pH值A(chǔ)IC-70402通過選擇開關(guān)選擇AT-70402A或AT-70402B任意一臺pH值變送器輸出值作為控制器測量值，可使塔釜內(nèi)的液體保持中性(pH約6.5～7.5)。

氧化罐部分的控制是由氧化罐出口排液pH值控制器(主回路)與氧化罐30%堿液進(jìn)料流量控制器(副回路)組成串級控制回路，可穩(wěn)定地控制氧化罐進(jìn)料NaOH溶液調(diào)節(jié)閥，以保證出水呈中性。

臭氧發(fā)生部分的控制由獨(dú)立的PLC工控機(jī)子系統(tǒng)完成，與EPKS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)交換與控制。臭氧、CEMS系統(tǒng)與EPKS系統(tǒng)的信號流向如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)間的信號流向

4 煙氣脫硫脫硝前后效果對比

系統(tǒng)投運(yùn)后，從企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)站2014年7～11月煙氣采樣分析結(jié)果(表1)可以看出煙氣脫硫脫硝效果顯著。

表1 煙氣脫硫脫硝數(shù)據(jù)對比 mg/m3

從EPKS系統(tǒng)調(diào)出的2014年12月各類參數(shù)歷史數(shù)據(jù)截圖(圖3)，證明了煙氣脫硫脫硝設(shè)備運(yùn)行良好，達(dá)到了設(shè)計初期的目的。

圖3 各類參數(shù)歷史數(shù)據(jù)截圖

經(jīng)脫硫脫硝處理后煙氣內(nèi)二氧化硫濃度不大于98mg/Nm3，氮氧化物濃度不大于100mg/Nm3，符合安全環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。煙氣中的粉塵微粒含量在14～16mg/Nm3區(qū)間波動，低于30mg/Nm3的排放指標(biāo)，也符合安全環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)束語

經(jīng)過兩年多的運(yùn)行，CEMS與EPKS系統(tǒng)在中石化金陵分公司年產(chǎn)350萬噸催化裂化裝置中運(yùn)行平穩(wěn)，效果顯著，達(dá)到了安全環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。但還發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)在兩個方面存在不足之處，目前正在加以改進(jìn)和完善。一是，由于氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)加熱抽取探頭安裝于58m高的冷卻吸收塔上部煙囪處，且吸收塔位于裝置北端、瀕臨長江，冬季西北風(fēng)嚴(yán)重影響加熱抽取探頭(要求控制在120～130℃)正常抽取煙氣，導(dǎo)致氮氧化物分析數(shù)據(jù)失靈，進(jìn)而影響臭氧注入量，破壞吸收塔的酸堿平衡，時間過久會造成塔頂部煙囪內(nèi)部腐蝕，縮短設(shè)備運(yùn)行壽命。目前已通過加大抽取探頭加熱功率和采取完善現(xiàn)場儀器保溫措施加以解決。二是，采用羅斯蒙特1066分析儀作為pH計檢測設(shè)備，該儀器指示值準(zhǔn)確與否直接影響到整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行，關(guān)系到大氣和污水排放是否滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。目前通過定期標(biāo)定pH計探頭消除了檢測誤差。

[1] 陳忠基.催化裂化煙氣脫硫脫硝技術(shù)的應(yīng)用[J].煉油技術(shù)與工程,2013,43(9):48～51.

朱鍇(1967-)，工程師，從事自動化儀表的維護(hù)工作。

聯(lián)系人郇寧寧(1961-)，工程師，從事自動化儀表的維護(hù)工作，huannn.jlsh@sinopec.com。

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1000-3932(2017)03-0323-03

2016-07-14，

2017-01-18)