淺析基于DCS系統(tǒng)的半干法脫硫裝置吸收塔溫度自動控制

李國清

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

近年來，隨著霧霾問題日益突出，引起了全國上下對大氣污染治理的更加重視，國家對大氣的主要污染源——工業(yè)尾氣的排放指標(biāo)要求也越來越嚴(yán)格，“超低排放”，甚至“超超低排放”已成為工業(yè)尾氣治理的普遍要求。工業(yè)尾氣的治理主要包括脫硫、脫硝、除塵等環(huán)保措施。

1 煙氣脫硫工藝

目前，市面上有多種脫硫工藝，其中主流的工藝有濕法脫硫、干法脫硫，半干法脫硫等。每種工藝有各自的優(yōu)缺點。濕法脫硫工藝適用于大型機(jī)組，脫除效率高，但存在廢水排放、脫硫設(shè)備容易被腐蝕、排放煙氣有“拖尾”現(xiàn)象等衍生難題需配套解決。干法脫硫目前應(yīng)用較多的為爐內(nèi)脫硫，優(yōu)點為投資及占地相對較小，沒有廢水排出，缺點為脫除效率低，無法滿足國家超低排放要求，需外加爐外脫硫裝置。半干法脫硫集成濕法脫硫及干法脫硫的優(yōu)點，反應(yīng)效率高，不僅能達(dá)到超低排放要求，同時全程無廢水排出，無腐蝕隱患，排放煙氣干凈透明。

2 半干法脫硫裝置溫度控制的必要性

半干法脫硫裝置采用Ca(OH)2作為反應(yīng)劑，利用脫硫裝置后的引風(fēng)機(jī)的抽力克服反應(yīng)劑自身的重力，使反應(yīng)劑懸浮在吸收塔中，形成流化床。原煙氣通過吸收塔時，煙氣中的SO2與流化床中的Ca(OH)2反應(yīng)，從而脫除煙氣中的SO2。反應(yīng)過程中，需要往吸收塔中噴入適量的水，用于降低吸收塔內(nèi)溫度，提高SO2與Ca(OH)2的反應(yīng)效率。溫度對SO2的吸收反應(yīng)非常敏感，因此，在半干法脫硫系統(tǒng)中，溫度的精確控制極其重要。

3 吸收塔溫度控制工藝設(shè)計

為保證噴入吸收塔內(nèi)的工藝水能適時適量，半干法脫硫裝置水系統(tǒng)配置一臺水泵、一臺回水調(diào)節(jié)閥、一根噴槍。工作流程為：水泵將工藝水輸送到噴槍中，后噴入吸收塔內(nèi)。回水調(diào)節(jié)閥將多余的水回流至水箱內(nèi)。噴入吸收塔內(nèi)工藝水量=水泵出口水量-流經(jīng)回水調(diào)節(jié)閥水量。因此，通過調(diào)節(jié)回水調(diào)節(jié)閥開度，就可以改變噴入吸收塔內(nèi)水量大小，從而控制吸收塔內(nèi)溫度。工藝配置如圖1。

圖1

4 自動控制方案設(shè)計

4.1 儀表及信號設(shè)計

吸收塔溫度控制系統(tǒng)中，需在吸收塔出口設(shè)置1個PT100溫度計，用來監(jiān)測噴水降溫后的煙氣溫度。

吸收塔入口設(shè)置1個PT100溫度計，用于監(jiān)測吸收塔入口煙氣的溫度值，該溫度數(shù)值用作與吸收塔出口溫度進(jìn)行比對，判斷降溫效果。

回水調(diào)節(jié)閥可接收DCS發(fā)送的4～20mA的模擬量開度調(diào)節(jié)信號，并返回4～20mA的閥位反饋信號。

4.2 DCS配置方案

吸收塔溫度采用DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制。DCS控制器及網(wǎng)絡(luò)采用冗余配置。上位機(jī)配置1臺工程師站及操作員站，其中工程師站用于軟件組態(tài)及軟件的下裝、發(fā)布，操作員站用于畫面監(jiān)控及操作。DCS控制系統(tǒng)配套吸收塔溫度控制所需要的AI、AO、RTD、DI、DO卡件模塊。

在吸收塔溫度控制系統(tǒng)的DCS軟件組態(tài)中，主要采用FBD功能塊以及ST高級語言等編程語言，運用的編程功能塊主要有電機(jī)控制塊、PID控制功能塊、手操器功能塊等。DCS網(wǎng)絡(luò)配置圖如圖2。

圖2

4.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

吸收塔溫度采用閉環(huán)PID控制方式，吸收塔出口測量的溫度信號作為PID反饋值輸入；回水調(diào)節(jié)閥作為被控對象，接收PID模塊的計算輸出值，而回水調(diào)節(jié)閥開度反饋信號作為PID跟蹤值輸入。

DCS畫面設(shè)計：吸收塔溫度控制回路面板設(shè)置手動、自動開關(guān)按鈕用于手自動控制切換。手動開關(guān)投入時，回水調(diào)節(jié)閥僅能手動操作，自動開關(guān)投入時，回水調(diào)節(jié)閥按照設(shè)定參數(shù)自動動作。

吸收塔溫度控制回路調(diào)試時，應(yīng)根據(jù)控制回路能夠按快速響應(yīng)，又不會出現(xiàn)超調(diào)和振蕩的原則整定PID的比例、積分、微分參數(shù)。參數(shù)整定完成后，即可設(shè)定控制目標(biāo)溫度值。投入自動開關(guān)后，PID控制模塊將會根據(jù)設(shè)定值與反饋值的偏差計算并輸出調(diào)節(jié)閥的開度，隨著調(diào)節(jié)閥的動作，吸收塔出口溫度將往目標(biāo)值趨近。吸收塔入口溫度波動時，PID輸出值將做出相對的變化，控制回路具有很好的跟隨性。在自動模式下，全程無須人工干預(yù)?？刂苹芈访姘逶O(shè)計如圖3。

圖3

4.4 吸收塔出口煙氣溫度控制效果

吸收塔出口溫度歷史趨勢曲線如圖4。

圖4

圖4中橫向坐標(biāo)軸為時間跨度（24小時），縱向坐標(biāo)為量程范圍（0～100%），綠色曲線為吸收塔出口測量溫度，紅色曲線為吸收塔出口溫度設(shè)定值。從畫面上可以看出，吸收塔出口溫度始終在設(shè)定值附近，最大偏差為3%左右。在吸收塔入口溫度有波動的情況下，調(diào)節(jié)閥的開度跟隨波動，保持吸收塔出口溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近。

5 結(jié)語

基于DCS系統(tǒng)的半干法脫硫吸收塔溫度自動控制方案，簡單有效，可實現(xiàn)吸收塔溫度的高效、精準(zhǔn)、平穩(wěn)控制，并且可實現(xiàn)完全自動化運行，使脫硫效率穩(wěn)定在高水平，保證了原煙氣溫度波動大等惡劣工況下半干法脫硫裝置的經(jīng)濟(jì)可靠運行。