石灰石—石膏濕法煙氣脫硫自動(dòng)控制研究

張志耀，王曉煒

（太原鍋爐集團(tuán)有限公司， 山西 太原 030000）

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫目前已有幾十年的發(fā)展歷史， 工藝技術(shù)已非常成熟， 其脫硫劑采用來(lái)源廣泛、 價(jià)格較低、 脫硫效率較高的石灰石。 該工藝是中小型熱電廠應(yīng)用最廣泛、 效率最高的脫硫技術(shù)， 特點(diǎn)有： 造價(jià)合理， 運(yùn)行周期長(zhǎng)， 可利用率高， 脫硫劑耗量少， 運(yùn)行費(fèi)用少， 觀察、 監(jiān)視及維護(hù)簡(jiǎn)單， 運(yùn)行人員數(shù)量少， 運(yùn)行人員和設(shè)備安全，裝置的服務(wù)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。 脫硫裝置可適應(yīng)在機(jī)組最小和最大負(fù)荷量之間運(yùn)行， 受負(fù)荷波動(dòng)的影響較小。 不需要另外的和非常規(guī)的操作或準(zhǔn)備， 裝置能以冷態(tài)、 熱態(tài)兩種啟動(dòng)方式投入運(yùn)行。 裝置能在最小和最大污染物濃度值之間運(yùn)行， 排放污染物不超出保證的排放值。 系統(tǒng)可在吸收劑濃度發(fā)生變化時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)， 保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 傳統(tǒng)的石灰石—石膏濕法煙氣脫硫在運(yùn)行過(guò)程中， 大部分為運(yùn)行人員人工操作， 自動(dòng)化程度不高。 本文就脫硫工藝進(jìn)行深入研究， 梳理系統(tǒng)、 設(shè)備、 儀表運(yùn)行邏輯， 制定行之有效的控制策略， 并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)進(jìn)行二次編程組態(tài)調(diào)試， 實(shí)現(xiàn)了石灰石—石膏濕法煙氣脫硫的自動(dòng)運(yùn)行。

1 石灰石—石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成： 煙風(fēng)系統(tǒng)、 吸收塔系統(tǒng)， 脫硫劑制備與輸送系統(tǒng)、 工藝水系統(tǒng)、 壓縮空氣系統(tǒng)、 石膏脫水系統(tǒng)、 疏放系統(tǒng)、 電氣控制系統(tǒng)等。

2 石灰石—石膏濕法煙氣脫硫控制策略

基于石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝， 解構(gòu)各個(gè)子系統(tǒng)的系統(tǒng)組成和工作原理， 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員操作習(xí)慣， 同時(shí)疊加自動(dòng)原理， 將石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝和自動(dòng)控制原理融會(huì)貫通， 形成適應(yīng)性較強(qiáng)、 可靠性較高的石灰石—石膏濕法煙氣脫硫自動(dòng)控制策略。 按照工藝系統(tǒng)構(gòu)成解耦， 分成相對(duì)獨(dú)立的控制模塊， 具體見(jiàn)表1。

表1 石灰石—石膏濕法煙氣脫硫自動(dòng)模塊

2.1 制漿系統(tǒng)自動(dòng)

制漿系統(tǒng)設(shè)置石灰石儲(chǔ)倉(cāng)、 石灰石漿液制備和供應(yīng)裝置。

石灰石粉采用罐車送入石灰石儲(chǔ)倉(cāng)， 由石灰石粉給料設(shè)備送入石灰石漿液箱， 并往漿液箱中補(bǔ)充濾液（或工藝水） 以維持漿液濃度， 配置好的漿液存貯于石灰石漿液箱中， 再由泵送至吸收塔補(bǔ)充，最后與SO2反應(yīng)。

2.1.1 制漿系統(tǒng)控制對(duì)象

石灰石粉倉(cāng)、 變頻稱重螺旋、 石灰石漿液箱、攪拌器、 倉(cāng)底流化風(fēng)機(jī)及電加熱器等的運(yùn)行方式：多臺(tái)爐共用1 套制漿系統(tǒng)， 2 個(gè)漿液攪拌箱并列運(yùn)行（為保證可靠性， 不能單獨(dú)離線配置） ， 使用時(shí)采用在線連續(xù)配置， 往石灰石漿液箱中加入石灰石和水并攪拌， 配置成石灰石漿液。 液位和密度分別控制， 這樣既可以保證密度， 又可以保證液位在合理范圍。

2.1.2 控制目標(biāo)

1 250 kg/m3≤密度≤1 350 kg/m3； 5.0 m＜液位＜5.5m（具體項(xiàng)目不同， 數(shù)據(jù)不同）。

2.1.3 液位控制策略

任一漿液箱液位＜5.1 m→開(kāi)進(jìn)水門； 任一漿液箱液位＞5.5 m→關(guān)進(jìn)水門。

2.1.4 密度控制策略

漿液箱密度＜1 250 kg/m3→開(kāi)漿液箱進(jìn)料插板門→延時(shí)3 min→開(kāi)變頻稱重螺旋； 漿液箱密度＞1 350 kg/m3→關(guān)變頻稱重螺旋→延時(shí)3 min→關(guān)漿液箱進(jìn)料插板門。

2.1.5 保護(hù)及連鎖

1） 進(jìn)水門打開(kāi)條件： 工藝水泵電流＜36 A，且另一扇進(jìn)水門處于關(guān)閉狀態(tài)（受水泵電流出力限制， 不能2 臺(tái)同時(shí)補(bǔ)水）。

2） 進(jìn)料時(shí)間保護(hù)。

3） 流化風(fēng)機(jī)超連續(xù)最長(zhǎng)允許工作時(shí)間停保護(hù)。

2.1.6 斷料情況處理

1） 2 臺(tái)均斷料情況： 直接啟動(dòng)流化風(fēng)機(jī)。

2） 其中1 臺(tái)斷料情況： 如2 號(hào)斷料， 1 號(hào)正常， 則先停1 號(hào)給料機(jī)→啟動(dòng)流化風(fēng)機(jī)→2 號(hào)流量＞8t/h→停流化風(fēng)機(jī)→啟動(dòng)1 號(hào)給料機(jī)。 1 號(hào)斷料時(shí)同此。 單管落料正常時(shí)， 不能直接啟動(dòng)流化風(fēng)機(jī)， 以免下料流量突增， 造成堵管。

2.2 pH 計(jì)沖洗自動(dòng)

2.2.1 控制對(duì)象

pH 計(jì)取樣閥、 排放閥、 沖洗閥。

2.2.2 控制目標(biāo)

定期沖洗pH 計(jì)。

2.2.3 控制策略

啟動(dòng)： 關(guān)入口取樣閥→開(kāi)排放閥→開(kāi)水沖洗閥→延時(shí)2～5 min。

停止： 關(guān)水沖洗閥→關(guān)排放閥→開(kāi)入口取樣閥。

2.3 SO2 自動(dòng)

2.3.1 控制對(duì)象

供漿泵2 臺(tái)， 一用一備。

2.3.2 控制目標(biāo)

SO2＜35 mg/Nm3[1]； pH＞4.7。

2.3.3 控制策略

前SO2原始排放較低， 供漿泵為間歇啟停， 每小時(shí)運(yùn)行時(shí)間＜5 min。 因此， 控制策略未能使用PID 連續(xù)調(diào)整， 采用仿人操作， 間歇啟停。

1） 啟動(dòng)條件： 脫硫塔出口SO2＞6 mg/Nm3， 延時(shí)10 s； 煙囪出口SO2＞5 mg/Nm3， 延時(shí)10 s； pH＜4.7， 延時(shí)10 s。 以上條件任一滿足， 啟動(dòng)供漿泵。啟動(dòng)參數(shù)值操作人員可設(shè)定。

2） 停泵條件： 單次運(yùn)行時(shí)間＞90 s； pH＞5.1，延時(shí)20 s； 煙囪SO2升高后， 開(kāi)始下降； 兩臺(tái)泵交替運(yùn)行（操作人員定期切換）。

3） 其他

pH 計(jì)沖洗時(shí)， pH 值不能參與控制。 將沖洗前pH 值保持4 min。

2.4 脫硫塔液位自動(dòng)

脫硫塔補(bǔ)水來(lái)源包括： 地坑泵、 濾液池、 除霧器。

2.4.1 控制要求

2.4.2 控制策略

1） 取水順序： 地坑泵→濾液池→除霧器。

2） 地坑泵： 液位＞1.5 m， 可以啟泵； 液位＜1.3 m， 停泵。

3） 濾液池泵： 液位＞1.5 m， 可以啟泵； 液位＜1.3 m， 停泵。

4） 除霧器： 地坑泵、 濾液池水仍不能滿足脫硫塔液位時(shí)， 開(kāi)啟除霧器。

2.5 除霧器自動(dòng)

2.5.1 控制對(duì)象

除霧器安裝在凈煙氣出口處， 用來(lái)分離夾帶的霧滴。 除霧器系統(tǒng)配備沖洗和排水裝置。 沖洗系統(tǒng)包括： 噴嘴、 外部和內(nèi)部管道、 除霧器沖洗水泵和控制件。 排水直接進(jìn)入吸收塔。

2.5.2 控制目標(biāo)及策略

定期開(kāi)啟除霧器沖洗程序， 采用順序控制[2]，依次開(kāi)啟除霧器沖洗水閥。

根據(jù)不同稻谷品種，秧苗播種或插播時(shí)密度要均勻，保持有足夠的通風(fēng)度，保持稻田吸光度，使稻田不會(huì)形成密閉空間，可以降低稻曲病發(fā)病率?？茖W(xué)施肥，嚴(yán)格按照要求施用各種肥料，控制好施肥量，掌握好施肥的各個(gè)時(shí)機(jī)。灌溉農(nóng)田水時(shí)，特別注意稻田干濕度，同時(shí)要保證水的循環(huán)，揚(yáng)花期要適當(dāng)降低水量，水稻破口期更要注意田塊的干濕度，提高水稻抗病毒能力。

2.6 石膏脫水系統(tǒng)自動(dòng)

2.6.1 系統(tǒng)組成

多套脫硫塔共用1 套脫水系統(tǒng)。

1） 脫硫塔石膏排出部分： 石膏排出泵、 排出泵進(jìn)口門、 出口門、 進(jìn)口排放閥、 進(jìn)口沖洗門。

2） 石膏漿液緩沖部分： 石膏漿液緩沖箱、 漿液緩沖泵、 緩沖泵進(jìn)口門、 出口門、 進(jìn)口排放閥、進(jìn)口沖洗門。

3） 石膏真空脫水部分： 石膏旋流器、 漿液分配箱、 真空皮帶脫水機(jī)、 真空密封水閥、 真空泵、濾布沖洗水泵。

2.6.2 控制策略

控制模塊分為3 個(gè)小的順控單元： 皮帶單元、緩沖單元、 排出單元。 總體再將3 個(gè)單元串起來(lái)。

整體投運(yùn)準(zhǔn)備： 人工畫面按鈕選擇主/備切換、各控制設(shè)備投入順控模式。

1） 皮帶單元。 啟動(dòng)： 系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)→開(kāi)濾布沖洗水泵→開(kāi)真空皮帶機(jī)→開(kāi)真空密封水閥→開(kāi)真空泵→開(kāi)分配箱開(kāi)關(guān)。 停止： 緩沖單元停止信號(hào)→關(guān)分配箱開(kāi)關(guān)→關(guān)真空泵→關(guān)真空泵密封水閥→關(guān)皮帶機(jī)→關(guān)濾布沖洗水泵。

2） 緩沖泵單元。 啟動(dòng)： 皮帶單元分配箱開(kāi)關(guān)已開(kāi)信號(hào)→關(guān)泵入口排放閥→開(kāi)泵進(jìn)口門→開(kāi)泵出口門→進(jìn)入緩沖泵的啟?？刂疲ň彌_箱液位＜2.8 m允許停， 液位＞2 m 允許啟）。 停止： 石膏排出單元已停信號(hào)→關(guān)緩沖泵入口閥→開(kāi)水沖洗閥（先沖后部管路， 至皮帶部分） →開(kāi)排放閥→關(guān)水沖洗閥→關(guān)出口門→延時(shí)10 min。

3） 石膏排出單元。 啟動(dòng)： 緩沖泵單元已啟動(dòng)信號(hào)→關(guān)排出泵入口排放閥→開(kāi)排出泵入口閥→開(kāi)排出泵出口閥→進(jìn)入排出泵的往復(fù)自動(dòng)控制（緩沖箱液位＜2 m 啟， 液位＞2.8 m 停）。 停止： 系統(tǒng)停止信號(hào)→關(guān)排出泵入口閥→開(kāi)水沖洗閥（沖洗管路）→開(kāi)排出泵入口疏放閥→關(guān)水沖洗閥→關(guān)排出泵出口閥。

以上控制策略中， 具體液位、 pH 值等數(shù)據(jù)均為本文研究調(diào)試某電廠數(shù)據(jù)， 不同項(xiàng)目數(shù)據(jù)以實(shí)際項(xiàng)目為準(zhǔn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于以上制漿、 pH 值、 液位、 脫水等的控制，在熱電廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行后， 將石灰石—石膏濕法煙氣脫硫逐一投入自動(dòng)控制后的脫硫運(yùn)行操作明顯減少， 各參數(shù)均能穩(wěn)定在合理區(qū)間， 保證了電廠煙囪SO2排放值符合環(huán)保要求。 總之， 通過(guò)該石灰石—石膏濕法煙氣脫硫自動(dòng)控制的實(shí)施， 精準(zhǔn)調(diào)整各回路執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)了分系統(tǒng)小參數(shù)的穩(wěn)定， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了整套系統(tǒng)的穩(wěn)定、 高效、 環(huán)保、 可靠運(yùn)行。