垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

趙巧榮 戴勇進(jìn)

摘 要：該文結(jié)合垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，介紹了SNCR、石灰漿、活性炭、布袋除塵、飛灰固化等煙氣凈化系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)的主要技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用成果，為垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化處理提供參考。

關(guān)鍵詞：垃圾焚燒 煙氣凈化 SNCR 石灰漿 活性炭 布袋除塵 飛灰固化

中圖分類(lèi)號(hào)：TK32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）02（c）-00-01

1 簡(jiǎn)述

生活垃圾對(duì)環(huán)境的污染已成為一個(gè)嚴(yán)峻的社會(huì)問(wèn)題，對(duì)其處理應(yīng)遵循“減量化、無(wú)害化和資源化”原則。通過(guò)焚燒發(fā)電處理生活垃圾是目前普遍采用的方法，但焚燒產(chǎn)生的煙氣中含有大量的污染物，如不經(jīng)控制和處理直接排放，會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成嚴(yán)重的污染。因此，生活垃圾焚燒工程的關(guān)鍵是焚燒控制和煙氣處理，煙氣達(dá)標(biāo)排放是首要

任務(wù)。

2 控制策略的設(shè)計(jì)

我公司擁有4套處理能力為600 t/天的馬丁SITY2000垃圾焚燒爐。其煙氣處理系統(tǒng)采用半干式煙氣處理裝置，包括以下幾個(gè)部分：SNCR、石灰漿、活性炭、布袋除塵、飛灰固化等。

2.1 SNCR的自動(dòng)控制

SNCR脫硝系統(tǒng)是把尿素稀溶液做為還原劑噴入爐膛溫度850-1100 ℃的區(qū)域，還原劑迅速熱分解出NH3并與煙氣中的NOx進(jìn)行反應(yīng)生成N2和H2O，該方法以爐膛為反應(yīng)器。主要化學(xué)反應(yīng)為：

整個(gè)SNCR脫硝系統(tǒng)是按照如下四個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)：（1）稀釋水模塊。（2）計(jì)量混合模塊。（3）噴射模塊。（4）控制模塊。還原劑的需要量取決于在連續(xù)反應(yīng)溫度下需要去除的NOx的數(shù)量。在自動(dòng)模式下，還原劑量設(shè)定值通過(guò)氮氧化合物控制器實(shí)現(xiàn)。該控制器由平行連接的兩個(gè)P調(diào)節(jié)器組成，一個(gè)P調(diào)節(jié)器平均每半小時(shí)接收氮氧化合物，另一個(gè)P調(diào)節(jié)器平均每天接收氮氧化合物，這些平均值均為實(shí)際值。除氮氧化合物的平均值外，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均還會(huì)收到設(shè)定值，設(shè)定值為要得到的氮氧化合物值的90%左右。兩平均值每三分鐘更新一次，P調(diào)節(jié)器顯示的是所要達(dá)到的氮氧化合物設(shè)定值的最大偏值，用作計(jì)算還原劑量的依據(jù)。通過(guò)計(jì)算得到的還原劑量用作控制閥的設(shè)定值，控制閥的實(shí)際值則作為還原劑流量計(jì)的輸出信號(hào)，由還原劑量控制器發(fā)出的控制信號(hào)直接作用于還原劑控制閥。

2.2 石灰漿的自動(dòng)控制

石灰漿經(jīng)噴霧塔霧化后，很大的霧化表面積的石灰漿與煙氣充分混合，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和傳熱過(guò)程，酸性氧化物與堿性物質(zhì)作用生成穩(wěn)定的硫酸鹽及氯化鹽，生成的產(chǎn)物以干態(tài)部分回收，部分送入除塵器，以達(dá)到除塵和脫硫的目的。石灰漿主要化學(xué)反應(yīng)為：

SO2+Ca（OH）2→CaSO3+H2O

Cl2+Ca（OH）2→CaCl2+H2O

2 hF+Ca（OH）2→CaF2+H2O

整個(gè)石灰漿系統(tǒng)是按照如下六個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)：（1）石灰漿制備、儲(chǔ)存及輸送模塊。（2）稀釋水模塊。（3）計(jì)量混合模塊。（4）霧化模塊。（5）酸洗模塊。（6）控制模塊。進(jìn)噴霧塔的稀釋水是通過(guò)噴霧塔出口煙氣溫度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)，石灰漿是通過(guò)噴漿前/噴漿后的控制回路進(jìn)行控制，主要按照以下公式進(jìn)行。

式中：FC石灰漿噴入量，F(xiàn)Q干煙氣流量，CC石灰漿濃度，α期望的論量系數(shù)，HCL1為HCL入口濃度，SOx1為SOx入口濃度，HCL2為HCL出口濃度對(duì)應(yīng)的石灰漿流量，SOx2為SOx出口濃度對(duì)應(yīng)的石灰漿流量，A=PID（HCL2）值在0～0.5之間，B=PID（SOx2）值在0～0.5之間：喂料前的調(diào)整與喂料后的PID控制器的輸出有關(guān)系；A和B趨近于0變化很小。

2.3 活性炭的自動(dòng)控制

活性炭粉末作為吸附劑通過(guò)壓縮空氣氣動(dòng)輸送到噴入煙氣中用以吸附其中的汞、重金屬和二惡英等。整個(gè)活性炭系統(tǒng)是按照如下四個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)：（1）活性炭的儲(chǔ)存和輸送模塊。（2）活性炭計(jì)量模塊。（3）活性炭噴射模塊。（4）控制模塊。計(jì)量模塊將計(jì)量斗以及整個(gè)給料機(jī)構(gòu)做為一個(gè)整體進(jìn)行稱量。隨著活性炭從計(jì)量斗流出，控制系統(tǒng)算出單位時(shí)間內(nèi)計(jì)量斗內(nèi)活性炭減少的重量，再通過(guò)濾波、優(yōu)化處理，得出活性炭的實(shí)際流速，同時(shí)控制系統(tǒng)會(huì)將此給料速度與預(yù)設(shè)的給定速度比較，并將比較結(jié)果計(jì)算后反饋給給料機(jī)構(gòu)以自動(dòng)修正給料速度，形成閉環(huán)控制，以此讓實(shí)際流速無(wú)限接近給定流速，從而達(dá)到控制要求。

2.4 布袋除塵的自動(dòng)控制

布袋式除塵器在整個(gè)煙氣處理系統(tǒng)中起著非常重要的作用：（l）將煙氣與塵粒和固態(tài)物質(zhì)分離。（2）殘留酸性氣體的中和及污染物吸附的二次反應(yīng)。

整個(gè)布袋除塵系統(tǒng)是按照如下四個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)：（1）箱體模塊。（2）清灰模塊。（3）輸灰模塊。（4）控制模塊。

自動(dòng)控制系統(tǒng)可以按照定時(shí)和差壓兩種方式對(duì)布袋進(jìn)行清灰。定時(shí)清灰是一種按人工設(shè)定的時(shí)間周期循環(huán)進(jìn)行清灰的工作方式；壓差清灰是當(dāng)系統(tǒng)阻力增加到一定程度后，使除塵器進(jìn)出口的壓差變大，當(dāng)此壓差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，除塵器自動(dòng)啟動(dòng)清灰系統(tǒng)。

2.5 飛灰固化的自動(dòng)控制

布袋清理出的飛灰送入儲(chǔ)倉(cāng)后，由固化系統(tǒng)把飛灰、水泥、螯合劑及水在螯合混煉裝置內(nèi)混合，飛灰中的重金屬類(lèi)與螯合劑反應(yīng)，生成螯合物從而被穩(wěn)定化。

整個(gè)飛灰固化系統(tǒng)是按照如下四個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)：（1）固態(tài)模塊（包括飛灰、水泥）。（2）液態(tài)模塊（包括螯合劑、水）。（3）混合模塊。（4）控制模塊。飛灰螺旋輸送機(jī)按照設(shè)定值定量輸送飛灰至混煉裝置，水泥、螯合劑、水等按照設(shè)置好的配方自動(dòng)跟蹤飛灰量，按比例輸送至螯合混煉裝置。

3 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 控制系統(tǒng)硬件配置

自動(dòng)控制系統(tǒng)分別為：（1）SNCR PLC控制系統(tǒng)，一個(gè)S7300主站及四個(gè)ET200遠(yuǎn)程站；（2）石灰漿、活性炭、噴霧塔DCS控制系統(tǒng)，一個(gè)和利時(shí)DCS控制站；（3）布袋除塵PLC控制系統(tǒng)，每臺(tái)焚燒爐對(duì)應(yīng)一個(gè)S7300主站；（4）飛灰固化PLC控制系統(tǒng)，一個(gè)S7300主站。

3.2 控制系統(tǒng)軟件配置

所有系統(tǒng)與中控室DCS通過(guò)Profibus DP協(xié)議通訊，所有控制策略及操作均在中控室實(shí)現(xiàn)。工控計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件可實(shí)時(shí)顯示全廠煙氣處理流程圖、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息等，并且將運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行記錄、控制、報(bào)警、故障等歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在硬盤(pán)中。

4 結(jié)語(yǔ)

該文簡(jiǎn)述了垃圾焚燒產(chǎn)生的廢氣的危害，分析了自動(dòng)控制系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣處理中的重要性、控制難點(diǎn)及控制思路，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了我廠煙氣處理過(guò)程中廢氣的有效控制，煙氣排放能夠達(dá)到歐盟環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡壽松.自動(dòng)控制原理[M].北京：科學(xué)出版社，2011。