燃煤煙氣脫氣態(tài)元素汞控制方案淺析

李小綿 楊燕 張線媚

摘 要：燃煤煙氣控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是減少環(huán)境污染，節(jié)省能源。在燃煤煙氣控制系統(tǒng)中普遍存在自動化水平低、成本高、運行不穩(wěn)定等問題。在燃煤煙氣排入大氣前對汞含量有嚴(yán)格的要求，燃煤煙氣中汞的以顆粒狀、微顆粒狀以及氣態(tài)存在，其中煙氣中氣態(tài)元素汞的去除是技術(shù)難點，合理的煙氣出口溫度與液體試劑添加量是控制的關(guān)鍵。將組態(tài)軟件、可編程控制器、變頻器、工控機以及各類自動化儀表組成的復(fù)雜控制系統(tǒng)在脫汞系統(tǒng)中的應(yīng)用會大幅度降低汞的排放，具有更好的效果。

關(guān)鍵詞：元素汞 復(fù)雜控制系統(tǒng) PLC

中圖分類號：X701.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（c）-0004-02

環(huán)境污染控制的主要污染物之一就是汞及其化合物，燃煤鍋爐煙氣排放是環(huán)境污染的主要來源。國家對燃煤煙氣汞的排放有嚴(yán)格的要求，防治燃煤煙氣汞排放量的控制是重要的環(huán)保課題。燃煤煙氣脫汞方法主要有布袋除塵器、靜電除塵器、濕法脫硫裝置，其中布袋除塵器和靜電除塵器可以除去煙氣中的顆粒狀和微顆粒狀汞。濕法脫硫裝置可以除去煙氣中的離子狀態(tài)汞，但是元素汞不溶于水，不能去除，只有采用化學(xué)方法把氣態(tài)元素汞轉(zhuǎn)化為二價離子汞，然后進行脫除，才能減少汞元素的排放。氣態(tài)元素汞的轉(zhuǎn)化與煙氣出口溫度有密切關(guān)系，該文提出溫度與化學(xué)添加物復(fù)雜控制系統(tǒng)，能更好地脫去煙氣中的氣態(tài)元素汞，達(dá)到汞的排放標(biāo)準(zhǔn)，減少環(huán)境污染。

1 燃煤煙氣中氣態(tài)元素汞處理過程工藝流程

脫除煙氣中元素態(tài)汞，是在濕法脫硫過程的基礎(chǔ)上中加入少量的液體催化劑，增加汞的捕捉率，而且不影響脫硫塔的運行。具體工藝流程是：（1）首先制得吸收液，即脫汞劑的水溶液：脫汞劑包括次氯酸鈉、硫酸銅和添加劑，添加劑為碳酸氫鉀、硫酸鉀或過 硫酸鉀中的一種；（2）將上述吸收液霧化后噴入煙氣管道中，使元素態(tài)汞轉(zhuǎn)化為離子態(tài)汞；（3）最后將出煙管道排除的煙氣通入硫化物的溶液，直接吸收去除離子態(tài)汞。這種脫除元素態(tài)汞的方法，將元素態(tài)汞氧化為離子態(tài)汞除去，脫除效率高，大大減小了二次污染；將吸收液直接噴入煙氣管道，不用其他設(shè)備，投資和運行費用低。

燃煤煙氣中氣態(tài)元素汞處理工藝流程如圖1所示。根據(jù)化學(xué)處理工藝要求煙氣出口溫度及出口汞含量與添加汞離子轉(zhuǎn)換率之間有直接對應(yīng)關(guān)系，因此，在設(shè)計過程中選擇煙氣出口汞含量為直接被控變量，煙氣出口溫度為附加被控變量，控制器選擇西門子PLC，操縱變量選擇催化劑添加量，加催化劑泵為執(zhí)行器。

2 燃煤煙氣中氣態(tài)元素汞處理控制方案

為了提高脫汞控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以及提高系統(tǒng)的控制精度，需要在燃煤煙氣控制設(shè)備基礎(chǔ)上設(shè)計加入自動化儀表，實現(xiàn)自動化控制。將組態(tài)軟件與可編程控制器PLC、變頻器、工控機以及各類自動化儀表應(yīng)用到系統(tǒng)中，實現(xiàn)控制過程各類參數(shù)的在線檢測和實時控制。

2.1 硬件配置

硬件配置主要采用西門子工控機，PLC S7-200 SMART、引風(fēng)機、鼓風(fēng)機、電動閥等，變頻器、溫度變送器、汞含量檢測儀等。各傳感器實時采集數(shù)據(jù)，變送器實時顯示、并將標(biāo)準(zhǔn)信號傳送給下位機，同時，實時數(shù)據(jù)在上位機上顯示。引風(fēng)機、鼓風(fēng)機、電動閥通過變頻器來控制其起停及運行頻率。

2.2 軟件配置

上位機監(jiān)控軟件采用西門子WinCC軟件，下位機控制軟件采用西門子的STEP 7 V5.4，控制系統(tǒng)通訊采用PROFIBUS連接。

2.3 系統(tǒng)總體構(gòu)成

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)運行時，安裝在爐膛內(nèi)的壓力傳感器、出口煙汞含量傳感器、出口溫度傳感器等實時采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給變送器，變送器將采集到的信號轉(zhuǎn)換成4～20 mA的電流信號輸出給PLC的AI模塊，PLC通過PROFEIBUS總線傳送數(shù)據(jù)至上位機?；赪inCC開發(fā)的上位機軟件通過DataSocket技術(shù)對OPC server訪問，從而讀取PLC上所有開關(guān)量和模擬量數(shù)據(jù)，并根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的控制要求，通過RS485總線方式控制變頻器頻率，進而調(diào)節(jié)引風(fēng)機、鼓風(fēng)機以及加催化劑泵的運行速度。利用變頻器條件引風(fēng)機、鼓風(fēng)機以及加催化劑泵電機，極大地減少了汞元素的直接氣體排放，節(jié)約了能源、同時提高了鍋爐的運行效率。

3 結(jié)語

為了節(jié)能減排保護自然環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，針對目前國家對燃煤煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求的提供，就目前燃煤煙氣中降低氣態(tài)元素汞含量的技術(shù)難題，以及燃煤煙氣處理自動化程度地的現(xiàn)狀，該文提出了一種基于組態(tài)軟件WinCC和可編程控制器PLC技術(shù)的燃煤出口煙氣脫元素汞的自動控制系統(tǒng)方案。創(chuàng)新利用了煙氣出口溫度與液體試劑添加來脫除元素汞的技術(shù)，提高了汞的脫除率，節(jié)約了系統(tǒng)資源，提高了系統(tǒng)靈活性。該系統(tǒng)對推進節(jié)能減排的發(fā)展有著重要的影響。

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