自動控制技術(shù)在紡織業(yè)自備熱電廠煙氣濕法脫硫中的應(yīng)用

吳立新

[互太（番禺）紡織印染有限公司，廣東廣州 510000]

燃煤發(fā)電鍋爐每日將大量煙氣排出，煙氣中二氧化硫、氮氧化物、煙塵是重要的導(dǎo)致大氣污染的污染源之一。當(dāng)前，國內(nèi)煙氣超潔凈排放技術(shù)主要采用高壓靜電除塵器(High voltage electrostatic precipitator)、SNCR系統(tǒng)煙氣脫硝、煙氣濕法脫硫(Flue gas desulfurization by wet method)來對鍋爐煙氣二氧化硫、氮氧化物、煙塵等進(jìn)行治理。煙氣濕法脫硫指將硫氧化物從煙道氣或其他工業(yè)廢氣中除去。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平得到了提升。在生活越來越充實(shí)的今天，越來越多的人開始關(guān)注地球的大氣環(huán)境，社會各界人士開始重視并關(guān)注環(huán)境污染問題。在生產(chǎn)中，各個(gè)紡織印染公司不得不考慮低消耗和低排放這一重要問題。而脫硫自動化控制的實(shí)現(xiàn)，不但可以保證系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，還可提高脫硫水平。

1 解析濕法煙氣脫硫

1.1 煙氣濕法脫硫的概念

依照不同的漿液洗滌劑，濕法煙氣脫硫(以下簡稱FGD)技術(shù)分為雙堿法煙氣脫硫技術(shù)和石灰/石膏法脫硫技術(shù)。濕法煙氣脫硫系統(tǒng)在煙道的末端，必須經(jīng)過加熱，才能將脫硫后的煙氣排出去，因?yàn)槊摿蜻^程中的反應(yīng)溫度比露點(diǎn)低。其中，石灰石膏法脫硫系統(tǒng)具有脫硫添加劑利用率高、效率高、脫硫反應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，因此，最適合工業(yè)電站應(yīng)用。

1.2 濕法煙氣脫硫的原理

濕法煙氣脫硫可分為化學(xué)和物理兩種?；瘜W(xué)反應(yīng)不存在于脫硫過程中，物理過程指只是單純進(jìn)行氣體吸收，并溶解于液體的過程，反之便是化學(xué)過程。氣液平衡決定了物理吸收的程度，若溫度越高，越少吸收氣體。由于受外界溫度的影響，物理吸收速率較低，因此，目前進(jìn)行脫硫時(shí)很少用物理過程。液體中的成分與被吸收氣體產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)即化學(xué)吸收的過程，在反應(yīng)過程中，溶液表面被吸收氣體的分壓降低了，吸收過程的推動力提高了，被吸收氣體的氣相分壓降低了，吸收效率便得到了提高。因此，該技術(shù)對煙氣脫硫能起到理想的效果，較常見于大中型工廠。

1.3 煙氣超潔凈排放中脫硫技術(shù)應(yīng)用的重要性

煙氣超潔凈排放技術(shù)指的是將煙氣中的主要是指SO、SO2等硫及其化合物、NOX、煙塵除去，使人們生活、生產(chǎn)中形成的二氧化硫等對地球環(huán)境造成污染的硫及其化合物減少。我國是消耗煤炭的大國。煤炭燃燒所釋放的有害氣體及產(chǎn)生的有害物質(zhì)造成的危害很大。在要求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，我國也在強(qiáng)調(diào)對環(huán)境進(jìn)行保護(hù)的重要性。在燃煤發(fā)電鍋爐排放煙氣的脫硫問題的解決上同樣不容小覷。

2 紡織業(yè)自備熱電廠濕法煙氣脫硫工藝介紹

紡織業(yè)自備熱電廠濕法煙氣脫硫工藝見圖1。

圖1 濕法煙氣脫硫工藝流程圖

鍋爐煙氣排放：煤燃燒產(chǎn)生的主要污染物SO2、NOX、煙塵等。

干式靜電除塵器原理：由陽極鋼板構(gòu)成陽極，由芒刺線構(gòu)成陰極，加上直流高壓后，電場中產(chǎn)生電暈，使煙塵粒子帶上電荷，帶負(fù)電荷的塵粒飛向陽極板，聚集在極板上并放出電荷，間隔一定時(shí)間后用振打錘敲擊陽極板，使聚集在陽極板上的煙塵落入灰斗。帶正電的塵粒同樣聚集在陰極線上，振打后落入灰斗，除去煙氣中煙塵，除塵后煙氣含塵質(zhì)量濃度約為80mg/Nm3。

SNCR脫硝系統(tǒng)原理：選擇性非催化還原法脫硝，在鍋爐850～1 100℃溫度區(qū)噴入氨水或尿素，把NOX還原為N2和H2O, 經(jīng)過脫硝裝置后NOx質(zhì)量濃度≤81mg/Nm3。

SNCR系統(tǒng)煙氣脫硝過程是由下面4個(gè)基本過程完成：一，接收和儲存還原劑；二，在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑；三，還原劑的計(jì)量輸出、與水混合稀釋；四，還原劑與煙氣混合進(jìn)行脫硝反應(yīng)。

脫硫系統(tǒng)是用石灰循環(huán)漿液在脫硫塔內(nèi)吸收二氧化硫（SO2）反應(yīng)后生成亞硫酸鈣（CaSO3-1/2H2O），然后用空氣把亞硫酸鈣氧化成穩(wěn)定的容易脫水的硫酸鈣（calcium sulfate-石膏）。脫硫漿液是通過循環(huán)池循環(huán)使用的[1-3]。

濕法靜電脫硫除塵器原理：與干法靜電除塵器相似，但凈化的是脫硫后濕煙氣，由陽極筒和芒刺線構(gòu)成電場，通上直流高壓電后，在電場內(nèi)使水霧和微塵粒帶電，帶電微粒飛向陽極筒和陰極線，聚集在極筒極線上，水霧形成水流，水流把塵粒帶入塔底，然后排出塔外，把脫硫煙氣中的微塵（PM10～PM2.5）、比SO2的毒性更高且具有強(qiáng)腐蝕性的SO3氣溶膠、汞及其化合物脫除。

3 自動控制技術(shù)在濕法煙氣脫硫中的應(yīng)用

紡織業(yè)自備熱電廠濕法煙氣脫硫是全煙氣脫硫的主流方法之一，它的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能為：綜合考慮煙氣流量、煙氣濃度、鍋爐負(fù)荷、循環(huán)池pH、液位及密度、濕電塔溫度、脫硫塔溫度等情況，實(shí)現(xiàn)各類閥門（氣動閥、電動閥）、水泵（石灰乳液泵、循環(huán)泵、冷卻泵、真空泵、濾液泵、石膏泵、濾布沖洗泵等）、石灰輸送機(jī)、出渣機(jī)、旋流器、真空皮帶機(jī)等設(shè)備的自動控制，并實(shí)時(shí)采集脫硫前后的煙氣中SO2、NOX及煙塵的濃度，各成分排放總量、濕度、煙氣溫度和含氧量等，以及系統(tǒng)中各重要設(shè)備電氣參數(shù)，對其進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和報(bào)警，達(dá)成熱電廠煙氣脫硫系統(tǒng)的數(shù)字化管理和自動化控制[4]。

3.1 系統(tǒng)總體方案

在以往的控制方案中，通常對于控制器部分采用的是DCS系統(tǒng)(集散控制系統(tǒng)－Distributed Control System)。而本控制系統(tǒng)則可采用PLC（可編程邏輯控制器），完成對紡織業(yè)自備熱電廠FGD裝置的漿液制備、煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)、濾液及工藝水系統(tǒng)、石膏及廢水旋流站系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)以及FGD系統(tǒng)的工廠用電、硫變壓器等電氣設(shè)備等的統(tǒng)一保護(hù)、聯(lián)鎖、報(bào)警、控制、監(jiān)視，以及FGD的性能、效率計(jì)算等，保證FGD經(jīng)濟(jì)、可靠、安全地運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)采用OLC主要優(yōu)勢有如下3點(diǎn)。

一，成本降低，較之DCS，PLC在價(jià)格上優(yōu)勢明顯。系統(tǒng)本身的成本降低許多。同時(shí)，由于除主機(jī)外，電廠外圍輔機(jī)系統(tǒng)大多采用的是PLC控制系統(tǒng)。在備件備品上，脫硫控制系統(tǒng)可與其他輔機(jī)控制系統(tǒng)的通用，使備件備品的數(shù)量和種類降低，整體成本費(fèi)用從而減少。二，構(gòu)建系統(tǒng)簡便。構(gòu)建PLC簡單得多，整個(gè)工期時(shí)間段，且需要人員少。三，易于維護(hù)。PLC的日常維護(hù)及編程簡單不少。

3.1.1 硬件組成

該控制系統(tǒng)由通訊線路、就地執(zhí)行設(shè)備、下位機(jī)（電源配電柜、繼電器柜、端子柜、控制模件柜等），及上位機(jī)（打印機(jī)、交換機(jī)、服務(wù)器和工程師站、操作員站等）。圖2所示的是系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。

圖2 PLC控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖

上位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）對各現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行顯示。

（2）設(shè)定參數(shù)，維護(hù)工程師邏輯組態(tài)，及輸出操作員行為指令等。

（3）計(jì)算系統(tǒng)的性能。

（4） 采集、存儲及管理數(shù)據(jù)。

PLC作為下位機(jī)，對各分站點(diǎn)，以單元分散控制的形式加以控制。其實(shí)現(xiàn)的功能主要有：

（1）對各個(gè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字量及模擬量信號進(jìn)行讀??；

（2）對全廠輔網(wǎng)或本系統(tǒng)上位機(jī)發(fā)送的控制指令進(jìn)行接收；

（3）對接收的指令及現(xiàn)場信號根據(jù)設(shè)定的程序邏輯加以分析，并將控制指令發(fā)送給現(xiàn)場設(shè)備。完成變頻設(shè)備的自動調(diào)頻，及現(xiàn)場設(shè)備的自動停止/啟動。

3.1.2 PLC系統(tǒng)的分組

為了使各子系統(tǒng)間相互影響降低，保證投產(chǎn)后的可靠安全，運(yùn)行管理和維護(hù)簡便，按過程，對脫硫系統(tǒng)PLC的繼電器柜、端子柜和控制機(jī)柜分散進(jìn)行分組。分組方案具體如下：

（1）FGD脫硫塔繼電器柜、端子柜和過程控制站模件柜若干，范圍包括增壓風(fēng)機(jī)、氧化風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵機(jī)、FGD脫硫吸收塔等。

（2）FGD公用制漿部分繼電器柜、端子柜和過程控制站模件柜若干，范圍包括公用制漿的石灰石卸料系統(tǒng)、石灰倉粉倉、除塵風(fēng)機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)、輸送給料系統(tǒng)、石灰石漿供應(yīng)系統(tǒng)、氧化鎂漿液供應(yīng)系統(tǒng)。

（3）FGD公用石膏脫水部分繼電器柜、端子柜和過程控制站模件柜若干，范圍包括廢水處理系統(tǒng)、濾液收集系統(tǒng)、石膏及廢水旋流站及真空皮帶脫水系統(tǒng)、事故漿罐等。

（4）將冗余的一對PLC配置給每個(gè)分組。

3.1.3 主要功能系統(tǒng)

3.1.3.1 DAS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）

DAS對設(shè)備狀態(tài)信號及重要的與FGD有關(guān)的測點(diǎn)信號連續(xù)采集和處理，便于向操作人員進(jìn)行有關(guān)運(yùn)行信號的及時(shí)提供，完成FGD裝置經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行。一旦有異常工況出現(xiàn)，立即報(bào)警，使FGD裝置可利用率提高。其功能主要有：

（1）顯示，包括報(bào)警顯示、棒狀圖顯示、成組顯示、操作顯示等。

（2）記錄制表，包括跳閘一覽記錄、事故順序記錄、事故追憶記錄、定期記錄等。（3）檢索和存儲歷史數(shù)據(jù)。（4）計(jì)算性能。

3.1.3.2 SCS（順序控制系統(tǒng)）

SCS用于停止/啟動各子組項(xiàng)。所謂子組項(xiàng)，即工藝系統(tǒng)的某個(gè)設(shè)備組，如一臺風(fēng)機(jī)及其全部相關(guān)的設(shè)備。各子組項(xiàng)的停止、啟動可獨(dú)立進(jìn)行。全部的子組級程控實(shí)施自動順序操作，旨在在機(jī)組停止/啟動時(shí)，操作人員的常規(guī)操作減少。

3.1.3.3 MCS（模擬量控制系統(tǒng)）

對FGD系統(tǒng)，MCS通過控制調(diào)節(jié)，使得在整個(gè)鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷范圍內(nèi)，脫硫裝置實(shí)現(xiàn)自動跟隨鍋爐運(yùn)行。確保對負(fù)荷的變化，F(xiàn)GD系統(tǒng)穩(wěn)定和快速地滿足并保持運(yùn)行穩(wěn)定。

3.2 PLC硬件選型

考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在本套配置方案中，核心主站的工作方式是熱備方式。對系統(tǒng)的正常運(yùn)行，單塊CPU故障無影響。本系統(tǒng)約有3 000個(gè)控制點(diǎn)數(shù)，因此，選用CPU414_H型處理器模塊。即便在系統(tǒng)最忙時(shí)，在負(fù)荷率上，各個(gè)控制器CPU也不超過60%。網(wǎng)絡(luò)部分則采用驅(qū)動Redconnect V6.2和以太網(wǎng)卡CP1613，以實(shí)現(xiàn)在負(fù)荷率上，令牌網(wǎng)通訊總線不超過40%，以太網(wǎng)通訊總線不超過20%的目的。

4 結(jié)語

減少排放的二氧化硫的量，從而控制其對大氣的污染，已成為對大氣環(huán)境進(jìn)行保護(hù)的重要方式。濕法煙氣脫硫在控制硫化合物及硫方面已占據(jù)日益重要的位置，而將自動控制技術(shù)運(yùn)用到紡織業(yè)自備熱電廠濕法煙氣脫硫中，可使煙氣脫硫水平提高，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)。