鋁用陽(yáng)極焙燒干式超凈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李宏楨

摘? 要：文章介紹了基于循環(huán)化流化床的DSC-A50煙氣循環(huán)流化床干式超凈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介紹了控制系統(tǒng)主要配置和關(guān)鍵控制回路設(shè)計(jì)。希望通過(guò)文章的介紹，可以為相關(guān)人士提供一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：鋁用陽(yáng)極;焙燒;循環(huán)流化床;干式超凈;控制系統(tǒng);回路

中圖分類號(hào)：TF046.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）36-0030-03

Abstract： This paper introduces the design of dry super-clean control system of DSC-A50 flue gas circulating fluidized bed based on circulating fluidized bed， and introduces the main configuration of control system and the design of key control loop. In the hope that through the introduce of the article， we can provide some reference for the relevant people.

Keywords： aluminum anode; roasting; circulating fluidized bed; dry super clean; control system; loop

1 工藝流程簡(jiǎn)介

鋁用陽(yáng)極主要原料為煅后石油焦和瀝青。原料經(jīng)過(guò)特定比例混合成型，在敞開(kāi)式焙燒爐按設(shè)定的升溫曲線進(jìn)行高溫焙燒得到預(yù)焙陽(yáng)極。有時(shí)原料中也會(huì)加入殘極。經(jīng)焙燒后的煙氣中含有粉塵、焦油、氟化物、SO2及NOX等污染氣體[1]。

焙燒煙氣成分較為復(fù)雜，煙氣中包含的污染物組分多、粘結(jié)性強(qiáng)，且存在易發(fā)生著火等特點(diǎn)。其特殊的煙氣特性使得焙燒煙氣治理成為行業(yè)的難題。福建龍凈干法團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了基于循環(huán)化流化床的DSC-A50煙氣循環(huán)流化床干式超凈技術(shù)，并成功應(yīng)用于山東某鋁用陽(yáng)極有限公司82kt/a陽(yáng)極生產(chǎn)線。

DSC-A50煙氣循環(huán)流化床工藝無(wú)需設(shè)置電捕除塵器。焙燒車間來(lái)的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)煙道直接引至吸收塔。高溫?zé)煔馀c吸收劑、脫硫灰在吸收塔進(jìn)口段充分預(yù)混合，并完成吸收劑與HCL、HF的反應(yīng)。然后煙氣經(jīng)吸收塔文丘里管加速后進(jìn)入循環(huán)流化床床體。氣固兩相流機(jī)制極大強(qiáng)化了氣固間的傳質(zhì)與傳熱，從而保證循環(huán)流化床的高脫硫率和脫硝率。瀝青煙在循環(huán)流化床高密度床中被吸收劑吸附、補(bǔ)集后從而被脫除。凈化后的煙氣從吸收塔頂部側(cè)向排出進(jìn)入脫硫后布袋除塵器進(jìn)行除塵。除塵后的凈煙氣通過(guò)脫硫引風(fēng)機(jī)排往煙囪。工藝流程圖如圖1所示。

2 控制系統(tǒng)主要配置

本項(xiàng)目控制系統(tǒng)采用浙江中控JX-300XP系統(tǒng)，軟件版本為AdvanTro-Pro V2.7，設(shè)置一對(duì)冗余控制器，一臺(tái)工程師站和兩臺(tái)操作員站，網(wǎng)絡(luò)及電源系統(tǒng)冗余配置。

3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

AdvanTro-Pro具有控制算法組態(tài)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)圖形組態(tài)與語(yǔ)言組態(tài)的結(jié)合，功能強(qiáng)大[2]。本項(xiàng)目控制邏輯組態(tài)采用基于功能塊圖（FBD）的圖形化設(shè)計(jì)，自定義功能塊采用ST語(yǔ)言編寫(xiě)和封裝，便于移植與應(yīng)用。

焙燒煙氣控制系統(tǒng)根據(jù)工藝流程主要包含煙氣系統(tǒng)、吸收劑供應(yīng)系統(tǒng)、物料循環(huán)系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、布袋除塵系統(tǒng)、脫硫灰外排系統(tǒng)、COA脫硝系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等。本文簡(jiǎn)要描述煙氣系統(tǒng)、物料循環(huán)系統(tǒng)和工藝水系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)及控制回路設(shè)計(jì)。

3.1 煙氣系統(tǒng)

由于焙燒爐的工藝特點(diǎn)，焙燒爐在一個(gè)火焰周期結(jié)束后需進(jìn)行一次移爐操作。在移爐過(guò)程中存在環(huán)形煙道后匯總煙道壓力、煙氣溫度和煙氣量波動(dòng)的情況，其中煙氣溫度伴隨移爐呈周期性變化。煙氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩個(gè)控制回路，一是吸收塔入口煙氣壓力控制回路，二是清潔煙氣再循環(huán)控制回路。

由于沒(méi)有設(shè)置電捕除塵器，煙氣由焙燒爐環(huán)形煙道匯總煙道通過(guò)煙道直接接入吸收塔。沒(méi)有了電捕除塵器的緩沖，吸收塔入口壓力的波動(dòng)將直接導(dǎo)致到環(huán)形煙道匯總煙道壓力的波動(dòng)。倘若環(huán)形煙道匯總煙道壓力波動(dòng)大，容易導(dǎo)致高溫?zé)霟岬奶畛淞蠌臓t墻縫抽入煙道，可能導(dǎo)致著火。吸收塔入口煙氣壓力控制回路采用常規(guī)PID控制回路，通過(guò)調(diào)整引風(fēng)機(jī)頻率來(lái)控制吸收塔入口壓力。吸收塔入口壓力控制與清潔煙氣再循環(huán)回路控制聯(lián)動(dòng)，保證了吸收塔入口壓力的穩(wěn)定。

清潔煙氣再循環(huán)控制回路根據(jù)吸收塔入口煙氣量的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。調(diào)整時(shí)若吸收塔入口壓力波動(dòng)超過(guò)設(shè)定范圍，清潔煙氣再循環(huán)風(fēng)擋暫停調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整吸收塔入口煙氣量的同時(shí)保證吸收塔入口壓力的穩(wěn)定。

為了盡快發(fā)現(xiàn)環(huán)形匯總煙道至吸收塔入口之間的煙道發(fā)生著火現(xiàn)象，本項(xiàng)目在焙燒車間至吸收塔入口的煙道設(shè)置多個(gè)關(guān)斷風(fēng)擋和煙氣溫度測(cè)量裝置。煙氣溫度測(cè)量裝置將檢測(cè)到的數(shù)值傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，控制系統(tǒng)通過(guò)判斷溫度變化率及溫度值，判斷煙道是否著火。當(dāng)系統(tǒng)判斷煙道著火時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)滅火程序。

3.2 物料循環(huán)系統(tǒng)

物料循環(huán)系統(tǒng)包括灰斗流化風(fēng)機(jī)、斜槽流化風(fēng)機(jī)和物料循環(huán)調(diào)節(jié)閥等。物料循環(huán)系統(tǒng)包含了吸收塔床層壓降控制回路。吸收塔床層壓降控制回路采用PID控制算法。PID具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高和魯棒性好的顯著優(yōu)點(diǎn)。圖2為吸收塔床層壓降PID控制回路框圖。

床層壓降反映了吸收塔內(nèi)物料顆粒的量，保持塔內(nèi)床層壓降的穩(wěn)定即維持吸收塔內(nèi)一定的物料顆粒濃度，保證煙氣中的污染物可以被顆粒中的吸收劑所吸收。由于吸收塔內(nèi)顆粒濃度無(wú)法直接測(cè)量，采用了簡(jiǎn)單的軟測(cè)量技術(shù)。通過(guò)測(cè)量吸收塔進(jìn)出口的吸收塔總體壓降，然后減去僅僅由煙氣通過(guò)時(shí)吸收塔的壓降即空床壓降，從而間接測(cè)量出吸收塔床層壓降。吸收塔空床壓降采用煙氣流量-吸收塔空床壓降模型，模型參數(shù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)整定。本項(xiàng)目吸收塔空床壓降模型曲線如圖3。

系統(tǒng)投運(yùn)初期，移爐過(guò)程中排煙架抬起時(shí)焙燒爐出口匯總煙道壓力波動(dòng)大，且煙氣量波動(dòng)大，導(dǎo)致床層壓降波動(dòng)大。通過(guò)規(guī)范移爐操作，調(diào)整清潔煙氣再循環(huán)控制回路參數(shù)，移爐過(guò)程中焙燒爐出口匯總煙道壓力波動(dòng)減小，吸收塔床層壓降穩(wěn)定，確保了裝置的正常穩(wěn)定運(yùn)行（見(jiàn)圖4）。

3.3 工藝水系統(tǒng)

敞開(kāi)式焙燒爐的煙氣排煙溫度呈周期性變化，剛接上排煙罩時(shí)，由于火道溫度低，因此排煙溫度也低，到一個(gè)火焰周期（24～30h）結(jié)束時(shí)，火道溫度升到最高[3]，此時(shí)排煙溫度最高。本項(xiàng)目移爐前煙氣溫度達(dá)到最高，移爐后煙氣溫度迅速降低，移爐前后吸收塔入口煙氣溫度差值可達(dá)30℃。

由于吸收塔入口煙氣溫度隨著移爐操作，呈周期性變化且溫差大。為適應(yīng)煙氣溫度波動(dòng)，本項(xiàng)目吸收塔出口溫度控制采用設(shè)定值自動(dòng)跟隨吸收塔入口煙氣溫度自動(dòng)調(diào)整，調(diào)整噴入吸收塔的水量，保證了系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的溫度窗口（見(jiàn)圖5）。

本項(xiàng)目經(jīng)過(guò)單調(diào)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)和168試運(yùn)行后，于2018年1月正式投運(yùn)。系統(tǒng)投運(yùn)后連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)環(huán)保比對(duì)，煙囪煙氣SO2、NOX和煙塵排放均達(dá)到超低排放指標(biāo)，排放濃度分別低于35mg/Nm3、50mg/Nm3和5mg/Nm3。針對(duì)焙燒煙氣特點(diǎn)開(kāi)發(fā)的DSC-A50煙氣循環(huán)流化床干式超凈控制系統(tǒng)在保障煙氣凈化裝置穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)鋁工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，河南省等地方也發(fā)布了《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見(jiàn)稿），2021年1月1日起，所有位于河南省轄市建成區(qū)的鋁工業(yè)企業(yè)的所有生產(chǎn)工序，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50mg/Nm3。DSC-A50煙氣循環(huán)流化床干式超凈技術(shù)將會(huì)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。本文開(kāi)展了DSC-A50煙氣循環(huán)流化床干式超凈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究。針對(duì)焙燒煙氣量和溫度變化大的工況，實(shí)現(xiàn)了煙氣量和吸收塔出口溫度在自動(dòng)控制，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化水平;針對(duì)焙燒煙氣著火進(jìn)行了初步研究，為DSC-A50煙氣循環(huán)流化床干式超凈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃糧成.陽(yáng)極焙燒爐煙氣成分分析及防治[J].中國(guó)有色冶金，2008（5）：7-10.

[2]AdvanTrol-Pro V2.70系統(tǒng)軟件應(yīng)用入門(mén)手冊(cè)[Z].

[3]溫作仁.敞開(kāi)式陽(yáng)極焙燒爐的煙氣（三）[J].輕金屬，2006（12）：54-58.