宣鋼燒結機煙氣脫硫控制系統(tǒng)應用實踐

樊加樂

摘 要：隨著國家碳達峰碳中和政策的不斷發(fā)布，冶金行業(yè)對環(huán)?？刂频囊笤絹碓礁?。燒結和球團生產會產生大量的廢氣，實現(xiàn)環(huán)保排放是鋼鐵行業(yè)需要解決的重要課題。以宣鋼3號360 m2脫硫濕電除塵控制系統(tǒng)應用為背景，闡述了吸收塔液位調節(jié)、加熱器溫度閉環(huán)控制、沖洗水系統(tǒng)控制優(yōu)化、系統(tǒng)快速報警和及時預警的優(yōu)化應用等，為燒結機煙氣脫硫排放符合國家標準提供了可靠保障。

關鍵詞：燒結機；煙氣脫硫；控制系統(tǒng)；預警

APPLICATION PRACTICE OF FLUE GAS DESULFURIZATION CONTROL SYSTEM FOR XUANGANG SINTERING MACHINE

Fan Jiale

（Hegang Group Xuangang Environmental Protection Center? ? Xuanhua? ? 075100，China）

Abstract：Abstract： With the continuous release of the national carbon peak carbon neutrality policy， the metallurgical industry has increasingly high requirements for environmental protection control. Sintering and pellet production generate a large amount of waste gas， and achieving environmental emissions is an important issue that needs to be addressed in the steel industry. This article takes the application of the 3# 360 m2 desulfurization wet electrostatic dust removal control system at Xuangang as the background， and elaborates on the optimization of absorption tower liquid level regulation， heater temperature closed-loop control， flushing water system control optimization， system rapid alarm and timely warning， etc.， providing reliable guarantee for the sintering machine flue gas desulfurization emissions to meet national standards.

Key words： sintering machine; flue gas desulfurization; control system;? ?warning

0? ? 引? ? 言

宣鋼3號360 m2燒結機煙氣系統(tǒng)采用石灰石-石膏法一機一塔設計方案，最終實現(xiàn)SO2排放濃度小于100 mg/Nm3，但實際運行過程中還存在一定的缺陷。為了落實國家對環(huán)保的要求，減少煙氣中氮的排放，提升脫硫煙氣除塵的效果，煙氣系統(tǒng)增加了濕式電除塵及脫硝等設備。降低排放煙氣中的含氮、煙塵、酸霧、水滴、氣溶膠、臭味、PM2.5等有害物質，達到治理大氣粉塵污染的理想效果。

1? ? 改造技術方案

從PLC硬件的CPU到軟件的編程，從上位機到下位機，從現(xiàn)場設備到中間繼電器，從程序編寫到網絡結構的優(yōu)化，不斷地推進脫硫環(huán)?？刂葡到y(tǒng)的完善，達到預期的除塵效果。

1.1? ? 脫硫煙氣環(huán)保控制系統(tǒng)模擬量閉環(huán)調節(jié)控制應用

宣鋼3號燒結脫硫原有設計中對溫度、流量、振動、壓力、物位等關鍵模擬量控制系統(tǒng)都沒有實現(xiàn)閉環(huán)調節(jié)功能，導致控制操作環(huán)節(jié)和工藝參數(shù)控制掌握不精確、崗位人員勞動強度高、石膏副產品質量低等問題的出現(xiàn)。為此在使用傳統(tǒng)的PID控制基礎上增加模擬量控制數(shù)學模型，依托數(shù)學模型使得控制回路中各類控制參數(shù)在可控范圍內，保證控制系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定控制，促進環(huán)保排放的降低。

1）脫硫煙氣環(huán)?？刂葡到y(tǒng)吸收塔液位調節(jié)控制模型應用。

在宣鋼燒結機脫硫煙氣環(huán)?？刂浦薪⑽账a水液位調節(jié)模型算法。

在原設計手動補水方式的基礎上增加自動補水功能。高溫煙氣進入吸收塔反應后由于冷卻和飽和作用會帶走一部分水，使得漿液變稠，脫硫吸收效果變差。這部分損失掉的水，通過吸收塔上部的除霧器沖洗系統(tǒng)進行補充。當脫硫塔的液位低限報警時，打開除霧器沖洗管路上的電磁閥，向塔內補充工藝水以保持塔內液位在一定范圍內；當脫硫塔的液位低于低限時，停運塔底攪拌機和氧化風機；當脫硫塔的液位低于低低限時，停運循環(huán)泵和排漿泵。除霧器沖洗系統(tǒng)由18個電磁閥組成，每組5個，共三組兩級。每組下級除霧器的下面設有3個沖洗噴嘴，正常運行時下層除霧器的底面和頂面，上層除霧器的底面自動按程序輪流清洗各區(qū)域，它們是按一定的順序輪流開關，兩個工藝相鄰閥門之間的開啟間隔時間則是依據(jù)吸收塔液位來進行調節(jié)，吸收塔液位安裝有3個不同角度位置，可以隨意選取參考、取平均值或取單一數(shù)值，液位計選型為羅斯蒙特（Rosemount）公司的超聲波3100型號。

在宣鋼燒結脫硫項目的吸收塔液位調節(jié)算法中，有兩種補水辦法：

第一種手動補水，即人工設定補水時間和補水間隔（兩個時間有最大值公約數(shù)，即除霧器補水一個周期60 s），除霧器按照程序自動運行；

第二種就是自動補水，理想狀態(tài)就是煙氣所帶走的水量等于每次沖洗所能補充的水量。為了實現(xiàn)此PID補償器控制策略功能，設計了2個調節(jié)方式：a.首先是將吸收塔除霧器沖洗閥每次開閥沖洗的時間設定為常數(shù)180 s，主要調節(jié)吸收塔除霧器兩次沖洗的時間間隔，沖洗時間間隔隨著煙氣流入量的抬升或下降按百分比率波動而等比例逆向變化，即煙氣高時，間隔縮短；煙氣低時，間隔拉長。b.當實際液位離設定標準液位有較大偏差時，為了更好的迅速調節(jié)液位，增加了一個閾函數(shù)，意在使液位能夠盡快地收斂到設定值附近。在宣鋼燒結脫硫項目系統(tǒng)中，其基本原理是當吸收塔實際液位高于預先設定液位的偏差閾值時，吸收塔開閥沖洗周期180 s將調節(jié)為120 s，促使調節(jié)往收斂方向加速發(fā)展。液位偏差小于閾值時，開閥沖洗周期180 s將調節(jié)為300 s，當實際液位減設定液位絕對值在偏差閾值內時，沖洗周期不變，仍為180 s，這樣就能盡量減少除霧器沖洗噴嘴兩次沖洗的時間間隔的波動，能很好的控制吸收塔液位，補水效果得到很大改善。

2）脫硫煙氣環(huán)?？刂葡到y(tǒng)燒結機溫度閉環(huán)調節(jié)的應用。

燒結機溫度控制的好壞對脫硫煙氣環(huán)?？刂频男Ч挠绊懼陵P重要，適宜的燒結機溫度控制能夠激發(fā)脫硫劑的活性，形成均勻的霧化水霧落在脫硫劑顆粒表面，充分反應脫硫。宣鋼燒結機脫硫煙氣環(huán)保溫度控制采用控制加熱器的模式，利用加熱器溫度調節(jié)算法，實現(xiàn)高頻電源出口溫度控制的閉環(huán)調節(jié)，當反饋溫度達不到設定溫度時進行溫度補償，當反饋溫度超過設定溫度是加熱器可控硅進行調節(jié)。

在具體控制過程中設置在低于適宜溫度時，控制脫硫劑不能加水，達不到脫硫效果，甚至還可能導致脫硫劑結塊，體密度增加，造成提升機電流增加等不利情況。有時使燒結廢氣中的水蒸汽在脫硫過程中由于溫降結露而使灰塵粘附在脫硫布袋除塵器的布袋上，造成壓差升高脫硫困難。大煙道溫度高會造成脫硫塔內部生石灰脫硫劑中的水分過快蒸發(fā)，使脫硫反應時間變短，影響脫硫效果。宣鋼燒結機脫硫煙氣環(huán)保溫度控制的實踐中，燒結機溫度閉環(huán)調節(jié)，采用PID調節(jié)方法，將溫度控制在100 ℃至130 ℃之間。因為當燒結廢氣的溫度高于100 ℃時，廢氣中的水分基本上不會結露析出，但廢氣溫度超過120 ℃又會使脫硫效率變差。由于燒結機廢氣從大煙道到脫硫系統(tǒng)基本上有20 ℃溫降，因此根據(jù)生產經驗將燒結機煙道溫度控制在120～140 ℃較為合適，該措施提高脫硫效率3%以上。

1.2? ? 脫硫煙氣環(huán)?？刂葡到y(tǒng)雙控智能清洗除霧器順序沖洗實現(xiàn)

1）脫硫煙氣環(huán)保控制系統(tǒng)沖洗閥沖洗順控。

由于除霧器的工藝原理，在煙氣通過除霧器管道的過程中會導致煙氣中攜帶的水分、溶解的硫酸、硫酸鹽、煙塵等不斷的在除霧器管道上積累、疊加，導致除霧器工作效率的下降。

針對除霧器葉片上污垢積累導致工作效率下降的問題，對除霧器沖洗系統(tǒng)進行設備改造、控制方式調整、沖洗順序調整等方面的優(yōu)化改造。

通過對除霧器系統(tǒng)工藝原理研究后，決定對于除霧器沖洗系統(tǒng)進行設備優(yōu)化改造。

第一，將原有的沖洗系統(tǒng)進行分組分層改造。將原有的36個沖洗閥分兩組控制，第一組12個沖洗閥。第二組24個沖洗閥，同時將24個沖洗閥分為兩層，并將每一組沖洗閥按照6個一小組安裝一個集水器。改造后，除霧器的噴淋水在噴淋過程中，保持每一個集水槽只收集本小組噴淋管的水量，確保及時排出噴淋水，防止噴淋水把本小組的沖洗水流到下一層的除霧器葉片上。減少低層除霧器葉片污垢的堆積。

第二，考慮到底層除霧器葉片上的固體物質包括新生成的固體物質和上層上一個循環(huán)沖洗下的固體物質，因此，對于沖洗水的沖洗方式及順序進行調整。首先，用低壓水進行沖洗，除去除霧器葉片粘附的酸性沉積物，水沖洗可以沖走大量的酸性物。然后進行高壓水沖洗，沖洗長期積累下來的、不能通過低壓水清除的黏附物。其次，對除霧器沖洗閥的沖洗順序進行調整。沖洗順序由原先的先上部到下部沖洗，改為從下部到上部的沖洗順序。

2）脫硫煙氣環(huán)?？刂葡到y(tǒng)除霧器沖洗閥自主控制。

除霧器沖洗系統(tǒng)應能夠對除霧器進行全面沖洗，不能有未沖洗到的表面。沖洗水的壓力應進行監(jiān)視和控制，沖洗水母管的布置應能使每個噴嘴基本運行在平均水壓。改造前是使用40個沖洗閥順序沖洗，出現(xiàn)問題：a.沖洗效果不好，沒有重點沖洗，設定時間一樣。b.閥體太多，成本比較高。c.順序沖洗，如果一個閥體出現(xiàn)問題，或者沒有接受到開關到位信號就會影響沖洗順序實現(xiàn)。d.水壓問題，閥體大多水壓不夠?，F(xiàn)在增加高頻電源電場除塵設備，修改程序為上下兩層沖洗，分頂部沖洗四個閥和底部沖洗12個閥，很大程度的減少了沖洗閥的用量，節(jié)約了成本。通過計數(shù)器功能，時間塊功能實現(xiàn)順序控制。時間控制能實現(xiàn)閥體故障的跳躍功能，當一個閥體出現(xiàn)故障沒有排除的情況下，實現(xiàn)對下一個閥體的時間觸發(fā)功能，節(jié)約時間，保證沖洗效果和除塵效果。

3）脫硫煙氣環(huán)?？刂葡到y(tǒng)快速報警和及時預警應用。

對各類報警狀態(tài)的研判作出功能定義，縮短運行人員進行綜合判斷的時間，通過正向的正確引導和反向的提醒限制，達到及時消除異常、防止事故擴大和減少事故的目的。將重點監(jiān)控閥組（如煤氣切斷閥、拉桿閥、冷風閥）的開關命令輸出后，現(xiàn)場閥組反饋回的到位信號和命令的邏輯運算結果的時間值作為閥組開關故障報警實現(xiàn)報警快速定位，快速報警適用于大部分的設備啟停狀態(tài)的數(shù)字點報警。事故預警報警邏輯為，當采集到脫硫現(xiàn)場實時系統(tǒng)新的數(shù)據(jù)時，將每個新數(shù)據(jù)和報警定值進行測試比較，然后決定綜合的報警狀態(tài)集。這種方式既適合單點報警，也適合比較復雜的邏輯組合報警。比較的輸出包括高報、低報、高高報、低低報等，報警和預警的思路一致，充分利用實時數(shù)據(jù)庫的強大功能，建立顏色分級預警體系促進脫硫煙氣的安全穩(wěn)定高效運行。

4）脫硫煙氣環(huán)?？刂谱詣友訒r故障反饋控制實現(xiàn)。

在啟動的對列塊前增加一個時間選擇的塊，對列是根據(jù)時間來自動發(fā)出啟動設備的命令的，通過對這個時間控制來準確的判斷要啟動的設備的啟動時間，這個功能塊是通過設備的運行反饋來判斷這個設備是否運行，從而賦值0S還是正常的啟動時間。在線狀態(tài)可以直接在對列塊的時間里看到要賦值的時間是多少。這樣就可以跳過正在運行設備去啟動上游的設備。運行反饋都可以加3 s左右的延時關功能，可以避免因運行閃斷造成停機的現(xiàn)象。

2? ? 改造效果

脫硫煙氣環(huán)保控制系統(tǒng)改造完畢后，全面投入使用，降低煙氣中氮、煙塵、酸霧、水滴、氣溶膠、臭味、PM2.5等有害物質的含量，確保脫硫塔排放的煙氣符合國家環(huán)保標準；報警信號的整合、快速報警點位及預報警功能實現(xiàn)，處理，為生產的穩(wěn)定提供了可靠保障。2020年3月脫硫濕電除塵自控系統(tǒng)改造完畢，全面投入使用，降低煙氣中氮、煙塵、酸霧、水滴、氣溶膠、臭味、PM2.5等有害物質的含量，確保脫硫塔排放的煙氣符合國家環(huán)保標準；報警信號的整合、快速報警點位及預報警功能實現(xiàn)，方便了維修人員對故障原因查找及崗位人員對設備隱患的提前預知處理，為生產的穩(wěn)定提供了可靠保障。

按煙氣排放影響燒結機停機率減少90%計算，即每年減少30 h計算，年凈效益為：一臺燒結機每年的效益為一臺360 m2燒結機產量11 500 t/d÷24 h×30 h×停機損失0.004萬元/t=57.5萬元/a。2019年3月以后，本次改造項目逐步在宣鋼三臺燒結機投入運行。三臺燒結機每年的效益為57.5萬元/a× 3臺=172.5萬元。

3? ? 結? ? 語

脫硫煙氣環(huán)?？刂葡到y(tǒng)完成至今，自動化運行率達到99.7%，是宣鋼大型燒結機、球團穩(wěn)定運行，實現(xiàn)宣鋼大型化、集約化的有力保障，為燒結礦的品質和產量提高打下了夯實的基礎。該項目的改造成功，對宣鋼燒結、球團脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，起到了標桿和示范作用。其改造準備、改造方法、測量方法等在同行業(yè)中都具有很好的借鑒和推廣價值。

參考文獻

[1]? ? 王春生，徐艷陽，曹衛(wèi)華，等.燒結煙氣脫硫塔頂溫度前饋-反饋模糊控制策略[J].中南大學學報（自然科學版），2012，43（8）：3039-3045.

[2]? ? 曹美杰，張海忠，肖連娟，等.冶金電廠煙氣脫硫控制系統(tǒng)優(yōu)化[J].河北冶金，2022（1）：73-78.