自動(dòng)化燃煤除塵脫硫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

張 輝，王 曉，孟慶鋒

ZHANG Hui, WANG Xiao, MENG Qing-feng

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所 電物理中心，北京 100120）

0 引言

燃煤污染排放是造成我國(guó)大氣污染嚴(yán)重的主要原因，燃煤鍋爐排放的大氣污染物主要有煙塵、二氧化硫與氮氧化物，其中燃煤二氧化硫排放量占到二氧化硫排放量的90%以上。近幾年來(lái)，國(guó)家在“十一五”期間修訂并出臺(tái)了《大氣污染防治法》和《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，頒布了《國(guó)家環(huán)境保護(hù)“十一五”計(jì)劃》和《排污費(fèi)征收使用管理?xiàng)l例》，對(duì)二氧化硫排放要求進(jìn)一步嚴(yán)格化。

為適應(yīng)國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，保護(hù)熱力廠(chǎng)周?chē)a(chǎn)及生活環(huán)境，新建熱力廠(chǎng)對(duì)燃煤鍋爐尾氣裝備除塵脫硫設(shè)施，盡可能減少對(duì)環(huán)境的影響，即能收到良好的環(huán)境效益又能產(chǎn)生很好的社會(huì)效益。

圖1 除塵脫硫系統(tǒng)工藝流程圖

1 除塵脫硫工藝簡(jiǎn)介

燃煤鍋爐圍棋的治理，采用的是負(fù)壓干法袋式除塵及正壓濕式鎂法脫硫，目前是最先進(jìn)且應(yīng)用最廣泛的除塵脫硫技術(shù)。煙氣在經(jīng)過(guò)處理后將達(dá)到《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/139-2007）的排放限值，即：

煙塵排放濃度：≤10mg/m3

二氧化硫排放濃度：≤20mg/m3

1.1 工藝原理概述

干法袋式除塵是根據(jù)過(guò)濾原理，將鍋爐煙氣在引風(fēng)機(jī)負(fù)壓作用下送入低壓脈沖式袋式除塵器，利用纖維編織物制作的袋式過(guò)濾元件，捕集含塵氣體中固體顆粒物。塵粒在繞過(guò)濾布纖維時(shí)因慣性力作用與纖維碰撞而被攔截，細(xì)微塵粒受氣體分子沖擊（布朗運(yùn)動(dòng)）不斷改變著運(yùn)動(dòng)方向，由于纖維間的空隙小于氣體分子布朗運(yùn)動(dòng)的自由路徑，塵粒便與纖維碰撞接觸而被分離出來(lái)。此方法不受粉塵粒徑和鍋爐負(fù)荷變化的限制。

濕式鎂法脫硫則是：除塵后的潔凈空氣由引風(fēng)機(jī)送入高效脫硫塔，利用噴嘴產(chǎn)生的連續(xù)液滴與旋流煙氣發(fā)生高效率氣液對(duì)向接觸，在氣液兩相的傳質(zhì)、湍流、吸收和化學(xué)反應(yīng)中，通過(guò)吸收劑與煙氣中的SO2結(jié)合，并將其固定于穩(wěn)定的硫酸鹽中，再經(jīng)脫水裝置脫水后，除塵脫硫后的煙氣進(jìn)入煙囪排入大氣。

1.2 主要工藝及特點(diǎn)

除塵脫硫工藝流程主要包括：清灰系統(tǒng)、卸灰系統(tǒng)、輸排灰系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)，其工藝流程圖如圖1所示。

1.2.1 清灰系統(tǒng)

干法袋式除塵主體設(shè)備是袋式除塵器，采用離線(xiàn)除塵方式。在袋式除塵器內(nèi)置有短路閥，以備鍋爐非正常運(yùn)行下對(duì)除塵設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。由壓縮空氣及其后處理設(shè)備為袋式除塵器提供氣源，定阻或定時(shí)對(duì)濾袋進(jìn)行噴吹，將粉塵吹入灰斗內(nèi)。噴吹強(qiáng)度和頻率可調(diào)節(jié)。

1.2.2 卸灰系統(tǒng)

灰斗下部設(shè)有卸灰閥和防閉塞裝置（倉(cāng)壁振動(dòng)器）。定期打開(kāi)卸灰閥，通過(guò)刮板機(jī)將灰斗內(nèi)的積灰排入導(dǎo)料管。同時(shí)，在倉(cāng)壁振動(dòng)器的振動(dòng)作用下，消除灰斗內(nèi)物料起拱和粘結(jié)。

1.2.3 輸排灰系統(tǒng)

灰斗卸出的積灰通過(guò)刮板輸送機(jī)水平輸送到斗提，再由斗提垂直輸送到灰倉(cāng)，經(jīng)粉塵加濕機(jī)處理后落入灰車(chē)外運(yùn)。各設(shè)備由導(dǎo)料管連接，封閉運(yùn)輸無(wú)揚(yáng)塵。

1.2.4 脫硫系統(tǒng)

鍋爐煙氣經(jīng)袋式除塵器除塵后，由引風(fēng)機(jī)送入高效脫硫塔進(jìn)行濕法脫硫處理。脫硫塔塔底部設(shè)置脫硫循環(huán)罐，通過(guò)脫硫循環(huán)泵形成塔體自循環(huán)脫硫系統(tǒng)。脫硫劑由皮帶輸送機(jī)送至制備罐，經(jīng)攪拌后溢流至儲(chǔ)備罐。制備罐及儲(chǔ)備罐的補(bǔ)水由清水池的清水泵和自來(lái)水兩部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。

除塵脫硫后的煙氣經(jīng)脫水裝置脫水后，進(jìn)入煙囪達(dá)標(biāo)排放。

2 監(jiān)控系統(tǒng)概述

除塵脫硫監(jiān)控系統(tǒng)分兩大部分：

上位機(jī)部分是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的管理核心部分，是監(jiān)控系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的保證，用于控制方案選擇、參數(shù)修改，并對(duì)工藝運(yùn)行情況實(shí)時(shí)在線(xiàn)控制管理。以控制室工控機(jī)為主組成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。采用在線(xiàn)式不間斷電源裝置來(lái)供電。

下位機(jī)部分是自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制及信息處理核心部分，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的采集并按工藝要求進(jìn)行控制。由除塵系統(tǒng)（包含清灰系統(tǒng)、卸灰系統(tǒng)、輸排灰系統(tǒng)）、脫硫系統(tǒng)和計(jì)量系統(tǒng)等三個(gè)子系統(tǒng)組成，控制柜內(nèi)四套PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。

配電系統(tǒng)為整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)供電。

監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 監(jiān)控系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

3.1 系統(tǒng)主要檢測(cè)和控制項(xiàng)目

3.1.1 清灰系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)除塵器煙道前壓力、除塵器煙道后壓力的檢測(cè)，定阻或定時(shí)自動(dòng)地對(duì)除塵器進(jìn)行脈沖噴吹的清灰控制。檢測(cè)除塵器入口溫度，在鍋爐非正常運(yùn)行狀態(tài)下，自動(dòng)保護(hù)除塵設(shè)備。同時(shí)對(duì)脫硫塔入口溫度和壓力、脫硫塔出口溫度和壓力以及壓縮空氣壓力等進(jìn)行檢測(cè)。

3.1.2 卸灰系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)

檢測(cè)灰斗內(nèi)積灰料位和灰倉(cāng)料位信號(hào)，定時(shí)或定料位完成卸灰和輸灰的自動(dòng)控制。卸灰、輸灰必須同時(shí)進(jìn)行。

3.1.3 脫硫系統(tǒng)

通過(guò)檢測(cè)儲(chǔ)備罐液位和循環(huán)泵出口pH值，實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硫劑的自動(dòng)輸送和添加控制，以及攪拌罐的自動(dòng)補(bǔ)水，完成自動(dòng)脫硫控制。

3.2 計(jì)量系統(tǒng)的特點(diǎn)

各種工藝參數(shù)能否準(zhǔn)確計(jì)量，決定著除塵脫硫的操作及設(shè)備配置的形式，也是操作人員掌握除塵脫硫效果，并適時(shí)調(diào)節(jié)的依據(jù)，所以在計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們著重考慮了兩個(gè)方面：

3.2.1 節(jié)能降低能耗

除塵脫硫系統(tǒng)中，有如空氣壓縮機(jī)、脫硫循環(huán)泵等大功率的用電設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控這些設(shè)備的運(yùn)行工況，并在線(xiàn)計(jì)量其用電量，達(dá)到在保證除塵脫硫效果得前提下控制除塵脫硫成本的目的。

3.2.2 控制脫硫劑用量

脫硫劑添加適量是保證煙氣處理達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵之一。在整個(gè)系統(tǒng)中，在加藥皮帶輸送機(jī)旁設(shè)置了脫硫劑稱(chēng)重儀，裝有四個(gè)稱(chēng)重傳感器，確保稱(chēng)重準(zhǔn)確。在循環(huán)泵出口處設(shè)置了在線(xiàn)pH儀。在攪拌罐內(nèi)設(shè)置了密度計(jì)。實(shí)時(shí)查看脫硫劑添加量。掌握脫硫劑添加效果。

系統(tǒng)自動(dòng)采集溫度、壓力、流量、密度、液位、PH值等信號(hào)，對(duì)總用電量、15KW以上用電設(shè)備的用電量、用水量（流量）、脫硫劑用量（稱(chēng)重計(jì)量）等進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)量，并上傳至計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)。

3.3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)通過(guò)Modbus協(xié)議將各子系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)、采集的數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，并利用人機(jī)交互界面進(jìn)行可視化的數(shù)據(jù)顯示和控制。

監(jiān)控站監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)理念是依據(jù)除塵脫硫系統(tǒng)工藝流程，在人機(jī)交互界面上呈現(xiàn)系統(tǒng)全部設(shè)備、檢測(cè)儀表，以及運(yùn)行工況，創(chuàng)建各個(gè)子系統(tǒng)工藝參數(shù)表，方便操作者直觀(guān)查看各個(gè)工藝階段的設(shè)備狀態(tài)和讀取數(shù)據(jù)。

界面上同時(shí)設(shè)計(jì)了操作按鈕，操作者可利用這些按鈕在上位機(jī)上遠(yuǎn)程控制設(shè)備的啟停，這些按鈕均加裝了操作權(quán)限以防誤操作。

操作者可根據(jù)需要選擇查看不同子系統(tǒng)的參數(shù)表，也可以直接在界面上設(shè)定各系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)。所有參數(shù)表均可導(dǎo)出便于后臺(tái)處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

PLC控制系統(tǒng)的投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了各種過(guò)程控制和邏輯控制的功能，自動(dòng)化程度大大提高，改善了工作條件，減輕了工作強(qiáng)度，為燃煤煙氣的達(dá)標(biāo)排放提供了良好保證。隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，各個(gè)行業(yè)的工藝自動(dòng)化控制將會(huì)更加先進(jìn)和便于管理，對(duì)提高工作效率和節(jié)約成本方面將會(huì)起到更有效地作用。

圖3 除塵脫硫工程監(jiān)控系統(tǒng)工藝流程圖