垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣處理自動控制系統的設計及應用

趙巧榮 戴勇進

摘 要：該文結合垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣處理系統的設計及應用，介紹了SNCR、石灰漿、活性炭、布袋除塵、飛灰固化等煙氣凈化系統自動控制設計的主要技術特點及應用成果，為垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化處理提供參考。

關鍵詞：垃圾焚燒 煙氣凈化 SNCR 石灰漿 活性炭 布袋除塵 飛灰固化

中圖分類號：TK32 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（c）-00-01

1 簡述

生活垃圾對環(huán)境的污染已成為一個嚴峻的社會問題，對其處理應遵循“減量化、無害化和資源化”原則。通過焚燒發(fā)電處理生活垃圾是目前普遍采用的方法，但焚燒產生的煙氣中含有大量的污染物，如不經控制和處理直接排放，會對周圍環(huán)境造成嚴重的污染。因此，生活垃圾焚燒工程的關鍵是焚燒控制和煙氣處理，煙氣達標排放是首要

任務。

2 控制策略的設計

我公司擁有4套處理能力為600 t/天的馬丁SITY2000垃圾焚燒爐。其煙氣處理系統采用半干式煙氣處理裝置，包括以下幾個部分：SNCR、石灰漿、活性炭、布袋除塵、飛灰固化等。

2.1 SNCR的自動控制

SNCR脫硝系統是把尿素稀溶液做為還原劑噴入爐膛溫度850-1100 ℃的區(qū)域，還原劑迅速熱分解出NH3并與煙氣中的NOx進行反應生成N2和H2O，該方法以爐膛為反應器。主要化學反應為：

整個SNCR脫硝系統是按照如下四個模塊進行設計：（1）稀釋水模塊。（2）計量混合模塊。（3）噴射模塊。（4）控制模塊。還原劑的需要量取決于在連續(xù)反應溫度下需要去除的NOx的數量。在自動模式下，還原劑量設定值通過氮氧化合物控制器實現。該控制器由平行連接的兩個P調節(jié)器組成，一個P調節(jié)器平均每半小時接收氮氧化合物，另一個P調節(jié)器平均每天接收氮氧化合物，這些平均值均為實際值。除氮氧化合物的平均值外，兩個調節(jié)器均還會收到設定值，設定值為要得到的氮氧化合物值的90%左右。兩平均值每三分鐘更新一次，P調節(jié)器顯示的是所要達到的氮氧化合物設定值的最大偏值，用作計算還原劑量的依據。通過計算得到的還原劑量用作控制閥的設定值，控制閥的實際值則作為還原劑流量計的輸出信號，由還原劑量控制器發(fā)出的控制信號直接作用于還原劑控制閥。

2.2 石灰漿的自動控制

石灰漿經噴霧塔霧化后，很大的霧化表面積的石灰漿與煙氣充分混合，發(fā)生化學反應和傳熱過程，酸性氧化物與堿性物質作用生成穩(wěn)定的硫酸鹽及氯化鹽，生成的產物以干態(tài)部分回收，部分送入除塵器，以達到除塵和脫硫的目的。石灰漿主要化學反應為：

SO2+Ca（OH）2→CaSO3+H2O

Cl2+Ca（OH）2→CaCl2+H2O

2 hF+Ca（OH）2→CaF2+H2O

整個石灰漿系統是按照如下六個模塊進行設計：（1）石灰漿制備、儲存及輸送模塊。（2）稀釋水模塊。（3）計量混合模塊。（4）霧化模塊。（5）酸洗模塊。（6）控制模塊。進噴霧塔的稀釋水是通過噴霧塔出口煙氣溫度來自動調節(jié)，石灰漿是通過噴漿前/噴漿后的控制回路進行控制，主要按照以下公式進行。

式中：FC石灰漿噴入量，FQ干煙氣流量，CC石灰漿濃度，α期望的論量系數，HCL1為HCL入口濃度，SOx1為SOx入口濃度，HCL2為HCL出口濃度對應的石灰漿流量，SOx2為SOx出口濃度對應的石灰漿流量，A=PID（HCL2）值在0～0.5之間，B=PID（SOx2）值在0～0.5之間：喂料前的調整與喂料后的PID控制器的輸出有關系；A和B趨近于0變化很小。

2.3 活性炭的自動控制

活性炭粉末作為吸附劑通過壓縮空氣氣動輸送到噴入煙氣中用以吸附其中的汞、重金屬和二惡英等。整個活性炭系統是按照如下四個模塊進行設計：（1）活性炭的儲存和輸送模塊。（2）活性炭計量模塊。（3）活性炭噴射模塊。（4）控制模塊。計量模塊將計量斗以及整個給料機構做為一個整體進行稱量。隨著活性炭從計量斗流出，控制系統算出單位時間內計量斗內活性炭減少的重量，再通過濾波、優(yōu)化處理，得出活性炭的實際流速，同時控制系統會將此給料速度與預設的給定速度比較，并將比較結果計算后反饋給給料機構以自動修正給料速度，形成閉環(huán)控制，以此讓實際流速無限接近給定流速，從而達到控制要求。

2.4 布袋除塵的自動控制

布袋式除塵器在整個煙氣處理系統中起著非常重要的作用：（l）將煙氣與塵粒和固態(tài)物質分離。（2）殘留酸性氣體的中和及污染物吸附的二次反應。

整個布袋除塵系統是按照如下四個模塊進行設計：（1）箱體模塊。（2）清灰模塊。（3）輸灰模塊。（4）控制模塊。

自動控制系統可以按照定時和差壓兩種方式對布袋進行清灰。定時清灰是一種按人工設定的時間周期循環(huán)進行清灰的工作方式；壓差清灰是當系統阻力增加到一定程度后，使除塵器進出口的壓差變大，當此壓差達到設定值時，除塵器自動啟動清灰系統。

2.5 飛灰固化的自動控制

布袋清理出的飛灰送入儲倉后，由固化系統把飛灰、水泥、螯合劑及水在螯合混煉裝置內混合，飛灰中的重金屬類與螯合劑反應，生成螯合物從而被穩(wěn)定化。

整個飛灰固化系統是按照如下四個模塊進行設計：（1）固態(tài)模塊（包括飛灰、水泥）。（2）液態(tài)模塊（包括螯合劑、水）。（3）混合模塊。（4）控制模塊。飛灰螺旋輸送機按照設定值定量輸送飛灰至混煉裝置，水泥、螯合劑、水等按照設置好的配方自動跟蹤飛灰量，按比例輸送至螯合混煉裝置。

3 控制系統實現

3.1 控制系統硬件配置

自動控制系統分別為：（1）SNCR PLC控制系統，一個S7300主站及四個ET200遠程站；（2）石灰漿、活性炭、噴霧塔DCS控制系統，一個和利時DCS控制站；（3）布袋除塵PLC控制系統，每臺焚燒爐對應一個S7300主站；（4）飛灰固化PLC控制系統，一個S7300主站。

3.2 控制系統軟件配置

所有系統與中控室DCS通過Profibus DP協議通訊，所有控制策略及操作均在中控室實現。工控計算機和組態(tài)軟件可實時顯示全廠煙氣處理流程圖、設備運行狀態(tài)、報警信息等，并且將運行參數、運行記錄、控制、報警、故障等歷史數據儲存在硬盤中。

4 結語

該文簡述了垃圾焚燒產生的廢氣的危害，分析了自動控制系統在實現垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣處理中的重要性、控制難點及控制思路，通過自動控制系統實現了我廠煙氣處理過程中廢氣的有效控制，煙氣排放能夠達到歐盟環(huán)保標準。

參考文獻

[1] 胡壽松.自動控制原理[M].北京：科學出版社，2011。