燃煤煙氣脫氣態元素汞控制方案淺析

李小綿 楊燕 張線媚

摘 要：燃煤煙氣控制系統的主要任務就是減少環境污染，節省能源。在燃煤煙氣控制系統中普遍存在自動化水平低、成本高、運行不穩定等問題。在燃煤煙氣排入大氣前對汞含量有嚴格的要求，燃煤煙氣中汞的以顆粒狀、微顆粒狀以及氣態存在，其中煙氣中氣態元素汞的去除是技術難點，合理的煙氣出口溫度與液體試劑添加量是控制的關鍵。將組態軟件、可編程控制器、變頻器、工控機以及各類自動化儀表組成的復雜控制系統在脫汞系統中的應用會大幅度降低汞的排放，具有更好的效果。

關鍵詞：元素汞 復雜控制系統 PLC

中圖分類號：X701.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（c）-0004-02

環境污染控制的主要污染物之一就是汞及其化合物，燃煤鍋爐煙氣排放是環境污染的主要來源。國家對燃煤煙氣汞的排放有嚴格的要求，防治燃煤煙氣汞排放量的控制是重要的環保課題。燃煤煙氣脫汞方法主要有布袋除塵器、靜電除塵器、濕法脫硫裝置，其中布袋除塵器和靜電除塵器可以除去煙氣中的顆粒狀和微顆粒狀汞。濕法脫硫裝置可以除去煙氣中的離子狀態汞，但是元素汞不溶于水，不能去除，只有采用化學方法把氣態元素汞轉化為二價離子汞，然后進行脫除，才能減少汞元素的排放。氣態元素汞的轉化與煙氣出口溫度有密切關系，該文提出溫度與化學添加物復雜控制系統，能更好地脫去煙氣中的氣態元素汞，達到汞的排放標準，減少環境污染。

1 燃煤煙氣中氣態元素汞處理過程工藝流程

脫除煙氣中元素態汞，是在濕法脫硫過程的基礎上中加入少量的液體催化劑，增加汞的捕捉率，而且不影響脫硫塔的運行。具體工藝流程是：（1）首先制得吸收液，即脫汞劑的水溶液：脫汞劑包括次氯酸鈉、硫酸銅和添加劑，添加劑為碳酸氫鉀、硫酸鉀或過 硫酸鉀中的一種；（2）將上述吸收液霧化后噴入煙氣管道中，使元素態汞轉化為離子態汞；（3）最后將出煙管道排除的煙氣通入硫化物的溶液，直接吸收去除離子態汞。這種脫除元素態汞的方法，將元素態汞氧化為離子態汞除去，脫除效率高，大大減小了二次污染；將吸收液直接噴入煙氣管道，不用其他設備，投資和運行費用低。

燃煤煙氣中氣態元素汞處理工藝流程如圖1所示。根據化學處理工藝要求煙氣出口溫度及出口汞含量與添加汞離子轉換率之間有直接對應關系，因此，在設計過程中選擇煙氣出口汞含量為直接被控變量，煙氣出口溫度為附加被控變量，控制器選擇西門子PLC，操縱變量選擇催化劑添加量，加催化劑泵為執行器。

2 燃煤煙氣中氣態元素汞處理控制方案

為了提高脫汞控制系統的穩定性，以及提高系統的控制精度，需要在燃煤煙氣控制設備基礎上設計加入自動化儀表，實現自動化控制。將組態軟件與可編程控制器PLC、變頻器、工控機以及各類自動化儀表應用到系統中，實現控制過程各類參數的在線檢測和實時控制。

2.1 硬件配置

硬件配置主要采用西門子工控機，PLC S7-200 SMART、引風機、鼓風機、電動閥等，變頻器、溫度變送器、汞含量檢測儀等。各傳感器實時采集數據，變送器實時顯示、并將標準信號傳送給下位機，同時，實時數據在上位機上顯示。引風機、鼓風機、電動閥通過變頻器來控制其起停及運行頻率。

2.2 軟件配置

上位機監控軟件采用西門子WinCC軟件，下位機控制軟件采用西門子的STEP 7 V5.4，控制系統通訊采用PROFIBUS連接。

2.3 系統總體構成

系統總體結構如圖2所示，系統運行時，安裝在爐膛內的壓力傳感器、出口煙汞含量傳感器、出口溫度傳感器等實時采集數據，將數據傳送給變送器，變送器將采集到的信號轉換成4～20 mA的電流信號輸出給PLC的AI模塊，PLC通過PROFEIBUS總線傳送數據至上位機。基于WinCC開發的上位機軟件通過DataSocket技術對OPC server訪問，從而讀取PLC上所有開關量和模擬量數據，并根據用戶預設的控制要求，通過RS485總線方式控制變頻器頻率，進而調節引風機、鼓風機以及加催化劑泵的運行速度。利用變頻器條件引風機、鼓風機以及加催化劑泵電機，極大地減少了汞元素的直接氣體排放，節約了能源、同時提高了鍋爐的運行效率。

3 結語

為了節能減排保護自然環境的可持續發展，針對目前國家對燃煤煙氣排放標準要求的提供，就目前燃煤煙氣中降低氣態元素汞含量的技術難題，以及燃煤煙氣處理自動化程度地的現狀，該文提出了一種基于組態軟件WinCC和可編程控制器PLC技術的燃煤出口煙氣脫元素汞的自動控制系統方案。創新利用了煙氣出口溫度與液體試劑添加來脫除元素汞的技術，提高了汞的脫除率，節約了系統資源，提高了系統靈活性。該系統對推進節能減排的發展有著重要的影響。

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