自動控制技術在紡織業自備熱電廠煙氣濕法脫硫中的應用

吳立新

[互太（番禺）紡織印染有限公司，廣東廣州 510000]

燃煤發電鍋爐每日將大量煙氣排出，煙氣中二氧化硫、氮氧化物、煙塵是重要的導致大氣污染的污染源之一。當前，國內煙氣超潔凈排放技術主要采用高壓靜電除塵器(High voltage electrostatic precipitator)、SNCR系統煙氣脫硝、煙氣濕法脫硫(Flue gas desulfurization by wet method)來對鍋爐煙氣二氧化硫、氮氧化物、煙塵等進行治理。煙氣濕法脫硫指將硫氧化物從煙道氣或其他工業廢氣中除去。

隨著社會經濟的快速發展，人們生活水平得到了提升。在生活越來越充實的今天，越來越多的人開始關注地球的大氣環境，社會各界人士開始重視并關注環境污染問題。在生產中，各個紡織印染公司不得不考慮低消耗和低排放這一重要問題。而脫硫自動化控制的實現，不但可以保證系統安全、經濟運行，還可提高脫硫水平。

1 解析濕法煙氣脫硫

1.1 煙氣濕法脫硫的概念

依照不同的漿液洗滌劑，濕法煙氣脫硫(以下簡稱FGD)技術分為雙堿法煙氣脫硫技術和石灰/石膏法脫硫技術。濕法煙氣脫硫系統在煙道的末端，必須經過加熱，才能將脫硫后的煙氣排出去，因為脫硫過程中的反應溫度比露點低。其中，石灰石膏法脫硫系統具有脫硫添加劑利用率高、效率高、脫硫反應速度快的優點，因此，最適合工業電站應用。

1.2 濕法煙氣脫硫的原理

濕法煙氣脫硫可分為化學和物理兩種。化學反應不存在于脫硫過程中，物理過程指只是單純進行氣體吸收，并溶解于液體的過程，反之便是化學過程。氣液平衡決定了物理吸收的程度，若溫度越高，越少吸收氣體。由于受外界溫度的影響，物理吸收速率較低，因此，目前進行脫硫時很少用物理過程。液體中的成分與被吸收氣體產生了化學反應即化學吸收的過程，在反應過程中，溶液表面被吸收氣體的分壓降低了，吸收過程的推動力提高了，被吸收氣體的氣相分壓降低了，吸收效率便得到了提高。因此，該技術對煙氣脫硫能起到理想的效果，較常見于大中型工廠。

1.3 煙氣超潔凈排放中脫硫技術應用的重要性

煙氣超潔凈排放技術指的是將煙氣中的主要是指SO、SO2等硫及其化合物、NOX、煙塵除去，使人們生活、生產中形成的二氧化硫等對地球環境造成污染的硫及其化合物減少。我國是消耗煤炭的大國。煤炭燃燒所釋放的有害氣體及產生的有害物質造成的危害很大。在要求經濟發展的同時，我國也在強調對環境進行保護的重要性。在燃煤發電鍋爐排放煙氣的脫硫問題的解決上同樣不容小覷。

2 紡織業自備熱電廠濕法煙氣脫硫工藝介紹

紡織業自備熱電廠濕法煙氣脫硫工藝見圖1。

圖1 濕法煙氣脫硫工藝流程圖

鍋爐煙氣排放：煤燃燒產生的主要污染物SO2、NOX、煙塵等。

干式靜電除塵器原理：由陽極鋼板構成陽極，由芒刺線構成陰極，加上直流高壓后，電場中產生電暈，使煙塵粒子帶上電荷，帶負電荷的塵粒飛向陽極板，聚集在極板上并放出電荷，間隔一定時間后用振打錘敲擊陽極板，使聚集在陽極板上的煙塵落入灰斗。帶正電的塵粒同樣聚集在陰極線上，振打后落入灰斗，除去煙氣中煙塵，除塵后煙氣含塵質量濃度約為80mg/Nm3。

SNCR脫硝系統原理：選擇性非催化還原法脫硝，在鍋爐850～1 100℃溫度區噴入氨水或尿素，把NOX還原為N2和H2O, 經過脫硝裝置后NOx質量濃度≤81mg/Nm3。

SNCR系統煙氣脫硝過程是由下面4個基本過程完成：一，接收和儲存還原劑；二，在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑；三，還原劑的計量輸出、與水混合稀釋；四，還原劑與煙氣混合進行脫硝反應。

脫硫系統是用石灰循環漿液在脫硫塔內吸收二氧化硫（SO2）反應后生成亞硫酸鈣（CaSO3-1/2H2O），然后用空氣把亞硫酸鈣氧化成穩定的容易脫水的硫酸鈣（calcium sulfate-石膏）。脫硫漿液是通過循環池循環使用的[1-3]。

濕法靜電脫硫除塵器原理：與干法靜電除塵器相似，但凈化的是脫硫后濕煙氣，由陽極筒和芒刺線構成電場，通上直流高壓電后，在電場內使水霧和微塵粒帶電，帶電微粒飛向陽極筒和陰極線，聚集在極筒極線上，水霧形成水流，水流把塵粒帶入塔底，然后排出塔外，把脫硫煙氣中的微塵（PM10～PM2.5）、比SO2的毒性更高且具有強腐蝕性的SO3氣溶膠、汞及其化合物脫除。

3 自動控制技術在濕法煙氣脫硫中的應用

紡織業自備熱電廠濕法煙氣脫硫是全煙氣脫硫的主流方法之一，它的控制系統實現的功能為：綜合考慮煙氣流量、煙氣濃度、鍋爐負荷、循環池pH、液位及密度、濕電塔溫度、脫硫塔溫度等情況，實現各類閥門（氣動閥、電動閥）、水泵（石灰乳液泵、循環泵、冷卻泵、真空泵、濾液泵、石膏泵、濾布沖洗泵等）、石灰輸送機、出渣機、旋流器、真空皮帶機等設備的自動控制，并實時采集脫硫前后的煙氣中SO2、NOX及煙塵的濃度，各成分排放總量、濕度、煙氣溫度和含氧量等，以及系統中各重要設備電氣參數，對其進行狀態監視和報警，達成熱電廠煙氣脫硫系統的數字化管理和自動化控制[4]。

3.1 系統總體方案

在以往的控制方案中，通常對于控制器部分采用的是DCS系統(集散控制系統－Distributed Control System)。而本控制系統則可采用PLC（可編程邏輯控制器），完成對紡織業自備熱電廠FGD裝置的漿液制備、煙氣系統、吸收塔系統、氧化空氣系統、濾液及工藝水系統、石膏及廢水旋流站系統、脫水系統以及FGD系統的工廠用電、硫變壓器等電氣設備等的統一保護、聯鎖、報警、控制、監視，以及FGD的性能、效率計算等，保證FGD經濟、可靠、安全地運行。控制系統采用OLC主要優勢有如下3點。

一，成本降低，較之DCS，PLC在價格上優勢明顯。系統本身的成本降低許多。同時，由于除主機外，電廠外圍輔機系統大多采用的是PLC控制系統。在備件備品上，脫硫控制系統可與其他輔機控制系統的通用，使備件備品的數量和種類降低，整體成本費用從而減少。二，構建系統簡便。構建PLC簡單得多，整個工期時間段，且需要人員少。三，易于維護。PLC的日常維護及編程簡單不少。

3.1.1 硬件組成

該控制系統由通訊線路、就地執行設備、下位機（電源配電柜、繼電器柜、端子柜、控制模件柜等），及上位機（打印機、交換機、服務器和工程師站、操作員站等）。圖2所示的是系統總體結構。

圖2 PLC控制系統的總體結構圖

上位機主要實現以下功能：

（1）對各現場設備的狀態進行顯示。

（2）設定參數，維護工程師邏輯組態，及輸出操作員行為指令等。

（3）計算系統的性能。

（4） 采集、存儲及管理數據。

PLC作為下位機，對各分站點，以單元分散控制的形式加以控制。其實現的功能主要有：

（1）對各個現場設備的數字量及模擬量信號進行讀取；

（2）對全廠輔網或本系統上位機發送的控制指令進行接收；

（3）對接收的指令及現場信號根據設定的程序邏輯加以分析，并將控制指令發送給現場設備。完成變頻設備的自動調頻，及現場設備的自動停止/啟動。

3.1.2 PLC系統的分組

為了使各子系統間相互影響降低，保證投產后的可靠安全，運行管理和維護簡便，按過程，對脫硫系統PLC的繼電器柜、端子柜和控制機柜分散進行分組。分組方案具體如下：

（1）FGD脫硫塔繼電器柜、端子柜和過程控制站模件柜若干，范圍包括增壓風機、氧化風機、循環泵機、FGD脫硫吸收塔等。

（2）FGD公用制漿部分繼電器柜、端子柜和過程控制站模件柜若干，范圍包括公用制漿的石灰石卸料系統、石灰倉粉倉、除塵風機、羅茨風機、輸送給料系統、石灰石漿供應系統、氧化鎂漿液供應系統。

（3）FGD公用石膏脫水部分繼電器柜、端子柜和過程控制站模件柜若干，范圍包括廢水處理系統、濾液收集系統、石膏及廢水旋流站及真空皮帶脫水系統、事故漿罐等。

（4）將冗余的一對PLC配置給每個分組。

3.1.3 主要功能系統

3.1.3.1 DAS（數據采集系統）

DAS對設備狀態信號及重要的與FGD有關的測點信號連續采集和處理，便于向操作人員進行有關運行信號的及時提供，完成FGD裝置經濟、安全運行。一旦有異常工況出現，立即報警，使FGD裝置可利用率提高。其功能主要有：

（1）顯示，包括報警顯示、棒狀圖顯示、成組顯示、操作顯示等。

（2）記錄制表，包括跳閘一覽記錄、事故順序記錄、事故追憶記錄、定期記錄等。（3）檢索和存儲歷史數據。（4）計算性能。

3.1.3.2 SCS（順序控制系統）

SCS用于停止/啟動各子組項。所謂子組項，即工藝系統的某個設備組，如一臺風機及其全部相關的設備。各子組項的停止、啟動可獨立進行。全部的子組級程控實施自動順序操作，旨在在機組停止/啟動時，操作人員的常規操作減少。

3.1.3.3 MCS（模擬量控制系統）

對FGD系統，MCS通過控制調節，使得在整個鍋爐的運行負荷范圍內，脫硫裝置實現自動跟隨鍋爐運行。確保對負荷的變化，FGD系統穩定和快速地滿足并保持運行穩定。

3.2 PLC硬件選型

考慮到系統的穩定性，在本套配置方案中，核心主站的工作方式是熱備方式。對系統的正常運行，單塊CPU故障無影響。本系統約有3 000個控制點數，因此，選用CPU414_H型處理器模塊。即便在系統最忙時，在負荷率上，各個控制器CPU也不超過60%。網絡部分則采用驅動Redconnect V6.2和以太網卡CP1613，以實現在負荷率上，令牌網通訊總線不超過40%，以太網通訊總線不超過20%的目的。

4 結語

減少排放的二氧化硫的量，從而控制其對大氣的污染，已成為對大氣環境進行保護的重要方式。濕法煙氣脫硫在控制硫化合物及硫方面已占據日益重要的位置，而將自動控制技術運用到紡織業自備熱電廠濕法煙氣脫硫中，可使煙氣脫硫水平提高，進一步實現環境保護。