垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化處理自動控制系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

安麗鵬 丁小勇 王晨

關(guān)鍵詞：垃圾焚燒發(fā)電廠;煙氣凈化處理;自動控制系統(tǒng);設(shè)計及應(yīng)用

垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)主要是利用焚燒法處理生活垃圾，通過垃圾焚燒鍋爐產(chǎn)生的熱能進(jìn)行發(fā)電，目的是最大限度地實(shí)現(xiàn)資源回收利用，達(dá)到變廢為寶。但隨著相關(guān)環(huán)境質(zhì)量要求的提高，國家環(huán)保部門出臺了《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485-2014），并要求行業(yè)企業(yè)嚴(yán)格控制NOx、S02HCl、CO以及顆粒物等，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。目前，在生活垃圾焚燒工程中最主要的污染物控制方式是優(yōu)化焚燒方式和煙氣凈化處理。本文以某2x300t/d垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化處理項目為例，對煙氣凈化處理自動控制系統(tǒng)的設(shè)計特點(diǎn)及現(xiàn)場應(yīng)用情況進(jìn)行詳細(xì)分析，為其他垃圾焚燒發(fā)電廠的自動控制設(shè)計、施工和運(yùn)行提供參考。

1工程概況

某垃圾焚燒發(fā)電廠項目建設(shè)有2x300t/d垃圾焚燒循環(huán)流化床鍋爐，并同步建設(shè)配套了煙氣凈化處理系統(tǒng)。煙氣凈化處理系統(tǒng)主要由SNCR脫硝、半干法+干法脫酸、活性炭吸附、布袋除塵器、SCR脫硝以及配套的附屬公共系統(tǒng)等組成，該垃圾焚燒廠于2019年中下旬投產(chǎn)運(yùn)行。

相關(guān)煙氣凈化處理流程如圖1所示。

2煙氣凈化處理自動控制系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

煙氣凈化處理自動控制系統(tǒng)的設(shè)計包含：SNCR脫硝系統(tǒng)、SDA半干法脫酸塔系統(tǒng)、布袋除塵器系統(tǒng)、SCR脫硝系統(tǒng)、石灰漿液制備與輸送系統(tǒng)、消石灰粉儲存及噴射系統(tǒng)、活性炭儲存與噴射系統(tǒng)、工藝水及壓縮空氣系統(tǒng)、飛灰輸送及儲存系統(tǒng)、氨水儲存及輸送系統(tǒng)等多個系統(tǒng)。以下主要針對SNCR脫硝系統(tǒng)、SDA半干法脫酸塔系統(tǒng)、布袋除塵器系統(tǒng)、石灰漿液制備與輸送系統(tǒng)等幾個重要系統(tǒng)進(jìn)行分析。

2.1 SNCR脫硝系統(tǒng)

SNCR脫硝系統(tǒng)的還原劑主要是稀釋后的氨水溶液，將其在不使用催化劑的前提下均勻噴入到溫度范圍850～C～1200～C的爐膛當(dāng)中，此時還原劑（氨水溶液）能夠與煙氣當(dāng)中的氮氧化合物進(jìn)行反應(yīng)，最終生成氮?dú)夂退??；瘜W(xué)反應(yīng)方程式如下所示：

SNCR脫硝自動控制系統(tǒng)主要包括氨水和稀釋水計量混合模塊、壓縮空氣分配模塊、噴射模塊等。SNCR脫硝分為手動和自動兩種控制模式，自動模式下利用出口氮氧化物來控制氨水設(shè)定使用量，一般是通過設(shè)定出口NOx濃度值，作為PIDl的設(shè)定值，并與實(shí)際CEMS系統(tǒng)測量的出口NOx濃度值進(jìn)行對比，從而由PIDl輸出1個MV值。PIDl輸出的MV值作為PID2的設(shè)定值，氨水溶液流量作為PID2的對比值，PID2輸出值作為氨水溶液調(diào)節(jié)閥開度的控制依據(jù)，最終保證出口NOx濃度穩(wěn)定在設(shè)定值范圍。同時要求氨水與稀釋水采用穩(wěn)流量控制，保證總流量不變，并根據(jù)氨水流量自動調(diào)節(jié)稀釋水調(diào)節(jié)閥，以維持總流量不變。

2.2 SDA半干法脫酸塔系統(tǒng)

SDA半干法脫酸塔系統(tǒng)主要是通過旋轉(zhuǎn)霧化器的高速旋轉(zhuǎn)（10000～20000rpm），將石灰漿液霧化成30～501xm的細(xì)小霧滴，并均勻噴灑于高溫?zé)煔庵?，與煙氣中的酸性氣體進(jìn)行反應(yīng)以實(shí)現(xiàn)脫酸（HCl、HF、S02、S03）的目的。

化學(xué)反應(yīng)方程式如下所示：

SDA半干法脫酸自動控制系統(tǒng)主要包括自動噴漿控制、自動降溫控制、煙氣事故冷卻控制等。自動噴漿控制主要是調(diào)節(jié)出口S02、HF及HCl的排放濃度，因垃圾焚燒系統(tǒng)的HCl濃度含量較高，所以一般是通過設(shè)定出口HCl濃度值，作為PIDl的設(shè)定值，與實(shí)際在線監(jiān)測的出口HCl濃度值進(jìn)行對比，從而由PIDl輸出1個MV值。PIDl輸出的MV值作為PID2的設(shè)定值，石灰漿液流量作為PID2的對比值，PID2輸出值作為石灰漿液調(diào)節(jié)閥開度的控制依據(jù)，最終要求出口HCl濃度穩(wěn)定在設(shè)定值范圍。

自動降溫控制主要是調(diào)節(jié)脫酸反應(yīng)塔出口溫度值并保持在一定區(qū)間，以更好地保護(hù)除塵器布袋，防止燒袋。一般是通過設(shè)定反應(yīng)塔出口溫度值，作為PID的設(shè)定值，與實(shí)際脫酸塔出口的三個溫度測定值進(jìn)行對比（溫度三取二），PID輸出值作為脫酸塔高位水槽出口調(diào)節(jié)閥開度的控制依據(jù)，最終要求脫酸塔出口溫度穩(wěn)定在設(shè)定值范圍（155℃～175℃區(qū)間）。

煙氣事故冷卻控制主要是在旋轉(zhuǎn)霧化器事故狀態(tài)時，對脫酸反應(yīng)塔出口溫度的一個保證操作。一般是通過設(shè)定反應(yīng)塔出口溫度值，作為PID的設(shè)定值，與實(shí)際脫酸塔出口的三個溫度測定值進(jìn)行對比（溫度三取二），PID輸出值作為急冷噴淋水調(diào)節(jié)閥開度的依據(jù)，最終要求脫酸塔出口溫度穩(wěn)定在設(shè)定值范圍（155℃～175℃區(qū)間）。

2.3布袋除塵器系統(tǒng)

布袋除塵器系統(tǒng)的主要目的是收集煙氣中的灰塵和反應(yīng)生成物，以便實(shí)現(xiàn)煙氣中粉塵的達(dá)標(biāo)排放。布袋除塵器自動控制系統(tǒng)主要包括脈沖清灰、飛灰輸送、箱體電伴熱、預(yù)循環(huán)熱風(fēng)等。脈沖清灰為布袋除塵器設(shè)計的重要系統(tǒng)，各個脈沖閥的控制為矩陣式設(shè)計。自動脈沖清灰分為在線清灰和離線清灰，在線清灰分為定時清灰和定阻清灰。定時清灰主要是預(yù)先設(shè)定清灰時間、清灰間隔時間、清灰循環(huán)時間，之后即可自動進(jìn)行周期性循環(huán)清灰工作;定阻清灰主要是當(dāng)布袋除塵器系統(tǒng)阻力升高到預(yù)先設(shè)定值時進(jìn)行自動清灰。當(dāng)定時或定阻任何一個條件滿足時則相應(yīng)程序進(jìn)行自動清灰。

2.4石灰漿液制備與輸送系統(tǒng)

石灰漿液制備與輸送系統(tǒng)的主要目的是為半干法脫酸塔提供原料漿液，并送至旋轉(zhuǎn)霧化器。

石灰漿液制備與輸送自動控制系統(tǒng)主要包括熟石灰粉的儲存、石灰漿液的制備、石灰漿液的輸送等。自動制漿為石灰漿液制備的重要系統(tǒng)，首先設(shè)定需要的漿液濃度值，再根據(jù)工藝水和石灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)算出各自的重量，然后采用制備罐失重法進(jìn)行熟石灰粉與工藝水的配比，以達(dá)到所需要的漿液濃度。該系統(tǒng)操作簡單，制漿濃度精準(zhǔn)，且自動化程度高。

3煙氣在線監(jiān)測及儀表設(shè)計選型

3.1煙氣在線監(jiān)測（CEMS）的設(shè)計

根據(jù)垃圾焚燒煙氣成分的特殊性，氣態(tài)參數(shù)檢測方法采用目前國際上通行的高溫紅外傅里葉分析法，氧含量分析采用集成氧化鋯模塊分析法。

取樣單元：首先選擇合適的取樣點(diǎn)，取樣點(diǎn)的選擇必須符合國家環(huán)保規(guī)范的要求（HJ 75/76-2017）。取樣管采用高溫型180～C以上伴熱管線將煙氣直接送人高溫型的分析儀中進(jìn)行測量，并且加熱管線須具有自動溫度控制功能。

分析單元：通過采樣泵將抽取的煙氣經(jīng)過高溫型分析儀進(jìn)行紅外光譜分析，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號，由此測出煙氣成分中各個參數(shù)的濃度。高溫紅外傅里葉分析系統(tǒng)僅需要一套裝置即可測量煙氣中的HCl、HF、CO、C02、S02、NOx、0，、NH3等參數(shù)，無需分開多套裝置進(jìn)行測量。該系統(tǒng)具有測量準(zhǔn)確、響應(yīng)時間短、檢測方法快速準(zhǔn)確、系統(tǒng)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。

數(shù)據(jù)采集單元：環(huán)保部要求將實(shí)時的煙氣參數(shù)上傳至環(huán)保局，并且還要求將鍋爐爐膛上、中、下三層溫度上傳至環(huán)保局。以便更好地將爐膛溫度控制在850℃以上，扼制二惡英的生成污染生態(tài)環(huán)保。

3.2儀表的設(shè)計選型

垃圾焚燒煙氣成分中的氯離子含量多，且酸露點(diǎn)較高。當(dāng)選擇與煙氣直接接觸的儀表（壓力變送器、溫度、料位開關(guān)）時，要注意儀表材質(zhì)的特性，避免腐蝕造成不必要的損失。

4結(jié)語

由于垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的環(huán)保要求越來越高，煙氣凈化處理系統(tǒng)顯得尤為重要。本文主要探討了垃圾焚燒煙氣凈化自動控制系統(tǒng)的設(shè)計及控制要點(diǎn)，分析了煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)及儀表的設(shè)計選型思路，通過采用先進(jìn)、多元化的設(shè)計理念能夠有效地將垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣排放控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，為后續(xù)的垃圾焚燒發(fā)電煙氣凈化處理工程建設(shè)提供一些借鑒之處。