鍋爐煙氣脫硫系統中pH值的控制與實現

李 潔 劉晉寧

(內蒙古科技大學信息工程學院，內蒙古 包頭 014010)

我國是以煤炭為主要能源的國家，煤炭燃燒排放的SO2造成的大氣污染非常嚴重，環保部已于2011年3月1日起開始實施GB 26132-2010《硫酸工業污染物排放標準》。新標準規定，新建硫酸裝置尾氣SO2最高允許排放濃度400mg/m3，比原標準減少了58.3%。按新標準要求，大多數鍋爐煙氣排放必須配備尾氣脫硫系統才能達標排放。通過對煙氣pH值的監測可對鍋爐脫硫系統進行有效控制。

1 氧化鎂法脫硫工藝簡介①

氧化鎂法工藝流程如圖1所示，該法脫硫率較高(一般在90%以上),生產成本較低，且無論是MgSO3還是MgSO4的溶解度都很高,各種脫硫系統中常見的結垢問題并不會出現,最終產物可通過再生手段循環利用，不但可以節約吸收劑，而且防止了對環境的二次污染。

圖1 氧化鎂法脫硫工藝流程

氧化鎂法煙氣除硫技術是以氧化鎂作為除硫劑進行煙氣除硫的一種濕法脫硫技術。氧化鎂法除硫技術的脫硫機理：氧化鎂屬于堿性氧化物，與水反應生成氫氧化鎂；二氧化硫溶于水生成亞硫酸溶液；兩者進行酸堿中和反應，反應生成亞硫酸鎂和硫酸鎂，亞硫酸鎂氧化后可進一步生成硫酸鎂。

氧化鎂漿液制漿過程的化學反應為：

MgO+H2O=Mg(OH)2

MgO+2CO2+H2O=Mg(HCO3)2

鎂法煙氣脫硫過程的基本化學反應為：

Mg(OH)2+SO2=MgSO3+H2O

Mg(HCO3)2+SO2=MgSO3+H2O+2CO2

MgSO3+H2O+SO2=Mg(HSO3)2

MgO+Mg(HSO3)2+H2O=2MgSO3+H2O(此過程中MgO要有5%的過量)

亞硫酸鎂進一步氧化的化學反應為：

MgSO3+1/2O2=MgSO4

2 基于pH計的鍋爐煙氣控制系統

2.1 硬件組成

基于pH計的鍋爐煙氣脫硫系統是以S7-300為控制單元的。系統的硬件主要由計算機、S7-300、開關量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、繼電器、pH計、液位計、電磁閥、壓力變送器及電動調節閥等組成。

2.2 pH值的控制方式

系統中pH值的控制有兩種選擇方式：通過人為操作的手動方式和通過PLC控制的自動方式。實際中的各種泵類設備都可以通過手動和自動方式實現啟/停。相關的開關信號、模擬信號都能在PLC的上位機顯示，并能夠給予相應的動作。系統控制結構如圖2所示。

圖2 系統控制結構

3 pH值在PLC系統中的控制

3.1 控制原理

基于pH值的控制方式，是通過pH計傳感器對脫硫堿液池中液體的酸堿度進行檢測，檢測信號反饋給PLC，PLC通過設定值與反饋值進行比較，誤差值通過PID進行優化達到理想的穩定值，達到最佳脫硫效果。pH計所顯示的液體pH值、高/低限等模擬信號將會在PLC的上位機顯示。

pH計傳感器用于檢測調節池中的液體的酸堿度，當液體的pH值下降到設定低限值時，PLC會給定pH值過低的報警信號，同時增大電動調節閥的開度。當液體的pH值達到設定高限值時，PLC會給定pH值過高的報警信號，同時減少電動調節閥的開度，電動調節閥采用標準模擬信號，信號由PLC中的模擬模塊給出。

圖3為pH值控制框圖，在上位機界面上給PLC輸入pH設定值(上限和下限值)，通過pH計傳感器檢測回的標準模擬信號反饋給PLC，與設定值進行比較，誤差值經過PID控制進行優化，電動調節閥接收到標準模擬輸出信號，給出相應動作，調節堿液流量，使脫硫堿液的pH值保持穩定，最終使調節池中脫硫堿液的pH值達到設定值，保持在理想的運行狀態，使脫硫系統達到最佳效率。

圖3 pH值控制框圖

3.2 在線監測以及故障報警系統

上位機顯示脫硫系統中基于pH值的除硫系統的運行狀況、現場數據的反饋以及工藝主要參數變化趨勢等。通過屏幕上的數據顯示，操作人員可以及時了解系統的工作情況，并可通過鍵盤和鼠標對自控系統進行干預。

脫硫生產中的控制系統對現場出現的工作故障和控制參數越限有聲光報警功能。通過聲光報警能夠引起操作人員注意，及時采取措施排除故障，保證系統正常運行。

4 系統組態實例

本系統由WinCC組態軟件設計完成，圖4為某脫硫項目系統組態界面。

圖4 某鍋爐脫硫系統組態界面

5 結束語

基于pH值的鍋爐煙氣脫硫控制系統已經成功投入到實際生產中，效果明顯，達到了預期的目標。隨著PLC技術的發展，基于pH值在鍋爐煙氣脫硫系統中的控制必將發揮更為重要的作用。