CEMS和EPKS在催化煙氣脫硫脫硝中的應用①

朱 鍇 郇寧寧

(金陵石化建筑安裝工程公司儀表分公司)

CEMS和EPKS在催化煙氣脫硫脫硝中的應用①

朱 鍇 郇寧寧

(金陵石化建筑安裝工程公司儀表分公司)

介紹了CEMS和EPKS系統在中石化金陵分公司年產350萬噸催化裂化裝置的應用，利用兩個系統實現了煙氣脫硫脫硝環保項目的自動控制和連續在線監測，達到了設計預期要求，取得了良好的環保效益和社會效益。

CEMS EPKS 脫硫脫硝 pH計

國家“十二五”規劃對石化行業大氣污染治理和污水達標排放提出了更高的要求。中石化金陵分公司年產350萬噸催化裂化裝置是國家升級改造項目的重點工程，肩負著拓展市場、振興石化經濟和保護祖國碧水藍天、造福后代的雙重任務，該裝置采用了CEMS(Continuous Emission Monitoring System)和霍尼韋爾EPKS(Experion Process Knowledge System)對催化煙氣脫硫脫硝過程進行控制。

1 煙氣脫硫脫硝工藝過程介紹

煙氣脫硫脫硝設施由煙氣洗滌、廢液預處理和臭氧發生3部分組成。

煙氣洗滌部分。自催化裂化裝置余熱鍋爐來的煙氣進入冷卻吸收塔下部吸收段(30%堿液)，上升的煙氣與冷卻水逆向接觸，煙氣溫度由約200℃降至57.1℃，煙氣中大部分的二氧化硫、三氧化硫和顆粒物被洗滌脫除。冷卻后的煙氣自冷卻吸收塔下部上升進入中部的過濾膜組。過濾膜組可除去煙氣中殘余的細微顆粒和硫酸酸霧，經過除霧器處理后的煙氣，作為不含水滴的濕性煙氣經由塔頂部的煙囪高空排放。

廢液預處理部分。洗滌煙氣后的廢液進入澄清池沉淀，過濾出的廢催化劑不定期送出裝置外。澄清池頂部的清液自流至氧化罐,注入空氣并加入少量30%堿液，在攪拌器的作用下，空氣和堿液與廢液充分接觸，凈化為中性水，過濾冷卻后排至污水處理場。

臭氧發生部分。臭氧發生系統由5臺臭氧發生器、現場電控柜和工控機組成。

氮氧化物的脫除反應(氧化反應)如下[1]：

二氧化硫的脫除反應如下[1]：

煙氣脫硫脫硝工藝流程如圖1所示。

2 CEMS系統構成與原理

CEMS是指對大氣污染源排放的氣態污染物和顆粒物進行濃度和排放總量連續監測，并將信息實時傳輸到主管部門的裝置，被稱為煙氣自動監控系統，也稱煙氣排放連續監測系統或煙氣在線監測系統，主要用于監測氣態污染物SO2、NOx等的濃度和排放總量。

金陵3#催化選用的是南京國電環保科技有限公司SPEP-2000型煙氣排放連續監測系統，它主要由煙塵監測子系統、氣態污染物監測子系統、煙氣排放參數監測子系統、系統控制與數據采集子系統4部分組成。

煙塵監測子系統采用RBY-DUST型煙塵監測儀，由光學部分(激光光源與功率控制、光電傳感、散射光接收)和電路部分(光電轉換、激光調制、信號放大、解調、V/I轉換)組成。該子系統的工作原理為：激光器發出的650nm光束以一個微小的角度射入排放源，激光束與煙塵粒子作用產生散射光，背向散射光通過接收系統進入傳感器轉變成電信號進行處理，經過放大、調制解調轉換成標準信號輸出，實現對煙氣濃度在線連續測量。

圖1 煙氣脫硫脫硝流程

氣態污染物監測子系統由煙氣采樣單元、預處理單元和分析單元組成。系統采用加熱抽取原理，用SPEP-2000H電加熱采樣探頭抽取煙氣(采樣流速2L/min)，煙氣在進入采樣探頭前經過過濾器去除顆粒物，經過加熱(140～160℃)、保溫(120～130℃)等環節，樣氣被導入到預處理單元除濕，然后送入ULTRAMAT 23/S710型分析儀中進行分析，連續檢測出煙氣中的二氧化硫和氮氧化物濃度。

煙氣排放參數監測子系統由SP2000-PTG煙氣流量計、3051壓力變送器、SPEP-2000M型氧化鋯和煙氣水分析儀組成。

系統控制與數據采集子系統由硬件系統(PLC和工控機)和軟件系統(數據采集系統)組成，PLC是CEMS系統的數據采集控制單元。

3 EPKS實現煙氣脫硫脫硝自動控制

根據脫硫脫硝的工藝特點并滿足工藝過程的操作要求和對外部設備通信的兼容要求，金陵3#催化DCS控制系統選用美國Honeywell公司的EPKS系統。EPKS稱為過程知識系統。EPKS系統的核心是基于開放且功能強大的Microsoft公司的Windows 2003服務器/客戶系統，它由高性能的控制器、先進的工程組態工具及開放的控制網絡等組成。利用服務器的高速動態緩存區采集實時數據，提供報警、顯示、歷史數據采集及報表報告等功能。

EPKS一般由服務器(Server)、工作站(Station)、控制器(C300)和實時冗余容錯以太網(FTE )組成，服務器的操作系統為Windows 2003 Server，工作站安裝英文Windows 7操作系統，支持中文顯示。

冷卻吸收塔下部塔釜需注入30%堿液，堿液的注入量采用依照塔底出口冷卻排液的pH值直接控制注入堿液流量控制閥的控制方案。塔底冷卻排液pH值AIC-70402通過選擇開關選擇AT-70402A或AT-70402B任意一臺pH值變送器輸出值作為控制器測量值，可使塔釜內的液體保持中性(pH約6.5～7.5)。

氧化罐部分的控制是由氧化罐出口排液pH值控制器(主回路)與氧化罐30%堿液進料流量控制器(副回路)組成串級控制回路，可穩定地控制氧化罐進料NaOH溶液調節閥，以保證出水呈中性。

臭氧發生部分的控制由獨立的PLC工控機子系統完成，與EPKS系統實現通信數據交換與控制。臭氧、CEMS系統與EPKS系統的信號流向如圖2所示。

圖2 系統間的信號流向

4 煙氣脫硫脫硝前后效果對比

系統投運后，從企業內部網站2014年7～11月煙氣采樣分析結果(表1)可以看出煙氣脫硫脫硝效果顯著。

表1 煙氣脫硫脫硝數據對比 mg/m3

從EPKS系統調出的2014年12月各類參數歷史數據截圖(圖3)，證明了煙氣脫硫脫硝設備運行良好，達到了設計初期的目的。

圖3 各類參數歷史數據截圖

經脫硫脫硝處理后煙氣內二氧化硫濃度不大于98mg/Nm3，氮氧化物濃度不大于100mg/Nm3，符合安全環保標準。煙氣中的粉塵微粒含量在14～16mg/Nm3區間波動，低于30mg/Nm3的排放指標，也符合安全環保排放標準。

5 結束語

經過兩年多的運行，CEMS與EPKS系統在中石化金陵分公司年產350萬噸催化裂化裝置中運行平穩，效果顯著，達到了安全環保排放標準。但還發現整個系統在兩個方面存在不足之處，目前正在加以改進和完善。一是，由于氣態污染物監測子系統加熱抽取探頭安裝于58m高的冷卻吸收塔上部煙囪處，且吸收塔位于裝置北端、瀕臨長江，冬季西北風嚴重影響加熱抽取探頭(要求控制在120～130℃)正常抽取煙氣，導致氮氧化物分析數據失靈，進而影響臭氧注入量，破壞吸收塔的酸堿平衡，時間過久會造成塔頂部煙囪內部腐蝕，縮短設備運行壽命。目前已通過加大抽取探頭加熱功率和采取完善現場儀器保溫措施加以解決。二是，采用羅斯蒙特1066分析儀作為pH計檢測設備，該儀器指示值準確與否直接影響到整個系統的正常運行，關系到大氣和污水排放是否滿足環保排放標準。目前通過定期標定pH計探頭消除了檢測誤差。

[1] 陳忠基.催化裂化煙氣脫硫脫硝技術的應用[J].煉油技術與工程,2013,43(9):48～51.

朱鍇(1967-)，工程師，從事自動化儀表的維護工作。

聯系人郇寧寧(1961-)，工程師，從事自動化儀表的維護工作，huannn.jlsh@sinopec.com。

TH865

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1000-3932(2017)03-0323-03

2016-07-14，

2017-01-18)