小蘇打干法煙氣脫硫系統(tǒng)的研究

郝艷強(qiáng)

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司天津 301500）

0 引言

目前國(guó)家對(duì)大氣環(huán)境治理和保護(hù)工作不斷加強(qiáng)，減少工業(yè)氣體排放中SO2的含量已成為當(dāng)今大氣環(huán)境治理的當(dāng)務(wù)之急，而燃?xì)忮仩t煙氣脫硫是鋼鐵企業(yè)環(huán)境治理的重要內(nèi)容。根據(jù)天津市《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》DB12/810-2018的要求，自2019年7月1日起，現(xiàn)有燃?xì)忮仩t煙氣要達(dá)到SO2≤20 mg/Nm3、顆粒物≤5 mg/Nm3的超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

天鋼聯(lián)合特鋼現(xiàn)有5臺(tái)燃?xì)忮仩t，為實(shí)現(xiàn)燃?xì)忮仩t煙氣的超低排放，滿足國(guó)家環(huán)保要求，公司配套實(shí)施了燃?xì)忮仩t煙氣脫硫工程。本文介紹了天鋼聯(lián)合特鋼燃?xì)忮仩t脫硫項(xiàng)目的工藝流程、技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)施效果，對(duì)脫硫系統(tǒng)調(diào)試、運(yùn)行過程中存在的問題進(jìn)行了分析總結(jié)，為今后鍋爐煙氣脫硫工程的完善提出了改進(jìn)方向。

1 小蘇打干法脫硫技術(shù)原理及設(shè)計(jì)指標(biāo)

通過對(duì)國(guó)內(nèi)各鋼鐵企業(yè)燃?xì)忮仩t煙氣脫硫工藝運(yùn)行情況的分析、研究、比較，天鋼聯(lián)合特鋼燃?xì)忮仩t脫硫工藝確定選用先進(jìn)、成熟的SDS小蘇打干法脫硫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)忮仩t煙氣SO2含量的控制和消除，實(shí)現(xiàn)鍋爐煙氣的超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 小蘇打干法脫硫工藝簡(jiǎn)介

小蘇打干法脫硫噴射技術(shù)是將粒徑20～25 um的高效脫硫劑（主要成分為NaHCO3）均勻噴射在煙氣管道內(nèi),脫硫劑在煙氣管內(nèi)被熱的煙氣激活，其表面積增大后與煙氣中的酸性物質(zhì)充分接觸并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，煙氣中的酸性物質(zhì)被吸收凈化[1]。然后被吸收酸性物質(zhì)的凈化煙氣進(jìn)入布袋除塵系統(tǒng)，對(duì)煙氣中的脫硫產(chǎn)物殘留進(jìn)一步凈化，最后凈煙氣由增壓引風(fēng)機(jī)抽至煙囪排放。在增壓風(fēng)機(jī)出口處安裝CEMS煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)脫硫效果，CEMS檢測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)煙塵中的SO2、NOx和顆粒物濃度進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)測(cè)。

1.2 小蘇打干法脫硫的化學(xué)反應(yīng)

（1）主要化學(xué)反應(yīng)：

（2）與其他酸性物質(zhì)（如SO3等）的反應(yīng)：

1.3 燃?xì)忮仩t煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)及指標(biāo)

燃?xì)忮仩t煙氣脫硫除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示，燃?xì)忮仩t煙氣脫硫除塵設(shè)計(jì)指標(biāo)如表2所示。

表1 燃?xì)忮仩t煙氣脫硫除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 燃?xì)忮仩t煙氣脫硫除塵設(shè)計(jì)指標(biāo)

2 SDS脫硫系統(tǒng)的組成

SDS脫硫系統(tǒng)根據(jù)功能可以分為三部分：小蘇打制備站（即磨機(jī)系統(tǒng)）、除塵系統(tǒng)、煙氣輸送系統(tǒng)。SDS脫硫系統(tǒng)的總流程圖如圖1所示。

圖1 SDS脫硫系統(tǒng)的總流程圖

2.1 制備站系統(tǒng)

制備站系統(tǒng)是將以純度≥98%，最大含水量≤0.5%，粒徑小于500μm的碳酸氫鈉原料經(jīng)給料裝置送入磨機(jī)進(jìn)行研磨，研磨后粒徑為20～25μm的碳酸氫鈉粉經(jīng)給料風(fēng)機(jī)連續(xù)吹入煙氣管道。制備站是整個(gè)脫硫系統(tǒng)的原料制備系統(tǒng)，工序復(fù)雜，控制繁瑣。

為將該系統(tǒng)的控制做的更加完善，經(jīng)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，操作人員可以直接監(jiān)測(cè)設(shè)備啟動(dòng)、停止時(shí)間和運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)某一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)將自動(dòng)停止設(shè)備運(yùn)行，待故障清除后再次啟動(dòng)系統(tǒng)。制備站計(jì)算機(jī)操作界面如圖2所示。

圖2 制備站計(jì)算機(jī)操作界面

2.2 除塵系統(tǒng)

除塵系統(tǒng)主要由四部分組成：機(jī)體、濾袋組裝、清灰系統(tǒng)、電控系統(tǒng)。除塵器機(jī)體分為若干個(gè)倉室，倉室之間是相互隔離的，每個(gè)倉室安裝有進(jìn)口手動(dòng)閥門和出口提升閥。倉室內(nèi)裝有濾袋用于收集煙塵，通過倉室進(jìn)出口閥門可以將倉室從除塵系統(tǒng)中隔離，實(shí)現(xiàn)濾袋在線檢修更換。

倉室入口手閥打開，含塵氣體在除塵風(fēng)機(jī)的吸力進(jìn)入下灰斗，自重較大的粉塵顆粒落入灰斗，細(xì)小粉塵隨氣流進(jìn)入中箱體，經(jīng)濾袋凈化處理后的煙氣由除塵風(fēng)機(jī)送入煙囪排放。當(dāng)濾袋上的粉塵積壓超過設(shè)定的除塵阻力時(shí)，電控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)電磁脈沖閥，高壓氣體反吹振打?yàn)V袋，促使濾袋上的積塵落入灰斗，灰斗中的積塵經(jīng)卸料器進(jìn)入灰倉儲(chǔ)存。操作人員可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況更改除塵反吹振打參數(shù)，在箱體反吹振打運(yùn)行時(shí)，為保護(hù)煤氣發(fā)電系統(tǒng)不受影響，要時(shí)刻監(jiān)視反吹氣源壓力，當(dāng)氣源壓力下降時(shí)，按下暫停按鈕，停止反吹操作。除塵器參數(shù)設(shè)定畫面如圖3所示。

圖3 除塵器參數(shù)設(shè)定畫面

2.3 煙氣輸送系統(tǒng)

煙氣輸送系統(tǒng)是整個(gè)脫硫系統(tǒng)的核心部分，主要設(shè)備為增壓風(fēng)機(jī)，它將通過除塵系統(tǒng)凈化的煙氣抽出，通過煙氣管道送至煙囪排至大氣中。籌建過程中根據(jù)負(fù)荷大小選擇增壓風(fēng)機(jī)的類型：20T鍋爐以新的低壓增壓引風(fēng)機(jī)取代了原引風(fēng)機(jī)，其余幾套脫硫系統(tǒng)分別在原引風(fēng)機(jī)后增加了高壓增壓引風(fēng)機(jī)，投入使用后效果良好。

3 提高SDS脫硫功效的保障措施

為了更好的發(fā)揮SDS脫硫系統(tǒng)的功能，達(dá)到脫硫設(shè)計(jì)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)燃?xì)忮仩t煙氣超低排放的目標(biāo)，需著重從兩方面進(jìn)一步完善。

3.1 搭建通訊網(wǎng)絡(luò)

鑒于該工程為原鍋爐發(fā)電的后期配套工程，設(shè)備安裝場(chǎng)地有限，控制流程較多，又是在鍋爐發(fā)電生產(chǎn)過程中建設(shè)，如何建立一套既能達(dá)到環(huán)保要求又能高效運(yùn)轉(zhuǎn)，且不影響原發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行的煙氣脫硫自控系統(tǒng)是本項(xiàng)目研究的重點(diǎn)。由于該項(xiàng)目為發(fā)電項(xiàng)目的后續(xù)工程，要充分考慮與原發(fā)電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊。為方便系統(tǒng)配置及后期維護(hù)，選擇了與發(fā)電系統(tǒng)相同的DCS系統(tǒng)作為煙氣脫硫系統(tǒng)的控制平臺(tái)，通過TCP/IP協(xié)議與原發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，建立了高效的冗余網(wǎng)絡(luò)通訊。網(wǎng)絡(luò)通訊圖如圖4所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)通訊圖

該網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了原鍋爐發(fā)電系統(tǒng)與新建的脫硫系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享，使用雙網(wǎng)絡(luò)通訊將新建的脫硫系統(tǒng)與原鍋爐發(fā)電系統(tǒng)組成在同一網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中，使脫硫與發(fā)電之兩個(gè)系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)更加便捷，相互之間的聯(lián)鎖得到保障。

3.2 脫硫自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)

在四套發(fā)電燃?xì)忮仩t脫硫項(xiàng)目中，在投料控制上使用了原始的PID控制，即通過測(cè)量出口SO2濃度控制卸料閥電機(jī)頻率的大小，進(jìn)而控制小蘇打投入量的快慢；對(duì)于20T/h的燃?xì)忮仩t，由于在實(shí)際運(yùn)行過程中煙氣量小，PID調(diào)控困難、控制滯后，給料卸料閥電機(jī)以正常頻率運(yùn)行時(shí)SO2含量會(huì)迅速降至0，當(dāng)卸料閥電機(jī)停止時(shí)SO2含量會(huì)迅速升高，這種狀況在環(huán)保數(shù)據(jù)顯示上就出現(xiàn)了極大的誤差，而且出現(xiàn)卸料閥電機(jī)頻繁啟停現(xiàn)象，雖然電機(jī)功率小，但是頻繁啟停也會(huì)對(duì)整個(gè)磨機(jī)系統(tǒng)造成很大的影響，基于這種狀況我們拋開了傳統(tǒng)的PID控制，使用了根據(jù)SO2含量不同分頻率控制卸料器的控制模型，該方案實(shí)施后，20 T/h的鍋爐脫硫系統(tǒng)卸料器的啟停次數(shù)明顯下降，SO2含量一直在控制范圍內(nèi)。具體控制方案如表3所示。

表3 不同SO2含量卸料器頻率控制方案

4 結(jié)語

隨著SDS小蘇打干法脫硫的投運(yùn)，天鋼聯(lián)合特鋼5臺(tái)燃?xì)忮仩t煙氣排放達(dá)到SO2≤20 mg/Nm3、顆粒物≤5 mg/Nm3的超低排放標(biāo)準(zhǔn)。而完善的網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，使發(fā)電和脫硫的數(shù)據(jù)銜接達(dá)到無延時(shí)傳輸，在連鎖控制上做到了事半功倍的效果。但在系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行過程中也出現(xiàn)了一些問題。

（1）由于自動(dòng)投料控制尚不成熟，使煙氣出口SO2的含量值波動(dòng)大，為實(shí)現(xiàn)超低排放，人工干預(yù)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

（2）在20T/h鍋爐脫硫系統(tǒng)卸料器使用的分頻率模型控制，由于SO2分頻段數(shù)值還在進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)中，離預(yù)期的效果還有一定的差距，需要后期不斷的對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和比對(duì)，力求達(dá)到更佳的效果。

上述問題需要在以后的生產(chǎn)中不斷研究、探索和改進(jìn)，確保脫硫凈化系統(tǒng)長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，將脫硫效果達(dá)到最佳。