石灰石—石膏濕法煙氣脫硫自動控制研究

張志耀，王曉煒

（太原鍋爐集團有限公司， 山西 太原 030000）

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫目前已有幾十年的發展歷史， 工藝技術已非常成熟， 其脫硫劑采用來源廣泛、 價格較低、 脫硫效率較高的石灰石。 該工藝是中小型熱電廠應用最廣泛、 效率最高的脫硫技術， 特點有： 造價合理， 運行周期長， 可利用率高， 脫硫劑耗量少， 運行費用少， 觀察、 監視及維護簡單， 運行人員數量少， 運行人員和設備安全，裝置的服務壽命長等特點。 脫硫裝置可適應在機組最小和最大負荷量之間運行， 受負荷波動的影響較小。 不需要另外的和非常規的操作或準備， 裝置能以冷態、 熱態兩種啟動方式投入運行。 裝置能在最小和最大污染物濃度值之間運行， 排放污染物不超出保證的排放值。 系統可在吸收劑濃度發生變化時進行調節， 保證系統的穩定性。 傳統的石灰石—石膏濕法煙氣脫硫在運行過程中， 大部分為運行人員人工操作， 自動化程度不高。 本文就脫硫工藝進行深入研究， 梳理系統、 設備、 儀表運行邏輯， 制定行之有效的控制策略， 并對現場控制系統進行二次編程組態調試， 實現了石灰石—石膏濕法煙氣脫硫的自動運行。

1 石灰石—石膏濕法煙氣脫硫系統組成

系統組成： 煙風系統、 吸收塔系統， 脫硫劑制備與輸送系統、 工藝水系統、 壓縮空氣系統、 石膏脫水系統、 疏放系統、 電氣控制系統等。

2 石灰石—石膏濕法煙氣脫硫控制策略

基于石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝， 解構各個子系統的系統組成和工作原理， 結合現場運行人員操作習慣， 同時疊加自動原理， 將石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝和自動控制原理融會貫通， 形成適應性較強、 可靠性較高的石灰石—石膏濕法煙氣脫硫自動控制策略。 按照工藝系統構成解耦， 分成相對獨立的控制模塊， 具體見表1。

表1 石灰石—石膏濕法煙氣脫硫自動模塊

2.1 制漿系統自動

制漿系統設置石灰石儲倉、 石灰石漿液制備和供應裝置。

石灰石粉采用罐車送入石灰石儲倉， 由石灰石粉給料設備送入石灰石漿液箱， 并往漿液箱中補充濾液（或工藝水） 以維持漿液濃度， 配置好的漿液存貯于石灰石漿液箱中， 再由泵送至吸收塔補充，最后與SO2反應。

2.1.1 制漿系統控制對象

石灰石粉倉、 變頻稱重螺旋、 石灰石漿液箱、攪拌器、 倉底流化風機及電加熱器等的運行方式：多臺爐共用1 套制漿系統， 2 個漿液攪拌箱并列運行（為保證可靠性， 不能單獨離線配置） ， 使用時采用在線連續配置， 往石灰石漿液箱中加入石灰石和水并攪拌， 配置成石灰石漿液。 液位和密度分別控制， 這樣既可以保證密度， 又可以保證液位在合理范圍。

2.1.2 控制目標

1 250 kg/m3≤密度≤1 350 kg/m3； 5.0 m＜液位＜5.5m（具體項目不同， 數據不同）。

2.1.3 液位控制策略

任一漿液箱液位＜5.1 m→開進水門； 任一漿液箱液位＞5.5 m→關進水門。

2.1.4 密度控制策略

漿液箱密度＜1 250 kg/m3→開漿液箱進料插板門→延時3 min→開變頻稱重螺旋； 漿液箱密度＞1 350 kg/m3→關變頻稱重螺旋→延時3 min→關漿液箱進料插板門。

2.1.5 保護及連鎖

1） 進水門打開條件： 工藝水泵電流＜36 A，且另一扇進水門處于關閉狀態（受水泵電流出力限制， 不能2 臺同時補水）。

2） 進料時間保護。

3） 流化風機超連續最長允許工作時間停保護。

2.1.6 斷料情況處理

1） 2 臺均斷料情況： 直接啟動流化風機。

2） 其中1 臺斷料情況： 如2 號斷料， 1 號正常， 則先停1 號給料機→啟動流化風機→2 號流量＞8t/h→停流化風機→啟動1 號給料機。 1 號斷料時同此。 單管落料正常時， 不能直接啟動流化風機， 以免下料流量突增， 造成堵管。

2.2 pH 計沖洗自動

2.2.1 控制對象

pH 計取樣閥、 排放閥、 沖洗閥。

2.2.2 控制目標

定期沖洗pH 計。

2.2.3 控制策略

啟動： 關入口取樣閥→開排放閥→開水沖洗閥→延時2～5 min。

停止： 關水沖洗閥→關排放閥→開入口取樣閥。

2.3 SO2 自動

2.3.1 控制對象

供漿泵2 臺， 一用一備。

2.3.2 控制目標

SO2＜35 mg/Nm3[1]； pH＞4.7。

2.3.3 控制策略

前SO2原始排放較低， 供漿泵為間歇啟停， 每小時運行時間＜5 min。 因此， 控制策略未能使用PID 連續調整， 采用仿人操作， 間歇啟停。

1） 啟動條件： 脫硫塔出口SO2＞6 mg/Nm3， 延時10 s； 煙囪出口SO2＞5 mg/Nm3， 延時10 s； pH＜4.7， 延時10 s。 以上條件任一滿足， 啟動供漿泵。啟動參數值操作人員可設定。

2） 停泵條件： 單次運行時間＞90 s； pH＞5.1，延時20 s； 煙囪SO2升高后， 開始下降； 兩臺泵交替運行（操作人員定期切換）。

3） 其他

pH 計沖洗時， pH 值不能參與控制。 將沖洗前pH 值保持4 min。

2.4 脫硫塔液位自動

脫硫塔補水來源包括： 地坑泵、 濾液池、 除霧器。

2.4.1 控制要求

2.4.2 控制策略

1） 取水順序： 地坑泵→濾液池→除霧器。

2） 地坑泵： 液位＞1.5 m， 可以啟泵； 液位＜1.3 m， 停泵。

3） 濾液池泵： 液位＞1.5 m， 可以啟泵； 液位＜1.3 m， 停泵。

4） 除霧器： 地坑泵、 濾液池水仍不能滿足脫硫塔液位時， 開啟除霧器。

2.5 除霧器自動

2.5.1 控制對象

除霧器安裝在凈煙氣出口處， 用來分離夾帶的霧滴。 除霧器系統配備沖洗和排水裝置。 沖洗系統包括： 噴嘴、 外部和內部管道、 除霧器沖洗水泵和控制件。 排水直接進入吸收塔。

2.5.2 控制目標及策略

定期開啟除霧器沖洗程序， 采用順序控制[2]，依次開啟除霧器沖洗水閥。

根據不同稻谷品種，秧苗播種或插播時密度要均勻，保持有足夠的通風度，保持稻田吸光度，使稻田不會形成密閉空間，可以降低稻曲病發病率。科學施肥，嚴格按照要求施用各種肥料，控制好施肥量，掌握好施肥的各個時機。灌溉農田水時，特別注意稻田干濕度，同時要保證水的循環，揚花期要適當降低水量，水稻破口期更要注意田塊的干濕度，提高水稻抗病毒能力。

2.6 石膏脫水系統自動

2.6.1 系統組成

多套脫硫塔共用1 套脫水系統。

1） 脫硫塔石膏排出部分： 石膏排出泵、 排出泵進口門、 出口門、 進口排放閥、 進口沖洗門。

2） 石膏漿液緩沖部分： 石膏漿液緩沖箱、 漿液緩沖泵、 緩沖泵進口門、 出口門、 進口排放閥、進口沖洗門。

3） 石膏真空脫水部分： 石膏旋流器、 漿液分配箱、 真空皮帶脫水機、 真空密封水閥、 真空泵、濾布沖洗水泵。

2.6.2 控制策略

控制模塊分為3 個小的順控單元： 皮帶單元、緩沖單元、 排出單元。 總體再將3 個單元串起來。

整體投運準備： 人工畫面按鈕選擇主/備切換、各控制設備投入順控模式。

1） 皮帶單元。 啟動： 系統啟動信號→開濾布沖洗水泵→開真空皮帶機→開真空密封水閥→開真空泵→開分配箱開關。 停止： 緩沖單元停止信號→關分配箱開關→關真空泵→關真空泵密封水閥→關皮帶機→關濾布沖洗水泵。

2） 緩沖泵單元。 啟動： 皮帶單元分配箱開關已開信號→關泵入口排放閥→開泵進口門→開泵出口門→進入緩沖泵的啟停控制（緩沖箱液位＜2.8 m允許停， 液位＞2 m 允許啟）。 停止： 石膏排出單元已停信號→關緩沖泵入口閥→開水沖洗閥（先沖后部管路， 至皮帶部分） →開排放閥→關水沖洗閥→關出口門→延時10 min。

3） 石膏排出單元。 啟動： 緩沖泵單元已啟動信號→關排出泵入口排放閥→開排出泵入口閥→開排出泵出口閥→進入排出泵的往復自動控制（緩沖箱液位＜2 m 啟， 液位＞2.8 m 停）。 停止： 系統停止信號→關排出泵入口閥→開水沖洗閥（沖洗管路）→開排出泵入口疏放閥→關水沖洗閥→關排出泵出口閥。

以上控制策略中， 具體液位、 pH 值等數據均為本文研究調試某電廠數據， 不同項目數據以實際項目為準。

3 結束語

基于以上制漿、 pH 值、 液位、 脫水等的控制，在熱電廠現場實際運行后， 將石灰石—石膏濕法煙氣脫硫逐一投入自動控制后的脫硫運行操作明顯減少， 各參數均能穩定在合理區間， 保證了電廠煙囪SO2排放值符合環保要求。 總之， 通過該石灰石—石膏濕法煙氣脫硫自動控制的實施， 精準調整各回路執行機構， 實現了分系統小參數的穩定， 進而實現了整套系統的穩定、 高效、 環保、 可靠運行。