易鵬++傅春鳴

摘 要：為了降低火電廠燃煤產(chǎn)生的SO2，保護(hù)大氣環(huán)境，該文以某熱電廠的石灰石濕法煙氣脫硫系統(tǒng)為研究對象，詳細(xì)地分析了石灰石濕法脫硫脫銷系統(tǒng)的原理，提出基于DCS控制技術(shù)的石灰石脫硫脫硝系統(tǒng)。根據(jù)DCS控制技術(shù)的特點，介紹了控制系統(tǒng)的組成，在吸收塔pH值控制控制方面，采用了使用大慣性、大延遲對象的串級回路控制方式，并通過增加跳步運行及參數(shù)判別，提高了系統(tǒng)的可靠性，為DCS技術(shù)在脫硫脫硝系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了借鑒意義。

關(guān)鍵詞：DCS 脫硫脫硝 火電廠 調(diào)試

中圖分類號：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（a）-0039-02

近年來，環(huán)境問題日益嚴(yán)重，進(jìn)入冬季之后，整個華北地區(qū)持續(xù)籠罩在霧霾之下，嚴(yán)重影響著人們的健康。而造成霧霾的主要原因來源于燒煤，在整個工業(yè)生產(chǎn)中，火電廠的燒煤量占比最大，盡管我國煤炭以低硫煤和超低硫煤為主，但由于燃燒總量及燃燒效率不高，對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，在排放的尾氣中，SO2對環(huán)境造成的危害最大。SO2在大氣中與水蒸氣結(jié)合，可形成酸雨，酸雨的降落會對植物產(chǎn)生腐蝕作用，降低農(nóng)作物的產(chǎn)量，破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)。SO2同時當(dāng)人們呼吸了大量SO2后，該氣體會溶解于人們的血液中，產(chǎn)生硫酸鹽溶膠，破壞人體免疫力，導(dǎo)致各種疾病，因此，研究如何降低火電廠的SO2的排放量具有重要意義。目前電廠降低SO2最有效的方式是通過電廠的脫硫系統(tǒng)。而衡量脫硫系統(tǒng)好壞的指標(biāo)是脫硫系統(tǒng)的脫硫效率。如何控制脫硫系統(tǒng)中的各個變量如煙氣側(cè)流量、SO2濃度、pH值等，提高脫硫系統(tǒng)的脫硫效率，是提高電廠脫硫效率，降低SO2排放的關(guān)鍵所在。該文通過對電廠現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)的控制邏輯進(jìn)行研究，引入更加先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)及相應(yīng)的控制邏輯，在確保電廠機(jī)組安全、穩(wěn)定、可靠運行的同時，提高脫硫系統(tǒng)的脫硫效率，降低SO2的排放。

1 濕法煙氣脫硫技術(shù)原理

1.1 脫硫技術(shù)簡介

控制SO2排放的技術(shù)從脫硫的進(jìn)程劃分可分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫及燃燒后脫硫。燃燒前脫硫原理為通過各種方法對煤進(jìn)行凈化，將煤中的硫成分除掉，來達(dá)到減少SO2排放；燃燒中脫硫原理為在煤燃燒的過程中加入石灰石或者白云石作為脫硫劑，將煤中的硫分轉(zhuǎn)化成硫酸鹽；燃燒后脫硫也稱為煙氣脫硫技術(shù)，是應(yīng)用最為廣泛的脫硫技術(shù)。從技術(shù)實現(xiàn)的角度可分為濕法、干法和半干法三種工藝。該文對濕法工藝進(jìn)行深入研究。

1.2 濕法煙氣脫硫技術(shù)

濕法脫硫工藝的原理為利用SO2與碳酸鈣CaCO3、O2反應(yīng)生成石膏，將煙氣中的SO2進(jìn)行吸收。一般的濕法脫硫系統(tǒng)包含用于SO2與碳酸鈣CaCO3、O2反應(yīng)的吸收塔系統(tǒng)、負(fù)責(zé)將電廠排除的煙氣送入吸收塔的煙氣系統(tǒng)、制作石灰石漿液用于吸附SO2的石灰石漿液制備系統(tǒng)、對反應(yīng)后生成的石膏進(jìn)行脫水的石膏脫水系統(tǒng)、系統(tǒng)的廢水處理系統(tǒng)及相關(guān)的輔助設(shè)備系統(tǒng)。脫硫的過程為供液泵將石灰石漿液送至吸收塔，引風(fēng)機(jī)將未脫硫的煙氣送入吸收塔，在吸收塔內(nèi)通過SO2與石灰漿中的CaCO3、氧氣進(jìn)行反應(yīng)，將煙氣中的SO2轉(zhuǎn)變成CaSO4·2H2O，以此來達(dá)到脫硫的效果，經(jīng)過脫硫之后的煙氣在排放到大氣之前需要經(jīng)過除霧，再加熱裝置。

2 基于DCS技術(shù)的FGD控制系統(tǒng)的實現(xiàn)及優(yōu)化

隨著DCS水平的不斷提高，早期由PLC控制的FGD熱控系統(tǒng)已經(jīng)逐步被集散控制系統(tǒng)所替代。DCS控制技術(shù)本質(zhì)上是一種計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通過采用DPU作為控制中心，各功能組件集合而成的連續(xù)控制和順序控制。該文采用的DCS控制系統(tǒng)是目前應(yīng)用比較廣泛的EDPF-NT+分散控制系統(tǒng)。

2.1 FGD控制系統(tǒng)簡介

該文采用的FGD控制系統(tǒng)是由多個域集合構(gòu)成的，每個域集為一個單獨的功能模塊，可以實現(xiàn)基本的控制和完成所需的數(shù)據(jù)采集，各個域集之間可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，完成通信功能。由于各自相互隔離，因此，降低了網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)量，也增加了系統(tǒng)的可靠性。

2.2 吸收塔pH值控制系統(tǒng)實現(xiàn)

煙氣中的SO2與石灰漿液中的CaCO3及O2反應(yīng)的程度很大程度上取決于反應(yīng)環(huán)境中的pH值，合理的pH值可以加快、加深反應(yīng)，充分的降低煙氣中的SO2含量，提高系統(tǒng)的脫硫效率。pH值得調(diào)控可利用反應(yīng)物的酸堿性來調(diào)控，石灰漿為堿性、SO2為酸性，當(dāng)pH值過高時可采用補充煙氣，當(dāng)pH值過小時，可補充石灰漿的量，通過控制兩者的進(jìn)量來實現(xiàn)pH值得調(diào)控，一般的應(yīng)該保持在5～6之間。

由于脫硫的化學(xué)反應(yīng)在吸收塔內(nèi)進(jìn)行，因此pH值的控制實際為吸收塔煙氣與石灰石漿液的進(jìn)量控制，根據(jù)控制方式的不同，可分為單回路控制系統(tǒng)和串級回路控制。單回路控制比較簡單，是目前應(yīng)用比較廣泛的一種控制方式。原理為事先設(shè)定一個pH基準(zhǔn)值，通過pH值測量元件采集吸收塔內(nèi)的實際pH值，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給控制單元，控制單元通過將實際的pH值與標(biāo)準(zhǔn)值做對比，然后通過PID控制器，得出輸出量，實現(xiàn)石灰石漿液盡量的控制，維持吸收塔內(nèi)的pH值，該算法控制原理很好，但由于被控對象具有較大的延時和慣性，實際的控制效果并不理想。串級回路控制的調(diào)節(jié)方式與單回路控制類似，也是通過采集實際的pH值與設(shè)定的pH值作比較，得到PID控制器的輸入，與單回路控制方式不同，串級回路控制的輸出量不是直接作用與石灰漿液的進(jìn)量，而是與已經(jīng)通過F（X）運算后的前饋信號如煙氣中SO2的濃度等信息，經(jīng)過加法器運算作為系統(tǒng)運算的偏差運算，通過控制幅控制器來實現(xiàn)石灰漿的進(jìn)量控制。該方法有效的規(guī)避了因被控對象的較大慣性及延時造成的系統(tǒng)控制效果不理想，是吸收塔pH值維持在設(shè)定值左右，增強(qiáng)了SO2的反應(yīng)程度，提高了-系統(tǒng)的脫硫效率，其控制原理如圖1所示。

2.3 工藝水箱液位控制

在FGD系統(tǒng)中，工藝水系統(tǒng)主要作用為：沖洗用水；冷卻用水；系統(tǒng)補水。

目前國內(nèi)的電廠都有循環(huán)水系統(tǒng)，因此，此次設(shè)計的脫硫系統(tǒng)的工藝水直接使用電廠的循環(huán)水系統(tǒng)，為了保證脫硫系統(tǒng)的供水正常，在系統(tǒng)的水箱中安裝液位檢測計，實時的監(jiān)控液位變化，及時將信息傳遞DCS控制中心，通過與設(shè)定的水位做比較，通過PID控制器進(jìn)行運算，確定水箱進(jìn)水量的大小，保證水箱液位。此次設(shè)計的工藝水箱液位控制回路組態(tài)圖如圖2所示。

2.4 性能試驗

通過在實際工況下滿負(fù)荷運行，當(dāng)入口SO2濃度的均值為63 800 mg/Nm3，出口SO2濃度的均值為101.2 mg/Nm3，平均脫硫效率為98.23%。鈣硫比約為1.01，石膏產(chǎn)量均值約為20.235 t/h。脫硫效果明顯，達(dá)到設(shè)計預(yù)期。

3 結(jié)語

將系統(tǒng)在不同的工況下進(jìn)行運行得出，當(dāng)入口SO2濃度的均值為62 600 mg/Nm3，出口SO2濃度的均值為102.4 mg/Nm3，時可達(dá)到系統(tǒng)的最大脫硫效率，為98.19%。鈣硫比約為1.01，石膏產(chǎn)量均值約為20.235 t/h。脫硫效果明顯，達(dá)到設(shè)計預(yù)期。

參考文獻(xiàn)

[1] 李敬，王振國，陳楠.燃煤電廠脫硝技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2011（10）：109-110.

[2] 邵明勇，李飛，田佳.先進(jìn)脫硝技術(shù)在大型燃煤發(fā)電機(jī)組工程中的優(yōu)化應(yīng)用[J].能源與環(huán)境，2011（2）：78-79.

[3] 羅睿，陳冬林，劉創(chuàng)，等.火電廠SCR煙氣脫硝反應(yīng)器模擬系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].熱力發(fā)電，2011，40（2）：44-47.

[4] 陳堅斐，張建龍.淺談火電廠煙氣脫硫系統(tǒng)的自動控制[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2013（2）.