電氣自動化系統(tǒng)在煙氣脫硫工程中的應(yīng)用探討

山東華特環(huán)保科技有限公司 金家國

現(xiàn)階段空氣污染已經(jīng)成為社會各界關(guān)注的焦點。在工業(yè)生產(chǎn)方面，由于資源消耗尤其是煤的消耗會產(chǎn)生大量污染物[1]。煤的燃燒會產(chǎn)生大量的二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮等有害氣體和固體懸浮物，這些污染物排放至空氣中難以消解，就會形成霧霾，從而危害人體健康。

并且，通常用于熱電廠的煤燃燒的鍋爐體量也較大，鍋爐老化效率低也會加劇環(huán)境污染的程度。因此，工業(yè)污染治理刻不容緩，須多措施并舉，加強對環(huán)境的保護。目前，雖然與鍋爐煙氣處理相關(guān)的技術(shù)較多，但是能真正投入使用的技術(shù)較為有限，為有效推動綠色可持續(xù)發(fā)展，強化對煙氣的排放管理十分有必要[2]。本文以熱電廠的煙氣脫硫工程為研究對象，通過分析電氣自動化系統(tǒng)在煙氣脫硫工程中的應(yīng)用，目的是讓煙氣脫硫裝置更優(yōu)運行，從而有效治理空氣污染的問題。

1 工業(yè)煙氣及脫硫技術(shù)

1.1 工業(yè)煙氣

工業(yè)或企業(yè)廠區(qū)在燃燒燃料時，會有大量的煙塵顆粒及有害氣體產(chǎn)生，若直接排放到空氣中，會嚴(yán)重污染空氣環(huán)境[3]。工業(yè)煙氣具有巨大的危害，會危害人體健康，人在吸入空氣中污染物后，會對人體的呼吸道、生理機能、眼鼻等黏膜組織等造成嚴(yán)重的危害，從而引發(fā)各種疾病。同時，空氣污染物還會對天氣和區(qū)域氣候產(chǎn)生影響，若空氣中存在大量的煙塵，會形成霧霾。如果空氣中二氧化硫濃度較大，還會出現(xiàn)酸雨，酸雨會造成森林毀壞、農(nóng)作物死亡等。

1.2 煙氣脫硫技術(shù)

煙氣脫硫工程指的是，從熱電廠的排放煙道氣或其他工業(yè)廢氣中將硫氧化物去除的系統(tǒng)。隨著脫硫技術(shù)的快速發(fā)展，目前在實踐中應(yīng)用的煙氣脫硫工藝主要有以下幾種：

一是干法煙氣脫硫工藝。主要是指吸收劑以干態(tài)進入吸收塔與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，脫硫終產(chǎn)物呈“干態(tài)”的煙氣脫硫工藝，如爐內(nèi)噴鈣法脫硫、小蘇打法脫硫等。這一工藝主要是通過煙氣與吸收劑相互作用來實現(xiàn)脫硫，在具體的運行操作中，先將煙氣噴入爐內(nèi)或反應(yīng)器內(nèi)，讓煙氣排出前與吸收劑直接接觸反應(yīng)脫硫，反應(yīng)后的固體顆粒收集在除塵器上。

二是半干法煙氣脫硫工藝。主要是指吸收劑以濕態(tài)進入吸收塔與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，脫硫終產(chǎn)物呈“干態(tài)”的煙氣脫硫工藝，如旋轉(zhuǎn)噴霧法脫硫、循環(huán)流化床法脫硫等。這一煙氣脫硫工藝主要是采用低濕狀態(tài)或干粉狀態(tài)的吸收劑，與煙氣中的硫化物進行反應(yīng)，在反應(yīng)過程中，吸收劑的水分會被蒸發(fā)，而反應(yīng)后的固體顆粒會被收集在除塵器上[4]。干法、半干法的優(yōu)勢在于系統(tǒng)簡單、一次性投資低、維護簡單等，無廢水、廢酸排出，減少了二次污染，但也存在原料消耗大、反應(yīng)效率低的缺陷，半干法脫硫較干法脫硫效率方面有了很大提升，在低硫煤鍋爐、燃?xì)忮仩t脫硫方面獲得了較好的應(yīng)用。

三是濕法煙氣脫硫工藝。主要是指吸收劑以濕態(tài)進入吸收塔與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，脫硫終產(chǎn)物呈“濕態(tài)”的煙氣脫硫工藝，如以石灰石為吸收劑的鈣法脫硫、以氧化鎂為吸收劑的鎂法脫硫。這一工藝的原理為：使用具有水溶性且能與二氧化硫進行酸堿中和反應(yīng)的堿性物質(zhì)作為吸收劑，使其將煙氣中的二氧化硫消除。濕法煙氣脫硫工藝的優(yōu)勢在于脫硫效率高，主要因為直接加入了水溶性堿，整個反應(yīng)過程迅速，可吸收更多的硫，在工業(yè)中應(yīng)用廣泛，尤其以石灰石為吸收劑的鈣法應(yīng)用最為廣泛，缺點是對設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重，對設(shè)備材料的選擇較干法要求高，一次性投資高。

2 煙氣脫硫工程中應(yīng)用電氣自動化系統(tǒng)的意義

在煙氣脫硫工程中應(yīng)用電氣自動化系統(tǒng)，主要體現(xiàn)在電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用。由于煙氣脫硫工程各種工藝較為復(fù)雜，所以對電氣自動化控制系統(tǒng)的要求較高，高效穩(wěn)定的電氣自動化控制系統(tǒng)，可節(jié)省人工操作成本，降低能耗和藥耗，也能降低后期的運營成本。因此，在煙氣脫硫工程中應(yīng)用電氣自動化系統(tǒng)意義重大。

隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的快速發(fā)展，將這些技術(shù)應(yīng)用至煙氣脫硫工程中，可進一步提升煙氣脫硫工程的自動化運行水平。電氣自動化控制系統(tǒng)的運行原理為：借助計算機高速的信息處理能力，實現(xiàn)對煙氣脫硫工程的自動運行、控制、保護和故障檢測，全程為機器自動化控制，減少了人工成本，提高了脫硫的效率，有助于提高企業(yè)運營效率及創(chuàng)造更大的利潤。

3 煙氣脫硫工程中應(yīng)用電氣自動化系統(tǒng)的必備條件

3.1 科學(xué)合理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

隨著信息化時代的到來，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展，并成為人們生活與工作中必不可少的部分。同時，在脫硫行業(yè)中，也少不了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支持。要想將電氣自動化系統(tǒng)很好地應(yīng)用至熱電廠煙氣脫硫工程中，就需要構(gòu)建一個科學(xué)合理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這也是有效發(fā)揮電氣自動化技術(shù)的重要前提。伴隨著技術(shù)變革的不斷推進，供熱企業(yè)可在傳統(tǒng)生產(chǎn)方式基礎(chǔ)上，將實體生產(chǎn)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，并借助電氣自動化系統(tǒng)實現(xiàn)對設(shè)備的實時監(jiān)測與控制管理，在穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支撐下，電氣自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸與共享效率更高，一方面能有效提升脫硫工作的效率，另一方面也有助于電力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

3.2 電氣控制與保護

在以往熱電廠的火力發(fā)電時，為避免出現(xiàn)各種突發(fā)情況，需要對發(fā)電設(shè)備與發(fā)電過程進行實時監(jiān)控，以便采取必要的保護措施，比如報警系統(tǒng)。但這樣的監(jiān)控模式具有一定的局限性，主要表現(xiàn)為通常只能對已經(jīng)出現(xiàn)的情況進行控制，并不能起到預(yù)防防控的作用，無法從根本上實現(xiàn)對熱電廠發(fā)電過程的有效保護。而運用電氣自動化技術(shù)，管理人員可通過計算機的人機交互界面了解電氣系統(tǒng)的運行情況，也能及時監(jiān)督和預(yù)判可能出現(xiàn)的系統(tǒng)故障問題，及時采取有效的措施解決，確保電氣系統(tǒng)正常運行，從而保證熱電廠的發(fā)電工作能正常進行。

3.3 統(tǒng)一單元爐機組

隨著社會的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)熱電廠的發(fā)電方式顯然已經(jīng)無法滿足實際需求，需要進行改革創(chuàng)新，將自動化技術(shù)應(yīng)用到熱電廠中，可讓廠內(nèi)各部分有機統(tǒng)一。熱電廠中主要是由機、爐、電、控及其他設(shè)備組成，運用電氣自動化技術(shù)，可對熱電機組進行實時的監(jiān)控，并分析監(jiān)控參數(shù)，可很好地調(diào)節(jié)機組的運行狀態(tài)，讓機組充分發(fā)揮出應(yīng)有的作用。另外，自動化技術(shù)的應(yīng)用，使得單元爐機組統(tǒng)一，能更便于供熱電廠進行信息化管理，有助于整體效率的提升。

3.4 電氣通信控制

由于熱電廠發(fā)電需要財力、人力、物力支撐，因此國家非常重視熱電廠的發(fā)展。隨著科技的不斷進步，目前熱電廠發(fā)電效率有了顯著提升，但電氣通信控制技術(shù)并不成熟，還需要進一步發(fā)展完善。熱電廠應(yīng)積極引進成熟的電氣通信控制技術(shù)，提升電氣自動化系統(tǒng)運行水平，從而促進熱電廠工作效率與水平的提升。

4 煙氣脫硫工程中應(yīng)用電氣自動化系統(tǒng)的實例分析

某熱電廠為保證煙氣脫硫改造項目支出合理，工藝流程保留了原有的煙氣脫硫裝置，原有的煙氣脫硫工藝為石灰石干法脫硫技術(shù)，系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備主要包括石灰石倉儲、石灰石粉倉、各類工業(yè)電機。在這一基礎(chǔ)上，將電氣自動化技術(shù)應(yīng)用至煙氣脫硫系統(tǒng)中，實現(xiàn)對各部分的電氣自動化控制。

4.1 系統(tǒng)電路接線

在進行煙氣脫硫系統(tǒng)電路設(shè)計時，需要考慮各類電機和泵體的接入，電路接線數(shù)量較多，選擇合適的接線方式非常重要。常見的接線方式主要有以下三種：

一是硬接線的方式。采取這種接線方式，可通過電氣自動化系統(tǒng)實現(xiàn)對相關(guān)控制對象的參數(shù)檢測，同時還能調(diào)節(jié)控制電氣與工藝設(shè)備，對提升電氣控制系統(tǒng)運行的可靠性及有效控制二氧化碳的排放具有重要作用、硬接線方式在應(yīng)用過程中，主要采用的是集中布置的方式，管理起來較為方便，并且接入方式簡單，連接電纜時能一次正確敷設(shè)，可為設(shè)備的運行提供良好的環(huán)境，有助于提升整體的運行效率。但這樣的接線方式也有一定的不足，主要因為需要配置大量的硬件設(shè)備，所以施工成本相對較高。

二是硬接線與通信結(jié)合。這種接線方式是硬接線方式上進行的改良。隨著科技的快速發(fā)展，目前在工廠自動化、變電站自動化等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，為脫硫電氣自動化控制系統(tǒng)的良好運行提供了有力的技術(shù)支撐。這一接線系統(tǒng)主要有三個部分構(gòu)成，分別是站控層、間隔層、通信層，其中站控層主要有操作站、維護站、通信網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器等組成。

用通信方式替代硬接線方式，可有效解決硬接線方式中需要大量元件和材料的問題，可有效降低施工成本，同時信息較全面，系統(tǒng)能實現(xiàn)事故追憶、防誤閉鎖、保護定值管理等功能作用，有利于進一步提升電氣系統(tǒng)的自動化水平。但這樣的接入方式有一定的局限性，集中體現(xiàn)在系統(tǒng)通信開放性不高，制約了信息監(jiān)控的時效性，而且在實際應(yīng)用過程中，時常會出現(xiàn)信息刷新緩慢、網(wǎng)絡(luò)信號中斷的問題，使得系統(tǒng)信息維護量較大，難以保證信息的可靠性。

三是全通信方式。這一接入方式主要是依托網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，通過分層分布智能裝置的方式，實現(xiàn)對熱電廠集散控制系統(tǒng)的自動化監(jiān)控和保護。在全通信的支持下，電熱廠集散控制系統(tǒng)可充分發(fā)揮出網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的優(yōu)勢，強化對廠內(nèi)脫硫設(shè)備的監(jiān)控。在實際應(yīng)用過程中，能夠根據(jù)脫硫工藝進行通信管理配置，實現(xiàn)通信管理機與分布式處理單元“一對一”通信，有助于提升聯(lián)鎖控制的效果。由于在脫硫工藝流程中，涉及的電動機綜合保護裝置較多，且這些設(shè)備可實現(xiàn)雙網(wǎng)通信，因此能夠很好地滿足工業(yè)聯(lián)鎖控制的實際需求。將全通信的方式應(yīng)用至煙氣脫硫電氣控制系統(tǒng)中，使其與電廠集散控制系統(tǒng)有機融合，不需要再進行硬接線，能夠有效節(jié)約施工成本，而且還能實現(xiàn)全面實時的監(jiān)控與管理。另外，這一接線方式，還能為電氣自動化系統(tǒng)提供信息管理、繼電保護、設(shè)備維護等提供有力支持，可進一步提升電子自動化控制系統(tǒng)的可靠性。

4.2 系統(tǒng)控制

考慮煙氣脫硫工程中涉及諸多裝置，在應(yīng)用電氣自動化系統(tǒng)時，也應(yīng)采用合理的自動化技術(shù)，實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動化控制。在實際應(yīng)用中，也可通過PLC控制技術(shù)，實現(xiàn)對煙氣脫硫工程系統(tǒng)的控制?？刂圃砣鐖D1所示。

圖1 脫硫控制原理

在具體的運行中，石灰石上料系統(tǒng)主要有料位計和上料器組成，一旦系統(tǒng)檢測到料位不足，要及時配比和上料；石灰石的下料系統(tǒng)，石灰石原料通過下料機與鼓風(fēng)機傳送至反應(yīng)爐中進行煙氣脫硫。在整個煙氣脫硫電氣控制中，上位機時刻與PLC保持?jǐn)?shù)據(jù)通訊，并且能通過顯示器觀察反應(yīng)的進程及各項參數(shù)。通過PLC控制，讓整個煙氣脫硫過程高效進行，實現(xiàn)對脫硫工藝流程的自動控制，使整個系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，也更加有利于減少資源的消耗。

實踐證明，煙氣脫硫工程在應(yīng)用電氣自動化系統(tǒng)時，可通過全通信的接入的方式，提升通信可靠性、實時性的同時，讓自動化系統(tǒng)的作用得以有效發(fā)揮，強化對各種設(shè)備的實時監(jiān)控，從而保證系統(tǒng)運行的科學(xué)性和安全性，這也是煙氣脫硫工程電氣自動化發(fā)展的必然。另外，在電氣自動系統(tǒng)實際應(yīng)用過程中，也能在全通信的基礎(chǔ)上，有效運用PLC控制技術(shù)，實現(xiàn)對煙氣脫硫工藝流程的自動化控制，整個系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，也能減少資源的消耗，從而更好地滿足二氧化硫排放控制的需求。