循环流化床烟气脱硫系统控制技术.pdf

循环流化床烟气脱硫系统控制技术 申丽李洪全 中国京冶工程技术有限公司， 北京 100088 摘要 阐述了循环流化床烟气脱硫系统电气控制的内容、 方法、 仪表等技术。根据循环流化床烟气脱硫实验系统温度、 压力、 流量的测量， 实现了该系统闭环开环自动、 手动控制的功能， 并且根据实验室的具体情况， 采取特殊技术方式， 完 成实验自动化的控制。该控制技术对扩大到实际工程应用具有指导意义。 关键词 循环流化床; 烟气脱硫; 控制技术 CONTROL TECHNOLOGY OF CIRCULATING FLUIDIZED BED FLUE GAS DESULFURIZATION SYSTEM Shen LiLi Hongquan China Jingye Engineering Co． ，Ltd，Beijing 100088，China AbstractIt is expounded the content，s and instrumentation of electrical control in circulating fluidized bed flue gas desulfurization system FGD ． According to the measurement of temperature，pressure，flow in circulating fluidized bed flue gas desulfurization system，it has been realized the function of open-loop，closed-loop，automatic and manual controls;also based on the specific circumstance in laboratory，using the special technical ，the automatic control of the experiment has been achieved． This control technology can provide a guidance to application of actual projects． Keywordscirculating fluidized bed;flue gas desulfurization FGD ;control technology “烧结烟气脱硫技术的研究与应用” 项目属京冶 重点科研课题， 该项目的优势在于克服了传统湿法脱 硫系统流程复杂和只脱硫难脱除二恶英的弊端， 完成 简约高效脱硫， 同时脱除二恶英的全新流程。该科研 课题需要建设一套烧结烟气脱硫实验系统， 实验平台 建设地点为烟气实验室。该实验系统主要由以下的 五个部分组成 模拟烟气发生系统、 脱硫塔、 除尘和回 料系统、 雾化增湿系统及检测控制系统。电气检测控 制技术是整个研究项目的一部分。 1循环流化床脱硫工艺原理 1. 1脱硫工艺流程 循环流化床脱硫工艺是以循环流化床原理为基 础， 通过吸收剂的多次再循环， 延长吸收剂与烟气的 接触时间， 以达到高效脱硫的目的。循环流化床对电 气控制要求十分严格， 这是因为建立流化状态的必要 条件是， 在床内气流速度达到使升力和吸收剂重力相 当的临界速度时， 才使吸收剂浮动流化， 并维持床内 吸收剂微粒间气流实际速度大于临界值而小于输送 速度。 实验系统的流程如图 1 所示。 1. 2脱硫工艺对控制需求 1 启动脱硫变频调速， 将混有 SO2的空气吸入 脱硫吸收塔， 由于空气较冷， 所以需要通过电加热器 加热空气， 这样能比较接近真实含硫气体。 2 含硫气体进入脱硫吸收塔后， 通过吸收剂螺 旋给料装置给料， 并通过喷头喷雾， 使含硫气体与吸 收剂较好融合。 3 吸附含硫气体的粉尘进入脉冲布袋除尘器， 通过控制脉冲清灰阀， 使粉尘落在料仓， 再通过螺旋 给料机进行回流， 达到循环使用的目的。 4 在脱硫吸收塔前和脉冲除尘器后设置 SO2在 线检测仪， 通过前后检测数据， 比较脱硫效果。 5 在脱硫吸收塔各段及风机前后设置压力变送 器， 在线检测脱硫吸收塔的各段压力变化及脉冲除尘 器的阻力。 6 在脱硫吸收塔各段及风机前后设置热电阻， 在线检测脱硫吸收塔的各段温度变化及脉冲除尘 器进出口的温度。 16 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 图 1脱硫系统流程 7实验过程中， 通过调节设备变频器的频率改 变风量、 吸收剂添加量、 粉尘回流量及喷雾量测量多 个组合状态下脱硫效果。 2自动化控制系统 循环流化床脱硫系统的控制内容 变频调速风 机、 脉冲袋式除尘器、 电加热器、 吸收剂螺旋给料装 置、 回流螺旋给料装置、 喷水装置。 2. 1自动化系统配置 自动化 PLC 系统采用主从站模式， 主站采用西 门子 S7- 400 414- 2DP CPU， 从站采用 ET 200 M， 该系 统可在任何时候， 通过简单地增加附加模块就可进行 升级 见图 2 ， 而无需过多费用。 图 2 自动化控制系统配置 上位机采用两台研华工控机， 双机实时备份。编 程采用 STEP 75. 4 中文版， 监控画面采用 WINCC 6. 2 中文版。 通讯 PLC 主站与从站之间采用 PROFIBUS 总线。 PLC 与上位机之间采用以太网连接， TCP/IP 协议。 2. 2控制编程 PLC 编程采用模块化结构， 通过对设备的分类， 例如 普通电机、 变频调速电机、 调节阀、 脉冲布袋除 尘器清灰阀、 除尘器灰斗振动器等类型， 编写不同的 FB 功能块 ， 在各个不同功能 FC 中调用， 配相应 的 DB 背景数据块 ， 实现对 FB 的重复利用， 简化并 清晰了程序结构。对于需要闭环的控制， 例如 通过 设定风机风量自动调节风机电机速度， 采用系统软 PID 控制器 FB41 ， 实现电机的快速响应。 2. 3数据采集 通过 WINCC 监控系统实现对系统内设备的监 视控制， 仪 表 数 据 的 采 集、 记 录， 报 警。但 是 由 于 WINCC 6. 2 的变量记录很难实现对采集数据的编 辑、 分析， 给实验分析人员带来不便， 所以通过编写 C 语言全局脚本， 根据需要将数据按照设定格式写到 EXCEL 表格， 并自动按照日期进行归类。 3电气控制过程 3. 1传动方式 电动机有两种启动方式。对于恒速电动机采用 全压起动， 即由马达控制中心柜控制。要求调速的电 机采用标准 V/F 控制的变频器控制。在本实验控制 26 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 中如 脱硫风机电机、 流化床吸收剂螺旋给料电机及 流化床回流螺旋给料电机采用变速控制。 利用变频器可以根据电动机负载的变化实现自 动、 平滑的增速或减速， 基本保持电动机固有特性转 差率小的特点， 具有效率高、 范围宽、 精度高且能无级 变速的优点， 还能通过远程 PLC 来实现速度变化。 3. 2控制过程 1 系统开环控制。首先调节脱硫风机电机的转 速， 考察烟气量对循环流化床流态化的影响; 根据烟 气量、 SO2量确定吸收剂螺旋给料电机的转速; 然后 根据脱硫吸收塔的差压， 调节回流螺旋给料电机的转 速; 并且根据烟气量、 脱硫吸收塔进出口的温度确定 给水的流量、 调节电加热器温度测量值， 考察温度对 循环流化床流态化的影响。 2 系统闭环控制。首先根据烟气量、 SO2量自动 调节吸收剂螺旋给料电机的转速; 根据脱硫吸收塔的 差压， 自动调节回流螺旋给料电机的转速; 然后根据 烟气量、 脱硫吸收塔进出口的温度自动调节进水电动 阀; 根据除尘器的差压或时间， 控制脉冲袋式除尘器 的清灰脉冲阀; 控制系统采用全 PLC 控制方式， 机旁 手动也通过 PLC 控制。 3. 3控制措施 1 采用变频器驱动的电动机因其具有节能、 调 节方便和网络化等优点， 被越来越多地应用， 但其非 线性， 冲击性用电的工作方式所带来的谐波危害很 大， 抑制谐波方法是在变频器的输入端安装电抗器。 2 电加热器温度的控制采用单相功率调整器， 具有恒压、 恒流、 恒功率控制功能， 起到缓起动、 缓关 断作用。 4控制仪表 4. 1仪表检测控制项目 1 脱硫反应塔入口、 出口、 塔体温度压力测量及 报警、 联锁; 2 脱硫反应塔入口烟气流量测量; 3 脱硫反应塔入口 SO2浓度测量; 4 脱硫反应塔供水流量测量; 5 脱硫风机轴承、 出口温度测量及报警、 联锁; 6 脱硫风机出口压力测量及报警、 联锁; 7 除尘器仓壁、 出口温度测量及报警、 联锁; 8 除尘器出口压力测量及报警、 联锁; 9 除尘器出口 SO2浓度测量; 10 水箱液位测量及报警、 联锁。 4. 2仪表选型 选用高精度、 高可靠性的仪表或智能仪表测量压 力、 温度、 流量、 液位等过程变量， 并将其变换成标准 信号送至自动化系统进行集中监控。 检测仪表设置和选型按如下设计标准进行 1 温度仪表 按温度范围选用热电阻或热电偶。 低于 500 ℃ 的工艺测点以及风机轴承的温度， 冷却水 和其他低温测量均采用热电阻测量， 并按三线制原理 接线， 其电阻信号直接送入 PLC 模板; 高于 500 ℃ 电 加热炉本体的温度采用热电偶测量。 2 压力或差压测量 对于远距离压力或差压测 量均采用带现场指示的电容膜片式压力或差压变送 器两线制智能变送器 取压阀、 三阀组随变送器成 套 。 3 流量测量 烟气流量、 冷却水流量检测选用智 能流动传感器。 4 物位测量 对于除尘器的灰仓料位采用阻旋 料位开关， 对于水箱液位测量选用智能超声波无接触 变送器。 5 SO2浓度测量 采用直接抽取法， 从取样探头 抽出的样气通过加热输气管线到达气体分析系统。 4. 3系统功能 采用电仪一体的基础自动化系统， 脱硫控制系统 单独设一套 PLC 控制系统 传动、 仪表共用 ， 来完成 对其相应的过程变量进行监控。 4. 3. 1操作监视 操作监视为全 PLC 操作方式。所有过程数据和 状态监视均在 PLC 系统的操作站上， 通过 LCD 画面 调用实现。过程参数的设定和调整， 控制回路的操 作， 报警状态的显示和确认等， 均通过键盘和鼠标进 行操作。 4. 3. 2主要监控画面 采用多个监控画面， 直观反映过程运行状态， 如 1 运转条件检查画面 运转准备条件的显示和 确定。 2 运行监视画面 以动态流程图方式集中显示 主要过程参数和设备运行状态。 3 生产管理及参数设定画面 可进行参数的预 存、 修改、 显示、 计算， 并执行参数自动下线等。 4 控制回路画面 控制设备起停， 显示控制参数。 5 实时及历史趋势画面 显示主要过程参数的 下转第 67 页 36 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 下部落灰以及回料机的溢灰等三部分， 成分主要是 CaSO3、 CaSO4、 CaCO3、 CaCl2、 Ca OH 2和微量重金属 盐等。通过测量脱硫灰中含有的 CaSO3达到 57 ～ 60 。目前主要是作铺路路基灰、 水泥地面粘合剂使 用， 消耗不完的暂时堆放。 脱硫副产物的处置和综合利用是脱硫工艺的一 个难题， 如果处理不当会产生二次污染。如何实现该 脱硫灰的综合利用， 还需进行不断的探索和研究。 3结论 邯郸钢铁公司 400 m2烧结机脱硫采用该工艺， 通过对运行中原料问题、 循环问题、 粘灰问题、 扬灰问 题、 压缩空气消耗问题等诸多问题的解决， 取得了良 好的效果。系统投运两年来运行稳定， 设备管道无结 垢、 腐蚀、 故障率低、 无“酸雾” 危害， SO2排放浓度小 于 100 mg/m3， 粉尘排放浓度小于 30 mg/m3， 脱硫效 率达到 90 以上， 获得了良好的减排效果。 综合分析 GSCA 工艺， 得到如下启示 1 该脱硫工艺技术比较成熟， 应用在烟气流量 较大的大型烧结机上有一定的优势。 2 用户应结合本单位的实际情况， 正确选择合 适的脱硫工艺和技术， 不能简单地进行移植或照搬， 这样才能实现脱硫和效益的最大化。 3 在工艺选择上不仅要考虑净化要求， 更要考 虑工艺的稳定性， 同时减少能耗和二次污染， 降低脱 硫的运行成本。 4 要认真研究所采用工艺的特点和主要存在问 题， 找到正确的应对措施， 有针对性的加以解决， 就能 保证工艺达到设计要求。 5 要树立系统思维观念， 系统考虑脱硫工艺的 前段和后续， 尤其要认真考虑脱硫副产品的处理和综 合利用问题。 参考文献 ［1］黄东生， 王荣恩， 汤楚贵． 烧结烟气脱硫技术探讨［J］． 烧结球 团， 2008， 33 3 6- 10 ［2］刘君， 庞俊香， 刘新虎， 等 . 400 m2烧结机烟气脱硫［J］． 金属世 界， 2008 5 66- 70 ［3］汤静芳， 符林涛， 李富智． NID 脱硫工艺在武钢三烧的应用 ［J］． 烧结球团， 2009， 34 5 13- 16． ［4］刘旭华， 羊韵． 宝钢股份有限公司三烧结脱硫技术［J］． 环境工 程， 2010， 28 2 80- 82． 作者通信处刘建秋050091河北省石家庄市红旗大街 626 号 河 北工业职业技术学院环境与化学工程系 电话 0311 85239217 E- mailhb_ljq 126． com 2011 － 08 － 15 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 63 页 趋势记录曲线。 6 报警总览画面 设备故障报警、 过程参数越限 报警、 过程状态报警、 系统故障报警等。 4. 3. 3安全联锁及报警 为保证安全运行和控制方式平稳切换， 需设置必 要的安全联锁回路， 并在基础自动化系统中通过软件 实现。 4. 3. 4软件编程组态 控制系统的编程、 组态等通过操作站实现。 5结语 循环流化床烟气脱硫技术对电气控制过程有特 别严格的要求， 精确可靠的控制技术可以保证高效脱 硫技术和脱硫过程的实现与进行。为此电控设计和 配置要根据循环流化床脱硫的要求， 在电气仪表选 型， 过程控制内容， 控制技术措施， 系统程序编制等方 面都要十分注意和完整。 参考文献 ［1］蒋文举． 烟气脱硫脱硝技术手册［M］． 北京 化学工业出版社， 2006 494- 510． ［2］张永， 吕建刚， 刘继光． 变频器谐波产生原因与抑制方法［J］． 电气应用， 2010， 29 3 62- 64． ［3］郭庆春， 何振芳， 寇立群， 等． PB 神经网络在北京市 API 预报中 的应用［J］． 环境工程， 2011， 29 4 106- 108． ［4］王雨清， 申丽． PLC 控制系统在钢渣热焖工艺中的应用［J］． 环 境工程， 2011， 29 2 104- 106． 作者通信处申丽100088北京海淀区西土城路 33 号中国京冶工 程技术有限公司环保事业部 206 室 E- mailshenli60 sohu． com 2011 － 12 － 07 收稿 76 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期