1 引言
在現(xiàn)代煙氣脫硫技術(shù)中，存在干法、濕法兩種脫硫方法；本文所涉及的這套控制系統(tǒng)是基于濕法中的雙堿法脫硫技術(shù)而制作的。山東菏澤東明石化6#、7#爐所使用的這套脫硫電氣控制系統(tǒng)是由筆者自行設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)這套控制系統(tǒng)的目的在于：
(1)方便運(yùn)行人員的操作，由于現(xiàn)場(chǎng)存在很多零碎的設(shè)備：渣漿泵、攪拌機(jī)、循環(huán)泵、
控制閥、灰?guī)斓龋\(yùn)行人員要想做到有的放矢、從容不迫就需要一個(gè)靈活的操作空間；
(2)plc控制系統(tǒng)的應(yīng)用減少了這些零碎設(shè)備的事故發(fā)生率，減少了脫硫運(yùn)行成本；
(3)實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便存儲(chǔ)記錄，達(dá)到自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)相結(jié)合的效果。
2 脫硫工藝概述
經(jīng)過(guò)多年研究，國(guó)內(nèi)外目前已開(kāi)發(fā)出200種以上的so2控制技術(shù)。這些技術(shù)可分為：(1)燃燒前脫硫(如洗煤，微生物脫硫)；(2)燃燒中脫硫(工業(yè)型煤固硫、爐內(nèi)噴鈣)；(3)燃燒后脫硫，即煙氣脫硫(flue gas desulfurization，fgd)。fgd法是目前世界上唯一大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方式，是控制酸雨和二氧化硫污染最主要的技術(shù)手段。
目前，世界上燃煤電廠(chǎng)煙氣脫硫工藝方法很多，這些方法的應(yīng)用主要取決于鍋爐容量、燃燒設(shè)備的類(lèi)型、燃料的種類(lèi)和含硫量的多少、脫硫效率、脫硫劑的供應(yīng)條件及電廠(chǎng)的地理位置、副產(chǎn)品的利用等因素。按脫硫的方式和產(chǎn)物的處理形式一般可分為濕法、干法和半干法三大類(lèi)。
(1)濕法煙氣脫硫技術(shù)(wfgd技術(shù))
常見(jiàn)的濕法煙氣脫硫技術(shù)主要有石灰/石灰石—石膏法、雙堿法(na-ca)、氧化鎂法、海水脫硫法、磷銨肥法等。第一代的fgd以石灰/石灰石濕法為代表，其裝置主要安裝在美國(guó)和日本。在美國(guó)，大多數(shù)大中型燃煤鍋爐所采用的fgd工藝均為濕法，濕法約占fgd總?cè)萘康?2%。在日本，煙氣脫硫技術(shù)主要采用濕法和回收法，其中濕法石灰石-石膏法約占總?cè)萘康囊话搿ｋS著技術(shù)運(yùn)用的逐步深入，雙堿法脫硫技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，本文主要以雙堿法進(jìn)行介紹。
(2)干法煙氣脫硫技術(shù)(dfgd技術(shù))
常見(jiàn)的干法煙氣脫硫技術(shù)，主要包括噴鈣循環(huán)
流化床反應(yīng)器、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕脫硫工藝、電子束照射法、荷電干式吸收劑噴射脫硫法等。其中噴鈣循環(huán)流化床反應(yīng)器脫硫技術(shù)由于具有適中的脫硫效率，工藝技術(shù)較為簡(jiǎn)單，而得到較為廣泛的應(yīng)用。
該法具有無(wú)污水廢酸排出、設(shè)備腐蝕小，煙氣在凈化過(guò)程中無(wú)明顯溫降、凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴(kuò)散等優(yōu)點(diǎn)，但存在脫硫效率相對(duì)較低、反應(yīng)速度較慢、脫硫產(chǎn)物較難綜合利用等問(wèn)題。
(3)半干法煙氣脫硫技術(shù)(sdfgd技術(shù))
常見(jiàn)的半干法煙氣脫硫技術(shù)主要包括循環(huán)懸浮式半干法、噴霧干燥法、循環(huán)流化脫硫裝置等。其中循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)較為成熟，應(yīng)用也較為廣泛。
3 工藝介紹
3.1工藝介紹
本工藝先經(jīng)除塵器除去99.5%以上的煙塵，再進(jìn)行脫硫。在電除塵器后的引風(fēng)機(jī)后面引出兩路煙道，一路接至脫硫系統(tǒng)，一路作為旁路系統(tǒng)，當(dāng)脫硫系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)可及時(shí)切換至旁路，保證鍋爐系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
本方案選用高效鈉鈣雙堿法脫硫技術(shù)。該工藝成熟可靠，系統(tǒng)簡(jiǎn)便，運(yùn)行穩(wěn)定，具有“雙高雙低”的突出優(yōu)勢(shì)，即脫硫效率高、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、投資費(fèi)用低、運(yùn)行費(fèi)用低。已在不同規(guī)模鍋爐煙氣脫硫除塵的工業(yè)應(yīng)用中獲得巨大成功。
該法使用na2co3或naoh液吸收煙氣中的so2，生成hso3-、so32-與so42-，反應(yīng)方程式如下：
(1)脫硫過(guò)程
na2co3+so2→na2so3+co2- (1)
2naoh+so2→na2so3+h2o (2)
na2so3+so2+h2o→2nahso3 (3)
其中：式(1)為啟動(dòng)階段na2co3溶液吸收so2的反應(yīng)；
式(2)為再生液ph值較高時(shí)(高于9時(shí))，溶液吸收so2的主反應(yīng)；
式(3)為溶液ph值較低(5~9)時(shí)的主反應(yīng)。
(2)氧化過(guò)程(副反應(yīng))
na2so3+o2→na2so4(4)
nahso3+o2→nahso4 (5)
(3)再生過(guò)程
2nahso3+ca(oh)2→caso3+na2so3+2h2o (6)
na2so3+ca(oh)2→caso3+2naoh(7)
式(6)為第一步再生反應(yīng)，式(7)為再生至ph＞9以后繼續(xù)發(fā)生的主反應(yīng)。
在石灰漿(石灰達(dá)到過(guò)飽和狀況)中，nahso3很快跟石灰反應(yīng)從而釋放出[na+]，隨后生成的[so32-]又繼續(xù)跟石灰反應(yīng)生成caso3而以半水合物形式沉淀下來(lái)，從而使[na+]得到再生，吸收液恢復(fù)脫硫能力而循環(huán)使用。
3.2 濕法脫硫工藝說(shuō)明
脫硫工藝如圖1所示。
圖1 脫硫工藝圖
整個(gè)工藝由四大部分組成：
(1)煙氣處理系統(tǒng)：鍋爐煙氣通過(guò)除塵器，經(jīng)霧化增濕和初步脫硫后進(jìn)入脫硫塔，在塔內(nèi)煙氣與脫硫液逆流接觸傳質(zhì)反應(yīng)。完成脫硫后的煙氣通過(guò)塔體上段的高效除霧裝置，除去煙氣中的霧滴，可有效地防止風(fēng)機(jī)帶水。凈化后的煙氣經(jīng)過(guò)煙囪排放，出脫硫塔的脫硫液進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。
(2)脫硫液循環(huán)系統(tǒng)：包括泵前池、反應(yīng)池、沉淀池、化灰池、石灰漿儲(chǔ)池、循環(huán)池等。出脫硫塔的脫硫液流入反應(yīng)池與加入的石灰反應(yīng)，鈉堿得到再生，再生后的脫硫液在沉淀池中沉淀出固相產(chǎn)物后流入泵前池，再由循環(huán)泵打回脫硫塔內(nèi)繼續(xù)使用,在反應(yīng)池和泵前池設(shè)置ph自動(dòng)監(jiān)控
報(bào)警系統(tǒng)，根據(jù)ph值的變化情況調(diào)整系統(tǒng)加入石灰漿液和鈉堿液量。
(3)脫硫灰渣處理系統(tǒng)：在化灰池中經(jīng)化灰處理的石灰漿液流入石灰漿儲(chǔ)池，根據(jù)ph值的控制要求打入反應(yīng)池。
(4)脫硫產(chǎn)物處理系統(tǒng)：包括沉淀池、氧化池、壓濾機(jī)等。沉淀池中的硫酸鈣和亞硫酸鈣水合物由渣漿泵打入渣漿池，經(jīng)壓濾處理后綜合利用，清液則泵回循環(huán)池重復(fù)使用。
4 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與控制方式
4.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)根據(jù)該脫硫系統(tǒng)工藝要求和設(shè)計(jì)要求，采用德國(guó)西門(mén)子公司的s7-300系列plc為主控制單元。其實(shí)用和維修方便，運(yùn)行速度快，可靠性高，易于擴(kuò)展。按“集中管理，分散控制”的原則，采用了分布式結(jié)構(gòu)。該脫硫系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)由主控制室監(jiān)控、plc就地控制站和
現(xiàn)場(chǎng)儀表及電控柜構(gòu)成二級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
控制系統(tǒng)為1臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，還有1個(gè)plc控制主站。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)將主控制室和plc就地控制站中相連接，便于監(jiān)控。并將主控制室的計(jì)算機(jī)接入以太網(wǎng)，由管理機(jī)完成各項(xiàng)管理功能。這樣整個(gè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)便形成了，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)視及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制等功能。
4.2 控制方式
該系統(tǒng)中主要工藝設(shè)備采用三種控制模式，即就地手動(dòng)控制、遠(yuǎn)程plc控制和自動(dòng)控制。現(xiàn)場(chǎng)的泵類(lèi)、攪拌機(jī)等設(shè)備的開(kāi)關(guān)信號(hào)、各流程模擬信號(hào)(如do、液位、流量等)全部通過(guò)plc在上位機(jī)上顯示。
5 系統(tǒng)控制功能介紹
5.1 設(shè)備選型
根據(jù)圖1所示的工藝流程選取需要的點(diǎn)數(shù)。得到：di:24，do:10，ai:6。
根據(jù)表1所列點(diǎn)數(shù)選取plc模塊如表所示。
說(shuō)明：(1)根據(jù)上述點(diǎn)數(shù)的描述我們可以對(duì)plc及其附屬設(shè)備進(jìn)行選取；
(2)每個(gè)機(jī)架總驅(qū)動(dòng)電流為1.2a，最多可使用0.8a。
5.2 plc系統(tǒng)原理圖
現(xiàn)場(chǎng)工作實(shí)際狀況如圖3所示。
5.3 實(shí)現(xiàn)功能簡(jiǎn)介
plc s7-300在本脫硫控制系統(tǒng)中所實(shí)現(xiàn)的功能如下：將兩臺(tái)循環(huán)泵(m1、m2)、3臺(tái)攪拌機(jī)(m3、m4、m5)實(shí)現(xiàn)了順序起動(dòng)，起動(dòng)順序?yàn)閙1→m2→m3→m4→m5,時(shí)間間隔為1min，停車(chē)時(shí)的順序?yàn)閙5→m4→m3→m2→m1，時(shí)間間隔為30s。程序如圖4所示。
圖4 電機(jī)順序起、停梯形圖
6 結(jié)論
plc s7-300在脫硫系統(tǒng)中的成功運(yùn)用，大大提高了脫硫系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，其可靠性、易維修性的特點(diǎn)極大的減少了運(yùn)行工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到了現(xiàn)代水處理的要求。該系統(tǒng)自正式投入運(yùn)行以來(lái)，控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備工作狀況良好，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，設(shè)備的利用率得到提高，操作人員的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，在一定程度上解決了脫硫系統(tǒng)設(shè)備分散、復(fù)雜、難以控制的難題，并配合脫硫工藝完成了脫硫目標(biāo)，達(dá)到了預(yù)期效果。
