发电厂氧化镁湿法脱硫的自动控制

梁 彤

（太钢工程技术有限公司，山西太原 030009）

太钢发电厂地处市区，为满足太原市对太钢SO2的总量控制要求，减轻空气污染，即对发电厂7#、8#锅炉的烟尘排放实施了脱硫改造。其所采用的MgO法湿式脱硫技术，相比较目前国内电厂普遍采用的钙法脱硫而言，虽然运行成本较高，但机组设备小，占地面积少，方便因地制宜;管道及设备的结垢现象轻，可确保脱硫系统的稳定运行;并采用特殊电流装置以及文丘里塔，对SO2有很高的除去效率，脱硫率高达98%。

1 工艺过程概述

总工艺由四部分构成:烟道切换、SO2吸收、Mg（OH）2制备及供水系统。

首先切换烟道挡板置脱硫位，锅炉排出的含有SO2的烟气先经过文丘里，在此处通过喷嘴喷射出的雾状浆液，与烟气充分接触后将污染物第一次去除。同时烟气温度下降到饱和温度，为了形成良好的汽液接触，设置了烟气均流板。在反应罐内将SO2与Mg（OH）2反应生成的MgSO3再氧化成MgSO4。然后，含尘气体逆流向上，经过特殊电流装置第二次将细小粉尘及小水珠处理掉。使得外排SO2浓度≤85 mg/Nm3，远远低于国家排放标准。脱硫塔简易流程见图1。

图1 脱硫塔简易流程图

整个过程中所发生的化学反应如下:

此过程在脱硫塔的反应罐中发生，氧化过程中产生的H2SO4，注入Mg（OH）2进行中和。

2 控制系统的硬件组成

采用西门子S7-300PLC，配套工控机操作站，操作站组态软件为WINCC，PLC与操作站之间通过以太网进行通讯，便于建立将来可能的与其他控制系统间的数据通讯，I/O单元采用ET200M远程扩展方式，CPU与ET200M之间通过Profibus-DP现场总线进行通讯。系统总计大约450点，考虑10%的I/O裕量，用以完成过程参数的检测、控制、报警、工艺流程及趋势显示、报表打印等等功能。

3 控制方式

计算机系统仪电一体，主体电动设备的控制方式如下:

（1）PLC自动控制:现场设备打至遥控位，操作站A/M（自动/手动）选择按钮置A位，程序自动进行生产控制。

（2）HMI手动控制:现场设备打至遥控位，操作站A/M（自动/手动）选择按钮置M位，操作员手动干预。

（3）现场手动:现场设备打至就地位，用于设备调试及故障处理。

气动阀门则不设现场手动方式，为便于初期调试，在HMI上设有手动开关按钮。

4 主要控制功能

4.1 循环浆液泵的控制

循环浆液泵在吸收塔内喷射的浆液与锅炉烟气进行气液接触吸收二氧化硫，从而维持脱硫设备的效率。该泵组两用一备，每台功率185 kW，软起启动。泵的前后都设计有电动阀，正常生产时，启动条件满足后，操作员在HMI上手动启动工作泵。发出启动指令后，程序自动打开泵进液阀，阀门开到位，延时20秒启动泵，10秒后打开泵出液阀。两台泵投入正常运行后，设置循环泵为自动控制方式，当其中一台运行泵故障停止时，备用泵自动投运。脱硫系统运行过程中，当两台循环泵故障停运、反应罐液位LL或者烟气温度超过200℃时，程序自动打开烟囱烟道挡板，开到位后，再自动关闭脱硫烟道挡板阀，以防止由于高温损害脱硫设备。

4.2 氧化风机

氧化风机将空气吹进脱硫塔的反应罐内以促使MgSO3氧化成MgSO4。HMI手动启动正常后，置自动位，当风机故障时，另一路后备压缩空气管道上的气动切断阀自动打开，以确保正常生产。

4.3 连续清洗系统

连续清洗系统在特殊电流装置的阳极管外形成水膜，以连续去除其污物。相关设备置自动位，启动连续清洗系统，程序自动启泵，然后根据锅炉运行台数，自动控制连续清洗阀XV107A/B的开关。两台锅炉运行时，两个清洗阀同时打开;一台锅炉运行时，两个清洗阀按顺序以间隔5分钟的时间交替开启，其工作时序见图2。为保证泵的连续运行，减少因清洗阀关闭对其产生的影响，工艺系统在泵出水总管与水罐之间设计有小口径回流管路。连续清洗泵持续运行，致使反应罐内水位不断上升，当水位升至上限1 450 mm时，自动打开排污阀LV101，降至下限1 350 mm时，自动关闭。

图2 连续清洗的工作时序

4.4 间歇清洗系统

间歇清洗系统对没有被连续清洗系统去除的污染物用足够的清洗水进行5分钟的喷射完全去除。间歇清洗时喷射大量的清洗水会导致特殊电流装置的运行不稳定，所以在间歇清洗时，要求整流变压器关闭。清洗系统一天运行8次，每次5分钟。相关设备置自动位，启动间歇清洗系统，程序自动启泵，打开1#间歇清洗阀XV107C，停止运行1#整流变压器TR-101，5分钟后停泵关1#间歇清洗阀，运行1#整流变压器，2小时55分钟后，启动水泵，开2#间歇清洗阀XV107D，停止运行2#整流变压器TR-102，5分钟后停泵关2#间歇清洗阀，运行2#整流变压器，2小时55分钟后，再次启动水泵，打开1#间歇清洗阀，停止运行1#整流变压器……按此顺序周而复始。工作时序见图3。

图3 间歇清洗的工作时序

4.5 Mg（OH）2制备

MgO在稀释罐中按3∶7的比例注入MgO粉末和40℃的净水，稀释后通过输送泵输送到Mg（OH）2熟成罐。后加入工业水稀释到30±2%后送至Mg（OH）2供应罐，再作为脱硫塔内二氧化硫的吸收剂，供应到反应罐，以维持罐内pH值的恒定。Mg（OH）2供应阀PHV101与反应罐中所测得的pH值联锁，上限关阀，下限开阀，其初始运行值设置为H=6.5，L=6。

具体过程如下:当稀释罐为低液位，并且供应罐到达低液位时，打开稀释罐进水阀，然后打开蒸汽阀，根据混合器的出水温度，自动调节阀门开度，以使水温维持在40℃左右。当稀释罐液位达到设定上限时，关闭蒸汽阀，关闭进水阀，同时启动搅拌器，打开氧化镁粉末供给阀，启动螺旋输送机，启动料斗给料机（变频控制），注入氧化镁粉末至程序设定值后，停料斗给料机，延时设定时间后停螺旋输送机，关闭氧化镁粉末供给阀，至此稀释结束。启动稀释罐输送泵移送浆液至熟成罐，Mg（OH）2熟成开始，打开蒸汽阀，罐内温度提升至60℃以上，蒸汽阀关闭，延时设定时间（预计3小时）后，打开补水阀，将罐内水位提升至设定上限值，以保证浆液配比不变，然后关闭补水阀，至此熟成结束，期间熟成罐的搅拌器由操作员手动启动，低液位时自动停止。然后，启动熟成罐输送泵移送浆液至供应罐。

稀释和熟成输送泵皆为一用一备，为防止长期不用产生结垢，自动控制方式下，两台泵可按顺序交替启动，手动方式下亦需如此。同时停泵过程，无论是操作员手动或计算机自动停泵，操作步骤同为:关闭出液阀→停泵→关闭进液阀→打开清洗进水阀→打开清洗出水阀→设定时间后→关闭清洗进水阀→设定时间后→关闭清洗出水阀。

5 仪表配置

仪表选型的通用原则是可靠、实用、先进、经济相结合，既分主次，又相互制约。

仪表选型不当，控制系统的经济稳定运行就成了一句空话。根据本工程的具体情况，首先我们要考虑其防腐性，反应罐和供应罐的液位检测均选用法兰式隔膜压力变送器，稀释罐和熟成罐则选用雷达物位计，同时由于两个罐内均安装有搅拌器，并且稀释罐内还安装有蒸汽盘管兼粉末下料口，因此仪表安装位置的确定要考虑避开其干扰，并且在现场重新进行更准确的量程标定。然而在实际使用中，稀释罐的液位检测仍是受到了粉末下料的影响，出现检测值跳闪现象，虽然在此期间并没有造成其他设备的联锁动作。而pH计的检测结果却直接影响到了Mg（OH）2的投入量及脱硫效果，建议选用高品质产品，同时，日常的精心维护就显得尤为重要。

除检测仪表外，反应罐的Mg（OH）2供应阀与排污阀由于频繁动作，也需要选用可靠耐用的产品，同时，其限位开关的信号在程序中也尽可能不要参与该阀门的开关互锁。

6 结束语

该控制系统运行多年来，稳定可靠，操作简单，提高了企业生产效率，高效脱硫，取得了非常大的经济及社会效益。