垃圾焚烧发电厂烟气处理自动控制系统的设计及应用

赵巧荣 戴勇进

摘 要：该文结合垃圾焚烧发电厂烟气处理系统的设计及应用，介绍了SNCR、石灰浆、活性炭、布袋除尘、飞灰固化等烟气净化系统自动控制设计的主要技术特点及应用成果，为垃圾焚烧发电厂烟气净化处理提供参考。

关键词：垃圾焚烧 烟气净化 SNCR 石灰浆 活性炭 布袋除尘 飞灰固化

中图分类号：TK32 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（c）-00-01

1 简述

生活垃圾对环境的污染已成为一个严峻的社会问题，对其处理应遵循“减量化、无害化和资源化”原则。通过焚烧发电处理生活垃圾是目前普遍采用的方法，但焚烧产生的烟气中含有大量的污染物，如不经控制和处理直接排放，会对周围环境造成严重的污染。因此，生活垃圾焚烧工程的关键是焚烧控制和烟气处理，烟气达标排放是首要

任务。

2 控制策略的设计

我公司拥有4套处理能力为600 t/天的马丁SITY2000垃圾焚烧炉。其烟气处理系统采用半干式烟气处理装置，包括以下几个部分：SNCR、石灰浆、活性炭、布袋除尘、飞灰固化等。

2.1 SNCR的自动控制

SNCR脱硝系统是把尿素稀溶液做为还原剂喷入炉膛温度850-1100 ℃的区域，还原剂迅速热分解出NH3并与烟气中的NOx进行反应生成N2和H2O，该方法以炉膛为反应器。主要化学反应为：

整个SNCR脱硝系统是按照如下四个模块进行设计：（1）稀释水模块。（2）计量混合模块。（3）喷射模块。（4）控制模块。还原剂的需要量取决于在连续反应温度下需要去除的NOx的数量。在自动模式下，还原剂量设定值通过氮氧化合物控制器实现。该控制器由平行连接的两个P调节器组成，一个P调节器平均每半小时接收氮氧化合物，另一个P调节器平均每天接收氮氧化合物，这些平均值均为实际值。除氮氧化合物的平均值外，两个调节器均还会收到设定值，设定值为要得到的氮氧化合物值的90%左右。两平均值每三分钟更新一次，P调节器显示的是所要达到的氮氧化合物设定值的最大偏值，用作计算还原剂量的依据。通过计算得到的还原剂量用作控制阀的设定值，控制阀的实际值则作为还原剂流量计的输出信号，由还原剂量控制器发出的控制信号直接作用于还原剂控制阀。

2.2 石灰浆的自动控制

石灰浆经喷雾塔雾化后，很大的雾化表面积的石灰浆与烟气充分混合，发生化学反应和传热过程，酸性氧化物与碱性物质作用生成稳定的硫酸盐及氯化盐，生成的产物以干态部分回收，部分送入除尘器，以达到除尘和脱硫的目的。石灰浆主要化学反应为：

SO2+Ca（OH）2→CaSO3+H2O

Cl2+Ca（OH）2→CaCl2+H2O

2 hF+Ca（OH）2→CaF2+H2O

整个石灰浆系统是按照如下六个模块进行设计：（1）石灰浆制备、储存及输送模块。（2）稀释水模块。（3）计量混合模块。（4）雾化模块。（5）酸洗模块。（6）控制模块。进喷雾塔的稀释水是通过喷雾塔出口烟气温度来自动调节，石灰浆是通过喷浆前/喷浆后的控制回路进行控制，主要按照以下公式进行。

式中：FC石灰浆喷入量，FQ干烟气流量，CC石灰浆浓度，α期望的论量系数，HCL1为HCL入口浓度，SOx1为SOx入口浓度，HCL2为HCL出口浓度对应的石灰浆流量，SOx2为SOx出口浓度对应的石灰浆流量，A=PID（HCL2）值在0～0.5之间，B=PID（SOx2）值在0～0.5之间：喂料前的调整与喂料后的PID控制器的输出有关系；A和B趋近于0变化很小。

2.3 活性炭的自动控制

活性炭粉末作为吸附剂通过压缩空气气动输送到喷入烟气中用以吸附其中的汞、重金属和二恶英等。整个活性炭系统是按照如下四个模块进行设计：（1）活性炭的储存和输送模块。（2）活性炭计量模块。（3）活性炭喷射模块。（4）控制模块。计量模块将计量斗以及整个给料机构做为一个整体进行称量。随着活性炭从计量斗流出，控制系统算出单位时间内计量斗内活性炭减少的重量，再通过滤波、优化处理，得出活性炭的实际流速，同时控制系统会将此给料速度与预设的给定速度比较，并将比较结果计算后反馈给给料机构以自动修正给料速度，形成闭环控制，以此让实际流速无限接近给定流速，从而达到控制要求。

2.4 布袋除尘的自动控制

布袋式除尘器在整个烟气处理系统中起着非常重要的作用：（l）将烟气与尘粒和固态物质分离。（2）残留酸性气体的中和及污染物吸附的二次反应。

整个布袋除尘系统是按照如下四个模块进行设计：（1）箱体模块。（2）清灰模块。（3）输灰模块。（4）控制模块。

自动控制系统可以按照定时和差压两种方式对布袋进行清灰。定时清灰是一种按人工设定的时间周期循环进行清灰的工作方式；压差清灰是当系统阻力增加到一定程度后，使除尘器进出口的压差变大，当此压差达到设定值时，除尘器自动启动清灰系统。

2.5 飞灰固化的自动控制

布袋清理出的飞灰送入储仓后，由固化系统把飞灰、水泥、螯合剂及水在螯合混炼装置内混合，飞灰中的重金属类与螯合剂反应，生成螯合物从而被稳定化。

整个飞灰固化系统是按照如下四个模块进行设计：（1）固态模块（包括飞灰、水泥）。（2）液态模块（包括螯合剂、水）。（3）混合模块。（4）控制模块。飞灰螺旋输送机按照设定值定量输送飞灰至混炼装置，水泥、螯合剂、水等按照设置好的配方自动跟踪飞灰量，按比例输送至螯合混炼装置。

3 控制系统实现

3.1 控制系统硬件配置

自动控制系统分别为：（1）SNCR PLC控制系统，一个S7300主站及四个ET200远程站；（2）石灰浆、活性炭、喷雾塔DCS控制系统，一个和利时DCS控制站；（3）布袋除尘PLC控制系统，每台焚烧炉对应一个S7300主站；（4）飞灰固化PLC控制系统，一个S7300主站。

3.2 控制系统软件配置

所有系统与中控室DCS通过Profibus DP协议通讯，所有控制策略及操作均在中控室实现。工控计算机和组态软件可实时显示全厂烟气处理流程图、设备运行状态、报警信息等，并且将运行参数、运行记录、控制、报警、故障等历史数据储存在硬盘中。

4 结语

该文简述了垃圾焚烧产生的废气的危害，分析了自动控制系统在实现垃圾焚烧发电厂烟气处理中的重要性、控制难点及控制思路，通过自动控制系统实现了我厂烟气处理过程中废气的有效控制，烟气排放能够达到欧盟环保标准。

参考文献

[1] 胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社，2011。