石灰石-石膏湿法烟气脱硫智能化控制系统

王爱琴，于浩波，罗振，李志军

国家对水泥工业中二氧化硫的排放指标控制越来越严格，越来越多的湿法脱硫工程应用在水泥生产线，但常规湿法脱硫系统因智能化程度低，存在诸多缺陷，急需进行改造和完善。本文有针对性地介绍了智能化湿法脱硫控制系统的工作原理及应用，供同行参考。

1 常规湿法脱硫系统

常规湿法脱硫系统常见的缺点有：

（1）系统设计自动化程度低，缺少监测仪表、电动阀门和控制设备。

（2）仪器仪表的选型和安装位置不合理，监测数值偏差大。

（3）跑、漏、堵现象时有发生，需专业巡检人员定期巡检。

（4）出脱硫塔SO2排放量超标、石膏含水率偏高时有发生。

以上这些系统缺陷，迫切需要一套运行稳定且智能化程度高的湿法脱硫控制系统给予解决。

2 智能化湿法脱硫系统

水泥工业石灰石-石膏智能化湿法烟气脱硫系统由浆液制备系统、吸收塔系统、事故浆液系统、石膏脱水系统等部分组成，湿法脱硫系统三维模型见图1。该系统采用了CFD/FGDPRISM仿真技术，可有针对性地模拟气体流场和浆液池流态（图2、图3），保证仪器仪表安装准确。各组成部分之间由电动阀门、管道和电动设备相连接，确保整套脱硫系统的互联互通。

本系统智能化控制主要由浆液制备系统智能化、吸收塔进出浆液智能化、循环泵开停智能化、除雾器清洗智能化和逻辑程序等级智能化等组成。具体内容如下：

2.1 浆液制备系统智能化

图1 湿法脱硫系统三维模型

图2 CFD/FGDPRISM仿真技术模拟（1）

图3 CFD/FGDPRISM仿真技术模拟（2）

常规生产线浆液制备系统由人工调配脱硫剂，即通过秤和水箱液位，人工手动调配浆液制备槽中浆液的密度。此方法效率低且缺乏反馈，会导致进塔浆液密度不稳定，进而影响脱硫系统的稳定性。智能化的浆液制备系统包括浆液制备槽、星型下料器、浆液制备水泵等。系统用密度计测定浆液制备槽浆液的密度，按照设定的浆液密度，选择开启星型下料器定量进灰或选择向浆液制备槽定量进水。同时在泵出口管道处安装电磁流量计，计量浆液进塔的流量。整个智能化控制系统运行可靠，实现了制浆部分全部智能化，保证了浆液密度稳定，避免了管道堵塞。

2.2 吸收塔进出浆液智能化

常规湿法脱硫系统采用浆液定期进出控制方式，不能有效应对窑系统SO2浓度变化的冲击。而本智能控制系统采用密度计和pH计，可智能控制脱硫塔进浆量和出浆量。密度计和pH计安装在避开侧搅拌器和氧化风管的位置，同时通过定时冲洗密度计和pH计，保证探头干净无浆液聚集，保证仪表输出数值准确可靠。当窑系统工况变化较大时，脱硫系统能够自动调整运行参数，避免SO2排放浓度超标。

2.3 循环泵开停智能化

水泥生产线中的石灰石含硫量波动较大，工艺系统在生料磨开停时也会造成脱硫塔入口SO2浓度变化，这些波动将导致循环泵实际运行数量发生变化。当脱硫塔入口SO2含量偏低时，仅需运行一台循环泵；当脱硫塔入口SO2偏高时，可能需同时运行四台循环泵。实施循环泵智能化开停技术后，即可根据脱硫塔进口SO2浓度，自动控制循环泵的开停数量，降低脱硫系统能耗。

2.4 除雾器清洗智能化

常规水泥生产线湿法脱硫系统中，脱硫剂普遍采用窑尾窑灰为原料，但窑灰杂质含量高，容易导致除雾器堵塞。常规的除雾器逻辑控制程序采用单一的定时清洗或固定模块化分层清洗，这种控制程序没有考虑每层的除雾器压差差异、堵塞情况差异和吸收塔内的水平衡。新开发的智能化除雾器清洗技术是一种考虑除雾器压差并实行分层冲洗的控制技术，在保证脱硫塔液位和脱硫系统水平衡的前提下，能智能化清洗除雾器，保证除雾器除雾效率，杜绝除雾器堵塞，保证出塔粉尘的达标排放。

2.5 逻辑程序等级智能化

所有逻辑程序都有优先判定等级和保护等级，以保障系统程序安全可靠。脱硫系统智能化控制程序分为优先控制、顺序控制和保护控制3个控制程序。这些控制程序保护着脱硫塔的电机设备和整个脱硫系统，但有些程序往往会因对工艺过程分解不细致或疏忽，导致出现程序误判或错判，或者出现两种程序相互排斥的现象。新开发的脱硫智能化控制系统判定准确，逻辑程序严谨，运行可靠。

3 实际应用效果

以某生产线窑尾烟气石灰石-石膏法脱硫项目（7 500t/d）为例（图4），脱硫系统处理烟气量为1 120 000m3/h（标），脱硫系统入口烟气含硫浓度为800～2 500mg/m3（标）。经过脱硫后：

图4 某生产线湿法脱硫自动化运行参数曲线图

（1）主烟囱的SO2排放浓度稳定控制在＜50mg/m3。该系统每年减少SO2排出量：1 120 000×（2 500-50）×360×24=23 708t/年。

（2）出塔粉尘排放浓度控制在＜10mg/m3，无石膏雨造成粉尘超标的现象。

（3）石膏含水率控制在＜15%。

实践证明，该系统智能化程度高，运行稳定，成熟可靠。

4 结语

目前此智能化控制系统已应用于多条水泥生产线石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统，取得了很好的社会效益和经济效益。

（1）水泥工业石灰石-石膏湿法烟气脱硫智能化控制系统确保了脱硫系统高效稳定运行，对清洁生产和环境保护意义重大。

（2）节省人力资源。

（3）脱硫系统生产的脱硫石膏品质稳定，对水泥磨系统有积极意义。

（4）可根据脱硫塔入口SO2浓度智能化控制循环泵开启台数，节省能耗。