垃圾焚烧发电厂烟气净化处理自动控制系统的设计及应用

安丽鹏 丁小勇 王晨

关键词：垃圾焚烧发电厂;烟气净化处理;自动控制系统;设计及应用

垃圾焚烧发电技术主要是利用焚烧法处理生活垃圾，通过垃圾焚烧锅炉产生的热能进行发电，目的是最大限度地实现资源回收利用，达到变废为宝。但随着相关环境质量要求的提高，国家环保部门出台了《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2014），并要求行业企业严格控制NOx、S02HCl、CO以及颗粒物等，实现达标排放。目前，在生活垃圾焚烧工程中最主要的污染物控制方式是优化焚烧方式和烟气净化处理。本文以某2x300t/d垃圾焚烧发电厂烟气净化处理项目为例，对烟气净化处理自动控制系统的设计特点及现场应用情况进行详细分析，为其他垃圾焚烧发电厂的自动控制设计、施工和运行提供参考。

1工程概况

某垃圾焚烧发电厂项目建设有2x300t/d垃圾焚烧循环流化床锅炉，并同步建设配套了烟气净化处理系统。烟气净化处理系统主要由SNCR脱硝、半干法+干法脱酸、活性炭吸附、布袋除尘器、SCR脱硝以及配套的附属公共系统等组成，该垃圾焚烧厂于2019年中下旬投产运行。

相关烟气净化处理流程如图1所示。

2烟气净化处理自动控制系统设计及应用

烟气净化处理自动控制系统的设计包含：SNCR脱硝系统、SDA半干法脱酸塔系统、布袋除尘器系统、SCR脱硝系统、石灰浆液制备与输送系统、消石灰粉储存及喷射系统、活性炭储存与喷射系统、工艺水及压缩空气系统、飞灰输送及储存系统、氨水储存及输送系统等多个系统。以下主要针对SNCR脱硝系统、SDA半干法脱酸塔系统、布袋除尘器系统、石灰浆液制备与输送系统等几个重要系统进行分析。

2.1 SNCR脱硝系统

SNCR脱硝系统的还原剂主要是稀释后的氨水溶液，将其在不使用催化剂的前提下均匀喷入到温度范围850～C～1200～C的炉膛当中，此时还原剂（氨水溶液）能够与烟气当中的氮氧化合物进行反应，最终生成氮气和水。化学反应方程式如下所示：

SNCR脱硝自动控制系统主要包括氨水和稀释水计量混合模块、压缩空气分配模块、喷射模块等。SNCR脱硝分为手动和自动两种控制模式，自动模式下利用出口氮氧化物来控制氨水设定使用量，一般是通过设定出口NOx浓度值，作为PIDl的设定值，并与实际CEMS系统测量的出口NOx浓度值进行对比，从而由PIDl输出1个MV值。PIDl输出的MV值作为PID2的设定值，氨水溶液流量作为PID2的对比值，PID2输出值作为氨水溶液调节阀开度的控制依据，最终保证出口NOx浓度稳定在设定值范围。同时要求氨水与稀释水采用稳流量控制，保证总流量不变，并根据氨水流量自动调节稀释水调节阀，以维持总流量不变。

2.2 SDA半干法脱酸塔系统

SDA半干法脱酸塔系统主要是通过旋转雾化器的高速旋转（10000～20000rpm），将石灰浆液雾化成30～501xm的细小雾滴，并均匀喷洒于高温烟气中，与烟气中的酸性气体进行反应以实现脱酸（HCl、HF、S02、S03）的目的。

化学反应方程式如下所示：

SDA半干法脱酸自动控制系统主要包括自动喷浆控制、自动降温控制、烟气事故冷却控制等。自动喷浆控制主要是调节出口S02、HF及HCl的排放浓度，因垃圾焚烧系统的HCl浓度含量较高，所以一般是通过设定出口HCl浓度值，作为PIDl的设定值，与实际在线监测的出口HCl浓度值进行对比，从而由PIDl输出1个MV值。PIDl输出的MV值作为PID2的设定值，石灰浆液流量作为PID2的对比值，PID2输出值作为石灰浆液调节阀开度的控制依据，最终要求出口HCl浓度稳定在设定值范围。

自动降温控制主要是调节脱酸反应塔出口温度值并保持在一定区间，以更好地保护除尘器布袋，防止烧袋。一般是通过设定反应塔出口温度值，作为PID的设定值，与实际脱酸塔出口的三个温度测定值进行对比（温度三取二），PID输出值作为脱酸塔高位水槽出口调节阀开度的控制依据，最终要求脱酸塔出口温度稳定在设定值范围（155℃～175℃区间）。

烟气事故冷却控制主要是在旋转雾化器事故状态时，对脱酸反应塔出口温度的一个保证操作。一般是通过设定反应塔出口溫度值，作为PID的设定值，与实际脱酸塔出口的三个温度测定值进行对比（温度三取二），PID输出值作为急冷喷淋水调节阀开度的依据，最终要求脱酸塔出口温度稳定在设定值范围（155℃～175℃区间）。

2.3布袋除尘器系统

布袋除尘器系统的主要目的是收集烟气中的灰尘和反应生成物，以便实现烟气中粉尘的达标排放。布袋除尘器自动控制系统主要包括脉冲清灰、飞灰输送、箱体电伴热、预循环热风等。脉冲清灰为布袋除尘器设计的重要系统，各个脉冲阀的控制为矩阵式设计。自动脉冲清灰分为在线清灰和离线清灰，在线清灰分为定时清灰和定阻清灰。定时清灰主要是预先设定清灰时间、清灰间隔时间、清灰循环时间，之后即可自动进行周期性循环清灰工作;定阻清灰主要是当布袋除尘器系统阻力升高到预先设定值时进行自动清灰。当定时或定阻任何一个条件满足时则相应程序进行自动清灰。

2.4石灰浆液制备与输送系统

石灰浆液制备与输送系统的主要目的是为半干法脱酸塔提供原料浆液，并送至旋转雾化器。

石灰浆液制备与输送自动控制系统主要包括熟石灰粉的储存、石灰浆液的制备、石灰浆液的输送等。自动制浆为石灰浆液制备的重要系统，首先设定需要的浆液浓度值，再根据工艺水和石灰的质量分数算出各自的重量，然后采用制备罐失重法进行熟石灰粉与工艺水的配比，以达到所需要的浆液浓度。该系统操作简单，制浆浓度精准，且自动化程度高。

3烟气在线监测及仪表设计选型

3.1烟气在线监测（CEMS）的设计

根据垃圾焚烧烟气成分的特殊性，气态参数检测方法采用目前国际上通行的高温红外傅里叶分析法，氧含量分析采用集成氧化锆模块分析法。

取样单元：首先选择合适的取样点，取样点的选择必须符合国家环保规范的要求（HJ 75/76-2017）。取样管采用高温型180～C以上伴热管线将烟气直接送人高温型的分析仪中进行测量，并且加热管线须具有自动温度控制功能。

分析单元：通过采样泵将抽取的烟气经过高温型分析仪进行红外光谱分析，再经过转换器转换成电信号，由此测出烟气成分中各个参数的浓度。高温红外傅里叶分析系统仅需要一套装置即可测量烟气中的HCl、HF、CO、C02、S02、NOx、0，、NH3等参数，无需分开多套装置进行测量。该系统具有测量准确、响应时间短、检测方法快速准确、系统先进等优点。

数据采集单元：环保部要求将实时的烟气参数上传至环保局，并且还要求将锅炉炉膛上、中、下三层温度上传至环保局。以便更好地将炉膛温度控制在850℃以上，扼制二恶英的生成污染生态环保。

3.2仪表的设计选型

垃圾焚烧烟气成分中的氯离子含量多，且酸露点较高。当选择与烟气直接接触的仪表（压力变送器、温度、料位开关）时，要注意仪表材质的特性，避免腐蚀造成不必要的损失。

4结语

由于垃圾焚烧发电行业的环保要求越来越高，烟气净化处理系统显得尤为重要。本文主要探讨了垃圾焚烧烟气净化自动控制系统的设计及控制要点，分析了烟气在线监测系统及仪表的设计选型思路，通过采用先进、多元化的设计理念能够有效地将垃圾焚烧发电厂烟气排放控制在标准范围之内，为后续的垃圾焚烧发电烟气净化处理工程建设提供一些借鉴之处。