加热炉烟气脱硫电气控制系统的选型及应用

邵天一

摘 要：介绍4 300 mm宽厚板加热炉干法脱硫控制系统及电气设备选型配置，主要介绍DCS控制系统、高压变频系统、电机传动系统、物位测量仪表等控制系统的结构组成、硬件配置、主要功能等。随着国家环保要求的不断提高，干法烟气脱硫工艺应用在越来越多的领域。电气系统作为干法烟气脱硫的控制部分，电气设备的选型关系着脱硫装置的经济、可靠运行。

关键词：4 300 mm宽厚板；脱硫；DCS

SELECTION AND APPLICATION OF ELECTRIC CONTROL SYSTEM FOR FLUE GAS DESULFURIZATION OF HEATING FURNACE

Shao Tianyi

（Shandong Iron and Steel Group Rizhao Co.， Ltd. Rizhao 276800，China）

Abstract：This paper introduces the dry desulfurization control system of 4 300 wide and thick plate heating furnace and the selection and configuration of electrical equipment， mainly introduces the structure， hardware configuration and main functions of DCS control system， high-voltage frequency conversion system， motor drive system， level measuring instrument and other control systems. With the continuous improvement of national environmental protection requirements， dry flue gas desulfurization technology has been applied in more and more fields. The electrical system is the control part of dry flue gas desulfurization， and the selection of electrical equipment is related to the economic and reliable operation of the desulfurization device.

Key words：4 300 mm wide and thick plate; desulphurization; DCS

0 前 言

随着社会经济的不断发展， 人们的生活水平也在逐渐提高，但是在经济发展的同时，伴随而来的环境问题也给人们的生活带来巨大影响，这不仅阻碍了人类社会的发展，还会带来巨大经济损失，因此在经济发展的过程中，必须要对环境保护问题予以重视。为避免大气受到污染，我们采用烟气脱硫技术来对其进行处理，同时为了使烟气脱硫系统的运行效果得到很好的提高，我们也将分散控制系统应用到其中，从而使得烟气脱硫的效果得到进一步加强[1]。

1 4 300 mm宽厚板加热炉脱硫系统简介

烟气脱硫（Flue Gas Desulphurization），英语简写为FGD，是目前应用最广，降低SO2排放量最直接、最经济、最有效的方法，也是目前唯一大规模商业应用的技术。4 300 mm厚板厂2台大型步进式加热炉配建烟气净化装置，对烟气SO2、颗粒物等大气主要污染物进行净化治理。项目采用“小苏打干法脱硫”工艺，实现烟道气SO2、颗粒物排放浓度分别＜30 mg/Nm3、＜10 mg/Nm3的排放标准。4 300 mm产线两台加热炉的烟气脱硫装置及其配套设施，主要系统为烟气系统、助燃风机系统、脱硫系统、除尘系统、烟气进出口在线监测系统、电气及控制系统、烟气余热利用系统、副产物处理系统、事故应急处理系统、循环水系统、能源动力介质系统等。

2 DCS分散控制系统

4 300 mm厚板加热炉脱硫采用NT6000DCS分散控制系统，该系统吸取了国内外众多同类系统的优点，以高速、可靠、开放的网络和功能强大的控制器为基础；软硬件都采用了国际标准或主流工业级产品，易于升级，使用方便、灵活。如图1所示。

2.1 工作原理

DCS分散控制系统， 主要是在计算机信息技术、机电一体化技术等先进科学技术的支持下，来对烟气脱硫系统进行在线监控，从而让人们对相关的信息数据进行有效了解，以方便人们对烟气脱硫系统的有效控制。分散控制系统在技术应用的过程中，其使用功能主要表现为数据采集和处理，模拟量控制、开关量顺序的控制以及热工保护这几个方面。

2.2 主要特点

在烟气脱硫系统运行的过程中，人们可以采用分散控制系统来对相关的数据信息进行收集处理，并且在根据人们的相关需求，来对这些信息数据计量在数据库当中，这样不仅有利于人们对脱硫系统的运行状况有一定的了解，还能对烟气脱硫系统中存在的故障问题进行及时处理， 以确保烟气脱硫系统的正常运行。同时具备结构简单、可靠性高、数据刷新速度快等特点。

3 变频系统

4 300 mm厚板加热炉脱硫采用JD-BP37/38 系列高压变频器，采用空间电压矢量控制技术、功率单元串联多电平技术，以高可靠性为设计目标，满足各类负载调速节能、改善生产工艺的迫切需求。如图2所示。

3.1工作原理

JD-BP37/38系列高压变频器为高-高电压源型变频器，直接输出6 kV、10 kV，不需要输出变压器或滤波器，可适用于发电、石油、煤矿、冶金等行业。高压变频器为级联单元结构，输入侧由移相变压器（H级绝缘）给每个单元供电，每个功率单元承受全部的电机电流、1/n的相电压、1/m的输出功率（其中n为每相单元数量，m为整机总单元数量）。一般情况下，6 kV 整机每相5个单元，10 kV整机每相8个单元。变压器的二次绕组采用延边三角形接法给功率单元供电，有 效降低输入电流的谐波成分。输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接成星型接法给电机供电。控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，系统具有极高的安全性，同时具有很好的抗电磁干扰性能。

控制系统采用了先进的载波移相技术，使单元输出的基波相叠加、谐波相抵消。所以串联后的总输出波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

3.2主要特点

采用空间电压矢量调制SVPWM技术，控制精度高，输出谐波含量少，输出转矩大；采用直流制动技术，保证电机停机制动，消除电机在转速接近零时的“爬行现象”；采用中性点漂移技术，故障单元旁路后可保持三相输出平衡；内置 UPS，在外部控制电源掉电后的一段时间内，可保证变频器正常运行；内置PID调节器，可对现场的压力，水位等实现闭环控制；具有“快速飞车启动”功能，可快速启动旋转中的电机 ；具有瞬时停电再启动功能，对电网的适应性更强；具有限流功能，当变频器输出电流过大时，可进行自适应调节；具有完善的保护和报警功能，可有效保护变频器系统和其周边设备；变频器一体化设计，运输方便、安装快捷；人机界面功能齐全，提供中、英文两种操作界面；易于扩展，可满足用户的特殊需求；提供多路4～20 mA输入输出标准信号，方便连接用户DCS系统；提供MODBUS、PROFIBUS等通讯接口，可实现与上位机的通讯。

4 物料检测仪表

物位测量仪表可分两大类：一类是测量以状态为目标的开关式仪表（即物位开关）；另一类是测量物位连续变化的仪表。开关式物位测量仪表主要用于顺序控制的限位报警等；连续式物位测量仪表主要用于连续控制的料仓、灰库等方面， 有时也可用于多点报警系统。干法烟气脱硫系统中常用的开关式物位仪表包括振动式料位开关、射频导纳料位开关等[2] ；4 300 mm厚板加热炉脱硫采用的为LHS-1301A～D射频导纳料位开关。

4.1 工作原理

射频导纳料位开关测量原理是基于射频（RF）电容技术，将一个无线电频率施加在探头上，通过连续的分析，确定周围的环境造成的影响。

4.2 主要特点

优点：通用性强，可测量液位及料位，检测颗粒、飞灰、导电、非导电液体、粘稠物料等。防挂料，独特的电路设计和传感器结构，使其测量可以不受传感器挂料影响，无需定期清洁。稳定性高，测量不受温度变化影响。测量过程无可动部件，无须维护。价格相对较低，选择面较广。

缺点：对介质的介电常数较敏感。

5 研磨机系统

4 300 mm厚板加热炉脱硫采用CAM研磨机，该型号的研磨机适用于化工、医药、染料、涂料、农药、冶金、食品、烟草、饲料、塑料、植物纤维、再生橡胶等行业低到中等硬度（莫氏3.5级以下）物料。如图3所示。

5.1 工作原理

CAM研磨机采用无缝焊接钢和铸件构成，符合规定的安全标准，易于连续操作。机体内腔为圆筒形，上部分为超微分级机，下部分为超微研磨机。粉碎室由粉碎盘和磨块组成，用来将物料击碎成细粉分级室由分级叶轮组成，能把细粉分成粒度达标品和未达标品两种规格，达标品经出料管排出，未达标品回落到粉碎室，继续粉碎直到达标为止。粉碎盘和分级叶轮分别由各自的驱动装置驱动，分级叶轮的转速可调，用以调节产品粒度。喂料装置在机体侧边，用来把物料均匀的送入磨机加料口，加料量可以通过调整转速来实现。

5.2 主要特点

研磨机粉碎腔由上下箱体组成，可拆除上箱体与下箱体连接法兰的螺栓后用吊装工具把上箱体分级部分吊离研磨机。粉碎盘的拆除：拆除粉碎盘上的压板后，用工具把转子拆出。磨块是用高强度螺栓连接在粉碎盘上的，如发生磨损，必须全套更换。更换磨块后，粉碎盘组件必须进行动平衡处理。齿圈是镶嵌在箱体内壁上的，如发生磨损，须全套更换。磨块和齿圈的磨损情况可打开门盖来检查。

开启顺序为风机运行3～5 min后设备通入密封气、保护气，启动分级电机 2～3 min后，启动粉碎电机2～3 min后，启动加料机。小苏打研磨机为高速运转设备，因小苏打易吸潮的特性，对操作人员的责任心有较高的要求。操作工要做到勤检查、勤清理、勤保养，以避免造成磨机的非正常损坏、停机，耽误系统的正常运行。

6 结 语

考虑电气设备在干法脱硫工艺中的重要性，选取效果最佳，性价比最高的电气产品，从而使电气控制在干法烟气脱硫系统中充分发挥应有的作用，使干法烟气脱硫系统实现经济、可靠、高自动化的运行。逐渐向着多功能、智能化的方向发展，还有效的提高了烟气脱硫系统运行的可靠性，从而对周围的生态环境起到很好的保护作用， 促进人类社会经济的可持续发展。

参考文献

[1] 赵静.分散控制系统（DCS）在烟气脱硫系统中的应用[J].科技创业家，2013（21）：33.

[2] 魏烨.干法烟气脱硫系统物位测量仪表的选型与应用[J].节能与环保，2022（10）：40-42.