石灰石—石膏湿法烟气脱硫自动控制研究

张志耀，王晓炜

（太原锅炉集团有限公司， 山西 太原 030000）

石灰石—石膏湿法烟气脱硫目前已有几十年的发展历史， 工艺技术已非常成熟， 其脱硫剂采用来源广泛、 价格较低、 脱硫效率较高的石灰石。 该工艺是中小型热电厂应用最广泛、 效率最高的脱硫技术， 特点有： 造价合理， 运行周期长， 可利用率高， 脱硫剂耗量少， 运行费用少， 观察、 监视及维护简单， 运行人员数量少， 运行人员和设备安全，装置的服务寿命长等特点。 脱硫装置可适应在机组最小和最大负荷量之间运行， 受负荷波动的影响较小。 不需要另外的和非常规的操作或准备， 装置能以冷态、 热态两种启动方式投入运行。 装置能在最小和最大污染物浓度值之间运行， 排放污染物不超出保证的排放值。 系统可在吸收剂浓度发生变化时进行调节， 保证系统的稳定性。 传统的石灰石—石膏湿法烟气脱硫在运行过程中， 大部分为运行人员人工操作， 自动化程度不高。 本文就脱硫工艺进行深入研究， 梳理系统、 设备、 仪表运行逻辑， 制定行之有效的控制策略， 并对现场控制系统进行二次编程组态调试， 实现了石灰石—石膏湿法烟气脱硫的自动运行。

1 石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统组成

系统组成： 烟风系统、 吸收塔系统， 脱硫剂制备与输送系统、 工艺水系统、 压缩空气系统、 石膏脱水系统、 疏放系统、 电气控制系统等。

2 石灰石—石膏湿法烟气脱硫控制策略

基于石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺， 解构各个子系统的系统组成和工作原理， 结合现场运行人员操作习惯， 同时叠加自动原理， 将石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺和自动控制原理融会贯通， 形成适应性较强、 可靠性较高的石灰石—石膏湿法烟气脱硫自动控制策略。 按照工艺系统构成解耦， 分成相对独立的控制模块， 具体见表1。

表1 石灰石—石膏湿法烟气脱硫自动模块

2.1 制浆系统自动

制浆系统设置石灰石储仓、 石灰石浆液制备和供应装置。

石灰石粉采用罐车送入石灰石储仓， 由石灰石粉给料设备送入石灰石浆液箱， 并往浆液箱中补充滤液（或工艺水） 以维持浆液浓度， 配置好的浆液存贮于石灰石浆液箱中， 再由泵送至吸收塔补充，最后与SO2反应。

2.1.1 制浆系统控制对象

石灰石粉仓、 变频称重螺旋、 石灰石浆液箱、搅拌器、 仓底流化风机及电加热器等的运行方式：多台炉共用1 套制浆系统， 2 个浆液搅拌箱并列运行（为保证可靠性， 不能单独离线配置） ， 使用时采用在线连续配置， 往石灰石浆液箱中加入石灰石和水并搅拌， 配置成石灰石浆液。 液位和密度分别控制， 这样既可以保证密度， 又可以保证液位在合理范围。

2.1.2 控制目标

1 250 kg/m3≤密度≤1 350 kg/m3； 5.0 m＜液位＜5.5m（具体项目不同， 数据不同）。

2.1.3 液位控制策略

任一浆液箱液位＜5.1 m→开进水门； 任一浆液箱液位＞5.5 m→关进水门。

2.1.4 密度控制策略

浆液箱密度＜1 250 kg/m3→开浆液箱进料插板门→延时3 min→开变频称重螺旋； 浆液箱密度＞1 350 kg/m3→关变频称重螺旋→延时3 min→关浆液箱进料插板门。

2.1.5 保护及连锁

1） 进水门打开条件： 工艺水泵电流＜36 A，且另一扇进水门处于关闭状态（受水泵电流出力限制， 不能2 台同时补水）。

2） 进料时间保护。

3） 流化风机超连续最长允许工作时间停保护。

2.1.6 断料情况处理

1） 2 台均断料情况： 直接启动流化风机。

2） 其中1 台断料情况： 如2 号断料， 1 号正常， 则先停1 号给料机→启动流化风机→2 号流量＞8t/h→停流化风机→启动1 号给料机。 1 号断料时同此。 单管落料正常时， 不能直接启动流化风机， 以免下料流量突增， 造成堵管。

2.2 pH 计冲洗自动

2.2.1 控制对象

pH 计取样阀、 排放阀、 冲洗阀。

2.2.2 控制目标

定期冲洗pH 计。

2.2.3 控制策略

启动： 关入口取样阀→开排放阀→开水冲洗阀→延时2～5 min。

停止： 关水冲洗阀→关排放阀→开入口取样阀。

2.3 SO2 自动

2.3.1 控制对象

供浆泵2 台， 一用一备。

2.3.2 控制目标

SO2＜35 mg/Nm3[1]； pH＞4.7。

2.3.3 控制策略

前SO2原始排放较低， 供浆泵为间歇启停， 每小时运行时间＜5 min。 因此， 控制策略未能使用PID 连续调整， 采用仿人操作， 间歇启停。

1） 启动条件： 脱硫塔出口SO2＞6 mg/Nm3， 延时10 s； 烟囱出口SO2＞5 mg/Nm3， 延时10 s； pH＜4.7， 延时10 s。 以上条件任一满足， 启动供浆泵。启动参数值操作人员可设定。

2） 停泵条件： 单次运行时间＞90 s； pH＞5.1，延时20 s； 烟囱SO2升高后， 开始下降； 两台泵交替运行（操作人员定期切换）。

3） 其他

pH 计冲洗时， pH 值不能参与控制。 将冲洗前pH 值保持4 min。

2.4 脱硫塔液位自动

脱硫塔补水来源包括： 地坑泵、 滤液池、 除雾器。

2.4.1 控制要求

2.4.2 控制策略

1） 取水顺序： 地坑泵→滤液池→除雾器。

2） 地坑泵： 液位＞1.5 m， 可以启泵； 液位＜1.3 m， 停泵。

3） 滤液池泵： 液位＞1.5 m， 可以启泵； 液位＜1.3 m， 停泵。

4） 除雾器： 地坑泵、 滤液池水仍不能满足脱硫塔液位时， 开启除雾器。

2.5 除雾器自动

2.5.1 控制对象

除雾器安装在净烟气出口处， 用来分离夹带的雾滴。 除雾器系统配备冲洗和排水装置。 冲洗系统包括： 喷嘴、 外部和内部管道、 除雾器冲洗水泵和控制件。 排水直接进入吸收塔。

2.5.2 控制目标及策略

定期开启除雾器冲洗程序， 采用顺序控制[2]，依次开启除雾器冲洗水阀。

根据不同稻谷品种，秧苗播种或插播时密度要均匀，保持有足够的通风度，保持稻田吸光度，使稻田不会形成密闭空间，可以降低稻曲病发病率。科学施肥，严格按照要求施用各种肥料，控制好施肥量，掌握好施肥的各个时机。灌溉农田水时，特别注意稻田干湿度，同时要保证水的循环，扬花期要适当降低水量，水稻破口期更要注意田块的干湿度，提高水稻抗病毒能力。

2.6 石膏脱水系统自动

2.6.1 系统组成

多套脱硫塔共用1 套脱水系统。

1） 脱硫塔石膏排出部分： 石膏排出泵、 排出泵进口门、 出口门、 进口排放阀、 进口冲洗门。

2） 石膏浆液缓冲部分： 石膏浆液缓冲箱、 浆液缓冲泵、 缓冲泵进口门、 出口门、 进口排放阀、进口冲洗门。

3） 石膏真空脱水部分： 石膏旋流器、 浆液分配箱、 真空皮带脱水机、 真空密封水阀、 真空泵、滤布冲洗水泵。

2.6.2 控制策略

控制模块分为3 个小的顺控单元： 皮带单元、缓冲单元、 排出单元。 总体再将3 个单元串起来。

整体投运准备： 人工画面按钮选择主/备切换、各控制设备投入顺控模式。

1） 皮带单元。 启动： 系统启动信号→开滤布冲洗水泵→开真空皮带机→开真空密封水阀→开真空泵→开分配箱开关。 停止： 缓冲单元停止信号→关分配箱开关→关真空泵→关真空泵密封水阀→关皮带机→关滤布冲洗水泵。

2） 缓冲泵单元。 启动： 皮带单元分配箱开关已开信号→关泵入口排放阀→开泵进口门→开泵出口门→进入缓冲泵的启停控制（缓冲箱液位＜2.8 m允许停， 液位＞2 m 允许启）。 停止： 石膏排出单元已停信号→关缓冲泵入口阀→开水冲洗阀（先冲后部管路， 至皮带部分） →开排放阀→关水冲洗阀→关出口门→延时10 min。

3） 石膏排出单元。 启动： 缓冲泵单元已启动信号→关排出泵入口排放阀→开排出泵入口阀→开排出泵出口阀→进入排出泵的往复自动控制（缓冲箱液位＜2 m 启， 液位＞2.8 m 停）。 停止： 系统停止信号→关排出泵入口阀→开水冲洗阀（冲洗管路）→开排出泵入口疏放阀→关水冲洗阀→关排出泵出口阀。

以上控制策略中， 具体液位、 pH 值等数据均为本文研究调试某电厂数据， 不同项目数据以实际项目为准。

3 结束语

基于以上制浆、 pH 值、 液位、 脱水等的控制，在热电厂现场实际运行后， 将石灰石—石膏湿法烟气脱硫逐一投入自动控制后的脱硫运行操作明显减少， 各参数均能稳定在合理区间， 保证了电厂烟囱SO2排放值符合环保要求。 总之， 通过该石灰石—石膏湿法烟气脱硫自动控制的实施， 精准调整各回路执行机构， 实现了分系统小参数的稳定， 进而实现了整套系统的稳定、 高效、 环保、 可靠运行。