身份证号码：23010719940416XXXX 哈尔滨哈锅锅炉容器工程有限责任公司
摘要：我国是世界上生产和使用工业锅炉最多的国家。文章介绍了某煤矿燃煤工业锅炉烟气净化处理工艺流程，根据不同工艺段的工艺运行要求，详细分析了烟气净化工艺流程、烟气除尘单元、脱硫脱硝单元、湿电除尘单元等系统的控制策略。该控制系统经过一年多的应用表明，能够满足预期的工艺控制要求，且运行稳定可靠。
关键词：控制系统；PLC；锅炉烟气；烟气净化
引言
目前，我国在用工业锅炉约62万台，其中燃煤工业锅炉约47万台，占工业锅炉总数的80%以上，年消耗标准煤约4亿吨，约占全国煤炭消耗总量的四分之一左右。因此，燃煤工业锅炉在工业锅炉中占主导地位的局面，短期内不会发生改变。煤炭在燃烧过程中会产生大量的污染物，如SO2、NOX等，是造成大气环境污染的主要原因之一，因此，对燃烧后的锅炉烟气进行净化处理是控制其污染物排放的有效途径。某煤矿的供热和供暖系统采用三台蒸发量为15t/h的链条炉排锅炉，为了使烟气净化处理后能够达到国家《锅炉大气污染排放标准》（2014）和地方政府的大气污染物排放控制要求，采用了除尘+脱硝+脱硫的联合处理工艺，为了保证烟气净化系统的稳定运行，有必要根据工艺控制的要求，构建一套适用于工艺流程的烟气净化控制系统，以满足工艺控制的要求和自动化控制的目的。
1烟气净化工艺流程
某煤矿燃煤工业锅炉出口烟气首先进入采用布袋除尘的除尘单元，去除烟气中的固体颗粒物后，然后经引风机通过烟道送入脱硝反应单元，脱硝反应单元利用臭氧的强氧化性将烟气中的低价态NOX转换为高价态的NOX，再将烟气送到脱硫脱硝吸收塔，在吸收塔内烟气自下往上流动，先与喷淋层喷出的石灰石浆液进行逆流接触反应，将烟气中的SO2、高价态NOX、剩余的细尘等充分吸收，转化为相应的化合物，同步脱除烟气中的SO2和NOX，最后烟气经过除雾器脱水除雾后进入湿电除尘器，进一步去除烟气中的细小颗粒物和气溶胶后至烟囱达标排放。其中，吸收塔中的石灰石浆液在经过一段时间的循环和反应后，将失去作用，此时便会排出吸收塔底部的部分石灰石浆液去压滤单元，并利用石灰石浆液单元补充新的石灰石浆液到吸收塔，以保证反应的连续进行和脱硫脱硝的效果。
2系统设计
2.1烟气除尘单元
烟气除尘单采用目前使用广泛的布袋除尘器，3台锅炉对应2套除尘器，每台锅炉对应一套除尘器，通过烟气挡板门实现切换。根据每台锅炉的烟气量和粉尘浓度，每套布袋除尘器的过滤面积为1006m2，过滤风速＜0．68m/min，采用的滤袋直径为160mm，长度为7000mm，共286条。每套布袋除尘器分为2个过虑室，并设置2个灰斗，每个过虑室按照13条布袋一组的方式，将滤袋分为11组，并配备一套喷吹装置，每套喷吹装置上设置11个脉冲阀，利用压缩空气对每个每组的13条滤袋的清灰。
2.2脱硝反应单元
按照原烟气最大NOx排放浓度450mg/Nm3，2台锅炉同时运行时的最大烟气量之和50440Nm3/h，进行脱硝反应单元的计算和设计。脱硝反应单元主要包括氧气制备系统、臭氧制备系统、投加及反应系统3部分。氧气制备系统用于为臭氧制备系统提供气源，采用一套制氧能力200Nm3/h的设备，该设备采用VPSA变压吸附制氧装置，以空气源为气源，利用分子筛选择性吸附空气中的氮气，制备纯度大于90%的氧气。臭氧制备系统以制备的氧气作为气源，采用一套能力为25kg/h的臭氧发生器，臭氧质量分数浓度为10%。投加及反应系统包括臭氧计量分配装置和脱硝反应器，用于根据实际烟气量和NOx浓度投加相应量的臭氧，臭氧与NOx的摩尔比控制在（1．0～1．1）∶1，将烟气中低价态NOx全部氧化为高价态NOx。
2.3湿式静电除尘单元
为了满足超低排放要求，采用湿式静电除尘单元对烟气中的颗粒物、PM2．5、SO3酸雾等污染物进一步脱除，满足颗粒物排放浓度≤10mg/Nm3，同时降低气溶胶的外排。
湿式静电除尘系统的设计尺寸为3．6m×3．5m×14．5m，主要由阳极管束组、阴极系统、绝缘子室及高压进线箱、冲洗水系统和电加热系统组成。主要过程为：气体电离为离子，颗粒物、气溶胶等与离子碰撞并荷电，荷电后向阳极移动、并在阳极进行收集，利用水膜进行集尘清理，从而使颗粒物与烟气彻底分离。
2.4仪表单元
根据工艺控制需求，在烟气管道上设有流量传感器、压力传感器、温度传感器，在各罐、箱上设有液位传感器，在工艺管路上设有密度传感器、pH传感器。同时，对原烟气、脱硝氧化后烟气、处理后烟气分别进行采样，设置3套在线CEMS系统，用于实时分析烟气中SO2、NOx、颗粒物、含氧量等参数，为自动控制系统提供控制依据。
3脱硫脱硝单元的控制策略分析
SO2和NOX进行吸收，将其分别转换为溶于水的化合物，达到去除的目的。该单元主要包括吸收塔浆液池液位控制、除雾器冲洗、浆液循环及排出单元、浆液制备单元、浆液补充单元等。（1）吸收塔石灰石浆液池液位的控制，正常情况下，液位控制在2.5-3.5m之间，当液位≤2.5m时，通过除雾器冲洗系统进行补水，直到液位≥3.5m，同时，设置4.0m和2.0m分别为高限和低限报警液位，高限报警持续不解除将进行溢流，低限报警与浆液循环泵和浆液搅拌机进行联锁。（2）吸收塔除雾器冲洗的控制，除雾器冲洗采用定时控制和差压控制相结合的方式，当冲洗间隔时间到或除雾器前后压力差大于设定值时，自动进行一个循环的除雾器冲洗。除雾器自动冲洗间隔时间为2h，前后压力差设定值为200Pa，当满足冲洗条件时，每个冲洗过程为依次开启每个冲洗阀门30s。除雾器冲洗过程中，实时监测冲洗水流量，当冲洗水流量＜20m3/h发出报警。（3）石灰石浆液循环及排出单元的控制，通过监测每个喷淋层的浆液实时流量，调节浆液循环泵的运行频率，保证各喷淋层的浆液流量满足工艺要求；同时，通过监测循环浆液的密度值，当浆液密度值≥1150kg/m3时，开启浆液循环泵后的电动阀门，排出石灰石浆液到压滤系统进行处理，直到浆液密度≤1180kg/m3时为止。（4）浆液制备单元的控制，通过实时监测制备好的石灰石浆液密度值是否达到设定值要求，自动调节石灰石浆液搅拌罐的石灰石粉与工艺水进料比例，石灰石粉的进料量通过控制双级螺旋称重给料机的转速进行调节，工艺水的量通过流量计监测值调节进水阀门大小来实现，最终制备出满足工艺要求的石灰石浆液。（5）浆液补充单元主要是对吸收塔浆液池中浆液pH值进行区间控制，通过实时监测吸收塔浆液池中浆液pH值，当浆液的pH值≤5.3时，开启浆液泵，补充石灰石浆液到吸收塔浆液池，直到pH值≥5.8为止。
4湿电除尘单元的控制策略分析
湿电除尘单元的控制主要包括高压系统、水系统、热风吹扫系统等。高压系统采用整流变压器或高频电源，运行过程中实时监测设备运行参数；水系统主要是根据喷淋清洗水压要求，采用变频恒压供水的方式实现，还包括补水、排水、循环水、加碱处理等环节的自动控制；热风吹扫系统根据设定的温度要求，按照逻辑顺序控制风机、阀门、加热器完成。
结束语
对燃煤工业锅炉烟气净化处理工艺过程中脱硝反应单元、脱硫脱硝单元、湿电除尘单元等系统的控制策略进行了详细分析，为了实现各系统的控制策略。由于该工艺仅在湿法烟气脱硫的工艺基础上增加气相氧化工艺，具有投资省、占地面积小、处理效果好等优点，因此，该工艺非常适合新建或改造的燃煤工业锅炉烟气净化处理，具有很好的实用价值。
参考文献：
[1]刘建航.我国燃煤工业锅炉现状及分析[J].洁净煤技术，2017，23（4）：107-113.
[2]赵钦新，杨文君，孙一睿，等.燃煤工业锅炉污染物协同治理关键技术[J].工业锅炉，2015（6）：1-9.
[3]张建，董天源.基于PCS7的湿法烟气脱硫控制系统设计[J].工矿自动化，2007（3）：73-76.
[4]段宇，马敏阳，李冀静.火电厂烟气脱硫控制系统的分析与设计[J].能源与环境，2015（2）：70-72.