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1、摘 要我国目前电力企业大部分属于火力发电，而这些火力发电企业己经成为我国几大环境污染源之一，电力环保领域中烟尘、粉尘和废水等已经成为我国环保市场的重要开发地带，至今电力行业除尘和废水处理己经基本达标，国内锅炉烟气除尘和工业粉尘除尘机械设备和技术水平己具备一定的竞争力并开始走向国际市场，而烟气脱硫处理则一直是电力行业环保治理的重点和难点，针对火力发电企业进行二氧化硫排放控制的脱硫业务已经成为环保产业主要污染源治理重点之一。本课题是基于烟气脱硫技术的研究及其配套综合自动化监控系统这一科研项目。烟气脱硫技术具有一系列的特点，如能耗低、投资省，不存在废液处理，可有效去除SO2，操作过程简单，因此被认为
2、是有前途的处理有害气体的方法之一。该课题旨在研究新的高效脱硫方法及其在工程中的应用，烟气脱硫技术设备在我国属弱势产业，并且其综合自动化水平较低，本课题意在充分研究烟气脱硫过程的基础之上，开发烟气脱硫综合自动化监控系统。该系统能够根据锅炉烟气含硫以及脱硫系统实际运行情况，调节脱硫系统参数，从而达到提高系统脱硫效率，减少工作人员劳动强度，提高企业自动化水平的目的。关键词：火力发电；烟气脱硫；自动化监控系统 Abstract:Our current electric power enterprise most power, which belongs to thermal power enterpr
3、ise already become one of our several environment pollution, electric power environmental protection fields such as soot and dust and wastewater has become an important development of Chinas environmental protection market since electric power industry area, dust and wastewater treatment f through b
4、asic standards, domestic boiler flue gas dusting and industrial dust dust removal equipment and technology has have a certain level of competitiveness and began to enter the international market, and flue gas desulfurization processing power industry has is the key and difficult point for environmen
5、tal governance for coal-fired power enterprises, sulfur dioxide emissions control has become the desulfurization business of environmental protection industry is one of the main pollution sources governance key. This topic is based on the flue gas desulfurization technology research and its supporti
6、ng integrated automation control system the research project. Flue gas desulfurization technology has a series of features, such as low energy consumption, investment provinces, there is no waste liquid processing, can effectively remove SO2, operation process simple, therefore considered promising
7、treatment method of harmful gas. This research will lead to new high desulfurization method and its application in engineering, flue gas desulfurization of technical equipment in China, and its comprehensive weak industrial automation level is low, the subject study fully flue gas desulfurization pr
8、ocess to the basis of development flue gas desulfurization integrated automation control system. The system can according to the boiler flue gas desulfurization system of sulfur and actual operation, regulate the desulphurization system parameters, so as to improve the system desulfurization efficie
9、ncy, reduce labor intensity, improve the working staff. The purpose of the enterprise automation level. Keywords: Coal-fired power; Flue gas desulfurization; Automatic monitoring system1 引言1.1 问题的提出我国是燃煤大国，燃煤排放的SO2成为影响我国城市空气质量的主要污染物。因此，锅炉烟气脱硫是减排SO2的重要手段。中小型电站及热源厂等燃煤锅炉的烟气脱硫是适合我国国情的控制大气污染的一个重要方面，但长久以来
10、，该过程的监控一直处于较低的自动化水平，造成人力物力的浪费。努力提高这一过程的自动化水平具有很大的现实意义。岱庄煤矿位于山东省济宁市北郊，南距济宁市约6公里，地理位置优越，交通十分便利。岱庄煤矿是1999年度投产的年产150万吨的现代化矿井，并配有同等规模的选煤厂一座。选煤厂在生产精煤的同时，年产洗矸22.5万吨、洗中煤18万吨、煤泥4.5万吨。岱庄煤矿热电厂紧靠矿区工业场地西北侧，设计规模建设规模为212MW，两机组三大主机均为75吨循环流化床锅炉、12MW一级可调抽气式汽轮机、12MW静止可控硅励磁装置发电机。机组性质为热电结合。为贯彻落实国家的清洁生产和保护环境的政策,结合岱庄煤矿电厂循
11、环流化床锅炉管理运行的实际情况，电厂领导决定对使用的75吨循环流化床锅炉进行烟气脱硫技术改造，联合山东科技大学开发设计循环硫化床锅炉烟气脱硫系统综合自动化监控系统，进一步提升岱庄煤矿热电厂的自动化水平。1.2 国内外研究现状在日本及欧美发达国家，钢铁工业控制SO2的排放措施是实行源头和末端双重治理。一方面，实行节能降耗，提高铁资源利用效率，采用含硫低的铁矿石和煤等措施减少SO2的生成，如对烧结工序，通过降低原料和煤中的硫含量可以使SO2的排放浓度 500 mg/m3;另一方面，建设各种脱硫装置，降低SO2的排放。欧盟是通过降低原料中的硫含量使SO2的排放浓度 500 mg/m3时，再利用湿法脱
12、硫，可使SO2的排放浓度 100 mg/m3。奥钢联工业设备制造公司(VAI)设计出一种WETFIE系统，能将来源于烧结和球团装置、废物焚烧炉以及玻璃熔炉等的排放物净化到很高的水准。该系统包括一个洗涤塔和一个湿式静电除尘器，后者能除去烟气流中的细尘、碱性的氯化物颗粒、二恶英/呋喃(PCDD/F)和SO2等气体。日本在烧结烟气脱硫技术方面居于世界领先地位，日本烧结烟气都建设脱硫装置，其中80%以上使用石灰石-石膏法脱硫，如JFE公司和神户制钢公司；有部分烧结厂活性炭法和Mg(OH)2，如新日铁公司采用对烧结烟气脱硫，脱硫方式多为湿式吸收法，脱硫率在95%以上，入口SO2浓度在370 -940mg
13、/m3 之间，排放浓度可以达到300mg/m3以下。在我国，高炉-转炉流程的烧结过程中SO2排放总量大，控制烧结生产过程的SO2排放是钢铁企业控制污染的重点。我国钢铁企业由于受资金和脱硫技术问题困扰，烧结烟气脱硫研究和应用方面基本上还处于起步状态。 国内有些学者对烧结过程进行过脱硫技术研究，台湾中钢公司在研究铁矿烧结过程脱硫、脱硝技术和武汉科技大学研究人员在降低铁矿石烧结过程SO2排放量的研究中，通过向烧结混合料中添加少量的某种化学物质，使SO2与添加剂分解生成的NH3反应生成固态硫酸盐，从而大幅度减少废气中的SO2浓度。从实验数据分析来看，加入脱硫剂后，对烧结成品率、转鼓指数、产量和煤耗几乎
14、没有影响。该脱硫技术在烧结领域的应用研究是最近几年开始的，但未见工业化应用报道。国内有几台小烧结机安装了烟气脱硫设施，但运行不正常，基本处于闲置状态，如广钢2台24m2烧结机采用双碱法烟气脱硫工艺，临汾钢厂利用烧结烟气处理焦化废水等。正在技入使用的烧结烟气脱硫工程的厂家有柳钢、包钢、济钢和石钢。柳钢正在建设烧结机烟气 脱硫工程，采用氨-硫酸铵法脱硫工艺，将焦化厂生产过程中产生的高氨废水(不够部分用外购液氨补充)与烧结机头含硫烟气进行反应，吸收其中的SO2生产硫酸铵。该工程于2007 下半年投用。氨-硫酸铵法脱硫效率高，达到95%以上，又利用了焦化副产品氨水，但工艺操作不当会造成气氛逸出使排气不
15、达标，液氮或高浓度的氨水属于危险化学品，安全要求高，在脱硫过程中有大量过程废水需要处理，如果不处理，则会造成二次污染。包钢自产矿含氟高，早在20世纪50年代就在烧结烟气净化上采用了湿法脱硫除氟净化工艺，但在后来的生产运行中发现这种工艺净化效率低、用水量大、运行费用高。为此，包钢从2000年开始与北京科技大学联创冶金技术有限公司合作，对国内外热电厂通用的烟气半干法除硫技术进行 创新，并于2001年进行了工业试验， 2005年在其炼铁厂三烧车间烧结机上应用。实际使用效果表明，系统的脱氟率和脱硫率分别达到95%和75%以上，耗水量仅为湿法的1/20，耗电量仅为湿法的1/4，无废水排放，反应产物为干粉
16、，管道不腐蚀和结垢;净化烟气水份含量少，无需干燥即可外排，不形成酸雨漂落，大大减轻了包钢烧结生产烟气外排形成酸雨对周边环境及设备的损害。但半干法脱硫率和吸收剂利用率低，在硫分高时，运性费用高。济钢在120 m2烧结机新建了一套循环流化床下半干法脱硫设施，2007年底装置投入运行。该方法具有系统简单，占地面积小，运行可靠，对煤种适应性强，高、低浓度的SO2烟气都可以处理，节能，无废水，系统基本无腐蚀，此外还可以有效控制氮氧化合物的生成。但烟气量的不稳定变化会影响到吸收剂的硫化状态不稳定，导致脱硫效果以随烟气量的变化而影响，为了维持高的循环倍率，设备磨损比较严重。石钢现有四台烧结机，在其中的52m
17、2和68m2烧结机上采用密相干塔烟气脱硫工艺，建设了两套相同的烟气脱硫装置，装置于2007年初投入试运行。 由于我国目前排放烟气的SO2浓度与国家炉窑排放标准大体相当，故绝大多数以高炉-转炉为主的钢铁企业至今尚未开展烧结机烟气脱硫工作。随着我国环境质量要求的提高以及总量控制的需要，对烧结机外排烟气中的SO2浓度和排放量必将进行限制，务必采用相应的处理措施予以治理。1.3 研究内容与结构（1）对循环流化床锅炉烟气脱硫技术进行分析研究。对烟气脱硫原理、系统结构组成及其工艺流程进行分析，为综合自动化监控系统方案的提出奠定基础。（2）本课题中的主要部分，即：脱硫系统的自动化控制技术研究。在详细分析烟气
18、脱硫工艺流程的基础之上，根据岱庄煤矿电厂实际情况，提出烟气脱硫综合自动化监控系统的总体设计思路及方案。基于PLC的循环流化床锅炉烟气脱硫监控系统的开发，主要是根据烟气脱硫工艺要求设计了整个系统的控制结构和PLC控制电路。根据烟气脱硫工艺的特点，对系统的数据通信和软件结构进行了分析，对上位计算机过程监控软件系统的进行开发研究。通过该软件系统可以实现在线监控锅炉脱硫系统的运行效率和实时运行工况。（3）循环流化床锅炉烟气脱硫系统及其综合自动化监控系统工业试验情况。1.4 研究思路及方法（1）对烟气脱硫原理、系统结构组成及其工艺流程进行分析，为综合自动化监控系统方案的提出奠定基础。（2）在详细分析烟气
19、脱硫工艺流程的基础之上，根据岱庄电厂实际情况，提出烟气脱硫综合自动化监控系统的总体设计思路及方案。 基于PLC的循环流化床锅炉烟气脱硫监控系统的开发，主要是根据烟气脱硫工艺要求设计整个系统的控制结构和PLC控制电路。2 75T/h循环流化床锅炉脱硫系统设计方案2.1氨法脱硫设计方案2.1.1氨法脱硫工艺简介氨法烟气脱硫以氨水作为吸收剂脱除烟气中的二氧化硫，吸收二氧化硫后的吸收液可用不同的方法处理，获得不同的产品，从而也就形成了不同的脱硫方法(见下列化学反应式)。其中较成熟的为氨-石膏法、氨-亚硫酸铵法和氨-硫铵法。在氨法的这些脱硫方法中，吸收的原理和过程是相同的，不同之处在于对吸收液处理的方法
20、和工艺路线，本工艺为简易湿法脱硫，脱硫后水液循环使用，节约运行成本。由于电厂烟气中的氧含量较高，从理论上可以将吸收液中的(NH4)2SO3全部化为(NH4)2SO4，但由于接触时间较短及反应条件的限制，其与理论值有较大差距，同时吸收液氧化率的高低直接影响到对SO2 的吸收率。氨法吸收 SO2的原理： NH3+H2O+SO2NH4HSO3 (1)2NH3+H2O+SO2(NH4)2SO3 (2)(NH4)2SO3 +SO2+H2O2NH4HSO3 (3) 在通入氨量较少时发生(1)反应，在通入氨量较多时发生(2)反应，而(3)式表示的才是氨法中的真正吸收反应。在吸收过程中所生成的酸式盐NH4HS
21、O3对SO2不具有吸收能力。随着吸收过程的进行，吸收液中的NH4HSO3数量增多，吸收液吸收能力逐步下降，此时需向吸收液中补充氨，使NH4HSO3转变为(NH4)2SO3，以保持吸收的能力。当加氨调配时： NH4HSO3+NH3(NH4)2SO3 (4) 因此氨法吸收是利用(NH4)2SO3 NH4HSO3不断循环的过程来吸收烟中的SO2的。补充的氨并不是直接用来吸收SO2，只是保持吸收液中(NH4)2SO3 的一定浓度。NH4HSO3 浓度达到一定比例时，吸收液要不断从喷淋系统中引出，然后用不同的方法对引出的吸收液进行处理。对于烟气而言，因其含有较高的氧量，吸收塔内会发生部分氧化反应： 2(
22、NH4)2SO3 +O22(NH4)2SO4 (5) 2NH4HSO3 +O22NH4HSO4 (6) 锅炉烟气经电除尘器除去99%以上的烟尘后，进入装有单流喷射雾化器的JR撞击流脱硫塔内的反应器中。配制好的吸收剂经供氨系统送入安装在JR撞击流脱硫塔内反应器中的单流喷射雾化器，吸收剂以雾化状在塔内的反应器中逆流与烟气充分撞击、混合接触发生化学反应；吸收剂中的氨与二氧化硫反应生成亚硫酸氢铵、亚硫酸铵，脱硫后的水溶液经脱水脱雾器后进入积液池。净化后的烟气经过脱水脱雾器除去绝大部分水份后，经引风机送入烟道，通过烟囱排放。JR撞击流脱硫塔底收集的副产物溶液，通过自流进入现场沉淀池沉淀。积液池收集的溶液
23、过滤后经泵排至除尘降温段循环使用。氨法脱硫工艺特点: 可以不需设旁路烟道，吸收剂停止供应时，反应塔作烟道使用，不影响锅炉的正常运行。 烟气进反应塔前不需降温，吸收塔出口温度大于80，不需加热升温即可直接排入烟道。 脱硫塔阻力1000Pa。氨法脱硫工艺流程如下图所示：图1 氨法脱硫工艺流程图锅炉烟气经除尘装置进入脱硫装置，与配制好的脱硫剂在脱硫装置的中部反应段进行化学吸收反应。脱硫后的烟气经引风机、烟囱排入大气；脱硫后生成的亚硫酸氢铵混合水溶液，经脱硫塔内脱水除雾装置后沉降于塔底部溢流到积液池中经沉，沉淀过滤后经清液泵打回和脱硫剂混合再与烟气中的二氧化硫进行反应，循环使用至饱和后用于场地绿化或作
24、为农家肥使用。2.1.2循环流化床锅炉烟气脱硫系统主要设计内容及其设计原则一、主要设计内容a)脱硫系统1）烟气从引风机出口至烟气进入烟道的进口。2）脱硫系统所必须的辅助设施。3）脱硫系统必须达到无人值守的控制系统。b)脱硫二次产物处理系统脱硫二次产物以液态方式排出、收集。c)综合利用系统二、主要设计原则1) 脱硫率95%，并有持续发展的空间，适应二氧化硫总量削减要求。2) 处理设施出口烟气温度大于80。3) 煤种适用广泛，可适应不同硫份的煤种。4) 脱硫后的二次产物不造成二次污染。5) 系统运行可靠，脱硫设施维护可与锅炉检修同步统一安排，如遇故障不影响锅炉的正常运行。6) 因地制宜、合理布局，
25、减少占地面积，节省投资。7) 脱硫吸收剂使用17-20%浓度的氨水配制，亦可使用合成氨厂、化工厂、化肥厂、焦化厂、造纸厂5%浓度的工艺废氨水、5%浓度的废氢氧化钠碱液、焦化废水、碳酸氢铵、碱性废水等。8) 进出脱硫塔烟气不进行降温和升温，以节省能耗、降低运行费用。2.1.3设计依据与设备及材料选择一、大气污染物排放满足GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准；二、根据岱庄电厂现场布置条件，有关技术要求如下：根据岱庄煤矿热电厂的烟气治理要求，在锅炉电除尘器后配套安装JR型高效脱硫装置可达到烟气治理目标。烟气脱硫装置的防腐工作是整个系统安全、高效、稳定运行的关键。根据实际工程经验和设备运行
26、使用情况，对设备的防腐工作十分重视，使设备做到经久耐用。根据岱庄煤矿热电厂锅炉运行技术参数，本次设计选择采用2炉2塔，可以提高脱硫装置的稳定性及满足检修要求。2.1.4烟气脱硫设计参数锅炉蒸发量： 275t/h（二台）处理烟气量： 300000Nm3/h（二台）脱硫前烟气温度： 129煤耗量： 12.5t/h（单台炉）煤的含硫量： 1% -3% SO2达标排放标准： 100mg/Nm 3 -400mg/Nm 318%浓度废氨水： 460元/吨锅炉年运行时间: 7200小时2.1.5烟气脱硫系统运行条件在本次脱硫技术方案中，采用5%氨水作为脱硫吸收剂。根据岱庄煤矿热电厂的实际情况，可以采用周边化
27、工厂的废氨水由车辆输送至热电厂。2.2烟气脱硫监控系统方案通过前面对脱硫工艺过程的分析，本课题控制系统采用PLC控制，以在线检测设定数值为总控值来反馈调节系统的参数达到自动调节，实现液位、PH值（浓度）、流量等数据自动检测和控制。并且，控制系统设置一台上位监控计算机安装在电厂热控室内，用于监视系统的运行情况，并负责监控系统的启停等操作。下位机控制器选用OMRON PLC，与上位机监控软件组成控制系统。系统分为储氨，配氨，喷淋等部分组成。其中储氨系统有由一台卸氨泵，储氨箱构成。卸氨泵将17%-20%的工业氨水抽到储氨箱中。配氨系统由配氨泵，工业用水，循环回水构成，通过变频器控制储氨罐氨水与工业用
28、水、循环回水的流量，将其调配成一定浓度（5%左右）的氨水（PH值），即脱硫剂，进入到供氨箱中。喷淋系统由供氨泵，供氨变频器构成。供氨泵将配制好的5%左右氨水抽出，利用PID控制，自动调整变频器的频率（变频器采用IGBT，减少高次谐波对电网的干扰），改变供氨流量，使出口SO2的浓度达到设定值。本课题基于PLC的综合自动化监控系统可起到稳定脱硫过程的运行，提高系统脱硫效率，节能降耗，减少人员投入的效果。主要设计工作包括以下几个重要方面:l)设计完成了用上、下位机控制的脱硫监控系统，下位机采用PLC实现系统的自动控制和手动控制，通过自由通讯口同下位机进行通讯，能够保证脱硫系统稳定运行。2)控制上采用
29、PID控制的技术路线，并设计了控制器。实践证明该方案适合此过程的控制任务。(3)系统的现场联合调试，由于该系统运行环境的特殊性，干扰问题严重，通过现场调试成功解决了该问题，并在软、硬件两个方面做了有效的预防措施。3 循环流化床锅炉氨法烟气脱硫系统设备选型设计3.1概述由于氨法烟气脱硫系统涉及特殊的工艺和介质，因此对仪控设备的选型及安装需要充分考虑其特殊性，从SO2含量、烟气含尘量、烟气流量、氨水浓度、pH值、物位、压力和流量及温度等几方面的测量来具体考虑脱硫设备选型。电厂烟气净化系统中的测量仪表对于监视和控制整个工艺过程至关重要，氨法脱硫系统的工艺过程较为复杂，工艺介质即脱硫氨水溶液的特殊性，
30、所以，仪表选型应最大限度地考虑其可用性、可靠性和可控性。3.2脱硫系统主要设备及实施方案3.2.1测量仪表的选择压力、差压、流量和温度的测量在脱硫系统中非常普遍，所测参数可反映出工艺的性能、能耗、运行中出现的问题以及是否符合设计和运行的要求。选用流量计应了解其测量原理和应用场合。许多常规流量计(如孔板、喷嘴等)不宜用于腐蚀浆液管道。脱硫系统中最合适的是电磁流量计，其特点是磁场稳定、分布均匀，但要求被测导电流体流速分布轴对称，流体本身是非磁性的。对于脱硫系统，需要对脱硫装置前后原烟气和净烟气中的SO2含量进行测量，烟气SO2含量测量方法常用的有非分散性红外吸收法(NDIR)、非分散性紫外吸收法(
31、NDUV)和紫外脉冲荧光法等。像SIEMENS的ULTRAMT23、ABB Hartmann或Braun的URAS14采用的就是NDIRI法；ROSEMOUNT的NGA2000-MLT4测量SO2采用的是NDUV法；美国热电子公司的43C SO2分析仪采用的是紫外脉冲荧光法。pH值测量传感器有浸入式、流经式(支管)和直接插入式三种形式。其中，浸入式直接安装在容器里与被测液体接触，当需要维护和校准时取出来，容易泄漏。流经式传感器一般安装在工艺介质测量支管内，仪表上下游装有隔离阀，仪表下游还装有定期自动冲洗水阀，因此，测量管道系统较复杂且容易堵塞。插入式传感器通过一根带阀门的短管直接插入浆液管路，
32、需要维护和校准时，首先要半抽出传感器，再关闭隔离阀门，然后再全部抽出传感器。流经式和直接插入式传感器都容易受高速浆液的磨损，因此，插入的探头不宜置于管中心高流速处，应置于流体边缘又始终能接触到流体。表1 主要测量仪表序号名称规格型号单位数量1水配比流量计LDBE-40S-T2P100-20台12配氨流量计LDBE-25S-T2P100-20台13喷淋流量计LDBE-40S-T2P100-20台24循环水流量计LDBE-40S-T2P100-20台15卸氨流量计LDBE-40S-T2P100-20台16磁翻板液位计UH2-520RCLR L=5m台17磁翻板液位计UH2-520RCLR L=5m
33、台18压力表Y-100 01.0MPa台29氨用压力表YA-100 01.0MPa台110氨用压力表YA-100 01.0MPa台111氨用压力表YA-100 01.0MPa台212氨用压力表YA-100 01.0MPa台113氨用压力表YA-100 01.0MPa台23.2.2脱硫系统主要设备的选择根据脱硫流程对系统所需设备进行选择，其主要设备如下表所示。脱硫系统图如下图。表2 主要生产设备序号名称规格型号单位数量1脱硫塔JTS-75台22脱硫反应器820台23储、配氨箱814台24供氨泵50IHF-40/3KW台35配氨泵50IHF-40/2.2KW台26循环泵50IHF-40/3KW台2
34、7卸氨泵80IHF-38/7.5KW台1图2 脱硫系统图1-脱硫塔、2-清液池、3-沉淀池、4-过滤池、5-卸氨泵、6-液位计、7-供氨箱、8-储氨箱、9-供氨泵、10-配氨泵、11-循环泵、12-电磁流量计4 循环流化床锅炉烟气脱硫系统综合自动化监控系统设计循环流化床锅炉烟气脱硫系统综合自动化监控系统主要功能是：完成对整个烟气脱硫过程的监测与控制，能够根据现场监测数据完成对脱硫过程的自动控制。图3 控制系统结构图从控制系统结构图可以看出，在本项目中采用了集中管理，分散控制的体系结构，即分布式控制体系结构。从控制功能上划分，整个系统可分为两层，即现场测控层、中央控制层。现场测控层主要实现脱硫设
35、备参数的实时采集、各调节机构的控制、脱硫设备运行状态监测、脱硫过程的自动控制和系统启停的遥测遥控。脱硫设备参数的实时采集选用的仪表在上一章已经给出，选用的传感器在信号传输过程中具有较高的抗干扰能力；脱硫调节控制选用了欧姆龙公司生产的CJ1M可编程控制器，并与主控计算机通过串行通信实现信息交换。中央控制层是工业控制计算机，处于控制系统的顶层，可作为进行实时监控和日常管理之用。在系统运行时，可由专门值班人员操作，监控整个脱硫设备的运行。中央控制计算机能对控制系统做出快速的反应，能对大量的数据进行处理和存储，能够长期保存数据，具有优良方便的人机接口，以及丰富的数据库管理软件。通过基于组态王软件开发的
36、系统软件、通讯板块和采集板卡，完成对脱硫设备实时参数的采集、处理以及与现场测控层的通讯，运行操作人员提供人机界面，使操作人员及时全面地了解系统运行情况，并对生产过程进行调节和控制，实现了脱硫过程的综合智能化监控与管理。4.1脱硫工艺流程分析图4 脱硫工艺流程图脱硫系统工艺流程如上图所示。整个工艺系统包括烟气预处理系统、烟气吸收系统、氨水储备及供应系统及副产物收集系统等。由氨法脱硫的反应机理可知，要使得脱硫效率高，就必须要保证吸收塔中的(NH4)2SO3-NH4HSO3混合溶液里的(NH4)2SO3含量达到一定的比例，才能有效去除SO2，而要保证(NH4)2SO3量，就需在脱硫系统运行过程中向塔
37、中的(NH4)2SO3- NH4HSO3混合溶液不断地补充一定新鲜的NH3来提高(NH4)2SO3的量。由化学反应机理还可知，在(NH4)2SO3- NH4HSO3混合溶液系统中理论上是不可能有游离的SO2和NH3出现。但如果混合溶液中(NH4)2SO3的含量过高，混合溶液里NH+4分压大使得NH+4从溶液中溢出，这样就容易造成出口烟气逸氨，出现二次污染，且造成氨吸收剂的浪费，增加运行成本。因此，在氨法脱硫工艺中控制注氨的方式和方法是既要保证脱硫效率的同时，还不能产生注氨过量从而造成氨的逃逸，形成新的污染和浪费。另外，由于在实际运行过程中锅炉燃烧的煤质的变化会造成吸收塔入口的烟气流量以及烟气中
38、二氧化硫含量的变化比较大且频繁，相对应的需要注入吸收塔的注氨量也要及时做出调整，脱硫系统能实时对入口二氧化硫量的变化进行跟踪注氨，采用传统的调节阀是很难实现准确、连续地控制注氨量。对吸收塔注氨采用变频控制器，通过控制注氨泵的频率来实现对注氨量控制的目的，调节比通常采用调节阀门控制注氨量的方法有显著的节氨、节电及响应快的效果，脱硫效率在达到排放标准时且稳定运行。通过控制溶液的pH值来控制脱硫系统注氨量，并采用变频技术对注氨泵进行控制，使注氨量能快速、准确地根据入口二氧化硫含量调节注氨流量，使氨法脱硫能经济有效地运行。此项注氨方式方法使得氨法脱硫能在保持很高的脱硫率的同时，有效地控制出口烟气中的逸
39、氨。为了保证较高的吸收率及控制出口烟气中的逸氨，基本将吸收塔内溶液pH值控制在5.56范围内，根据溶液浓度不同，溶液的pH值也会略有变化。 4.2控制对象分析通过前面第三章图2脱硫系统图可以看出，脱硫系统中的主要包括以下设备：供氨泵A、供氨泵B、供氨泵C、配氨泵A、配氨泵B、循环泵A、循环泵B、循环泵变频器、卸氨泵、脱硫1进烟管闸门、脱硫2进烟管闸门、脱硫旁路闸门、脱硫1冲洗阀门、脱硫2冲洗阀门、配氨阀门、供氨泵切换阀门A、供氨泵切换阀门B、工业水阀门等。通过对脱硫工艺流程分析，可以得到各设备的启动、停止及其控制条件，如下表所示。4.3系统控制原理4.3.1监控与报警范围控制系统软件采用组态王
40、来实现监控及实时数据采集和数据管理，完成烟气脱硫系统监控与管理。(1) 监控范围：包括现场控制设备运行状态；烟气脱硫控制系统的动态参数；pH值参数的PID调节。(2) 报警范围：整个系统功能范围内的全部报警项目可在显示器上显示，并可在打印机上打印。报警范围包括：脱硫塔入口烟温过高，出口烟温过低；供氨箱液位过高或过低；pH值调节，循环池pH值过高或过低；电动机运行中跳闸；烟气出口含硫、含尘量过高。4.3.2脱硫系统工艺监控脱硫系统投运后，每台设备的运行情况由上位机进行监控，工况的运行参数在组态上位机中显示，设定参数可在线或离线修改，使整个系统工艺中的设备运行及参数得到全面的控制。4.3.3系统
41、pH 值 PID 的控制系统运行时，对pH值采用闭环控制，根据设定值和实测值的差值实现自动控制，系统保证连续向吸收塔供应浓度合适的足够氨水溶液，控制浆液的pH值在5.56之间。pH值控制画面中可以获得当前pH值、给定pH值和pH值实时变化曲线，并能通过调节PID的比例系数K、微分时间T、积分时间D，实现了pH值的调节能力。图5为pH值注氨调整流程。图5注氨控制流程4.3.4脱硫系统现场设备控制现场测控层主要负责脱硫设备，如供氨泵配氨泵、配氨泵、循环泵、循环泵变频器、卸氨泵、进烟管闸门、脱硫旁路闸门、脱硫冲洗阀门、配氨阀门、供氨泵切换阀门、工业水阀门等设备的控制，其控制流程及方法见表3和表4。4
42、.4控制系统硬件选型设计随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。当前用于工业控制的计算机可分为几类，如可编程序控制器、基于PC总线的工业控制计算机、基于单片机的测控装置、用于模拟量闭环控制的可编程调节器、集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等。可编程序控制器是应用面最广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置，它已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。随着PLC的推广与普及，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。选择PLC时，不仅应考虑应用系统目前的要求，还
43、应考虑未来发展的需要。如果选型时考虑周到，则今后扩充存储器时只要安装一个存贮器模块即可，如果具有可用的通信接口，就能满足增加外围设备的需要。对局部网的考虑可允许在将来将单个控制器集成为一个厂级通信网。若未能合理估计现在和将来的目标，控制器系统会很快过时。PLC选型的基本原则是所选PLC能够满足控制系统的功能需要，一般从系统控制功能、PLC物理结构、指令和编程方式、存储量和响应时间、通信联网功能等几个方面综合考虑。1）结构合理从PLC的物理结构看，整体式PLC具有固定的输入/输出点数，结构简单、价格较低，但系统灵活性和扩展能力较差。模块式可进行灵活的输入和输出配置，I/O模块的种类和数量选择余地
44、较大，应用场合广泛，系统的安装和扩展容易，系统维修、更换模块及判断故障范围都很方便，但价格偏高。根据生产应用的要求，对输入/输出点数少的控制系统可选用整体式结构；输入/输出点数较多、控制性能要求高的场合，可选择模块式结构。需要指出的是同一企业或系统应尽量使用统一机型或同一生产厂家的PLC，这样可减少备件的数量，PLC的外部设备和工具软件（如编程器、EPROM写入器、编程软件）还可以共享，降低成本。2）功能相当如前所述，PLC的指令系统一般包括逻辑指令、运算指令、控制指令、数据处理和其他特殊指令，这些指令能完成诸如开平方、对数运算、网络通信等功能。对于简单控制系统，即仅需要开关量控制的设备，一般
45、的小型PLC所具有的简单运算、定时、计数等功能就可以满足要求。如果还含有少量的模拟量控制，需要算术运算、A/D和D/A转换、BCD码处理等功能的系统，那么增强型小型PLC便可胜任。而对于复杂控制系统，如大型生产线控制，因为他含有较多的开关量，模拟量的控制要求也较高，例如要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等，这时可考虑选择大中型PLC。假若控制点多又分散，要求具有较快的响应速度和数据处理、分析决策等功能，据必须选用具备联网通信功能的PLC网络系统，组成集散型或多级分布式的工业控制网络系统。采用高速通信网络加上高速或高性能PLC的控制结构，是当前用于快速响应系统的可行性方案之一。3）确定I/O
46、点数I/O点数是PLC 的一项重要指标。合理选择I/O点数既可满足系统的控制要求，又可使系统总投资最低。通常的做法是先把个输入/输出设备和被控设备详细列出，然后再根据常用电气元件所需PLC的I/O点数，估算出实际I/O总点数。因此，在PLC选型时，在详细调研国内外各品牌PLC的基础上，考虑到本项目的成本及氨法烟气脱硫系统的功能要求等各方面因素，确定选用欧姆龙的CJ1M系列可编程序控制器。1）CPU模块：型号：CJ1M-CPU12I/O点数：320最多扩展机架数：无最多可连接单元数：10单元程序容量：10K步数据存储容量：32K字（仅DM,无EM）LD指令处理速度：100ns内置端口：外设端及R
47、S-232C接口电流消耗：5V时0.58A2）电源模块：型号：CJ1W-PA202最大输出电流：5V时2.8A，24V时0.4A最大输出功率：14W数字量输入模块：型号：CJ1W-ID231输入电压：24VDC输入电流：4.1mA输入点数：32点3）数字量输出模块：型号：CJ1W-OD231输入电压：1224VDC输出电流：0.5A/点 4A/单元输出点数：32点4）模拟量输入模块：选用型号：CJ1W-AD081-V1，CJ1W-AD041-V1功能：将输入信号，比如1 5 V 或 4 20 mA 转换为0000 和1F40H 之间的二进制数据，并在每个循环中将值保存至所分配的字中，可用梯形图将数据传送到D
