石灰石濕法煙氣脫硫控制系統(tǒng)畢業(yè)設計.doc

河南機電職業(yè)學院畢 業(yè) 論 文（畢業(yè)設計）題 目： 火電廠石灰石濕法脫硫控制技術 所屬系部： 電子工程系 專業(yè)班級： 電氣自動化技術12-1 學生姓名： 王霄飛 指導教師： 苗國耀 2015 年 06月 11 日畢業(yè)論文（實習報告）任務書學生姓名:王霄飛專業(yè)班級：電氣自動化技術12級1班 所屬系部：電子工程系 題目：火電廠石灰石濕法脫硫控制技術任務內(nèi)容：斷路器的設計一、 設計背景 灰石濕法煙氣脫硫是目前工藝較為成熟、應用最廣泛的脫硫工藝，其脫硫過程是氣液反應，反應速度快、脫硫效率高，綜合經(jīng)濟性能較好，在國內(nèi)電廠脫硫工藝中被廣泛應用。在煙氣脫硫系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的設計非常重要，控制系統(tǒng)設計是否恰當直接影響脫硫系統(tǒng)的運行，甚至影響主機系統(tǒng)的長期安全穩(wěn)定運行。本文設計的脫硫控制系統(tǒng)有完善的熱工模擬量控制，并且各項功能在DCS系統(tǒng)中統(tǒng)一實現(xiàn)。 首先簡要介紹了石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術及其控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、主要工藝設備、工藝流程及原理。接著對脫硫控制系統(tǒng)的控制方案進行了詳細設計和研究，主要包括自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計、聯(lián)鎖保護條件設計等。最后，對脫硫重要儀表進行了選型和設計。本文對煙氣脫硫工程的自動化控制給出完整、詳細的分析和方案。通過國產(chǎn)的HOLLiAS-MACS系統(tǒng)以達到煙氣脫硫項目的自動化控制。二、論文撰寫要求：1、按所學專業(yè)選題，要立意求新，實用可行。2、論文觀點鮮明正確，中心突出，論據(jù)充足可靠，層次分明，結構嚴謹，邏輯性強。注意避免單純羅列資料或數(shù)據(jù)，忽視論證分析的情況；避免寫成描述性的記敘文章。3、學生應獨立完成論文寫作，嚴禁抄襲他人之作，嚴禁請人代寫。4、論文交稿時，要求字跡工整，卷面清潔。文前列出目錄，文后列出參考文獻清單。5、論文應表述自己的獨立見解，盡量避免照搬照抄書中語句。6、論文一律用統(tǒng)一的論文稿紙撰寫，并將封面、任務書填寫齊全。三、 時間安排：2014.12-2015.01 查找資料、搜集相關素材；2015.01-2015.02 完成所需課題的分析；2015.02-2015.03 完成大致的初步設計，確定所要采取的方案；2015.03-2015.05 圍繞方案撰寫設計論文，解決過程中錯遇到的困惑；2015.05-2015.06 完成自己所撰寫的畢業(yè)設計論文2015.06- 2015.6.11 整理自己所撰寫的畢業(yè)設計論文，根據(jù)導師要求，完善畢業(yè)設計論文。四、 參考資料：1鄭喧.基于PLC的火電廠煙氣脫硫控制系統(tǒng)研究與設計.現(xiàn)代電子技 術,2011,19: 173-175,1802岳濤,莊德安,楊明珍,等.我國燃煤火電廠煙氣脫硫脫硝技術發(fā)展現(xiàn)狀.能源研究與信息, 2010,3: 125-1293周屈蘭,徐通模,惠世恩.我國自主開發(fā)的濕法脫硫技術及其應用.動力工程,2009,26(2): 261-2634戈黎紅,王琳.提高煙氣脫硫DCS控制水平的方法.發(fā)電設備, 2010,7(3): 210-2125辛玲玲,張建江,周水琴.自動控制技術在火電廠煙氣濕法脫硫中的應用.中國電力, 2011,10(8): 75-786任如山,黃學敏,石發(fā)恩,等.濕法煙氣脫硫技術研究進展.工業(yè)安全與環(huán)保,2010,6: 14-15指導教師簽字： 教研室主任簽字:年 月 日年 月 日畢業(yè)論文（畢業(yè)設計）評審表學生姓名：王霄飛專業(yè)班級：電氣自動化技術12-1 所屬系部：電子工程系題 目：火電廠石灰石濕法脫硫控制技術指導教師評語: 初評成績： 指導教師簽字： 年 月 日評審小組意見： 評審小組成員簽字： 年 月 日終評成績：目錄1 緒 論11.1 選題背景及意義12 火電廠脫硫系統(tǒng)的工藝原理22.1石灰石石膏濕法脫硫工藝流程22.2 吸收系統(tǒng)32.2.2工藝水系統(tǒng)和排放系統(tǒng)82.3脫硫系統(tǒng)運行控制方式92.3.1 啟動102.3.2停運112.3.3 緊急停運132.3.4 變負荷運行142.3.5 裝置和設備保護措施153 FGD系統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)的設計163.1煙氣系統(tǒng)控制163.2石灰石漿液制備系統(tǒng)控制173.3 石灰石漿液濃度控制183.4石灰石漿液箱液位控制193.5石膏脫水系統(tǒng)控制203.6 FGD系統(tǒng)儀表選型及影響因素213.7 流程總圖233.8 MACSV系統(tǒng)組態(tài)設計243.8.1數(shù)據(jù)庫總控工程建立243.9本章小結274結 論28參考文獻29摘要：石灰石濕法煙氣脫硫是目前工藝較為成熟、應用最廣泛的脫硫工藝，其脫硫過程是氣液反應，反應速度快、脫硫效率高，綜合經(jīng)濟性能較好，在國內(nèi)電廠脫硫工藝中被廣泛應用。在煙氣脫硫系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的設計非常重要，控制系統(tǒng)設計是否恰當直接影響脫硫系統(tǒng)的運行，甚至影響主機系統(tǒng)的長期安全穩(wěn)定運行。本文設計的脫硫控制系統(tǒng)有完善的熱工模擬量控制，并且各項功能在DCS系統(tǒng)中統(tǒng)一實現(xiàn)。 首先簡要介紹了石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術及其控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、主要工藝設備、工藝流程及原理。接著對脫硫控制系統(tǒng)的控制方案進行了詳細設計和研究，主要包括自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計、聯(lián)鎖保護條件設計等。最后，對脫硫重要儀表進行了選型和設計。本文對煙氣脫硫工程的自動化控制給出完整、詳細的分析和方案。通過國產(chǎn)的HOLLiAS-MACS系統(tǒng)以達到煙氣脫硫項目的自動化控制。 關鍵詞：石灰石 濕法脫硫 脫硫控制1 緒 論1.1 選題背景及意義近年來，人民物質(zhì)生活水平逐步提高，環(huán)境問題越來越引起人們的關注。它不但關系著人民群眾的生活環(huán)境、身體健康，而且還影響國家的形象，甚至制約國家和企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。二氧化硫是眾多大氣污染源中最主要的污染源。我國是燃煤大國，一直以來，煤炭占據(jù)一次能源的消費總量很高，而且呈不斷增長趨勢。隨著煤炭消費的不斷增長，燃煤所排放的污染物二氧化硫也不斷增加，導致我國酸雨和二氧化硫污染日益嚴重。據(jù)統(tǒng)計，2007年我國原煤總產(chǎn)量為25.23億噸，其中用于火力發(fā)電的燃煤高達12.82億噸，電煤占據(jù)當年原煤總產(chǎn)量的近51%。因此，控制火電廠二氧化硫的排放，對改善大氣環(huán)境質(zhì)量，保障人民群眾身體健康，促進火電廠可持續(xù)發(fā)展顯得特別重要。對于二氧化硫的排放控制，我國環(huán)保部門先后出臺了各種的措施和辦法，要求新建的電廠隨同主機組同步安裝脫硫設施，已建電廠須對現(xiàn)有設備進行改造,增設脫硫裝置，從而保證二氧化硫排放量達到國家規(guī)定的最高允許排放限值，以減少其對環(huán)境造成的嚴重污染。另外，國家對燃煤電廠脫硫減排情況定期進行環(huán)保核查，并據(jù)此執(zhí)行脫硫電價政策。針對在核查中發(fā)現(xiàn)的脫硫系統(tǒng)停運、脫硫效率不達標的企業(yè)，將嚴格執(zhí)行脫硫電價扣減以及處罰規(guī)定，并且足額征收二氧化硫排污費。國家環(huán)保減排規(guī)定和環(huán)保核查要求越來越嚴格，脫硫設施數(shù)據(jù)監(jiān)測是否準確、脫硫設備控制情況是否穩(wěn)定，將決定著環(huán)境控制的質(zhì)量管理以及總量控制。國家環(huán)保部規(guī)定，所有脫硫設施必須安裝分散式控制系統(tǒng)(DCS系統(tǒng))，用以實時監(jiān)控脫硫系統(tǒng)設備運行情況。要求DCS系統(tǒng)能隨機調(diào)閱脫硫設備運行參數(shù)及歷史趨勢，相關數(shù)據(jù)必須至少保存六個月以上。分散控制系統(tǒng)是當前控制技術領域的重要控制方式，它的最大優(yōu)點是信息處理快速，計算和邏輯處理準確性和可靠性比較高，信息存儲方式靈活多樣，存儲容量較大，而且存儲的信息易于傳遞。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，分散控制系統(tǒng)也越來越完善。關于脫硫設備的分散控制系統(tǒng)選型，應該遵循成熟、可靠的原則，控制系統(tǒng)必須具備數(shù)據(jù)來集與處理、自動控制、保護、聯(lián)鎖等多項功能5。2 火電廠脫硫系統(tǒng)的工藝原理2.1石灰石石膏濕法脫硫工藝流程石灰石-石膏法脫硫裝置的工藝圖如圖2-1，其主要包括煙氣系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、制漿系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、排放系統(tǒng)等。石灰石漿液通過噴嘴霧化噴入吸收塔，分散成細小的液滴并覆蓋吸收塔的整個斷面。這些液滴與塔內(nèi)煙氣逆流接觸，發(fā)生傳質(zhì)與吸收反應，煙氣中的SO2、SO3及HCl、HF 被吸收。SO2吸收產(chǎn)物的氧化和中和反應在吸收塔底部的氧化區(qū)完成并最終形成石膏。為了維持石灰石漿液的pH值恒定并減少石灰石耗量，石灰石被連續(xù)加入吸收塔，同時吸收塔內(nèi)攪拌器、氧化空氣和吸收塔循環(huán)泵不停地攪動，以加快石灰石在漿液中的均布和溶解。圖2.1 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝流程圖2.2 吸收系統(tǒng)如圖2-2，吸收系統(tǒng)是FGD的核心裝置，煙氣中的SO2在吸收塔內(nèi)與石灰石漿液進行接觸，SO2被吸收生成CaSO3，在氧化空氣和攪拌器的作用下最終生成石膏，產(chǎn)生的石膏漿液通過石膏漿液排出泵抽出，送至石膏水力旋流器濃縮，濃縮后的石膏漿液再送至二級脫水系統(tǒng)。主要設備是：圖2.2 吸收系統(tǒng)1、吸收塔（以噴淋吸收塔為例）噴淋吸收塔又稱空塔或噴淋塔，塔內(nèi)不減少、結垢可能性小，阻力低，是濕法脫硫FGD裝置的主流塔形，通常采用煙氣與漿液逆流接觸方式布置。漿液噴淋系統(tǒng)包括噴淋組件及噴嘴。一個噴淋層由帶連接支管的母管制漿液分布管道和噴嘴組成，噴淋組件及噴嘴的布置設計對稱、均勻，覆蓋吸收塔的橫截面，并達到要求的噴淋漿液覆蓋率，使吸收漿液與煙氣充分接觸，從而保證在適當?shù)囊簹獗认驴煽康貙崿F(xiàn)95%的脫硫效率，且在吸收塔的內(nèi)表面不產(chǎn)生結垢。噴嘴是噴淋吸收塔的關鍵設備之一。一般脫硫漿液的入口壓力為0.05-0.2MPa，流量為30-170m3/h，噴嘴噴霧角為90左右，大部分液滴直徑為500-3000m，并要求盡量均勻。噴嘴噴出的液滴的直徑小、比表面積大、傳質(zhì)效果好、在噴霧區(qū)停留時間長，均有利于提高脫硫接的利用率。吸收塔頂部布置有放空閥，正常運行時該閥是關閉的。當FGD裝置走旁路或停運時，放空閥開啟以排除塔內(nèi)的濕氣，消除吸收塔氧化風機還在運行時或停運后冷卻下來時產(chǎn)生的與大氣的壓差。2、吸收塔漿液循環(huán)泵 漿液循環(huán)系統(tǒng)采用單元制設計，每個噴淋層配一臺漿液循環(huán)泵，每臺吸收塔配三或四臺漿液循環(huán)泵，由于漿液循環(huán)泵的運行介質(zhì)為低pH值漿液，且含有固體顆粒，因此必須進行防腐耐磨設計。一般在循環(huán)泵前裝設有不銹鋼濾網(wǎng)，可以防止塔內(nèi)沉淀物吸入泵體而造成泵的堵塞和損壞。3、除霧器 除霧器是FGD的關鍵設備，其性能直接影響到濕法FGD系統(tǒng)能否連續(xù)可靠運行。當帶有液滴的煙氣進入除霧器通道時，由于流線的偏折，在慣性的作用下煙氣實現(xiàn)液氣分離，部分液滴撞擊在除霧器葉片上被捕集下來。除霧器故障會造成脫硫系統(tǒng)停運，因此，科學合理的設計和使用除霧器對保證FGD系統(tǒng)的正常運行有著非常重要的意義。4、氧化空氣系統(tǒng) 氧化空氣系統(tǒng)包括氧化風機，氧化裝置（氧化空氣分布網(wǎng)、氧化噴槍）等。在濕法脫硫工藝中自然氧化和強制氧化，二者主要區(qū)別在于是否向吸收塔注入墻紙氧化空氣。自然氧化工藝中不通入強制氧化空氣，吸收漿液中的SO2有少量在吸收區(qū)被煙氣中的氧氣氧化；強制氧化是向吸收塔內(nèi)的氧化區(qū)噴入空氣，促使可溶性亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽，控制結垢，最終結晶生成石膏。 氧化裝置一般有兩種布置方式，即管網(wǎng)式和噴槍式。5、吸收塔攪拌器 吸收塔攪拌器水平徑向布置在吸收塔下部，一般為34個，其作用使?jié){液保持在流動狀態(tài)，石灰石顆粒也均勻懸浮狀態(tài)，保證漿液對SO2的吸收和氧化。 如圖2-3，采用石灰石濕磨制漿時，一般要求漿液中90%的石灰石粒徑小于或等于250目（63m）。用車將石灰石（粒徑小于或等于20）送入卸料斗，經(jīng)給料機、斗式提升機送入石灰石貯藏內(nèi)，再由稱重給料機送到濕式球磨機磨成漿液，石灰石漿液用泵輸送到水力旋流器經(jīng)分流，大尺寸物料再循環(huán)，合格的溢流存儲于石灰石漿液箱中，而后經(jīng)石灰石漿液泵送至吸收塔。圖2.3 制漿系統(tǒng)石灰石濕磨制漿系統(tǒng)主要包括卸料斗、石灰石貯存、石灰石輸送機、承重給料機、石灰石磨機、磨機漿液循環(huán)泵，磨機再循環(huán)箱、水力旋流器、石灰石漿液箱、石灰石漿液泵及石灰石漿液箱攪拌器等。磨機一般選用濕式球磨機。電動機通過離合器與球磨機小齒輪連接，驅動球磨機旋轉。潤滑系統(tǒng)包括低壓油潤滑系統(tǒng)和高壓油潤滑系統(tǒng)。低壓油潤滑系統(tǒng)通過低壓液壓泵向球磨機兩端的齒輪箱噴淋潤滑油，對傳動齒輪進行潤滑和降溫；高壓油潤滑系統(tǒng)則通過高壓液壓泵打向球磨機兩端的軸承，并將磨機軸頂起。來自球磨機軸承的有再打回油箱，油箱設有加熱器，用以提高油溫，降低粘度，從而保證油具有良好的流動性。低壓油潤滑系統(tǒng)設有水冷卻系統(tǒng)，可降低低壓潤滑油的溫度，防止球磨機齒輪和軸承等轉到部件溫度過高。齒輪噴淋裝置當主電動機工作時自動啟動，主電動機停止時自動停止。每臺球磨機配置一組石灰石漿液旋流器，該旋流器用于球磨機出口石灰石漿液的分離。分離后的溢流漿液（濃度控制在25wt%-30wt%，密度為1250kg/m3）直接進入石漿箱，底流返回球磨機繼續(xù)研磨。石灰石漿箱液位和濃度通過石灰石和水的流量來調(diào)節(jié)。為了維持石灰石漿箱中液位和漿液濃度，應控制向石灰石漿液箱的石灰石漿液補充工藝水和過濾水。石灰石漿箱的漿液濃度通過維持石灰石和過濾水的比率保持恒定。2.2.1石膏脫水系統(tǒng) 石膏脫水系統(tǒng)的作用是脫除石膏漿液中的水分以方便存儲及外運脫除的水分返回至吸收塔或吸收劑制備系統(tǒng)重復利用以節(jié)約用水量。石膏脫水系統(tǒng)分為一級脫水系統(tǒng)和二級脫水系統(tǒng)。1、一級脫水系統(tǒng) 在吸收塔內(nèi)于SO2反應生成的石膏晶體被石膏漿液排出泵送至石膏旋流器中進行初步分離，以保證吸收塔內(nèi)密度維持在設定值（一般為1070-1110kg/m3）。由吸收塔來密度在15wt%左右的漿液經(jīng)過石膏旋流器中初步分離后，頂流濃度為3wt%-4wt%，底流濃度通常為50wt%。石膏旋流器底流漿液送至緩沖箱，一部分返回吸收塔，另一部分則由泵送至廢水旋流器進行處理。a、石膏漿液排出泵 石膏漿液排出泵一般采用離心泵，且設有變頻器裝置，主要作用是將濃度在15wt%左右的漿液送至石膏旋流器中初步脫水。通過變頻裝置調(diào)節(jié)泵的轉速，以恒定石膏旋流器的入口壓力。當FGD系統(tǒng)檢修時，石膏漿液排出泵將吸收塔內(nèi)的漿液送至事故漿液箱。 石膏漿液排出泵的管道上設有兩臺pH計和兩臺密度計，并分別將pH值和密度值送至脫硫分布式控制系統(tǒng)（DCS）畫面上。 石膏漿液排出泵管道上設有回流管，部分石膏漿液回收再循環(huán)。b、石膏旋流器 石膏旋流器主要是用于分離及分類顆粒物。當帶有壓力的石膏漿液進入旋流器后，在強制離心沉降的作用下，大小顆粒實現(xiàn)分離。旋流器的進口起導流作用，減弱因流向改變產(chǎn)生的紊流擾動，柱體部分為預分離區(qū)，大小顆粒受離心力的不同而由外向內(nèi)分散在不同的軌跡，為后期的分離提供條件；錐體部分為主分離區(qū)，石膏漿液受減縮的器壁的影響，逐漸形成內(nèi)、外旋流，大小顆粒之間實現(xiàn)分離；溢流口和底流口分別將溢流和底流水力導出，并防止二者之間的摻混。 石膏旋流器的工作壓力一般為0.2MPa左右，入口壓力越大，則溢出部分漿液的顆粒就越?。煌ㄟ^改變石膏旋流器的沉砂嘴直徑就也可變換旋流器頂流（底流）的漿液量及濃度。因此，通過上面所述的兩種方式可以提高石膏旋流器的分級效率。 石膏旋流器底流中，合格的石膏漿液送至石膏漿液箱，不合格的石膏漿液則返回吸收塔進一步結晶。c、廢水旋流器 廢水旋流器工作原理類似于石膏旋流器。石膏旋流器的頂流漿液部分送至廢水旋流器，廢水旋流器的底流漿液送至吸收塔，廢水旋流器的頂流部分漿液送至廢水箱，含有廢棄成分的廢水再經(jīng)廢水泵送至廢水處理系統(tǒng)。2、二級脫水系統(tǒng) 石膏旋流器底流漿液通過魚尾形進料口輸送到真空皮帶脫水機，均勻地分布在皮帶機的濾布上，依靠真空吸力和重力在運轉的濾布上形成石膏餅。石膏漿液中的水分沿程被逐漸吸出，含固量為90wt%的石膏餅則由運轉的濾布輸送到皮帶機的頭部（驅動電動機一端），卸料托改變?yōu)V布轉向，石膏餅在重力的作用下落入石膏倉。轉向后的濾布被濾布沖洗噴嘴清洗干凈后又轉回到石膏漿液進料口的下部，開始新的脫水循環(huán)。濾液被收集到濾液水箱重復利用（返回吸收塔或用于石灰石漿液制備系統(tǒng)用水），從脫水機吸來的空氣經(jīng)真空泵排到大氣中。a、 真空皮帶脫水機 真空皮帶脫水機由脫水皮帶、皮帶滾筒、脫水電動機、皮帶和濾布支撐托、真空盤、濾布、濾布張緊裝置、濾布糾偏裝置、限位開關、拉線開關盒急停按鈕和進料口。b、 水環(huán)真空泵 水環(huán)真空泵是進行石膏漿液脫水的動力設備。真空泵工作時，因偏心葉輪的轉動，泵體和葉輪之間形成月牙形空腔，產(chǎn)生負壓。在負壓的作用下，石膏漿液的游離水隨抽吸的空氣一起經(jīng)皮帶機真空箱進入濾液回流母管，然后切向進入氣水分離器。在氣水分離器內(nèi)，由于氣體和液體不同的離心作用發(fā)生分離，空氣又真空泵排到大氣，水在重力的作用下進入濾液箱。圖2.4 石膏脫水系統(tǒng)流程圖2.2.2工藝水系統(tǒng)和排放系統(tǒng)1、工藝水系統(tǒng)FGD的工藝水一般來自電廠循環(huán)水，也可以深井水及灰場回水（取決于水中氯離子、硫酸根離子和雜質(zhì)含量）。a、 工藝水主要用途（1） 補充煙氣攜帶、廢水排放、石膏攜帶水而造成的水損失。（2） 除霧器沖洗及維持吸收塔正常液位的補充水。（3） 各設備及管道的沖洗、各設備的密封及冷卻水。（4） 石灰石漿液制備系統(tǒng)補水。（5） 氧化空氣增濕冷卻水。b、 工藝水系統(tǒng)的組成工藝水系統(tǒng)主要包括：工藝水箱（該工藝水箱設計要確保FGD裝置安全運行）、工藝水泵及除霧器沖洗水泵。2、排放系統(tǒng) 漿液排放系統(tǒng)主要包括漿液箱（罐）和地坑系統(tǒng)。 事故漿液箱用于臨時儲存吸收塔內(nèi)的漿液。當FGD裝置檢修或發(fā)生故障而需要排空吸收塔內(nèi)漿液時，吸收塔漿液由石膏排出泵排至事故漿液箱。通過事故漿液泵，漿液可以從事故漿液箱返回吸收塔。事故漿液箱則設有攪拌器和事故漿液泵。 地坑系統(tǒng)有吸收塔區(qū)地坑、石灰石漿液制備系統(tǒng)地坑及石膏脫水地坑，其用于儲存FGD裝置的各類漿液，包括設備運行、設備故障、取樣、沖洗過程中產(chǎn)生的漿液。地坑系統(tǒng)主要設備有攪拌器和地坑泵。2.3脫硫系統(tǒng)運行控制方式啟動前檢查啟動工藝水、除霧器沖洗系統(tǒng)啟動空氣壓縮系統(tǒng)啟動石灰石卸料系統(tǒng)啟動吸收塔循環(huán)系統(tǒng)：吸收塔配晶種、排放系統(tǒng)、氧化系統(tǒng)、石膏排出系統(tǒng)、循環(huán)泵系統(tǒng)、給漿泵自投啟動制漿系統(tǒng)啟動石灰石給漿系統(tǒng)投入除霧器自動沖洗程序啟動石膏旋流系統(tǒng)啟動煙氣系統(tǒng)、增壓風機系統(tǒng)啟動石膏輸出系統(tǒng)啟動真空皮帶脫水系統(tǒng)結束圖2.5 FGD的主要啟動步驟2.3.1 啟動對于啟動運行，脫硫系統(tǒng)必須根據(jù)主機制定一套狀態(tài)順序表，根據(jù)順序表操作脫硫系統(tǒng)啟動運行程序。啟動運行流程如圖2-5：（1）啟動前的運行準備和檢查啟動前的運行準備和檢查包括由于停運檢修或其它原因而長期完全停運后啟動脫硫系統(tǒng)裝置所需的檢驗、檢查和準備過程。（2）公用系統(tǒng)開始運行啟動公用管路使公用系統(tǒng)為啟動脫硫系統(tǒng)各設備做好準備。（3）漿液進入吸收塔和箱罐并形成循環(huán)長期停運后，通常石膏漿液由漿液箱輸送到吸收塔，水由工藝水箱輸送到其它箱罐。待水和漿液輸送到吸收塔和各箱罐完成，各種泵投入運行以形成循環(huán)。（4）啟動脫硫系統(tǒng)引風機啟動前啟動“進煙”程序，旁路擋板和進/出口擋板首先打開，隨后增壓風機啟動并升至通過吸收塔和旁路煙道的循環(huán)煙氣量為大約 30負荷的工況。啟動引風機，鍋爐開始運行。當鍋爐達到約 30負荷后，旁路擋板關閉，所有煙氣均通過脫硫系統(tǒng)。（5）控制儀表的調(diào)整當煙氣流通后，檢查控制儀表，如溫度計、漿液流量計和液位計，使其維持在正常運行工況。（因為pH值控制儀影響脫硫系統(tǒng)的運行性能，所以必須仔細校驗顯示其輸入量和輸出量）。調(diào)整好控制儀表后，脫硫系統(tǒng)就進入平穩(wěn)的正常2.3.2停運脫硫系統(tǒng)停運流程如圖2-6（1）煙道停運準備長期停運要進行以下操作：a.將每一個漿池排空；b.吸收塔反應池的液位降至低液位。當漿池收集的漿液或吸收塔排出的漿液流量增加時，進入上層箱的流量可增加以響應這些變化，排出漿液的流量設定應作適當改變；c.如果裝置有固有的全自動停運系統(tǒng)，需首先檢查順序停運的操作模式。（2）循環(huán)漿液切除和箱罐的放空箱罐放空時泵和管路停運，打開箱罐的放空閥將漿液排放到排水坑內(nèi)，使用沖洗水將殘留在底部的漿液沖洗干凈。（3）公用設備停運檢查并確認不再需要的公用設備，并順序停運。因停運檢修的需要，可使清潔用的服務水系統(tǒng)和設備保持運行。停止煙氣系統(tǒng)、停止GGH及增壓風機系統(tǒng)根據(jù)吸收塔密度情況停止石膏旋流器系統(tǒng)停止除霧器自動沖洗系統(tǒng)根據(jù)石灰石倉料位情況停止石灰石卸料系統(tǒng)根據(jù)石膏漿液箱液位情況停止石膏輸出系統(tǒng)石灰石給漿調(diào)節(jié)閥關到零根據(jù)石灰石漿箱液位情況停止制漿系統(tǒng)停止真空皮帶脫水系統(tǒng)停止吸收塔循環(huán)系統(tǒng)：氧化風機系統(tǒng)、循環(huán)泵系統(tǒng)、石膏排出系統(tǒng)停止石灰石給漿系統(tǒng)如果吸收塔排空，根據(jù)吸收塔液位情況，停止攪拌器及排出系統(tǒng)停止壓縮空氣系統(tǒng)停止工藝水、除霧器沖洗系統(tǒng)結束圖2.6 FGD系統(tǒng)停止2.3.3 緊急停運（1） 聯(lián)鎖保護命令能在各種導致緊急停運的情況下發(fā)揮作用，以保護機組的安全。當聯(lián)鎖保護工作時，或者運行人員根據(jù)自己的判斷實施緊急停運時，重要的是緊密結合主機情況，準確掌握形勢，判斷事故原因和規(guī)模，快速采取對策。（2） 緊急停運后的措施如果脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)緊急停運，查清事故原因及其規(guī)模，根據(jù)情況操作脫硫系統(tǒng)裝置。如有必要，進行復位工作，并與脫硫系統(tǒng)相連的有關部分保持緊密聯(lián)系。如果復位需要很長時間，須將脫硫系統(tǒng)設為長期停運狀態(tài)。（3） 緊急停運后的重新啟動在確認緊急停運的原因消除后，脫硫系統(tǒng)可重新啟動并準備通煙。脫硫系統(tǒng)可按照正常啟動操作重新啟動。將脫硫系統(tǒng)設置為中期停運狀態(tài)，重新設置緊急停運狀態(tài)，操作脫硫系統(tǒng)通煙，并保持與主機的緊密聯(lián)系。2.3.4 變負荷運行（1）脫硫系統(tǒng)入口煙氣量脫硫系統(tǒng)入口煙氣條件如煙氣量及風量隨鍋爐負荷變化而相應變化。與煙氣量及風量相應地，旁路擋板門差壓控制為常數(shù)。旁路擋板門差壓控制系統(tǒng)采用的是前饋-反饋控制法。將用送至引風機的需求信號作為前饋信號來控制升壓風機。此外，旁路煙道的差壓將用作反饋信號?？刂粕龎猴L機以保持并調(diào)節(jié)旁路煙道的差壓在0KPa左右。（2）吸收塔的液氣比隨鍋爐負荷的改變而改變，當鍋爐負荷很低時，可以考慮停運一臺循環(huán)泵，在不降低脫硫效率的情況下，節(jié)省耗電量。2.3.5 裝置和設備保護措施（1） 聯(lián)鎖保護引起的停運脫硫系統(tǒng)由如表2-1所示的保護回路（聯(lián)鎖保護）進行保護，協(xié)調(diào)主機安全停運脫硫系統(tǒng)。表2.1 FGD島聯(lián)鎖保護表項目聯(lián)鎖保護動作因子連鎖保護動作后的操作備注FGD島聯(lián)鎖保護a.失電b.所有吸收塔循環(huán)泵停運a.事故噴淋打開，將停爐信號傳至主機側b.引風機停運c.FGD 島入口擋板關閉下列閥門短時打開以保護吸收塔內(nèi)襯、除霧器等：吸收塔入口噴水閥FGD 島旁路擋板聯(lián)鎖保護a.鍋爐 MFTFGD 島繼續(xù)保持循環(huán)運行狀態(tài)（2）非聯(lián)鎖保護引起的停運脫硫系統(tǒng)對于下列故障不提供直接的聯(lián)鎖保護。在出現(xiàn)下列任何故障的情況下，檢查故障，實施脫硫系統(tǒng)停運以保護設備，并保持與主機協(xié)調(diào)。1）石灰石制備系統(tǒng)故障如果由于石灰石制備系統(tǒng)出現(xiàn)故障而導致沒有石灰石漿液輸送到吸收塔，將達不到要求的脫硫效率。在這種情況下，就必須停運脫硫系統(tǒng)，并且使鍋爐停運或調(diào)整主機負荷。2）儀用空氣管路故障（當有儀用空氣控制系統(tǒng)時）如果儀用空氣失去，自動調(diào)節(jié)閥和自動開/關閥動作保護脫硫，大多數(shù)情況下，需停運脫硫系統(tǒng)。3）補給水管路故障問題如果工藝水管路出現(xiàn)故障，工藝水就不能輸送到脫硫系統(tǒng)，致使不能提供密封水，每臺泵的密封部分短時內(nèi)就會受到損壞。在這種情況下，就必須停運脫硫系統(tǒng)。4）冷卻水管路故障冷卻水主要供給大型輔助設備。冷卻水停供會引起輔助設備受損，在這種情況下，就必須停運脫硫系統(tǒng)，并且使鍋爐停運或調(diào)整主機負荷。5）電源線路故障問題電源中心下游的電力供應故障同樣會導致脫硫系統(tǒng)關閉。 3 FGD系統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)的設計3.1煙氣系統(tǒng)控制煙氣系統(tǒng)涉及到機組的安全性，是整個FGD系統(tǒng)中最為重要的一個子系統(tǒng)，因此，煙氣系統(tǒng)的基本控制要求是保證機組的安全。原煙氣自引風機引出，通過煙道到達FGD系統(tǒng)的原煙道。原煙氣通過原煙道到達增壓風機，增壓風機前設有壓力信號和溫度信號。壓力信號主要作為調(diào)節(jié)增壓風機導葉開度用溫度信號用來指示FGD入口煙溫，增壓風機出口處設有壓力測點用來監(jiān)視增壓風機運行狀況。原煙氣經(jīng)過增壓風機后到達吸收塔，吸收塔入口設有溫度信號，溫度信號主要是保護吸收塔用，它與吸收塔出口煙氣溫度信號一起作用，以監(jiān)視吸收塔工作狀況。原煙氣經(jīng)過吸收塔的入口向上流動穿過噴淋層，煙氣被冷卻，煙氣中的SO被吸收。經(jīng)過噴淋洗滌的凈煙氣經(jīng)過除霧器脫除煙氣中攜帶的漿液霧滴后進人煙囪。在煙囪兩側設有旁路擋板門，煙氣可以100通過旁路擋板門經(jīng)旁路煙道被旁路分離掉。脫硫系統(tǒng)也可通過旁路擋板門與旁路煙道分離。吸收塔入口的壓力的大小在很大程度上影響著SO2的吸收效率和系統(tǒng)設備的運行效率。如果吸收塔入口處的壓力過大，進入塔內(nèi)的原煙氣流速過高，原煙氣與噴淋下來的吸收漿液接觸得不夠充分，導致化學反應還沒有進行完全就沖出塔體，這樣就會造成脫硫效率降低的問題。其次，如果吸收塔入口處的壓力過小，由于塔體內(nèi)有一定程度的阻力，這樣原煙氣流速過小，雖然反應可能比較充分，但是整個系統(tǒng)內(nèi)的設備運行浪費很大,對節(jié)約資源不利，將造成系統(tǒng)的利用效率不高的問題。增壓風機為原煙氣通過吸收塔提供足夠的壓力，用以彌補煙氣流經(jīng)吸收塔的壓力損失。在增風壓機的進出口均設置了壓力變送器，用于調(diào)節(jié)增風壓機導葉的開度，將吸收塔入口處的煙氣靜壓控制在某設定值。為了優(yōu)化FGD入口壓力控制回路的調(diào)節(jié)性能，決定引入鍋爐負荷信號或鍋爐送風量或引風機調(diào)節(jié)信號作為前饋信號，當鍋爐負荷或送風量變化時同步調(diào)節(jié)增壓風機的出力，可以減少引風機后至FGD入口段煙氣的壓力波動，從而改善該控制回路的調(diào)節(jié)性能，減少該控制回路對鍋爐運行的影響。實際控制時，脫硫系統(tǒng)的煙氣流量與鍋爐煙氣流量是否平衡將反映在脫硫系統(tǒng)旁路擋板的差壓信號上，利用這一差壓信號，通過PID調(diào)節(jié)不斷對增壓風機擋板開度進行調(diào)整和修正，使脫硫系統(tǒng)的進煙量與鍋爐煙氣流量達到動態(tài)平衡。3.2石灰石漿液制備系統(tǒng)控制石灰漿液制備系統(tǒng)控制包括：漿液濃度控制子系統(tǒng)、漿液液位控制子系統(tǒng)，在SO2吸收控制過程中,控制量與被控量存在一定的相互耦合關系如圖4-3所示。煙氣脫硫過程的吸收系統(tǒng)工藝水補給量石灰漿液輸入量石膏漿液排放量漿液液位漿液pH值漿液濃度主要被控量主要控制量煙氣流量煙氣SO2含量煙氣流量主要干擾量圖2.7石灰石漿液制備系統(tǒng)控制3.3 石灰石漿液濃度控制本脫硫工程采用濕式鈣脫硫工藝，石灰劑加水，經(jīng)充分攪拌、熟化，制備成一定濃度的石灰漿液乳液。制備出的石灰漿液濃度為10%-12%，在熟化池內(nèi)攪拌均勻，然后，通過脫硫劑供給泵分別送至氧化池及濃縮池溢流槽，最后匯流至PH調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)合適的PH值后，經(jīng)循環(huán)泵加壓供脫硫吸收塔噴淋凈化煙氣使用。為充分利用資源，設置有再循環(huán)管道可將石灰漿液送回石灰漿池34。石灰漿液的濃度直接影響吸收塔內(nèi)的反應品質(zhì)，濃度過高或過低，對脫硫系統(tǒng)都不利。由于大滯后的特點，石灰漿液的調(diào)節(jié)控制存在一定困難，因而系統(tǒng)采用的方法是，先將石灰漿液濃度控制在適當范圍，通過控制石灰漿液給料量流量的大小來控制脫硫的效率。石灰漿液給料量則根據(jù)鍋爐負荷，F(xiàn)GD裝置進口和出口的SO2濃度及吸收塔漿液池內(nèi)的漿液PH值進行控制。石灰漿液制備控制系統(tǒng)必須保證連續(xù)向吸收塔供應濃度合適、份量足夠的石灰漿液。通過石灰漿液密度測量的反饋信號修正進水量進行細調(diào)。通過將石灰石漿液濃度的測量值與設定值比較，偏差經(jīng)過PID運算后，來調(diào)節(jié)石灰石漿回水調(diào)節(jié)閥的開度，從而將石灰漿液濃度控制在設定值。石灰漿液濃度PID控制原理如圖4-4所示PID控制算法回水調(diào)節(jié)閥漿液濃度設定值輸出-圖2.8 石灰石漿液濃度控制3.4石灰石漿液箱液位控制在本脫硫系統(tǒng)中，設置有進塔石灰漿液流量計與密度計，用于吸收塔內(nèi)石灰漿液補給量和密度的測量。為保證脫硫效率，鈣硫比基本鎖定在1.03左右，即57.7克CaO對應64克SO235。圖2.9吸收塔漿液PH值、漿液箱液位、漿液濃度控制方案示意圖圖3.0石灰漿液補充閉環(huán)控制3.5石膏脫水系統(tǒng)控制FGD系統(tǒng)中排污液由排漿泵送入氧化池吹氧氧化，生成石膏漿液，然后輸送至濃縮池，上清液回流至PH值調(diào)節(jié)池，石膏排出泵出口安裝有密度計測量石膏漿液密度，當石膏漿液密度達到1246kg/m3時，石膏排出泵將石膏漿液送至石膏脫水系統(tǒng)，進行脫水處理，得到含水量10%以下的石膏并送入石膏儲倉。石膏餅厚度控制當真空皮帶脫水機運行時,用一只超聲波物位檢測儀來檢測石膏餅厚度。測量值送入DCS控制系統(tǒng)，和石膏餅厚度設定值比較后，輸出一個控制信號來控制真空皮帶脫水機變頻器，使真空皮帶脫水機的轉速做出相應調(diào)整36-40。石膏餅厚度控制框圖如圖4-7所示PI脫水變頻器脫水機轉速測量厚度 設定厚度-圖3.1石膏餅厚度控制3.6 FGD系統(tǒng)儀表選型及影響因素1、流量測量（1）煙氣流量測量煙氣流量測量采用“流速-面積”法，通過測量煙氣流速，由流速和測量煙道截面積計算得到。煙氣流速的測量主要有壓差法、超聲波法、熱傳導和時間差法等。煙氣流量測量一般要求煙道直管段長度大于6倍的煙道當量直徑，安裝位置前的直管段長度不小于4倍的煙道當量直徑，安裝位置后的直管段長度不小于2倍的煙道當量直徑。然而，F(xiàn)GD系統(tǒng)的煙道通常受現(xiàn)場場地條件的限制，很難有這么長的直管段，因而需對煙道中的流場進行分析，選取最佳的測量位置，并采取多點、多狀態(tài)測量等方式確定修正參數(shù)，測量精度在5%左右。（2）漿液流量測量在FGD系統(tǒng)中，石灰石漿液或石膏漿液有腐蝕，因此漿液流量的測量一般采用電磁流量計。電磁流量計的基本原理是法拉第電磁感應定律，即導體在磁場中作切割磁力線運動時，在其兩端產(chǎn)生感應電動勢。石灰石漿液多為液固混合相流體，密度范圍在1200-1400kg/m3之間。石灰石的漿液的導電率會隨密度的變化而變化，因此石灰石漿液的流量測量會受到密度的影響。2、漿液濃度測量石灰石漿濃度一般為20-30%，石膏漿的濃度一般為10-30%，在FGD系統(tǒng)主要采用科氏力質(zhì)量流量計來測量。因質(zhì)量流量計的價格隨著公稱直徑的增大而迅速增加，所以，通常是在需測量的管路上引出一段DN50的測量支管。質(zhì)量流量計安裝在漿液自下而上的垂直管道上。3、pH值測量吸收塔中漿液pH值是一個關鍵參數(shù)。pH值高有利于SO2的吸收但不利于石灰石的溶解，反之，則有利于石灰石的溶解而不利于SO2的吸收。為兼顧兩者的最佳水平，對于強制氧化的吸收塔，一般pH值控制在5-6范圍內(nèi)。通過調(diào)節(jié)加入吸收塔的新鮮石灰石漿流量來控制pH值。吸收塔漿液的pH值測量一般設在石膏漿排出泵出口，在出口管路上引一測量支路返回吸收塔，選用直插式pH計，直接安裝在測量支路上，依靠漿液的沖刷作用來清潔測量電極，可以不用設置沖洗管路。pH測量電極受漿液的磨損和粘結極易沾污和老化，且測量準確度受溫度的影響，因引需要定時對pH計測量探頭進行標定，停機是要立即沖洗。4、物位測量（1）箱罐內(nèi)液、料位測量FGD系統(tǒng)中需要測量的物位有：石灰石倉料位、石灰石粉倉料位、石膏倉料位、吸收塔液位、石灰石漿及石膏漿箱池液位、工藝水及濾液水箱池液位、脫水皮帶機石膏漿厚度及廢水處理系統(tǒng)中化學藥品儲罐等物位，涉及塊狀、粉狀固體、漿液、液體、化學藥品等多種形態(tài)的介質(zhì)，應根據(jù)不同的應用場合選擇適宜的物位測量裝置。對設有攪拌器的箱罐液位測量采用超聲波液位計，石灰石、石灰石粉或石膏等塊狀、粉狀固體測量采用雷達料位計，加藥罐等化學藥品的料位測量采用磁翻板料位計。（2）吸收塔液位測量吸收塔液位測量不同于箱、罐等的液位測量，在FGD系統(tǒng)正常運行時，塔內(nèi)的漿液為氣液混合物，并隨著進行時間的延長、液面上泡沫的多少、氧化風機及石膏脫水系統(tǒng)的投入情況等的影響，吸收塔內(nèi)的漿液密度是隨時變化的。因此吸收塔的液位測量采用差壓法，即在液位以下有兩個不同高度各設兩個互為冗余的法蘭式液位變送器，通過兩處的壓差和己知的高度差算出塔內(nèi)的平均密度，再通過平均密度算出液位高度。通過實際運行情況，用上述方法算出來的液位高度與實際高度比較近似。在FGD系統(tǒng)運行期間，煙氣在吸收塔內(nèi)被石灰石漿液洗滌過程中產(chǎn)生大量的泡沫，隨著泡沫增多，會將部分石膏漿液流入煙道，造成入口積灰或從溢流口流出。因此，在運行中應定期加入消泡劑。綜上所述，在FGD系統(tǒng)中受現(xiàn)場實際情況的影響，測量儀表準確度很難達到設計時的精度要求。因此，除定期對儀表進行整定和標定外，在實際運行時需要對運行參數(shù)進行修正，以減小或消除測量誤差。3.7 流程總圖 圖3.2 脫硫系統(tǒng)總流程圖脫硫現(xiàn)場控制站配置硬件選型如下：模塊型號 數(shù)量 模塊說明FM801 MCU 2 主控單元FM901 24VDC 6 24V電源FM151A 2 8CH AO模擬量輸出模塊FM143 1 8CH RTH熱電阻模擬量輸入模塊FM148C 3 8CH AI模擬量輸入信號( 四線)FM148E 4 8CH AI隔離型模擬量輸入模塊（二線）FM171B 7 16CH DO晶體管開關量輸出模塊FM161D 7 16CH DI 信號數(shù)字采集模塊3.8 MACSV系統(tǒng)組態(tài)設計3.8.1數(shù)據(jù)庫總控工程建立1、打開-開始-程序-macsv組態(tài)軟件-數(shù)據(jù)庫總控。2、點擊 按鈕或選擇工程/新建工程，新建工程，輸入工程名字，如1007240716 3、選擇“編輯-域組號組態(tài)”，選擇組號為1，將剛創(chuàng)建的工程從“未分組的域”移到右邊“該組所包含的域”里，點“確認”按鈕。4、在數(shù)據(jù)庫總控組態(tài)中添加變量。選擇菜單欄，編輯/編輯數(shù)據(jù)庫，彈出窗口，輸入用戶名和口令bjhc/3dlcz。進入數(shù)據(jù)庫組態(tài)編輯窗口。選擇工具欄 數(shù)據(jù)操作按鈕，出現(xiàn)下面對話框，點擊“確定”按鈕。分別輸入AI、AO、DI、DO。如圖圖3.3 AI輸入圖3.4AD輸入 圖3.5 DI輸入 圖3.6 DO輸入3.9本章小結根據(jù)現(xiàn)場工藝的特點和具體控制要求，結合實際控制系統(tǒng)平臺，針對煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、石灰漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)等系統(tǒng)做了了解，用和利時設計了除霧器的控制策略，取得了較為理想的控制效果。4結 論濕法工藝采用的隨處可見的石灰石作脫硫吸收劑。先將石灰石磨成粉狀，然后直接與水混合，攪拌成吸收漿液；部分濕法工藝采用石灰作脫硫吸收劑，其吸收能力和吸收速度都要強于石灰石。在吸收塔內(nèi)，吸收漿液與煙氣混合，二氧化硫被漿液吸收，并與漿液中的碳酸鈣反應生成亞硫酸鈣，然后在塔底與鼓入的氧化空氣進行化學反應，最終反應產(chǎn)物為石膏。除霧器除去脫硫后的煙氣中帶有的細小液滴，煙氣經(jīng)加熱器加熱升溫后排入煙囪。該脫硫工藝具有較高的脫硫效率，且技術成熟，因而被大多數(shù)電廠所采用。本文設計的脫硫控制系統(tǒng)，機組運行人員能有效的控制各種參數(shù)，確保了系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運行，使系統(tǒng)的安全性提高、運行人員的勞動強度降低、工作效率也得到提卨。同時也將為有效節(jié)能減排，保護環(huán)境做出很大的貞獻。同時也將為有效節(jié)能減排，保護環(huán)境做出很人的貢獻。本文首先通過煙氣脫硫基本原理進行剖析，并根據(jù)石灰石-石膏濕法脫硫的特點進行分析，合理設計了一套適合于系統(tǒng)的邏輯理論，同時用和利時控制系統(tǒng)以組態(tài)畫面的形式表現(xiàn)出來。參考文獻1鄭喧.基于PLC的火電廠煙氣脫硫控制系統(tǒng)研究與設計.現(xiàn)代電子技 術,2011,19: 173-175,1802岳濤,莊德安,楊明珍,等.我國燃煤火電廠煙氣脫硫脫硝技術發(fā)展現(xiàn)狀.能源研究與信息, 2010,3: 125-1293周屈蘭,徐通模,惠世恩.我國自主開發(fā)的濕法脫硫技術及其應用.動力工程,2009,26(2): 261-2634戈黎紅,王琳.提高煙氣脫硫DCS控制水平的方法.發(fā)電設備, 2010,7(3): 210-2125辛玲玲,張建江,周水琴.自動控制技術在火電廠煙氣濕法脫硫中的應用.中國電力, 2011,10(8): 75-786任如山,黃學敏,石發(fā)恩,等.濕法煙氣脫硫技術研究進展.工業(yè)安全與環(huán)保,2010,6: 14-157姜彥立,周新華,郝宇.國內(nèi)外燃煤脫硫技術的研究進展.礦業(yè)快報,2010,1(1): 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