黄振房
江苏省 无锡市214128
摘要：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。
关键词：燃煤工业锅炉；烟气净化；控制系统；设计应用
某煤矿的供热和供暖系统采用3台蒸发量为15 t/h的链条炉排锅炉，为两用一备的运行模式，每台锅炉的工况烟气量为40 000 m3/h，折算后为25 220 Nm3/h，烟气温度160～180℃，SO2排放浓度最大值1 540 mg/Nm3,NOx排放浓度最大值为450 mg/Nm3，烟尘排放最大浓度5 000 mg/Nm3。根据GB 13271—2014《锅炉大气污染排放标准》和地方政府的大气污染物排放控制要求，需要对锅炉烟气进行除尘、脱硫和脱硝处理，使排放烟气达到以下指标:SO2浓度≤35 mg/Nm3,NOx浓度≤50 mg/Nm3，颗粒物浓度≤10 mg/Nm3。
1 工艺流程
燃煤工业锅炉出口烟气首先进入布袋除尘装置。烟气中固体颗粒去除后，经引风机经烟道送至脱硝反应装置。脱硝反应装置利用臭氧的强氧化作用，将烟气中的低价NOx转化为高价NOx，再将烟气送入脱硫脱硝吸收塔，烟气自下而上流动，它与喷淋层喷出的石灰石浆液逆流反应，充分吸收烟气中的SO2、高价NOx和残留的细粉尘，转化为相应的化合物，同时脱除烟气中的SO2和NOx。最后，烟气经除雾器脱水除雾后进入湿式静电除尘器，烟气中的细颗粒物和气溶胶被进一步去除并排放到烟囱中[8]。其中，吸收塔中的石灰石浆液经过一段时间的循环和反应后将失去作用。此时吸收塔底部的部分石灰石浆液排入压滤装置，利用石灰石浆液装置向吸收塔补充新的石灰石浆液，以保证反应的连续性和脱硫脱硝的效果。
2 工艺系统控制策略分析
2.1布袋除尘器的控制策略分析
(1)运行参数监测主要包括进口烟气温度、进口烟气流量、除尘器总压差、灰斗料位、气源压力等。其中，进口烟气温度监测目的是防止低温烟气进入产生凝露和高温烟气进入损坏布袋，高低温报警设定值分别为170℃和75℃；进口烟气流量监测的目的控制进口阀门调节烟气流量。
（2） 根据工艺需要，分为定时清灰、差压清灰、单循环清灰和手动清灰四种清灰方式。当清洗周期结束时，每组脉冲阀自动依次打开，用气枪内的空气进行清洗；当检测值大于1200pa设定值时，每组脉冲阀自动依次开启清灰，下次满足条件；通过按钮实现单循环清灰，每组脉冲阀依次开启清灰；手动清灰是通过操作面板上设置的按钮，自由选择相应仓室的脉冲阀进行清灰。
（3） 出料控制是在每台袋式除尘器灰斗内设置超高、高、低、超低料位检测仪表，实时监测灰斗料位。当料位达到上限时，灰斗底部星型卸灰机自动开启卸灰，直到灰斗料位达到下限或超下限；当料位达到超高限报警时，应立即检查卸灰系统并排除故障。
2.2脱硝反应单元的控制策略分析
（1） 制氧系统的控制，当冷却水压力、密封水位、仪表气源启动调整可用时，依次控制和调整阀门、泵、风机、氧压机等的运行状态和运行方式，监视运行参数，并对各种故障信号进行报警，实现制氧系统的自动运行。
（2） 臭氧制备系统的控制，根据设定的臭氧浓度，依次控制内循环水泵、外循环水泵、冷却风机、臭氧发生器等设备，实时监测和调整设备的运行状态和工艺参数，并对各种故障进行预警，实现臭氧制备系统的自动运行。
（3） 加药反应系统的控制，通过监测烟气流量和烟气中no含量，实时计算臭氧投加量，通过PID调节臭氧投加量，实现对烟气中低成本氮氧化物的臭氧氧化。
2.3脱硫脱硝装置控制策略分析
（1） 正常情况下吸收塔石灰石浆液池液位控制在2.5-3.5m。当液位低于2.5m时，通过除雾器冲洗系统补水，直至液位达到≥ 3.5米。同时将4.0m和2.0m分别设为高限和低限报警水位。
若高限报警未连续解除，则溢流，低限报警与浆液循环泵、浆液搅拌机联锁。
（2） 采用吸收塔除雾器清洗控制。除雾器清洗采用定时控制和压差控制相结合的方式。当冲洗间隔达到或除雾器前后压差大于设定值时，自动进行一次除雾器冲洗循环。除雾器自动冲洗间隔时间为2h，前后压差设定值为200Pa，当冲洗条件满足时，每次冲洗过程依次开启各冲洗阀30s。在除雾器冲洗过程中，实时监测冲洗水流量，当冲洗水流量小于20m3/h时报警。
（3） 石灰石浆液循环及排放单元控制，通过实时监测各喷淋层的流量，调整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，当浆液密度值为≥ 1150kg/m3，打开浆液循环泵后电动阀，将石灰石浆液排至压滤系统处理，直至浆液密度达到要求≤ 1180kg/m3。
2.4湿式电除尘装置控制策略分析
湿式电除尘装置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，运行中实时监测设备运行参数；水系统主要根据喷淋清洗水压的要求，采用变频恒压供水，还包括补水、排水、循环水、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和逻辑顺序控制风机、阀门和加热器。
3 控制系统的设计
3.1 硬件设计
结合工艺设备和动力设备电气控制中心的布置，控制系统采用PLC主站+PLC远动站+PLC控制分站的组合方式。其中，电力设备电气控制中心设PLC主站，采用西门子公司s7-1500大中型高性能系列PLC；在浆液循环泵房、浆液制备单元、工艺水单元、吸收塔单元设置PLC远程站，采用西门子公司et200sp远程I/O分布式架构；袋式除尘装置、制氧装置、臭氧制备装置、压滤机系统均采用PLC分站方式，采用西门子公司s7-1200中小型系列PLC。同时，各PLC远动站和PLC变电所均配备触摸屏，完成对各机组的就地综合控制。
上位机系统设置在控制中心，作为整个系统的人机交互界面。各PLC单元通过工业以太网交换机进行通信，并与上位机系统进行通信，实现对设备的控制、工艺参数和设备工作状态的监视。
3.2软件设计
3.2.1 PLC编程
PLC程序采用西门子botu V15编程软件设计。在同一工程中，分别对PLC主站、PLC远程站和PLC子站进行了编程。采用模块化编程方法，根据相应的控制策略编制控制程序，实现过程的数据采集、设备自动控制、参数调整和数据通信。
3.2.2触摸屏程序设计
根据各PLC远程站和PLC子站的控制对象，分别对工艺流程进行了仿真，并绘制了相应的图形，实现了设备的就地综合控制。各系统开发画面包括：工艺流程画面、工艺参数显示画面、参数设置画面、报警画面、设备控制画面等。
3.2.3上位机监控程序设计
上位机监控系统作为整个控制系统的中心，完成对整个烟气净化系统的运行参数、设备状态、设备控制、历史记录、故障报警、趋势曲线等的监控，上位机监控系统采用组态王v6.6进行软件开发，并采用工业以太网与PLC系统进行数据通信，主要包括以下人机交互画面：工艺流程图、实时数据、历史数据、数据报表、故障报警、设备控制、参数设置等。
结论
详细分析了燃煤工业锅炉烟气净化过程中袋式除尘器、脱硝反应装置、脱硫脱硝装置、湿式电除尘装置等系统的控制策略。为了实现各系统的控制策略，构建了由上位机和PLC组成的控制系统，并对各单元PLC的硬件设计和上位机、PLC、PLC、PLC的硬件设计进行了触摸屏等软件设计。一年多的应用表明，该控制系统能满足预期的过程控制要求，运行稳定可靠。
参考文献：
[1]高宏亮，覃海华，郭静．燃煤工业锅炉烟气湿法脱硫脱硝技术探讨[J]．工业安全与环保，2019,40(5):12-14.
[2]徐天平，王永忠．燃煤工业锅炉污染物协同治理与超低排放技术研究[J]．环境工程，2019,35(9):71-73.
610103197604122****