摘要：節(jié)能減排的要求使得越來越多的火電廠采用脫硫系統(tǒng)。介紹了火電機(jī)組典型的氨法（氨-硫酸銨法）煙氣脫硫系統(tǒng)及其控制。對(duì)火電機(jī)組氨法脫硫系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。
　　
　　一、概述
　　
　　近幾年，我國(guó)火力發(fā)電機(jī)組發(fā)展迅速，為了從根本上解決大氣中SO2污染問題，國(guó)家發(fā)改委明令：關(guān)停污染嚴(yán)重的小火電機(jī)組，加快火電廠大機(jī)組的脫硫建設(shè)，新建機(jī)組必須同步上脫硫設(shè)施。
　　
　　目前已開發(fā)出近百種煙氣脫硫（FGD）工藝，但投入商業(yè)化運(yùn)行的僅數(shù)十種，按脫硫劑和脫硫產(chǎn)物形態(tài)可分為干法、半干法和濕法等。濕法主要有石灰石-石膏法、堿吸收法、氨法、海水吸收法、雙堿法和氧化鎂法等，目前因濕法工藝具有、穩(wěn)定、技術(shù)成熟等特點(diǎn)，常被作為脫硫工藝方案。
　　
　　石灰石-石膏法適用于大型煙氣脫硫工程，其脫硫效率高，運(yùn)行可靠，脫硫吸收劑資源豐富，價(jià)格便宜，對(duì)燃料變化適應(yīng)性強(qiáng)，脫硫產(chǎn)物可進(jìn)行綜合利用，應(yīng)用zui廣。但其工藝流程較長(zhǎng)，投資大，占地面積大，尤其石灰石漿液制備系統(tǒng)及石膏回收系統(tǒng)十分復(fù)雜，過程控制不好時(shí)容易結(jié)垢堵塞。
　　
　　氨法脫硫技術(shù)是采用氨（NH3）作為吸收劑除去煙氣中的SO2的工藝。氨是一種良好的堿性吸收劑，而且氨吸收煙氣中SO2是氣--液或氣--氣反應(yīng)，反應(yīng)速度快，反應(yīng)*，因而吸收劑能得到充分利用，脫硫效率高。另外，其脫硫副產(chǎn)品（比如硫酸銨等）可制造化肥，副產(chǎn)品的銷售收入能大幅度降低運(yùn)行成本。
　　
　　在國(guó)外，九十年代以來，氨法脫硫技術(shù)的研究和開發(fā)已成為一股潮流。
　　
　　二、氨法脫硫
　　
　　氨法脫硫技術(shù)的工藝過程一般分成三大步驟：脫硫吸收、中間產(chǎn)品處理、副產(chǎn)品制造。根據(jù)過程和副產(chǎn)物的不同，由此衍生出了幾十種不同形式的脫硫工藝，其中，氨--硫酸銨法是典型的氨法脫硫工藝。
　　
　　2.1化學(xué)原理
　　
　　煙氣脫硫是一個(gè)十分典型的化工過程，它基于堿性脫硫劑與酸性SO2之間的化學(xué)反應(yīng)。堿性脫硫劑包括石灰石（石灰）、純堿（燒堿）、氧化鎂和氨，分別可稱為鈣法、鈉法、鎂法和氨法。任何FGD過程都包括兩個(gè)基本的化學(xué)反應(yīng)過程：
　　
　　吸收：SO2吸收生成為亞硫酸鹽；
　　
　　氧化：亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽。
　　
　　氨法以水溶液中的SO2和NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ)：
　　
　　吸收：SO2＋H2O＋xNH3=（NH4）xH2-xSO3
　　
　　氧化：（NH4）XH2-XSO3+1/2O2+（2-x）NH3=（NH4）2SO4（硫銨）
　　
　　這是回收法，其明顯特點(diǎn)是：無(wú)二次廢渣、廢水和廢氣污染，回收SO2，生產(chǎn)硫銨，實(shí)現(xiàn)SO2回收價(jià)值的zui大化。
　　
　　氨是生產(chǎn)化肥的原料。以氨為原料，實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫，生產(chǎn)化肥，不消耗新的自然資源，不產(chǎn)生新的廢棄物和污染物，變廢為寶，化害為利，為綠色生產(chǎn)技術(shù)，將產(chǎn)生明顯的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因此，氨法與鈣法具有明顯的區(qū)別。氨法屬于回收法，以石灰石為原料的鈣法屬于拋棄法。拋棄法的缺點(diǎn)是消耗新的自然資源、產(chǎn)生新的廢棄物和污染污，具有明顯的二次環(huán)境問題。另外，與鈣法相比，氨法投資低、能耗低，當(dāng)然成本也低。
　　
　　2.2工藝系統(tǒng)
　　
　　濕式氨法脫硫工藝由氨水系統(tǒng)、脫硫塔系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)和硫銨回收系統(tǒng)以及自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。
　　
　　2.3氨法脫硫特點(diǎn)
　　
　?。?）脫硫除塵一體化。吸收塔集煙氣除塵、脫硫于一體，設(shè)備緊湊。可以解決煙氣SO2超標(biāo)排放的問題，具有很大的社會(huì)效益。
　　
　　（2）節(jié)省投資，工藝流程簡(jiǎn)單。與常規(guī)石灰-石灰石脫硫系統(tǒng)相比，工程投資低，工藝耗能少，同時(shí)煙氣與廢水得到雙重處理，節(jié)省投入及降低水耗。
　　
　?。?）系統(tǒng)阻力小。吸收塔采用空塔，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、系統(tǒng)阻力小、不影響鍋爐運(yùn)行等特點(diǎn)。
　　
　?。?）效果好?？梢员ＷC較高的脫硫除塵效率。
　　
　?。?）氨法脫硫裝置能快速啟動(dòng)投入，對(duì)鍋爐負(fù)荷變化的適用性強(qiáng)，負(fù)荷跟蹤特性好，啟停方便，可在40％負(fù)荷時(shí)投用，對(duì)基本負(fù)荷和調(diào)峰機(jī)組均有很好的適用性。
　　
　?。?）通過科學(xué)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)做到*水平衡，無(wú)脫硫廢水排放，不會(huì)造成二次污染。
　　
　　三、氨法脫硫控制系統(tǒng)
　　
　　3.1控制方式及水平
　　
　　現(xiàn)行《火力發(fā)電廠煙氣脫硫設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL/T5196-2004中對(duì)煙氣脫硫控制設(shè)計(jì)的要求：煙氣脫硫熱工自動(dòng)化水平宜與機(jī)組的自動(dòng)化控制水平相一致；脫硫控制應(yīng)采用集中控制方式。
　　
　　目前，煙氣脫硫的控制通常采用與機(jī)組控制系統(tǒng)相同硬件的分散控制系統(tǒng)（FGD_DCS），F(xiàn)GD_DCS主要功能包括數(shù)據(jù)采集和處理（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）和順序控制系統(tǒng)（SCS）。FGD_DCS設(shè)置通訊接口，實(shí)現(xiàn)與電廠主廠房DCS控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊，以及與全廠其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。
　　
　　煙氣脫硫控制系統(tǒng)以LCD和鍵盤作為脫硫監(jiān)視和控制中心，不再設(shè)置常規(guī)儀表盤。但當(dāng)DCS的電源消失、通訊中斷、全部操作員站失去功能以及控制站失去控制和保護(hù)能力時(shí)，為確保脫硫系統(tǒng)緊急停運(yùn)，為此在操作員控制臺(tái)上設(shè)置下列獨(dú)立于DCS的常規(guī)操作項(xiàng)目：煙氣旁路檔板控制。
　　
　　脫硫控制系統(tǒng)的運(yùn)行與停止，其工作狀態(tài)與單元機(jī)組密切相關(guān)。由于脫硫系統(tǒng)作為單元機(jī)組子系統(tǒng)，因此脫硫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將考慮單元機(jī)組與脫硫控制必要的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)方式采用硬接線連接。
　　
　　鍋爐至脫硫島的信號(hào)：MFT、引風(fēng)機(jī)狀態(tài)、鍋爐負(fù)荷。
　　
　　脫硫島至鍋爐的信號(hào)：脫硫系統(tǒng)“投入”和“退出”。
　　
　　3.2脫硫控制室及電子設(shè)備間的布置
　　
　　脫硫控制采用集中控制方式，通常與除灰、除塵在除灰綜合樓合設(shè)一個(gè)灰網(wǎng)集中控制室，脫硫FGD_DCS機(jī)柜布置在脫硫區(qū)域內(nèi)的電子設(shè)備間。在灰網(wǎng)控制室內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣脫硫設(shè)備及其附屬系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止和正常運(yùn)行工況的監(jiān)視、控制和調(diào)整，以及異常與事故工況的報(bào)警、聯(lián)鎖和保護(hù)。
　　
　　FGD_DCS控制網(wǎng)絡(luò)上設(shè)3臺(tái)操作員站，脫硫區(qū)域值班控制室內(nèi)布置一臺(tái)就地操作員站用于調(diào)試、檢修；正常使用的2臺(tái)操作員站布置在灰網(wǎng)控制室內(nèi)。脫硫系統(tǒng)的監(jiān)控在脫硫系統(tǒng)操作員站上完成。
　　
　　3.3熱工自動(dòng)化功能
　　
　　3.3.1.數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)（DAS）
　　
　　數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)（DAS）應(yīng)連續(xù)采集和處理所有與脫硫工藝系統(tǒng)有關(guān)的重要測(cè)點(diǎn)信號(hào)及設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，以便及時(shí)向操作人員提供有關(guān)的實(shí)時(shí)信息?；竟δ苋缦拢?br />　　
　　過程變量輸入掃描處理
　　
　　固定限值報(bào)警處理，并可報(bào)警切除。
　　
　　LCD顯示
　　
　　報(bào)警顯示
　　
　　流程圖形顯示
　　
　　成組參數(shù)顯示
　　
　　操作指導(dǎo)、如報(bào)警原因、允許條件和操作步驟等
　　
　　打印制表
　　
　　定時(shí)制表：班、日、月報(bào)
　　
　　報(bào)警記錄
　　
　　主要設(shè)備跳閘順序記錄
　　
　　設(shè)備運(yùn)行記錄，主要輔機(jī)的起停次數(shù)和累計(jì)運(yùn)行時(shí)間
　　
　　歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索（HSR）
　　
　　3.3.2主要模擬量控制系統(tǒng)（MCS）
　　
　?。?）FGD入口壓力控制
　　
　　為保證主機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)旁路風(fēng)門和進(jìn)口風(fēng)門的狀態(tài)進(jìn)行壓力控制，保持主機(jī)引風(fēng)機(jī)入口壓力的穩(wěn)定。為了獲得更好的動(dòng)態(tài)特性，引入主機(jī)負(fù)荷和引風(fēng)機(jī)狀態(tài)信號(hào)作為輔助信號(hào)。
　　
　?。?）吸收塔pH值及塔出口SO2濃度控制
　　
　　根據(jù)塔后凈化后的煙氣中SO2濃度、煙氣溫度、壓力和煙氣量，通過這些測(cè)量可計(jì)算進(jìn)入吸收塔中SO2總量和SO2脫除效率。根據(jù)SO2總量，控制加入到吸收塔中的氨水量。通過改變氨水量調(diào)節(jié)閥的開度來實(shí)現(xiàn)氨水量的調(diào)節(jié)。而吸收塔排出漿液的pH值作為SO2吸收過程的校正值參與調(diào)節(jié)。
　　
　　（3）吸收塔液位控制
　　
　　吸收塔氨水溶液供應(yīng)量、漿液排出量及煙氣進(jìn)入量等因素的變化造成吸收塔的液位波動(dòng)。根據(jù)測(cè)量的液位值，調(diào)節(jié)工藝水管道調(diào)節(jié)閥門和除霧器沖洗時(shí)間間隔，實(shí)現(xiàn)液位的穩(wěn)定。
　　
　?。?）硫銨漿液排出量控制
　　
　　根據(jù)濃縮塔密度值進(jìn)行控制，通過控制硫酸銨排漿泵啟停，以此改變漿液排出量。
　　
　　除上述主要閉環(huán)控制回路外，還將設(shè)置工業(yè)水池液位控制、硫銨料液灌液位控制、三效蒸發(fā)系統(tǒng)的液位流量控制等。
　　
　　3.3.3主要順序控制（SCS）功能組
　　
　　包括脫硫系統(tǒng)啟動(dòng)、停止順序控制。主要控制功能組如下：
　　
　　（1）煙氣擋板控制功能組
　　
　?。?）吸收塔液池?cái)嚢杓把h(huán)控制功能組
　　
　?。?）硫銨三效蒸發(fā)系統(tǒng)控制功能組
　　
　?。?）硫酸銨脫水與干燥控制功能組
　　
　　除上述的功能組控制外，與脫硫有關(guān)的輔機(jī)、閥門也納入FGD_DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制。
　　
　　3.3.4主要聯(lián)鎖保護(hù)
　　
　　當(dāng)脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)下述任意一情況時(shí)，自動(dòng)解列整個(gè)脫硫系統(tǒng)：
　　
　?。?）吸收塔循環(huán)泵全停
　　
　?。?）脫硫系統(tǒng)主電源消失
　　
　　（3）煙氣旁路擋板差壓高報(bào)警或低報(bào)警且旁路檔板及脫硫出入口門未打開
　　
　?。?）吸收塔液位低報(bào)警
　　
　　（5）脫硫塔進(jìn)口煙氣大于160℃
　　
　　當(dāng)解列脫硫裝置運(yùn)行時(shí)，將打開煙氣旁路檔板，關(guān)閉脫硫煙氣進(jìn)口門。
　　
　　為確保脫硫順序控制系統(tǒng)的安全可靠投運(yùn)，設(shè)計(jì)中擬采用下述措施：
　　
　　（1）為保證測(cè)量信號(hào)的可靠，重要的保護(hù)用過程信號(hào)、狀態(tài)采用3取2或2取1測(cè)量方式。FGD保護(hù)動(dòng)作時(shí)自動(dòng)快速開啟旁路擋板門，切除FGD。在緊急狀態(tài)時(shí)強(qiáng)制動(dòng)作旁路擋板門，保證鍋爐安全運(yùn)行。
　　
　?。?）設(shè)計(jì)*的聯(lián)鎖功能，如備用設(shè)備起停聯(lián)鎖、箱罐池的高低液位聯(lián)鎖、管道設(shè)備沖洗聯(lián)鎖等，使控制系統(tǒng)能對(duì)運(yùn)行工況變化自動(dòng)及時(shí)作出反應(yīng)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
　　
　?。?）在裝置停機(jī)期間，裝置中不同的管道系統(tǒng)中裝有漿液，必須對(duì)這些管道系統(tǒng)進(jìn)行沖洗，防止固體物料的沉淀。在短時(shí)間停機(jī)期間，吸收塔攪拌器、硫酸銨漿液攪拌器等仍保持工作。
　　
　　3.3.5信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)
　　
　　凡脫硫系統(tǒng)越限或保護(hù)動(dòng)作以及控制裝置電源故障，均通過分散控制系統(tǒng)的LCD報(bào)警，并可進(jìn)行相關(guān)的報(bào)警打印。
　　
　　3.4煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)（CEMS）系統(tǒng)
　　
　　設(shè)置煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)（CEMS）系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)滿足脫硫裝置在線監(jiān)視控制要求和火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中各排放指標(biāo)的要求。優(yōu)先選用進(jìn)口設(shè)備。
　　
　　煙氣監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)滿足HJ/T75-2001《火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》的要求，并保證在脫硫系統(tǒng)運(yùn)行或停運(yùn)時(shí)均能分別對(duì)煙氣排放進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。所有分析設(shè)備的狀態(tài)指示信號(hào)應(yīng)送至FGD_DCS中。
　　
　　用于環(huán)保排放監(jiān)測(cè)的信號(hào)通過冗于遠(yuǎn)程通訊接口，送至全廠環(huán)保監(jiān)測(cè)站或電廠SIS/MIS系統(tǒng)。
　　
　　3.4.1脫硫系統(tǒng)煙氣入口側(cè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
　　
　　污染物連續(xù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：二氧化硫SO2、粉塵濃度。煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)輔助參數(shù)項(xiàng)目：排放煙氣中的溫度、壓力、含氧量、流量。
　　
　　3.4.2脫硫系統(tǒng)煙氣出口側(cè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
　　
　　污染物連續(xù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：二氧化硫SO2、氮氧化物NOx、粉塵的濃度及排放量。煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)輔助參數(shù)項(xiàng)目：排放煙氣中的溫度、壓力、含氧量、濕度、流量。
　　
　　3.5工業(yè)電視
　　
　　彩色數(shù)字工業(yè)電視作為脫硫系統(tǒng)的輔助監(jiān)視系統(tǒng)，對(duì)脫硫系統(tǒng)中的一些重要的主輔設(shè)備實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)視。氨法脫硫系統(tǒng)需要設(shè)置的監(jiān)視點(diǎn)一般有：氨水系統(tǒng)、脫硫塔溢流口、氧化風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵、干燥出料口、硫銨包裝車間、重要監(jiān)測(cè)儀表處等，對(duì)監(jiān)視點(diǎn)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。
　　
　　電視系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置控制主機(jī)（包括LCD），控制主機(jī)設(shè)在灰網(wǎng)控制室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)切換功能，實(shí)現(xiàn)電視探頭的調(diào)焦、變焦距、變光圈功能，并說明變焦距比和攝像頭zui低照度。實(shí)現(xiàn)畫面顯示和故障報(bào)警功能。
　　
　　控制主機(jī)與全廠工業(yè)電視系統(tǒng)設(shè)有通訊接口，實(shí)現(xiàn)信息共享。
　　
　　四、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　氨法以氨為原料，回收煙氣中的SO2，在脫硫的同時(shí)，生產(chǎn)具有較大市場(chǎng)且品質(zhì)優(yōu)良的硫銨化肥。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，糧食大國(guó)和化肥大國(guó)。因此，我國(guó)具有采用氨法實(shí)施煙氣脫硫工程的有利條件。
　　
　　氨法脫硫控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，不僅可以*整個(gè)脫硫系統(tǒng)的安全運(yùn)行和控制，對(duì)整個(gè)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且能在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)報(bào)警，保證整個(gè)脫硫系統(tǒng)的高可靠性。
　　
　　【作者簡(jiǎn)介】
　　
　　田振宇，男，1965年12月出生，工學(xué)碩士，工程師。內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院熱控室副主任兼專業(yè)工程師。
　　
　　通信地址：呼和浩特市錫林南路209號(hào)內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院熱控室（010020）
　　
　?。海?br />　　
　　:tzhenyu@nmdsy.com