1 引言

在現代煙氣脫硫技術中，存在干法、濕法兩種脫硫方法；本文所涉及的這套控制系統是基于濕法中的雙堿法脫硫技術而制作的。山東菏澤東明石化6#、7#爐所使用的這套脫硫電氣控制系統是由筆者自行設計的，設計這套控制系統的目的在于：

(1)方便運行人員的操作，由于現場存在很多零碎的設備：渣漿泵、攪拌機、循環泵、控制閥、灰庫等，運行人員要想做到有的放矢、從容不迫就需要一個靈活的操作空間；

(2)plc控制系統的應用減少了這些零碎設備的事故發生率，減少了脫硫運行成本；

(3)實時監控，方便存儲記錄，達到自動運行和手動相結合的效果。

2 脫硫工藝概述

經過多年研究，國內外目前已開發出200種以上的so2控制技術。這些技術可分為：(1)燃燒前脫硫(如洗煤，微生物脫硫)；(2)燃燒中脫硫(工業型煤固硫、爐內噴鈣)；(3)燃燒后脫硫，即煙氣脫硫(flue gas desulfurization，fgd)。fgd法是目前世界上唯一大規模商業化應用的脫硫方式，是控制酸雨和二氧化硫污染最主要的技術手段。

目前，世界上燃煤電廠煙氣脫硫工藝方法很多，這些方法的應用主要取決于鍋爐容量、燃燒設備的類型、燃料的種類和含硫量的多少、脫硫效率、脫硫劑的供應條件及電廠的地理位置、副產品的利用等因素。按脫硫的方式和產物的處理形式一般可分為濕法、干法和半干法三大類。

(1)濕法煙氣脫硫技術(wfgd技術)

常見的濕法煙氣脫硫技術主要有石灰/石灰石—石膏法、雙堿法(na-ca)、氧化鎂法、海水脫硫法、磷銨肥法等。第一代的fgd以石灰/石灰石濕法為代表，其裝置主要安裝在美國和日本。在美國，大多數大中型燃煤鍋爐所采用的fgd工藝均為濕法，濕法約占fgd總容量的92%。在日本，煙氣脫硫技術主要采用濕法和回收法，其中濕法石灰石-石膏法約占總容量的一半。隨著技術運用的逐步深入，雙堿法脫硫技術得到了廣泛的應用，本文主要以雙堿法進行介紹。

(2)干法煙氣脫硫技術(dfgd技術)

常見的干法煙氣脫硫技術，主要包括噴鈣循環流化床反應器、爐內噴鈣尾部增濕脫硫工藝、電子束照射法、荷電干式吸收劑噴射脫硫法等。其中噴鈣循環流化床反應器脫硫技術由于具有適中的脫硫效率，工藝技術較為簡單，而得到較為廣泛的應用。

該法具有無污水廢酸排出、設備腐蝕小，煙氣在凈化過程中無明顯溫降、凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴散等優點，但存在脫硫效率相對較低、反應速度較慢、脫硫產物較難綜合利用等問題。

(3)半干法煙氣脫硫技術(sdfgd技術)

常見的半干法煙氣脫硫技術主要包括循環懸浮式半干法、噴霧干燥法、循環流化脫硫裝置等。其中循環懸浮式半干法煙氣脫硫技術較為成熟，應用也較為廣泛。

3 工藝介紹

3.1工藝介紹

本工藝先經除塵器除去99.5%以上的煙塵，再進行脫硫。在電除塵器后的引風機后面引出兩路煙道，一路接至脫硫系統，一路作為旁路系統，當脫硫系統發生故障時可及時切換至旁路，保證鍋爐系統的安全穩定運行。

本方案選用高效鈉鈣雙堿法脫硫技術。該工藝成熟可靠，系統簡便，運行穩定，具有“雙高雙低”的突出優勢，即脫硫效率高、系統運行穩定可靠、投資費用低、運行費用低。已在不同規模鍋爐煙氣脫硫除塵的工業應用中獲得巨大成功。

該法使用na2co3或naoh液吸收煙氣中的so2，生成hso3-、so32-與so42-，反應方程式如下：

(1)脫硫過程

na2co3+so2→na2so3+co2- (1)
2naoh+so2→na2so3+h2o (2)
na2so3+so2+h2o→2nahso3 (3)

其中：式(1)為啟動階段na2co3溶液吸收so2的反應；

式(2)為再生液ph值較高時(高于9時)，溶液吸收so2的主反應；

式(3)為溶液ph值較低(5~9)時的主反應。

(2)氧化過程(副反應)

na2so3+o2→na2so4(4)
nahso3+o2→nahso4 (5)
(3)再生過程
2nahso3+ca(oh)2→caso3+na2so3+2h2o (6)
na2so3+ca(oh)2→caso3+2naoh(7)

式(6)為第一步再生反應，式(7)為再生至ph＞9以后繼續發生的主反應。

在石灰漿(石灰達到過飽和狀況)中，nahso3很快跟石灰反應從而釋放出[na+]，隨后生成的[so32-]又繼續跟石灰反應生成caso3而以半水合物形式沉淀下來，從而使[na+]得到再生，吸收液恢復脫硫能力而循環使用。

3.2 濕法脫硫工藝說明

脫硫工藝如圖1所示。

圖1 脫硫工藝圖

整個工藝由四大部分組成：

(1)煙氣處理系統：鍋爐煙氣通過除塵器，經霧化增濕和初步脫硫后進入脫硫塔，在塔內煙氣與脫硫液逆流接觸傳質反應。完成脫硫后的煙氣通過塔體上段的高效除霧裝置，除去煙氣中的霧滴，可有效地防止風機帶水。凈化后的煙氣經過煙囪排放，出脫硫塔的脫硫液進入循環系統。

(2)脫硫液循環系統：包括泵前池、反應池、沉淀池、化灰池、石灰漿儲池、循環池等。出脫硫塔的脫硫液流入反應池與加入的石灰反應，鈉堿得到再生，再生后的脫硫液在沉淀池中沉淀出固相產物后流入泵前池，再由循環泵打回脫硫塔內繼續使用,在反應池和泵前池設置ph自動監控報警系統，根據ph值的變化情況調整系統加入石灰漿液和鈉堿液量。

(3)脫硫灰渣處理系統：在化灰池中經化灰處理的石灰漿液流入石灰漿儲池，根據ph值的控制要求打入反應池。

(4)脫硫產物處理系統：包括沉淀池、氧化池、壓濾機等。沉淀池中的硫酸鈣和亞硫酸鈣水合物由渣漿泵打入渣漿池，經壓濾處理后綜合利用，清液則泵回循環池重復使用。

4 控制系統網絡結構與控制方式

4.1 系統網絡結構

本系統根據該脫硫系統工藝要求和設計要求，采用德國西門子公司的s7-300系列plc為主控制單元。其實用和維修方便，運行速度快，可靠性高，易于擴展。按“集中管理，分散控制”的原則，采用了分布式結構。該脫硫系統的自動控制系統由主控制室監控、plc就地控制站和現場儀表及電控柜構成二級監控網絡。系統結構如圖2所示。

圖2 系統結構圖

控制系統為1臺監控計算機，還有1個plc控制主站。通過現場總線將主控制室和plc就地控制站中相連接，便于監控。并將主控制室的計算機接入以太網，由管理機完成各項管理功能。這樣整個自動化監控系統便形成了，從而實現了數據采集、處理、監視及對現場設備進行控制等功能。

4.2 控制方式

該系統中主要工藝設備采用三種控制模式，即就地手動控制、遠程plc控制和自動控制。現場的泵類、攪拌機等設備的開關信號、各流程模擬信號(如do、液位、流量等)全部通過plc在上位機上顯示。

5 系統控制功能介紹

5.1 設備選型

根據圖1所示的工藝流程選取需要的點數。得到：di:24，do:10，ai:6。

根據表1所列點數選取plc模塊如表所示。

說明：(1)根據上述點數的描述我們可以對plc及其附屬設備進行選取；

(2)每個機架總驅動電流為1.2a，最多可使用0.8a。

5.2 plc系統原理圖

現場工作實際狀況如圖3所示。

5.3 實現功能簡介

plc s7-300在本脫硫控制系統中所實現的功能如下：將兩臺循環泵(m1、m2)、3臺攪拌機(m3、m4、m5)實現了順序起動，起動順序為m1→m2→m3→m4→m5,時間間隔為1min，停車時的順序為m5→m4→m3→m2→m1，時間間隔為30s。程序如圖4所示。

圖4 電機順序起、停梯形圖

6 結論

plc s7-300在脫硫系統中的成功運用，大大提高了脫硫系統的自動化程度，其可靠性、易維修性的特點極大的減少了運行工人的勞動強度，達到了現代水處理的要求。該系統自正式投入運行以來，控制系統運行穩定，設備工作狀況良好，各項指標均達到了設計要求，設備的利用率得到提高，操作人員的工作量和勞動強度大大降低，在一定程度上解決了脫硫系統設備分散、復雜、難以控制的難題，并配合脫硫工藝完成了脫硫目標，達到了預期效果。