宣钢烧结机烟气脱硫控制系统应用实践

樊加乐

摘 要：随着国家碳达峰碳中和政策的不断发布，冶金行业对环保控制的要求越来越高。烧结和球团生产会产生大量的废气，实现环保排放是钢铁行业需要解决的重要课题。以宣钢3号360 m2脱硫湿电除尘控制系统应用为背景，阐述了吸收塔液位调节、加热器温度闭环控制、冲洗水系统控制优化、系统快速报警和及时预警的优化应用等，为烧结机烟气脱硫排放符合国家标准提供了可靠保障。

关键词：烧结机；烟气脱硫；控制系统；预警

APPLICATION PRACTICE OF FLUE GAS DESULFURIZATION CONTROL SYSTEM FOR XUANGANG SINTERING MACHINE

Fan Jiale

（Hegang Group Xuangang Environmental Protection Center    Xuanhua    075100，China）

Abstract：Abstract： With the continuous release of the national carbon peak carbon neutrality policy， the metallurgical industry has increasingly high requirements for environmental protection control. Sintering and pellet production generate a large amount of waste gas， and achieving environmental emissions is an important issue that needs to be addressed in the steel industry. This article takes the application of the 3# 360 m2 desulfurization wet electrostatic dust removal control system at Xuangang as the background， and elaborates on the optimization of absorption tower liquid level regulation， heater temperature closed-loop control， flushing water system control optimization， system rapid alarm and timely warning， etc.， providing reliable guarantee for the sintering machine flue gas desulfurization emissions to meet national standards.

Key words： sintering machine; flue gas desulfurization; control system;   warning

0    引    言

宣钢3号360 m2烧结机烟气系统采用石灰石-石膏法一机一塔设计方案，最终实现SO2排放浓度小于100 mg/Nm3，但实际运行过程中还存在一定的缺陷。为了落实国家对环保的要求，减少烟气中氮的排放，提升脱硫烟气除尘的效果，烟气系统增加了湿式电除尘及脱硝等设备。降低排放烟气中的含氮、烟尘、酸雾、水滴、气溶胶、臭味、PM2.5等有害物质，达到治理大气粉尘污染的理想效果。

1    改造技术方案

从PLC硬件的CPU到软件的编程，从上位机到下位机，从现场设备到中间继电器，从程序编写到网络结构的优化，不断地推进脱硫环保控制系统的完善，达到预期的除尘效果。

1.1    脱硫烟气环保控制系统模拟量闭环调节控制应用

宣钢3号烧结脱硫原有设计中对温度、流量、振动、压力、物位等关键模拟量控制系统都没有实现闭环调节功能，导致控制操作环节和工艺参数控制掌握不精确、岗位人员劳动强度高、石膏副产品质量低等问题的出现。为此在使用传统的PID控制基础上增加模拟量控制数学模型，依托数学模型使得控制回路中各类控制参数在可控范围内，保证控制系统的闭环稳定控制，促进环保排放的降低。

1）脱硫烟气环保控制系统吸收塔液位调节控制模型应用。

在宣钢烧结机脱硫烟气环保控制中建立吸收塔补水液位调节模型算法。

在原设计手动补水方式的基础上增加自动补水功能。高温烟气进入吸收塔反应后由于冷却和饱和作用会带走一部分水，使得浆液变稠，脱硫吸收效果变差。这部分损失掉的水，通过吸收塔上部的除雾器冲洗系统进行补充。当脱硫塔的液位低限报警时，打开除雾器冲洗管路上的电磁阀，向塔内补充工艺水以保持塔内液位在一定范围内；当脱硫塔的液位低于低限时，停运塔底搅拌机和氧化风机；当脱硫塔的液位低于低低限时，停运循环泵和排浆泵。除雾器冲洗系统由18个电磁阀组成，每组5个，共三组两级。每组下级除雾器的下面设有3个冲洗喷嘴，正常运行时下层除雾器的底面和顶面，上层除雾器的底面自动按程序轮流清洗各区域，它们是按一定的顺序轮流开关，两个工艺相邻阀门之间的开启间隔时间则是依据吸收塔液位来进行调节，吸收塔液位安装有3个不同角度位置，可以随意选取参考、取平均值或取单一数值，液位计选型为罗斯蒙特（Rosemount）公司的超声波3100型号。

在宣钢烧结脱硫项目的吸收塔液位调节算法中，有两种补水办法：

第一种手动补水，即人工设定补水时间和补水间隔（两个时间有最大值公约数，即除雾器补水一个周期60 s），除雾器按照程序自动运行；

第二种就是自动补水，理想状态就是烟气所带走的水量等于每次冲洗所能补充的水量。为了实现此PID补偿器控制策略功能，设计了2个调节方式：a.首先是将吸收塔除雾器冲洗阀每次开阀冲洗的时间设定为常数180 s，主要调节吸收塔除雾器两次冲洗的时间间隔，冲洗时间间隔随着烟气流入量的抬升或下降按百分比率波动而等比例逆向变化，即烟气高时，间隔缩短；烟气低时，间隔拉长。b.当实际液位离设定标准液位有较大偏差时，为了更好的迅速调节液位，增加了一个阈函数，意在使液位能够尽快地收敛到设定值附近。在宣钢烧结脱硫项目系统中，其基本原理是当吸收塔实际液位高于预先设定液位的偏差阈值时，吸收塔开阀冲洗周期180 s将调节为120 s，促使调节往收敛方向加速发展。液位偏差小于阈值时，开阀冲洗周期180 s将调节为300 s，当实际液位减设定液位绝对值在偏差阈值内时，冲洗周期不变，仍为180 s，这样就能尽量减少除雾器冲洗喷嘴两次冲洗的时间间隔的波动，能很好的控制吸收塔液位，补水效果得到很大改善。

2）脱硫烟气环保控制系统烧结机温度闭环调节的应用。

烧结机温度控制的好坏对脱硫烟气环保控制的效果的影响至关重要，适宜的烧结机温度控制能够激发脱硫剂的活性，形成均匀的雾化水雾落在脱硫剂颗粒表面，充分反应脱硫。宣钢烧结机脱硫烟气环保温度控制采用控制加热器的模式，利用加热器温度调节算法，实现高频电源出口温度控制的闭环调节，当反馈温度达不到设定温度时进行温度补偿，当反馈温度超过设定温度是加热器可控硅进行调节。

在具体控制过程中设置在低于适宜温度时，控制脱硫剂不能加水，达不到脱硫效果，甚至还可能导致脱硫剂结块，体密度增加，造成提升机电流增加等不利情况。有时使烧结废气中的水蒸汽在脱硫过程中由于温降结露而使灰尘粘附在脱硫布袋除尘器的布袋上，造成压差升高脱硫困难。大烟道温度高会造成脱硫塔内部生石灰脱硫剂中的水分过快蒸发，使脱硫反应时间变短，影响脱硫效果。宣钢烧结机脱硫烟气环保温度控制的实践中，烧结机温度闭环调节，采用PID调节方法，将温度控制在100 ℃至130 ℃之间。因为当烧结废气的温度高于100 ℃时，废气中的水分基本上不会结露析出，但废气温度超过120 ℃又会使脱硫效率变差。由于烧结机废气从大烟道到脱硫系统基本上有20 ℃温降，因此根据生产经验将烧结机烟道温度控制在120～140 ℃较为合适，该措施提高脱硫效率3%以上。

1.2    脱硫烟气环保控制系统双控智能清洗除雾器顺序冲洗实现

1）脱硫烟气环保控制系统冲洗阀冲洗顺控。

由于除雾器的工艺原理，在烟气通过除雾器管道的过程中会导致烟气中携带的水分、溶解的硫酸、硫酸盐、烟尘等不断的在除雾器管道上积累、叠加，导致除雾器工作效率的下降。

针对除雾器叶片上污垢积累导致工作效率下降的问题，对除雾器冲洗系统进行设备改造、控制方式调整、冲洗顺序调整等方面的优化改造。

通过对除雾器系统工艺原理研究后，决定对于除雾器冲洗系统进行设备优化改造。

第一，将原有的冲洗系统进行分组分层改造。将原有的36个冲洗阀分两组控制，第一组12个冲洗阀。第二组24个冲洗阀，同时将24个冲洗阀分为两层，并将每一组冲洗阀按照6个一小组安装一个集水器。改造后，除雾器的喷淋水在喷淋过程中，保持每一个集水槽只收集本小组喷淋管的水量，确保及时排出喷淋水，防止喷淋水把本小组的冲洗水流到下一层的除雾器叶片上。减少低层除雾器叶片污垢的堆积。

第二，考虑到底层除雾器叶片上的固体物质包括新生成的固体物质和上层上一个循环冲洗下的固体物质，因此，对于冲洗水的冲洗方式及顺序进行调整。首先，用低压水进行冲洗，除去除雾器叶片粘附的酸性沉积物，水冲洗可以冲走大量的酸性物。然后进行高压水冲洗，冲洗长期积累下来的、不能通过低压水清除的黏附物。其次，对除雾器冲洗阀的冲洗顺序进行调整。冲洗顺序由原先的先上部到下部冲洗，改为从下部到上部的冲洗顺序。

2）脱硫烟气环保控制系统除雾器冲洗阀自主控制。

除雾器冲洗系统应能够对除雾器进行全面冲洗，不能有未冲洗到的表面。冲洗水的压力应进行监视和控制，冲洗水母管的布置应能使每个喷嘴基本运行在平均水压。改造前是使用40个冲洗阀顺序冲洗，出现问题：a.冲洗效果不好，没有重点冲洗，设定时间一样。b.阀体太多，成本比较高。c.顺序冲洗，如果一个阀体出现问题，或者没有接受到开关到位信号就会影响冲洗顺序实现。d.水压问题，阀体大多水压不够。现在增加高频电源电场除尘设备，修改程序为上下两层冲洗，分顶部冲洗四个阀和底部冲洗12个阀，很大程度的减少了冲洗阀的用量，节约了成本。通过计数器功能，时间块功能实现顺序控制。时间控制能实现阀体故障的跳跃功能，当一个阀体出现故障没有排除的情况下，实现对下一个阀体的时间触发功能，节约时间，保证冲洗效果和除尘效果。

3）脱硫烟气环保控制系统快速报警和及时预警应用。

对各类报警状态的研判作出功能定义，缩短运行人员进行综合判断的时间，通过正向的正确引导和反向的提醒限制，达到及时消除异常、防止事故扩大和减少事故的目的。将重点监控阀组（如煤气切断阀、拉杆阀、冷风阀）的开关命令输出后，现场阀组反馈回的到位信号和命令的逻辑运算结果的时间值作为阀组开关故障报警实现报警快速定位，快速报警适用于大部分的设备启停状态的数字点报警。事故预警报警逻辑为，当采集到脱硫现场实时系统新的数据时，将每个新数据和报警定值进行测试比较，然后决定综合的报警状态集。这种方式既适合单点报警，也适合比较复杂的逻辑组合报警。比较的输出包括高报、低报、高高报、低低报等，报警和预警的思路一致，充分利用实时数据库的强大功能，建立颜色分级预警体系促进脱硫烟气的安全稳定高效运行。

4）脱硫烟气环保控制自动延时故障反馈控制实现。

在启动的对列块前增加一个时间选择的块，对列是根据时间来自动发出启动设备的命令的，通过对这个时间控制来准确的判断要启动的设备的启动时间，这个功能块是通过设备的运行反馈来判断这个设备是否运行，从而赋值0S还是正常的启动时间。在线状态可以直接在对列块的时间里看到要赋值的时间是多少。这样就可以跳过正在运行设备去启动上游的设备。运行反馈都可以加3 s左右的延时关功能，可以避免因运行闪断造成停机的现象。

2    改造效果

脱硫烟气环保控制系统改造完毕后，全面投入使用，降低烟气中氮、烟尘、酸雾、水滴、气溶胶、臭味、PM2.5等有害物质的含量，确保脱硫塔排放的烟气符合国家环保标准；报警信号的整合、快速报警点位及预报警功能实现，处理，为生产的稳定提供了可靠保障。2020年3月脱硫湿电除尘自控系统改造完毕，全面投入使用，降低烟气中氮、烟尘、酸雾、水滴、气溶胶、臭味、PM2.5等有害物质的含量，确保脱硫塔排放的烟气符合国家环保标准；报警信号的整合、快速报警点位及预报警功能实现，方便了维修人员对故障原因查找及岗位人员对设备隐患的提前预知处理，为生产的稳定提供了可靠保障。

按烟气排放影响烧结机停机率减少90%计算，即每年减少30 h计算，年净效益为：一台烧结机每年的效益为一台360 m2烧结机产量11 500 t/d÷24 h×30 h×停机损失0.004万元/t=57.5万元/a。2019年3月以后，本次改造项目逐步在宣钢三台烧结机投入运行。三台烧结机每年的效益为57.5万元/a× 3台=172.5万元。

3    结    语

脱硫烟气环保控制系统完成至今，自动化运行率达到99.7%，是宣钢大型烧结机、球团稳定运行，实现宣钢大型化、集约化的有力保障，为烧结矿的品质和产量提高打下了夯实的基础。该项目的改造成功，对宣钢烧结、球团脱硫系统的稳定运行，起到了标杆和示范作用。其改造准备、改造方法、测量方法等在同行业中都具有很好的借鉴和推广价值。

参考文献

[1]    王春生，徐艳阳，曹卫华，等.烧结烟气脱硫塔顶温度前馈-反馈模糊控制策略[J].中南大学学报（自然科学版），2012，43（8）：3039-3045.

[2]    曹美杰，张海忠，肖连娟，等.冶金电厂烟气脱硫控制系统优化[J].河北冶金，2022（1）：73-78.