李勇

(中鋼集團天澄環(huán)保科技股份有限公司　武漢 430205)

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智能化煙氣多污染物治理系統(tǒng)的研發(fā)

李勇

(中鋼集團天澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰疚錆h 430205)

摘要電力、鋼鐵、化工等行業(yè)，是我國能源消耗大戶，也是生態(tài)環(huán)境的最主要污染源。針對上述行業(yè)，以煙塵、SO2、NOX等主要污染物為重點控制對象，研發(fā)智能化煙氣多污染物治理系統(tǒng)；同時，通過提升環(huán)保治理裝置的智能化水平，改善運行性能，節(jié)能降耗。運用系統(tǒng)智能化技術(shù)，達到多污染物協(xié)同治理，提高運行管理水平和應(yīng)對波動的響應(yīng)能力，提高核心工藝、核心設(shè)備的國產(chǎn)化率，突破國外廠商在高端智能化設(shè)備上的壟斷和封鎖，對整個環(huán)保產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。

關(guān)鍵詞能源消耗多污染治理節(jié)能降耗協(xié)同治理

0引言

當(dāng)前我國大氣污染形勢十分嚴(yán)峻，在傳統(tǒng)煤煙型污染尚未得到控制的情況下，以臭氧、細(xì)顆粒物(PM2.5)和酸雨為特征的區(qū)域性復(fù)合型大氣污染日益突出，區(qū)域內(nèi)空氣重污染現(xiàn)象大范圍同時出現(xiàn)的頻次日益增多，嚴(yán)重制約社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，威脅人民群眾身體健康。國務(wù)院在對“十二五”期間節(jié)能減排的工作安排中，對大氣污染的治理出臺了細(xì)致、嚴(yán)密的實施規(guī)劃，“十二五”期間國家將繼續(xù)加大對大氣污染治理的力度。國務(wù)院《智能制造科技發(fā)展“十二五”規(guī)劃》頒布出臺，對發(fā)展智能制造及提高我國工業(yè)信息化水平，實現(xiàn)我國從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變指明了發(fā)展方向。智能化煙氣多污染物治理系統(tǒng)正是以此為契機開展研究，借助智能制造的科技手段，推進信息化和工業(yè)化的融合，通過提高創(chuàng)新能力和科技附加值，促進污染治理裝備產(chǎn)業(yè)升級。隨著國家政策、社會經(jīng)濟等方面因素的發(fā)展進步，環(huán)境保護工作已經(jīng)從簡單的治理往更深層次的需求發(fā)展。環(huán)保設(shè)施的運行維護管理分散、污染源的排放信息依靠人工采樣進行，工作過程中協(xié)調(diào)多、匯報多、勞動強度大導(dǎo)致效率低。相關(guān)工作人員忙碌于日常工作，管理層不能隨時掌握污染物排放信息，而治污設(shè)施往往出現(xiàn)故障后才能發(fā)現(xiàn)。因此建立一套適合煙氣多污染物治理的信息管理系統(tǒng)是十分必要的。

1關(guān)鍵技術(shù)

本論文以智能化煙氣多污染物治理系統(tǒng)為研究課題，由多污染物收集系統(tǒng)、多污染物智能處理系統(tǒng)和智能化控制系統(tǒng)三大部分組成，根據(jù)現(xiàn)場智能感知儀表、智能單機設(shè)備、DCS自動化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能化專家系統(tǒng)、智能信息化設(shè)備管控系統(tǒng)等方面綜合集成實現(xiàn)智能化控制系統(tǒng)，完成智能感知功能、智能控制功能、控制優(yōu)化功能及智能管理功能。本文的關(guān)鍵技術(shù)如下。

1.1協(xié)同治理關(guān)鍵技術(shù)

污染物治理工藝，不僅要具有單體治理功能，還要在多污染物綜合治理系統(tǒng)中，各治理工藝相互作用達到協(xié)同治理污染效果，通過智能控制手段，充分利用協(xié)同脫除能力，避免相互消弱，達到綜合治理最佳的效果。

低壓脈沖袋式除塵技術(shù)具有較高的除塵效率，排放濃度低，對濕法脫硫工藝具有一定保護作用，F(xiàn)GD對其入口煙氣中的粉塵濃度有嚴(yán)格的要求，如果上游的除塵器因某種原因使其除塵效率有所下降，那么將可能導(dǎo)致漿液中毒，石膏脫水困難，廢水量增加和設(shè)備磨損等問題。情況嚴(yán)重時不僅會影響濕法FGD的脫硫副產(chǎn)物的質(zhì)量，而且還會影響濕法FGD中一些主要設(shè)備和部件的使用壽命，例如漿液循環(huán)泵、循環(huán)漿液管道和閥門、水力旋流器等。本文通過智能監(jiān)測系統(tǒng)的實時監(jiān)測，及時反映粉塵排放濃度的數(shù)據(jù)，采取相關(guān)的檢查檢漏措施，可有效控制粉塵的排放濃度，從而保證脫硫系統(tǒng)的正常運行。此外，低壓脈沖袋式除塵在脫除細(xì)粉塵(PM10、PM2.5)方面，具有顯著的優(yōu)勢，是目前治理PM2.5的重要手段。同時由于部分細(xì)顆粒上富集了大量的汞，袋式除塵器還能去除煙氣重金屬汞。研究數(shù)據(jù)表明袋式除塵器的平均汞脫除效率為58%。

SCR系統(tǒng)產(chǎn)生的SO3還會與脫硝還原劑氨反應(yīng)生成(NH4)2SO4和NH4HSO4，而硫酸氫氨在后續(xù)的中溫和低溫段的溫度區(qū)間內(nèi)具有很強的粘性，造成大量灰分沉降在金屬表面，引起鍋爐空氣預(yù)熱器和除塵器堵塞和積灰。智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置了氨逃逸的專門檢查裝置，通過對測試數(shù)據(jù)的記錄，可及時控制系統(tǒng)噴氨量，從而減少(NH4)2SO4和NH4HSO4的生成，避免對后續(xù)設(shè)備造成的負(fù)面影響。

處理工藝中任何設(shè)備的阻力變化，都會對綜合系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生一定的影響。如鍋爐空預(yù)器因(NH4)2SO4和NH4HSO4的沉積阻力增加，或布袋除塵器的阻力增加，GGH煙氣再熱裝置、脫硫塔除霧器也會因灰塵堵塞阻力增加，會使生產(chǎn)系統(tǒng)風(fēng)機風(fēng)量減少，導(dǎo)致生產(chǎn)工藝負(fù)荷降低，產(chǎn)量下降，并直接影響脫硫風(fēng)機的出力前移，造成脫硫系統(tǒng)動力不足，煙囪排氣不暢，擴散效果下降，嚴(yán)重時煙氣流速降低，煙道粉塵沉降。智能控制系統(tǒng)，通過測試易造成系統(tǒng)阻力增加設(shè)備的壓差和系統(tǒng)不同位置的壓力顯示值，及時進行清灰操作，保證多污染物綜合治理系統(tǒng)穩(wěn)定正常運轉(zhuǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1　智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2節(jié)能降耗關(guān)鍵技術(shù)

該系統(tǒng)通過提升各污染物單體治理裝置的自動化水平，建立了良好的自動化基礎(chǔ)，同時集成化、統(tǒng)一化管理多污染物控制系統(tǒng)，充分利用協(xié)同脫除能力，發(fā)揮相互之間的正面互補作用，避免干涉消弱影響，在達到最佳綜合治理效果的同時，可有效降低污染物治理裝置的平均能耗。

主要技術(shù)措施包括：采用智能噴吹控制系統(tǒng)，通過對除塵設(shè)備壓力壓差的實時監(jiān)測，采取適度清灰、定時噴吹、定壓差噴吹、跳躍噴吹等多種控制程序，可使設(shè)備運行阻力控制在1 200 Pa，較普通袋式除塵器低300 Pa。通過優(yōu)化設(shè)計吸收塔尺寸，實時監(jiān)測除霧器阻力變化，自動控制噴淋清灰等措施，脫硫塔阻力較其他塔型阻力降低200～300 Pa。對脫硝反應(yīng)器采取合理的氣流分布設(shè)計，實時監(jiān)測阻力變化值，及時進行清灰程序，有效降低反應(yīng)器的阻力較常規(guī)裝置200 Pa。

1.3智能專家系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

智能專家系統(tǒng)軟件是建立在智能感知、智能自動控制之上的，是以現(xiàn)場數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的智能化的計算機軟件系統(tǒng)(專家系統(tǒng))，屬于人工智能范疇，將鋼鐵領(lǐng)域?qū)＜业闹R、經(jīng)驗加以總結(jié)，形成規(guī)則，存入計算機，建立知識庫，然后采用合適的控制策略，按輸入的原始數(shù)據(jù)進行推理、演繹、做出判斷和決策，其著重于解決處理實際問題。通過專家系統(tǒng)，輸入故障特點和原始數(shù)據(jù)，調(diào)用知識庫中的相應(yīng)知識，經(jīng)過推理、演繹、做出判斷和決策，反饋給操作人員。專家系統(tǒng)充分利用計算機高速度、大容量的優(yōu)勢，及時高效交流信息，提出判斷和決策，不受空間、時間和環(huán)境的影響。智能專家系統(tǒng)軟件的主要功能有控制優(yōu)化功能、專家診斷功能、事故預(yù)警功能、事故應(yīng)急處理功能、數(shù)據(jù)智能處理功能、二次開發(fā)等功能。

2系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

多污染物智能處理系統(tǒng)包括粉塵處理系統(tǒng)、SO2處理系統(tǒng)、NOX處理系統(tǒng)、脫除劑制備系統(tǒng)、副產(chǎn)品系統(tǒng)(灰、脫硫渣等綜合利用)。粉塵處理系統(tǒng)：高效低壓脈沖噴吹袋式除塵技術(shù)，采用袋式除塵的過濾原理技術(shù)，使含塵氣體得到凈化，排放濃度低，是滿足當(dāng)前新排放標(biāo)準(zhǔn)要求的首選除塵設(shè)備。SO2處理系統(tǒng)：采用高效低耗石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)，是當(dāng)今主流煙氣脫硫技術(shù)，占在建和已建脫硫系統(tǒng)的90%以上。NOX處理系統(tǒng)：采用選擇性催化還原法，在催化劑的作用下，利用還原劑來“有選擇性”地與煙氣中的NOX反應(yīng)并生成無毒無污染的N2和H2O。該技術(shù)對煙氣NOX控制效果十分顯著，技術(shù)較為成熟，目前已成為世界上應(yīng)用最多、最有成效的一種煙氣脫硝技術(shù)。上述處理系統(tǒng)中還包括脫除劑制備系統(tǒng)、副產(chǎn)物處理系統(tǒng)、公輔系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)。其中，脫除劑制備系統(tǒng)的主要用途是制備處理SO2、NOX等污染物的化學(xué)試劑。副產(chǎn)物處理系統(tǒng)主要包括除塵清灰的輸送、存儲，脫硫渣處理處置、輸送、存儲。智能控制系統(tǒng)是整體裝置的核心和心臟，檢測系統(tǒng)參數(shù)、分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)，最終通過電控系統(tǒng)執(zhí)行命令，使治理系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。

智能化煙氣多污染物治理系統(tǒng)是以現(xiàn)場智能感知儀表、智能單機設(shè)備、DCS自動化控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能化專家系統(tǒng)、智能信息化設(shè)備管控系統(tǒng)等方面綜合集成的多污染物智能化控制系統(tǒng)。智能化功能主要體現(xiàn)在智能感知功能、智能控制功能、控制優(yōu)化功能、智能管理功能等方面，主要結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2　智能化煙氣多污染物治理系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)

智能化煙氣多污染物治理系統(tǒng)軟件采用基于Web服務(wù)的BS(Browser/Server)架構(gòu)，即瀏覽器和服務(wù)器架構(gòu)。核心數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)功能模塊集中于后臺，客戶端采用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)頁瀏覽器。用戶工作界面通過WWW瀏覽器來實現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在前端(Browser)實現(xiàn)，主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端(Server)實現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)能大大簡化客戶端電腦載荷，減輕系統(tǒng)維護與升級的成本和工作量，降低用戶的總體成本。智能專家系統(tǒng)的硬件由Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、操作員終端構(gòu)成。智能專家系統(tǒng)的軟件采用.NET平臺，.NET平臺是Microsoft用以創(chuàng)建XML Web服務(wù)(下一代軟件)的平臺，該平臺將信息、設(shè)備和人以一種統(tǒng)一的、個性化的方式聯(lián)系起來。借助于.NET平臺，可以創(chuàng)建和使用基于XML的應(yīng)用程序、進程和 Web 站點以及服務(wù)，它們之間可以按設(shè)計在任何平臺或智能設(shè)備上共享和組合信息與功能，向單位和個人提供定制好的解決方案。本系統(tǒng)采用微軟.NET平臺和Visual Studio 2010集成開發(fā)工具，開發(fā)語言采用C#、ASP.NET，數(shù)據(jù)庫采用SQL SERVER 2012。

打開瀏覽器，在地址欄輸入服務(wù)器地址，打開登錄界面，在登錄界面中點擊右下角的“實時監(jiān)控”按鈕，可以打開遠(yuǎn)程監(jiān)控實時觀察現(xiàn)場生產(chǎn)情況。如果想登陸進入系統(tǒng)，在登錄界面中輸入用戶名、密碼

和驗證碼信息，點擊“登錄系統(tǒng)”按鈕，就進入到系統(tǒng)主界面，它是整個系統(tǒng)操作的平臺，該平臺上面是logo部分，左邊是菜單，右邊是工作區(qū)。

控制優(yōu)化系統(tǒng)以專家系統(tǒng)為基礎(chǔ)，借鑒專家系統(tǒng)的規(guī)則定義、推理機模型以及規(guī)則推理等模塊，增加數(shù)據(jù)智能采集功能對生產(chǎn)中各個系統(tǒng)之間的協(xié)同工作進行優(yōu)化，并實時為用戶提供優(yōu)化策略，改進生產(chǎn)流程。

3總結(jié)分析

該系統(tǒng)是以多污染物的脫除率達到或優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)能耗有效降低為目的，以多污染物綜合控制戰(zhàn)略和綜合管理為思想，結(jié)合智能儀表感知、DCS自動控制、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)及人工智能技術(shù)，在完善集成化自動控制的同時實現(xiàn)智能調(diào)度與管理、智能測量與診斷、決策和執(zhí)行，是信息自動化技術(shù)和智能技術(shù)與多污染物一體化控制戰(zhàn)略的融合與集成。其各項技術(shù)指標(biāo)均代表了節(jié)能環(huán)保行業(yè)的先進水平，與同行業(yè)其他系統(tǒng)相比，不同之處有以下幾點：①首次提出了多污染物智能控制的理念，改變了污染物單一控制的模式，從根本上提高了除塵、脫硫、脫硝的綜合治理效率，達到多污染物同步控制、統(tǒng)一治理的目的。②通過采用監(jiān)測壓差、智能控制噴吹等手段，粉塵排放濃度優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)要求，達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。③統(tǒng)一的智能控制系統(tǒng)，有效控制了處理工藝之間相互的負(fù)面影響作用，提升了系統(tǒng)智能化水平，顯著提高了系統(tǒng)的節(jié)能效果和穩(wěn)定運行率。④自主研發(fā)智能專家系統(tǒng)控制軟件，具有專家診斷功能、事故預(yù)警功能、事故應(yīng)急處理功能、數(shù)據(jù)智能處理功能等多種智能管理功能，與普通控制系統(tǒng)相比，實現(xiàn)了飛躍的發(fā)展。該系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅符合智能制造裝備自動化、集成化、信息化、綠色化的發(fā)展趨勢，同時是智能化理論與技術(shù)在節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)高端裝備和制造過程中的有效應(yīng)用，實現(xiàn)多污染物治理的智能化和信息化，優(yōu)化運行管理，提高生產(chǎn)效率，降低能源、資源消耗，在節(jié)能環(huán)保的多污染物治理領(lǐng)域具有重要示范作用。

作者簡介李勇，男，漢族，碩士，高級工程師，現(xiàn)主要從事工業(yè)自動化方面的工作及研究。

(收稿日期：2015-11-26)

Research and Development of Intelligent Systems on Multi-smog Pollutants Control

LI Yong

(SinosteelTianchengEnvironmentalProtectionScience&TechnologyCo.,Ltd.Wuhan430205)

AbstractPower, steel, chemical and other industries not only are the important energy consumption industries, but also the main enviornmental pollution sources. So in this paper, focused SO2, NOX and other major pollutants as control targets, the intelligent multi-smog pollutants control system is researched and developed. At the same time, the system realizes energy conservation by raising the intelligence level of the environmental management system and improving running performance. The intelligent system technologies are applied to achieve multi-pollution collaborative governance, improve operational management level to deal with volatility and promote core technology, that is, to break the monopoly and blockade of foreign manufacturers in the high intelligent devices, which is significant to the transformation and development of the entire environment protection industry.

Key Wordsenergy consumptionmore pollution governanceenergy conservationcollaborative governance