樊加樂

摘 要：隨著國(guó)家碳達(dá)峰碳中和政策的不斷發(fā)布，冶金行業(yè)對(duì)環(huán)保控制的要求越來(lái)越高。燒結(jié)和球團(tuán)生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣，實(shí)現(xiàn)環(huán)保排放是鋼鐵行業(yè)需要解決的重要課題。以宣鋼3號(hào)360 m2脫硫濕電除塵控制系統(tǒng)應(yīng)用為背景，闡述了吸收塔液位調(diào)節(jié)、加熱器溫度閉環(huán)控制、沖洗水系統(tǒng)控制優(yōu)化、系統(tǒng)快速報(bào)警和及時(shí)預(yù)警的優(yōu)化應(yīng)用等，為燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫排放符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)提供了可靠保障。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)機(jī)；煙氣脫硫；控制系統(tǒng)；預(yù)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

宣鋼3號(hào)360 m2燒結(jié)機(jī)煙氣系統(tǒng)采用石灰石-石膏法一機(jī)一塔設(shè)計(jì)方案，最終實(shí)現(xiàn)SO2排放濃度小于100 mg/Nm3，但實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中還存在一定的缺陷。為了落實(shí)國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求，減少煙氣中氮的排放，提升脫硫煙氣除塵的效果，煙氣系統(tǒng)增加了濕式電除塵及脫硝等設(shè)備。降低排放煙氣中的含氮、煙塵、酸霧、水滴、氣溶膠、臭味、PM2.5等有害物質(zhì)，達(dá)到治理大氣粉塵污染的理想效果。

1? ? 改造技術(shù)方案

從PLC硬件的CPU到軟件的編程，從上位機(jī)到下位機(jī)，從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到中間繼電器，從程序編寫到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，不斷地推進(jìn)脫硫環(huán)?？刂葡到y(tǒng)的完善，達(dá)到預(yù)期的除塵效果。

1.1? ? 脫硫煙氣環(huán)?？刂葡到y(tǒng)模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)控制應(yīng)用

宣鋼3號(hào)燒結(jié)脫硫原有設(shè)計(jì)中對(duì)溫度、流量、振動(dòng)、壓力、物位等關(guān)鍵模擬量控制系統(tǒng)都沒有實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)功能，導(dǎo)致控制操作環(huán)節(jié)和工藝參數(shù)控制掌握不精確、崗位人員勞動(dòng)強(qiáng)度高、石膏副產(chǎn)品質(zhì)量低等問題的出現(xiàn)。為此在使用傳統(tǒng)的PID控制基礎(chǔ)上增加模擬量控制數(shù)學(xué)模型，依托數(shù)學(xué)模型使得控制回路中各類控制參數(shù)在可控范圍內(nèi)，保證控制系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定控制，促進(jìn)環(huán)保排放的降低。

1）脫硫煙氣環(huán)保控制系統(tǒng)吸收塔液位調(diào)節(jié)控制模型應(yīng)用。

在宣鋼燒結(jié)機(jī)脫硫煙氣環(huán)?？刂浦薪⑽账a(bǔ)水液位調(diào)節(jié)模型算法。

在原設(shè)計(jì)手動(dòng)補(bǔ)水方式的基礎(chǔ)上增加自動(dòng)補(bǔ)水功能。高溫?zé)煔膺M(jìn)入吸收塔反應(yīng)后由于冷卻和飽和作用會(huì)帶走一部分水，使得漿液變稠，脫硫吸收效果變差。這部分損失掉的水，通過(guò)吸收塔上部的除霧器沖洗系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充。當(dāng)脫硫塔的液位低限報(bào)警時(shí)，打開除霧器沖洗管路上的電磁閥，向塔內(nèi)補(bǔ)充工藝水以保持塔內(nèi)液位在一定范圍內(nèi)；當(dāng)脫硫塔的液位低于低限時(shí)，停運(yùn)塔底攪拌機(jī)和氧化風(fēng)機(jī)；當(dāng)脫硫塔的液位低于低低限時(shí)，停運(yùn)循環(huán)泵和排漿泵。除霧器沖洗系統(tǒng)由18個(gè)電磁閥組成，每組5個(gè)，共三組兩級(jí)。每組下級(jí)除霧器的下面設(shè)有3個(gè)沖洗噴嘴，正常運(yùn)行時(shí)下層除霧器的底面和頂面，上層除霧器的底面自動(dòng)按程序輪流清洗各區(qū)域，它們是按一定的順序輪流開關(guān)，兩個(gè)工藝相鄰閥門之間的開啟間隔時(shí)間則是依據(jù)吸收塔液位來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，吸收塔液位安裝有3個(gè)不同角度位置，可以隨意選取參考、取平均值或取單一數(shù)值，液位計(jì)選型為羅斯蒙特（Rosemount）公司的超聲波3100型號(hào)。

在宣鋼燒結(jié)脫硫項(xiàng)目的吸收塔液位調(diào)節(jié)算法中，有兩種補(bǔ)水辦法：

第一種手動(dòng)補(bǔ)水，即人工設(shè)定補(bǔ)水時(shí)間和補(bǔ)水間隔（兩個(gè)時(shí)間有最大值公約數(shù)，即除霧器補(bǔ)水一個(gè)周期60 s），除霧器按照程序自動(dòng)運(yùn)行；

第二種就是自動(dòng)補(bǔ)水，理想狀態(tài)就是煙氣所帶走的水量等于每次沖洗所能補(bǔ)充的水量。為了實(shí)現(xiàn)此PID補(bǔ)償器控制策略功能，設(shè)計(jì)了2個(gè)調(diào)節(jié)方式：a.首先是將吸收塔除霧器沖洗閥每次開閥沖洗的時(shí)間設(shè)定為常數(shù)180 s，主要調(diào)節(jié)吸收塔除霧器兩次沖洗的時(shí)間間隔，沖洗時(shí)間間隔隨著煙氣流入量的抬升或下降按百分比率波動(dòng)而等比例逆向變化，即煙氣高時(shí)，間隔縮短；煙氣低時(shí)，間隔拉長(zhǎng)。b.當(dāng)實(shí)際液位離設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)液位有較大偏差時(shí)，為了更好的迅速調(diào)節(jié)液位，增加了一個(gè)閾函數(shù)，意在使液位能夠盡快地收斂到設(shè)定值附近。在宣鋼燒結(jié)脫硫項(xiàng)目系統(tǒng)中，其基本原理是當(dāng)吸收塔實(shí)際液位高于預(yù)先設(shè)定液位的偏差閾值時(shí)，吸收塔開閥沖洗周期180 s將調(diào)節(jié)為120 s，促使調(diào)節(jié)往收斂方向加速發(fā)展。液位偏差小于閾值時(shí)，開閥沖洗周期180 s將調(diào)節(jié)為300 s，當(dāng)實(shí)際液位減設(shè)定液位絕對(duì)值在偏差閾值內(nèi)時(shí)，沖洗周期不變，仍為180 s，這樣就能盡量減少除霧器沖洗噴嘴兩次沖洗的時(shí)間間隔的波動(dòng)，能很好的控制吸收塔液位，補(bǔ)水效果得到很大改善。

2）脫硫煙氣環(huán)?？刂葡到y(tǒng)燒結(jié)機(jī)溫度閉環(huán)調(diào)節(jié)的應(yīng)用。

燒結(jié)機(jī)溫度控制的好壞對(duì)脫硫煙氣環(huán)?？刂频男Ч挠绊懼陵P(guān)重要，適宜的燒結(jié)機(jī)溫度控制能夠激發(fā)脫硫劑的活性，形成均勻的霧化水霧落在脫硫劑顆粒表面，充分反應(yīng)脫硫。宣鋼燒結(jié)機(jī)脫硫煙氣環(huán)保溫度控制采用控制加熱器的模式，利用加熱器溫度調(diào)節(jié)算法，實(shí)現(xiàn)高頻電源出口溫度控制的閉環(huán)調(diào)節(jié)，當(dāng)反饋溫度達(dá)不到設(shè)定溫度時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，當(dāng)反饋溫度超過(guò)設(shè)定溫度是加熱器可控硅進(jìn)行調(diào)節(jié)。

在具體控制過(guò)程中設(shè)置在低于適宜溫度時(shí)，控制脫硫劑不能加水，達(dá)不到脫硫效果，甚至還可能導(dǎo)致脫硫劑結(jié)塊，體密度增加，造成提升機(jī)電流增加等不利情況。有時(shí)使燒結(jié)廢氣中的水蒸汽在脫硫過(guò)程中由于溫降結(jié)露而使灰塵粘附在脫硫布袋除塵器的布袋上，造成壓差升高脫硫困難。大煙道溫度高會(huì)造成脫硫塔內(nèi)部生石灰脫硫劑中的水分過(guò)快蒸發(fā)，使脫硫反應(yīng)時(shí)間變短，影響脫硫效果。宣鋼燒結(jié)機(jī)脫硫煙氣環(huán)保溫度控制的實(shí)踐中，燒結(jié)機(jī)溫度閉環(huán)調(diào)節(jié)，采用PID調(diào)節(jié)方法，將溫度控制在100 ℃至130 ℃之間。因?yàn)楫?dāng)燒結(jié)廢氣的溫度高于100 ℃時(shí)，廢氣中的水分基本上不會(huì)結(jié)露析出，但廢氣溫度超過(guò)120 ℃又會(huì)使脫硫效率變差。由于燒結(jié)機(jī)廢氣從大煙道到脫硫系統(tǒng)基本上有20 ℃溫降，因此根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)將燒結(jié)機(jī)煙道溫度控制在120～140 ℃較為合適，該措施提高脫硫效率3%以上。

1.2? ? 脫硫煙氣環(huán)?？刂葡到y(tǒng)雙控智能清洗除霧器順序沖洗實(shí)現(xiàn)

1）脫硫煙氣環(huán)?？刂葡到y(tǒng)沖洗閥沖洗順控。

由于除霧器的工藝原理，在煙氣通過(guò)除霧器管道的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致煙氣中攜帶的水分、溶解的硫酸、硫酸鹽、煙塵等不斷的在除霧器管道上積累、疊加，導(dǎo)致除霧器工作效率的下降。

針對(duì)除霧器葉片上污垢積累導(dǎo)致工作效率下降的問題，對(duì)除霧器沖洗系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備改造、控制方式調(diào)整、沖洗順序調(diào)整等方面的優(yōu)化改造。

通過(guò)對(duì)除霧器系統(tǒng)工藝原理研究后，決定對(duì)于除霧器沖洗系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化改造。

第一，將原有的沖洗系統(tǒng)進(jìn)行分組分層改造。將原有的36個(gè)沖洗閥分兩組控制，第一組12個(gè)沖洗閥。第二組24個(gè)沖洗閥，同時(shí)將24個(gè)沖洗閥分為兩層，并將每一組沖洗閥按照6個(gè)一小組安裝一個(gè)集水器。改造后，除霧器的噴淋水在噴淋過(guò)程中，保持每一個(gè)集水槽只收集本小組噴淋管的水量，確保及時(shí)排出噴淋水，防止噴淋水把本小組的沖洗水流到下一層的除霧器葉片上。減少低層除霧器葉片污垢的堆積。

第二，考慮到底層除霧器葉片上的固體物質(zhì)包括新生成的固體物質(zhì)和上層上一個(gè)循環(huán)沖洗下的固體物質(zhì)，因此，對(duì)于沖洗水的沖洗方式及順序進(jìn)行調(diào)整。首先，用低壓水進(jìn)行沖洗，除去除霧器葉片粘附的酸性沉積物，水沖洗可以沖走大量的酸性物。然后進(jìn)行高壓水沖洗，沖洗長(zhǎng)期積累下來(lái)的、不能通過(guò)低壓水清除的黏附物。其次，對(duì)除霧器沖洗閥的沖洗順序進(jìn)行調(diào)整。沖洗順序由原先的先上部到下部沖洗，改為從下部到上部的沖洗順序。

2）脫硫煙氣環(huán)?？刂葡到y(tǒng)除霧器沖洗閥自主控制。

除霧器沖洗系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)ΤF器進(jìn)行全面沖洗，不能有未沖洗到的表面。沖洗水的壓力應(yīng)進(jìn)行監(jiān)視和控制，沖洗水母管的布置應(yīng)能使每個(gè)噴嘴基本運(yùn)行在平均水壓。改造前是使用40個(gè)沖洗閥順序沖洗，出現(xiàn)問題：a.沖洗效果不好，沒有重點(diǎn)沖洗，設(shè)定時(shí)間一樣。b.閥體太多，成本比較高。c.順序沖洗，如果一個(gè)閥體出現(xiàn)問題，或者沒有接受到開關(guān)到位信號(hào)就會(huì)影響沖洗順序?qū)崿F(xiàn)。d.水壓?jiǎn)栴}，閥體大多水壓不夠。現(xiàn)在增加高頻電源電場(chǎng)除塵設(shè)備，修改程序?yàn)樯舷聝蓪記_洗，分頂部沖洗四個(gè)閥和底部沖洗12個(gè)閥，很大程度的減少了沖洗閥的用量，節(jié)約了成本。通過(guò)計(jì)數(shù)器功能，時(shí)間塊功能實(shí)現(xiàn)順序控制。時(shí)間控制能實(shí)現(xiàn)閥體故障的跳躍功能，當(dāng)一個(gè)閥體出現(xiàn)故障沒有排除的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)閥體的時(shí)間觸發(fā)功能，節(jié)約時(shí)間，保證沖洗效果和除塵效果。

3）脫硫煙氣環(huán)保控制系統(tǒng)快速報(bào)警和及時(shí)預(yù)警應(yīng)用。

對(duì)各類報(bào)警狀態(tài)的研判作出功能定義，縮短運(yùn)行人員進(jìn)行綜合判斷的時(shí)間，通過(guò)正向的正確引導(dǎo)和反向的提醒限制，達(dá)到及時(shí)消除異常、防止事故擴(kuò)大和減少事故的目的。將重點(diǎn)監(jiān)控閥組（如煤氣切斷閥、拉桿閥、冷風(fēng)閥）的開關(guān)命令輸出后，現(xiàn)場(chǎng)閥組反饋回的到位信號(hào)和命令的邏輯運(yùn)算結(jié)果的時(shí)間值作為閥組開關(guān)故障報(bào)警實(shí)現(xiàn)報(bào)警快速定位，快速報(bào)警適用于大部分的設(shè)備啟停狀態(tài)的數(shù)字點(diǎn)報(bào)警。事故預(yù)警報(bào)警邏輯為，當(dāng)采集到脫硫現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)新的數(shù)據(jù)時(shí)，將每個(gè)新數(shù)據(jù)和報(bào)警定值進(jìn)行測(cè)試比較，然后決定綜合的報(bào)警狀態(tài)集。這種方式既適合單點(diǎn)報(bào)警，也適合比較復(fù)雜的邏輯組合報(bào)警。比較的輸出包括高報(bào)、低報(bào)、高高報(bào)、低低報(bào)等，報(bào)警和預(yù)警的思路一致，充分利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的強(qiáng)大功能，建立顏色分級(jí)預(yù)警體系促進(jìn)脫硫煙氣的安全穩(wěn)定高效運(yùn)行。

4）脫硫煙氣環(huán)保控制自動(dòng)延時(shí)故障反饋控制實(shí)現(xiàn)。

在啟動(dòng)的對(duì)列塊前增加一個(gè)時(shí)間選擇的塊，對(duì)列是根據(jù)時(shí)間來(lái)自動(dòng)發(fā)出啟動(dòng)設(shè)備的命令的，通過(guò)對(duì)這個(gè)時(shí)間控制來(lái)準(zhǔn)確的判斷要啟動(dòng)的設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)間，這個(gè)功能塊是通過(guò)設(shè)備的運(yùn)行反饋來(lái)判斷這個(gè)設(shè)備是否運(yùn)行，從而賦值0S還是正常的啟動(dòng)時(shí)間。在線狀態(tài)可以直接在對(duì)列塊的時(shí)間里看到要賦值的時(shí)間是多少。這樣就可以跳過(guò)正在運(yùn)行設(shè)備去啟動(dòng)上游的設(shè)備。運(yùn)行反饋都可以加3 s左右的延時(shí)關(guān)功能，可以避免因運(yùn)行閃斷造成停機(jī)的現(xiàn)象。

2? ? 改造效果

脫硫煙氣環(huán)?？刂葡到y(tǒng)改造完畢后，全面投入使用，降低煙氣中氮、煙塵、酸霧、水滴、氣溶膠、臭味、PM2.5等有害物質(zhì)的含量，確保脫硫塔排放的煙氣符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；報(bào)警信號(hào)的整合、快速報(bào)警點(diǎn)位及預(yù)報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)，處理，為生產(chǎn)的穩(wěn)定提供了可靠保障。2020年3月脫硫濕電除塵自控系統(tǒng)改造完畢，全面投入使用，降低煙氣中氮、煙塵、酸霧、水滴、氣溶膠、臭味、PM2.5等有害物質(zhì)的含量，確保脫硫塔排放的煙氣符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；報(bào)警信號(hào)的整合、快速報(bào)警點(diǎn)位及預(yù)報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)，方便了維修人員對(duì)故障原因查找及崗位人員對(duì)設(shè)備隱患的提前預(yù)知處理，為生產(chǎn)的穩(wěn)定提供了可靠保障。

按煙氣排放影響燒結(jié)機(jī)停機(jī)率減少90%計(jì)算，即每年減少30 h計(jì)算，年凈效益為：一臺(tái)燒結(jié)機(jī)每年的效益為一臺(tái)360 m2燒結(jié)機(jī)產(chǎn)量11 500 t/d÷24 h×30 h×停機(jī)損失0.004萬(wàn)元/t=57.5萬(wàn)元/a。2019年3月以后，本次改造項(xiàng)目逐步在宣鋼三臺(tái)燒結(jié)機(jī)投入運(yùn)行。三臺(tái)燒結(jié)機(jī)每年的效益為57.5萬(wàn)元/a× 3臺(tái)=172.5萬(wàn)元。

3? ? 結(jié)? ? 語(yǔ)

脫硫煙氣環(huán)?？刂葡到y(tǒng)完成至今，自動(dòng)化運(yùn)行率達(dá)到99.7%，是宣鋼大型燒結(jié)機(jī)、球團(tuán)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)宣鋼大型化、集約化的有力保障，為燒結(jié)礦的品質(zhì)和產(chǎn)量提高打下了夯實(shí)的基礎(chǔ)。該項(xiàng)目的改造成功，對(duì)宣鋼燒結(jié)、球團(tuán)脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，起到了標(biāo)桿和示范作用。其改造準(zhǔn)備、改造方法、測(cè)量方法等在同行業(yè)中都具有很好的借鑒和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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