CN115253657B - 一种全烧煤气锅炉烟气脱硫效率提升控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全烧煤气锅炉烟气脱硫效率提升控制装置，所述控制装置包括加料仓，卸料阀，料斗，吸料管，研磨机，风机，送料管，喷射装置，烟道反应区，脱硫反应物输送管，布袋除尘器等，卸料阀通过管道与料斗连接，料斗的出料口加装螺旋输送机，螺旋输送机出口与研磨机进口相连，研磨机出口通过吸料管与风机连接，其中空气管道与研磨机的空气进口端连接，其中热风管道与吸料管联通安装，风机出口通过送料管与喷射装置连接，喷射装置的2组喷枪贯穿固定安装在烟道反应区的顶部；锅炉烟气管道直接与烟道反应区联通安装，烟道反应区的出口通过脱硫反应物输送管与布袋除尘器连接，最后布袋除尘器将脱硫后的烟气排至烟囱，将脱硫副产物外排。

Description

一种全烧煤气锅炉烟气脱硫效率提升控制装置

技术领域

本发明涉及一种控制装置，具体涉及一种全烧煤气锅炉烟气脱硫效率提升控制装置，属于电仪控制技术领域。

背景技术

目前，火电企业及钢铁企业超低排放要求越来越高，锅炉烟气SO₂含量与高炉煤气、焦炉煤气中的含硫量有关，当高炉使用外购焦量大时，锅炉烟气SO₂浓度经常突破100mg/m³，所以烟气脱硫装置的应用在火电企业应用也极为普遍。小苏打干法脱硫其工艺原理是：烟气自前端引出后进入脱硫专用烟道。在脱硫烟道内，磨制成粉状的小苏打与烟气充分接触，受热发生激活反应，变成多孔状的物质，然后通过化学反应吸收烟气中的SO_2，但是目前存在的问题是NaHCO3脱硫剂在输送管道受温差影响易结垢堵塞影响正常脱硫剂输送反应，同时由于输送管道管线较长，温度不够，NaHCO3脱硫剂热活化提前度不够，影响反应效率，最为不利的是在烟道反应区内，由于脱硫剂喷头安装位置固定受限，不能使脱硫剂与高温烟气充分混合交融进行化学反应，影响脱硫效果。

所以非常迫切有必要发明一种控制装置及方法解决脱硫剂在输送管结构堵塞，温度不够热活化程度不够，同时最主要解决脱硫反应区内脱硫剂与烟气不能充分混合的问题，最大程度上提高脱硫反应效率，满足环保生产的要求。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种全烧煤气锅炉烟气脱硫效率提升控制装置，该技术方案通过联动控制可自动调节脱硫反应剂喷射位置的喷枪装置，实现脱硫反应剂与高温烟气充分混合靶向喷射，提高脱硫效果。进一步通过送料管加装富氧热风，加强脱硫剂热活反应；通过悬浮托料，延长反应时间，增强反应效果。最终实现电厂锅炉排放二氧化硫排放浓度指标的环保达标。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种全烧煤气锅炉烟气脱硫效率提升控制装置，其特征在于，所述控制装置包括加料仓1，卸料阀2，料斗3，螺旋输送机4，吸料管5，研磨机6，风机7，送料管8，喷射装置9，烟道反应区10，脱硫反应物输送管11，布袋除尘器12，红外温度检测控制仪15，锅炉烟气管道16，热风管道17以及空气管道18，加料仓1底部出口加装卸料阀2，卸料阀2通过管道与料斗3连接，料斗3的出料口加装螺旋输送机4，螺旋输送机4出口与研磨机6进口相连，研磨机6出口通过吸料管5与风机7连接，其中空气管道18与研磨机6的空气进口端连接，其中热风管道17与吸料管5联通安装，风机7出口通过送料管8与喷射装置9连接，喷射装置9的2组喷枪贯穿固定安装在烟道反应区10的顶部；锅炉烟气管道16直接与烟道反应区10联通安装，烟道反应区10的出口通过脱硫反应物输送管11与布袋除尘器12连接，最后布袋除尘器12将脱硫后的烟气排至烟囱，将脱硫副产物外排。

其中，喷射装置9包括旋转喷枪组件、伸缩喷枪组件、红外温度探头13，红外温度探头14以及喷吹口组件，红外温度探头13与红外温度探头14分别安装在烟道反应区10上下各一侧，红外温度检测控制仪15与红外温度探头13及红外温度探头14通过控制线缆连接，旋转喷枪组件、伸缩喷枪组件均设置在烟道反应区10的顶部，喷吹口组件设置在烟道反应区10的底部。

其中，所述旋转喷枪组件包括旋转喷枪19，旋转齿轮20，驱动齿轮22，伺服电机23，接线端子24以及弧形喷嘴二37，其中旋转齿轮20嵌入固定安装在旋转喷枪19中间位置，伺服电机23驱动杆加装驱动齿轮22，驱动齿轮22与旋转齿轮20齿对齿配合安装，接线端子24安装在伺服电机23底部一侧，旋转喷枪19底部加装弧形喷嘴二37。

其中，旋转喷枪19与烟道反应区10的顶部一侧通过密封组件一21贯穿联通安装。

其中，所述伸缩喷枪组件包括伸缩喷枪25、固定连杆26，气动推进器28，气动定位器29，气源电控阀30，弧形喷嘴二34以及接线端子31，其中固定连杆26固定安装在伸缩喷枪25的中间位置，气动推进器28固定安装在伸缩喷枪25右侧，气动推进器28包含的气动推杆与固定连杆26刚性连接，气动定位器29通过气路管线与气动推进器28相连，气源电控阀30通过气路管线与气动定位器29输入口相连，接线端子31安装在气动定位器29底部一侧，伸缩喷枪25底部加装弧形喷嘴二34。

其中，伸缩喷枪25在烟道反应区10的顶部一侧通过密封组件二27贯穿联通安装。

其中，所述喷吹口组件包括喷吹口一33、喷吹口二35、喷吹口三36以及热风气源电控阀32，其中喷吹口一33、喷吹口二35、喷吹口三36依次安装在烟道反应区10的底部一侧，其中热风气源电控阀32通过气路管线与喷吹口一33，喷吹口二35，喷吹口三36联通。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，1）该技术方案通过引入富氧热风进入NaHCO3粉末输送管，使脱硫反应剂提前热活化，促进烟气脱硫效果最佳化，2）该方案设计的一种可自动调整喷射方向的脱硫剂喷枪，使脱硫剂跟踪烟气集中分布区域进行脱硫反应，提高脱硫效果，3）该方案设计的一种红外温度检测控制系统，通过烟气温度场定位分析，通过自动控制喷枪调整位置，实现脱硫剂与高温烟气充分交融反应，提高脱硫效果；4）该方案设计的一种悬浮托料装置，通过一定压力的热风将沉降在烟道底部没有完全反应的脱硫剂再一次悬浮托料，再次与烟气混合反应，提高反应效果和原料利用率。

附图说明

图1 为脱硫控制装置现场工艺布置图；

图2 为红外温度检测控制喷射装置原理图；

图3 为红外温度检测定位控制原理框图。

图中：1加料仓，2卸料阀，3料斗，4螺旋输送机，5吸料管，6研磨机，7风机，8送料管，9喷射装置，10烟道反应区，11脱硫反应物输送管，12布袋除尘器，13红外温度探头一，14红外温度探头二，15红外温度检测控制仪，16锅炉烟气管道，17热风管道，18空气管道，19旋转喷枪，20旋转齿轮，21密封组件一，22驱动齿轮，23伺服电机，24接线端子，25伸缩喷枪，26固定连杆，27密封组件二，28气动推进器，29气动定位器，30气源电控阀，31接线端子，32热风气源电控阀，33喷吹口一，34弧形喷嘴一，35喷吹口二，36喷吹口三，37弧形喷嘴二。

实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1，一种全烧煤气锅炉烟气脱硫效率提升控制装置，所述控制装置包括加料仓1，卸料阀2，料斗3，螺旋输送机4，吸料管5，研磨机6，风机7，送料管8，喷射装置9，烟道反应区10，脱硫反应物输送管11，布袋除尘器12，红外温度检测控制仪15，锅炉烟气管道16，热风管道17以及空气管道18，加料仓1底部出口加装卸料阀2，卸料阀2通过管道与料斗3连接，料斗3的出料口加装螺旋输送机4，螺旋输送机4出口与研磨机6进口相连，研磨机6出口通过吸料管5与风机7连接，其中空气管道18与研磨机6的空气进口端连接，其中热风管道17与吸料管5联通安装，风机7出口通过送料管8与喷射装置9连接，喷射装置9的2组喷枪贯穿固定安装在烟道反应区10的顶部；锅炉烟气管道16直接与烟道反应区10联通安装，烟道反应区10的出口通过脱硫反应物输送管11与布袋除尘器12连接，最后布袋除尘器12将脱硫后的烟气排至烟囱，将脱硫副产物外排。其中，喷射装置9包括旋转喷枪组件、伸缩喷枪组件、红外温度探头一13，红外温度探头二14以及喷吹口组件，红外温度探头一13与红外温度探头二14分别安装在烟道反应区10上下各一侧，红外温度检测控制仪15与红外温度探头一13及红外温度探头二14通过控制线缆连接，旋转喷枪组件、伸缩喷枪组件均设置在烟道反应区10的顶部，喷吹口组件设置在烟道反应区10的底部，其中，所述旋转喷枪组件包括旋转喷枪19，旋转齿轮20，驱动齿轮22，伺服电机23，接线端子24以及弧形喷嘴二37，其中旋转齿轮20嵌入固定安装在旋转喷枪19中间位置，伺服电机23驱动杆加装驱动齿轮22，驱动齿轮22与旋转齿轮20齿对齿配合安装，接线端子24安装在伺服电机23底部一侧，旋转喷枪19底部加装弧形喷嘴二37，其中，旋转喷枪19与烟道反应区10的顶部一侧通过密封组件一21贯穿联通安装；其中，所述伸缩喷枪组件包括伸缩喷枪25、固定连杆26，气动推进器28，气动定位器29，气源电控阀30，弧形喷嘴二34以及接线端子31，其中固定连杆26固定安装在伸缩喷枪25的中间位置，气动推进器28固定安装在伸缩喷枪25右侧，气动推进器28包含的气动推杆与固定连杆26刚性连接，气动定位器29通过气路管线与气动推进器28相连，气源电控阀30通过气路管线与气动定位器29输入口相连，接线端子31安装在气动定位器29底部一侧，伸缩喷枪25底部加装弧形喷嘴二34，其中，伸缩喷枪25在烟道反应区10的顶部一侧通过密封组件二27贯穿联通安装。其中，所述喷吹口组件包括喷吹口一33、喷吹口二35、喷吹口三36以及热风气源电控阀32，其中喷吹口一33、喷吹口二35、喷吹口三36依次安装在烟道反应区10的底部一侧，其中热风气源电控阀32通过气路管线与喷吹口一33、喷吹口二35、喷吹口三36联通。

如脱硫控制装置现场工艺布置图1所示，脱硫剂碳酸氢钠（NaHCO3）加入料仓，通过振打器振打均匀通过卸料阀后进入料斗，螺旋输送机将大颗粒的NaHCO3原料送至研磨机磨成粉末状再通过负压风机吸引通过送料管输送至锅炉烟道反应区，再进一步通过固定布置的喷枪将NaHCO3粉末喷射至烟道中与锅炉出口高温烟气进行化学脱硫反应，降低烟气中的SO2，实现环保达标排放的目的，反应后的含尘烟气进入布袋除尘器中除尘后通过烟囱外排，副产物外运回收利用。

如图3红外温度检测定位控制原理框图所示：布置在烟道反应区上下各一侧的红外温度探头实时检测烟道内高温烟气温度场集中分布区域，通过红外温度检测控制仪将温度信号进行计算分析，通过热成像分析定位判断出高温烟气在烟道内集中分布方位，DCS控制系统通过对烟道反应区内部上、下、左、右四个方位进行设定位置与温度检测定位信号进行比较输出，一路控制输出至气动定位器实现对喷枪的上下位移调节；一路控制输出至伺服电机实现对喷枪的左右旋转调节。成像分析定位控制原理说明：通过红外非接触式探测，将高温烟气辐射产生的红外能量（热量）加以信号处理，光电转换，将所测物体或介质的温度分布的图像转换成可视图像的设备。进一步转换成电信号，经过分析处理后，最终形成热辐射图像，温度越高，烟气越集中，所产生的红外热量越强，热成像就越集中显示。

该方案通过组合发明装置和控制技术的应用，实现自动高效脱硫。该方案突破了常规脱硫技术中，反应剂热活化不够的问题，在磨粉机出口和负压风机之间管道加装富氧热风进入其中，目的是反应剂得到充分的热活化反应后，与烟气脱硫更加彻底，效果更佳。同时在脱硫剂输送管道内提高一定温度可以实现NaHCO3粉末在送料管道中不易结垢的目的。NaHCO3粉末喷射装置固定安装在水平烟道一侧的技术，喷射方向不能调节，喷射位置与方向单一，无法与烟道中的高温烟气充分结合交融，达到充分反应的化学效果的问题。由于高温烟气在烟道反应区内流动方向不是均匀的，在烟道内部方向不均匀不规则流动，流动角度均不一。受限于原有技术的喷头位置固定，无法跟踪烟气流动与集中方位，造成脱硫反应效果差。本方案的有益之处在于通过对高温烟气在烟道反应区内的分布区域的温度场检测，并自动判断，定位烟气集中区，输出控制信号驱动喷枪调整喷射位置，最大程度上实现了脱硫剂与高温烟气的混合交融，提高反应效率，增强脱硫效果。利用伺服电机电动齿轮驱动喷射杆左右旋转角度，利用气动定位器控制气动推进器推杆再联动喷射杆上下位移角度调整。全方位立体控制喷射装置喷射方向。设计的红外温度检测控制装置，通过在水平烟道上下各一侧加装红外温度检测仪，其安装方向对准烟气流动方向，烟气集中分布，温度场变化，通过红外温度探测仪对烟气温度场集中的检测，烟气温度分布区域集中，则认为烟气密度最多的区域，高温烟气通过一定流速在水平烟道中不均匀流动，对应安装的红外探测仪通过温度测量，并分析烟气集中区域方位，理论上认为温度采集高温集中区域应该是与烟气分布集中区域对应。则控制系统通过温度采集，分析，判断并输出控制信号驱动喷射装置进行方向调整。该方案中在水平烟道底部加装的富氧热风悬浮托料技术，图2中的热风气源电控阀32，喷吹口一33、喷吹口二35、喷吹口三36组成。其中喷吹口一33、喷吹口二35、喷吹口三36依次安装在烟道反应区10的底部一侧，其中热风气源电控阀32通过气路管线与喷吹口一33、喷吹口二35、喷吹口三36联通。

当工艺需要悬浮托料控制时，热风气源电控阀32打开，将一定压力的富氧热风引入喷吹口一33、喷吹口二35、喷吹口三36中，通过喷吹将沉降在烟道底部的没有完全反应过的NaHCO3反应剂再次与烟气混合充分反应，充分提高脱硫效率。通过一定压力的热风将沉降在烟道底部没有完全反应的NaHCO3再一次悬浮托料，再次与烟气混合反应，提高反应效果和脱硫原料利用率，同时可以进一步延长反应时间，使脱硫反应更加充分。

工作过程：参照图1—图3，脱硫剂碳酸氢钠（NaHCO3）加入料仓，通过振打器振打均匀通过卸料阀后进入料斗，螺旋输送机将大颗粒的NaHCO3原料送至研磨机磨成粉末状再通过负压风机吸引通过送料管输送至锅炉烟道反应区，本方案包含的热风管道将一定压力温度的富氧热风引至磨粉机出口和负压风机之间管道中，使脱硫反应剂NaHCO3粉末得到充分的热活化反应，与烟气脱硫更加彻底，效果更佳。同时在送料管提高一定温度可以实现NaHCO3粉末在输送管道中不易结垢的目的。当锅炉出口高温烟气进入烟道反应区内，本方案布置的红外温度探头实时检测烟气温度分布场，通过红外温度检测控制仪将温度信号进行计算分析，通过热成像分析定位判断出高温烟气在烟道内集中分布方位，DCS控制系统通过对烟道反应区内部上、下、左、右四个方位进行设定位置与温度检测定位信号进行比较输出，当检测到烟道反应区内高温烟气分布在上部或者下部时，DCS控制系统输出控制信号至气动定位器实现对喷枪的上下位移调节；当检测到烟道反应区内高温烟气分布在左侧或者右侧时，DCS控制系统输出控制信号至伺服电机实现对喷枪的左右旋转调节。

通过对高温烟气在烟道反应区内的分布区域的温度场检测，并自动判断，定位，输出控制信号驱动喷枪调整喷射位置，最大程度上实现了脱硫剂与高温烟气的混合交融，提高反应效率，增强脱硫效果。通过在水平烟道反应区底部加装的富氧热风悬浮托料技术，利用一定压力的热风将沉降在烟道底部没有完全反应的NaHCO3再一次悬浮托料，再次与烟气混合反应，提高反应效果，和原料利用率，同时可以进一步延长反应时间，使脱硫反应更加充分。

综上所述，本方案通过发明的一种全新的提高煤气锅炉烟气脱硫效率提升技术装置，通过富氧热风防堵及提前热活催化装置，红外温度检测分析跟踪调节装置，可自动调节方向和位置的脱硫剂喷枪及悬浮托料技术装置的组合应用，实现了脱硫剂与高温烟气的混合交融，提高反应效率，增强脱硫效果。进一步提高脱硫原料利用率，延长反应时间，使脱硫反应更加充分。本方案对于火电及钢铁行业的环保生产，超低排放有一定的突破意义。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (4)

1.一种全烧煤气锅炉烟气脱硫效率提升控制装置，其特征在于，所述控制装置包括加料仓，卸料阀，料斗，螺旋输送机，吸料管，研磨机，风机，送料管，喷射装置，烟道反应区，脱硫反应物输送管，布袋除尘器，红外温度检测控制仪，锅炉烟气管道，热风管道以及空气管道，加料仓底部出口加装卸料阀，卸料阀通过管道与料斗连接，料斗的出料口加装螺旋输送机，螺旋输送机出口与研磨机进口相连，研磨机出口通过吸料管与风机连接，其中空气管道与研磨机的空气进口端连接，其中热风管道与吸料管联通安装，风机出口通过送料管与喷射装置连接，喷射装置的2组喷枪贯穿固定安装在烟道反应区的顶部；锅炉烟气管道直接与烟道反应区联通安装，烟道反应区的出口通过脱硫反应物输送管与布袋除尘器连接，最后布袋除尘器将脱硫后的烟气排至烟囱，将脱硫副产物外排，喷射装置包括旋转喷枪组件、伸缩喷枪组件、红外温度探头一，红外温度探头二以及喷吹口组件，红外温度探头一，红外温度探头二分别安装在烟道反应区上下各一侧，红外温度检测控制仪与红外温度探头一，红外温度探头二通过控制线缆连接，旋转喷枪组件、伸缩喷枪组件均设置在烟道反应区的顶部，喷吹口组件设置在烟道反应区的底部，所述旋转喷枪组件包括旋转喷枪，旋转齿轮，驱动齿轮，伺服电机，接线端子以及弧形喷嘴二，其中旋转齿轮嵌入固定安装在旋转喷枪中间位置，伺服电机驱动杆加装驱动齿轮，驱动齿轮与旋转齿轮齿对齿配合安装，接线端子安装在伺服电机底部一侧，旋转喷枪底部加装弧形喷嘴二，所述伸缩喷枪组件包括伸缩喷枪、固定连杆，气动推进器，气动定位器，气源电控阀，弧形喷嘴二以及接线端子，其中固定连杆固定安装在伸缩喷枪的中间位置，气动推进器固定安装在伸缩喷枪右侧，气动推进器包含的气动推杆与固定连杆刚性连接，气动定位器通过气路管线与气动推进器相连，气源电控阀通过气路管线与气动定位器输入口相连，接线端子安装在气动定位器底部一侧，伸缩喷枪底部加装弧形喷嘴二。

2.根据权利要求1所述的全烧煤气锅炉烟气脱硫效率提升控制装置，其特征在于，旋转喷枪与烟道反应区的顶部一侧通过密封组件一贯穿联通安装。

3.根据权利要求2所述的全烧煤气锅炉烟气脱硫效率提升控制装置，其特征在于，伸缩喷枪在烟道反应区的顶部一侧通过密封组件二贯穿联通安装。

4.根据权利要求3所述的全烧煤气锅炉烟气脱硫效率提升控制装置，其特征在于，所述喷吹口组件包括喷吹口一、喷吹口二、喷吹口三以及热风气源电控阀，其中喷吹口一、喷吹口二、喷吹口三依次安装在烟道反应区的底部一侧，其中热风气源电控阀通过气路管线与喷吹口一、喷吹口二、喷吹口三联通。