CN202838010U - 锅炉及炉窑湿法烟气脱硫dcs系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于工业炉窑烟气脱硫自动控制技术领域，是为满足工业现场烟气脱硫工艺要求及控制点分散的工况设计的一种湿法烟气脱硫的DCS(分布控制)系统。本实用新型提供了一种运行管理方便、适用于锅炉及炉窑湿法烟气脱硫系统″测量+记录+控制″的先进控制系统。包括监控与管理系统、浆液制备及投加系统、烟气监测系统、SO2吸收系统、pH自动检测及控制系统、石膏脱水系统、锅炉负荷监控。可实现对锅炉及炉窑湿法烟气脱硫处理系统进行控制、并实时记录脱硫设施主要设备运行和维护情况，符合国家环保部《锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》及《关于加强燃煤脱硫设施二氧化硫减排核查核算工作的通知》要求。

Description

锅炉及炉窑湿法烟气脱硫DCS系统

技术领域：

本实用新型属于环境工程烟气脱硫处理控制技术领域，更具体地说，是为满足工业现场烟气脱硫工艺要求及控制点分散的工况设计的一种锅炉及炉窑湿法烟气脱硫DCS(分布控制)系统。

背景技术：

燃煤烟气脱硫改造完成后，普遍由于脱硫配套的控制系统没有按《锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》设计，运行不稳定、频繁故障，切换到手动控制后，由于工作量及劳动强度大，存在随意或根本不投加脱硫剂，无法按工艺要求控制投碱量，甚至开启烟道旁路运行和脱硫设施无故停运，脱硫效果不稳定；脱硫设施投运后的监督管理技术不到位，缺乏与脱硫工程建设配套设施性能评价和运行管理系统。

为加强脱硫设施的运行、维护和管理，确保脱硫设施的正常运行，根据国家环保部《关于加强燃煤脱硫设施二氧化硫减排核查核算工作的通知》要求：需安装脱硫DCS系统，能自动检测和调整PH值、能自动配制及投加碱、石灰等脱硫药剂；记录脱硫设施主要设备运行和维护情况，机组负荷(或锅炉负荷)、烟气温度、烟气流量、增压风机电流和叶片升启度、氧化风机和密封风机电流、脱硫剂输送泵电流、烟气旁路开启度、脱硫岛PH值、碱液及石灰浆液投加量以及烟气进口和出口二氧化硫、烟尘、氮氧化物浓度以及旁路烟道的烟气温度和流量等参数；DCS系统要确保能随机调阅上述运行参数及趋势曲线，相关数据至少保存六个月以上。

由于脱硫设备工艺制点分散，距离较远；需要监控的参数多，电缆用量大、施工布线复杂、相互之间易干扰、脱硫系统可靠性差、故障频繁。

实用新型内容：

本实用新型就是针对上述问题，提供了一种运行管理方便、适用于锅炉及炉窑湿法烟气脱硫系统的″测量+记录+控制″分布控制系统。

为实现本实用新型的上述目的，本实用新型采用如下方案：

锅炉及炉窑湿法烟气脱硫DCS(分布式控制)系统：包括监控与管理系统、浆液制备及投加系统、烟气监测系统、SO2吸收系统、PH自动检测及控制系统、石膏脱水系统、锅炉负荷监控；

监控与管理系统的一端经由互联网或GPR与环保远程计算机相连，可以实现环保远程监测、能随机调阅运行参数及趋势曲线。

监控与管理系统由数据采集、模拟量控制、顺序控制组成；可以实现数据采集、分析、处理；完成模拟量控制、顺序控制。

监控与管理系统通过数据服务器采集pH值、SO2浓度、增压风机电流、氧化风机电流、循环泵电流、机组负荷。

浆液制备及投加系统由流量计、密度计、料位传感器、液位传感器、下料机、搅拌机和浆液泵组成。

烟气监测系统由压力变送器、差压变送器和温度变送器组成。

SO2吸收系统由浆液循环泵、氧化风机、除雾器反冲和浆液密度计组成。

PH自动检测及控制系统由pH计、碱液泵、烟气进塔SO2浓度变送器、烟气压力变送器、烟气流量变送器、烟气温度变送器、烟气余氧含量变送器组成。

石膏脱水系统由石膏浆液排出泵和石膏真空皮带脱水机组成。

锅炉负荷监控由炉膛压力信号变送器和机组负荷变送器组成。

本实用新型能完成脱硫工艺系统各项测量及控制功能的完善的自动控制DCS系统，系统规模可根据工艺要求调整。

锅炉及炉窑湿法烟气脱硫的分布控制系统的控制方法：

由于烟气流量、烟气温度、SO2浓度、液气比、钙硫比和脱硫液的PH值会对脱硫效率产生影响，需要对FGD系统运行过程的热工参数自动检测与控制，电气设备的启停实现自动控制。本实用新型能完成对现场的流量、压力、PH值、温度、电流、料位等模拟量信号、电机开、停，上、下料位等开关量信号的采集和控制，并在现场控制柜内完成信号处理、顺序控制和故障诊断等，并能将采集到的参数进行处理后再通过通信电缆传递给中控室主机。

浆液制备及PH值自动控制：

自动浆液制备及PH控制系统包含料仓料位监测、下料机控制、搅拌机控制、工艺水进水阀控制、液位监测、流量监测、密度监测、PH监测、浆液泵控制等；浆液制备系统依据检测的浆液罐中液位信号，采用单回路闭环控制系统进行石灰乳浆液及浆液制备控制，浆液的浓度控制是通过下料机及进水阀保持石灰给料量和工艺水的流量的比率恒定来实现的，可以是开环方式控制浆液的浓度、也可以依据浆罐上的密度计检测的浆液浓度，来实现闭环控制。

由于烟气量与烟气中SO2的浓度，还有浆液的浓度和供给量变化引起脱硫塔浆液PH值变化或波动，脱硫过程非线性特性，PH值响应存在时滞性及负反馈振荡，人工操作或采用传统的控制技术进行PH值的控制是非常困难的，PH值波动较大，降低脱硫效率，浪费脱硫药剂；为了提高脱硫效率，减轻繁重的人工加碱操作，通过PH值自动控制系统使反馈的PH测量值始终跟踪PH设定值的轨迹，自适应调整加碱量输出使PH偏差值最小，准确控制石灰乳液及碱液给入量，适应非线性及滞后性、时变性脱硫系统加碱的要求，可以自动调节脱硫剂PH值，防止PH值震荡。

SO2吸收控制：

采用锅炉烟气量、烟气中SO2的浓度及实时检测的脱硫塔出口PH值作为控制系统的前馈信号，调节输入脱硫塔的浆液流量，在保证脱硫效率的前提下，降低钙硫比使脱硫系统优化运行；由于锅炉的负荷随生产需要而变化，因而烟气流量不恒定，脱硫系统液气比及石灰供应量和氢氧化钠补给量，在锅炉负荷变动时自动予以调节。

增压风机入口压力控制：

在FGD(湿法烟气脱硫)烟气系统中，增压风机压力(流量)闭环控制回路，采用锅炉负荷作为控制系统的前馈信号，采用增压风机入口烟道压力测量值作为反馈信号，将压力测量值与不同锅炉负荷下的设定值进行比较，得到的差值信号与锅炉负荷信号相叠加，前馈与反馈控制共同作用产生一个调节信号，保持增压风机入口压力的稳定。

循环池液位控制：

由于浆液中水分蒸发和烟气携带水分，需要向循环池内补充工艺水，以维持脱硫系统的水平衡；循环池液位控制系统的被调量为循环池液位、调节量为输入循环池的工艺水流量，通过控制除雾器冲洗来实现补水方式，循环池液位控制系统为闭环控制系统。

石膏脱水控制：

通过密度计检测当浆液中石膏达到一定的过饱和度时，通过浆液泵送入石膏脱水系统，先经过旋流器脱水，使石膏的含水率降到40％，然后到真空皮带脱水机，使其含水率＜10％。

控制室内的监控和管理控制系统对整个系统进行监控和管理。记录脱硫设施主要设备运行和维护情况，机组负荷(或锅炉负荷)、烟气温度、烟气流量、增压风机电流和叶片升启度、氧化风机和密封风机电流、脱硫剂输送泵电流、烟气旁路开启度、脱硫岛PH值、碱液及石灰浆液投加量以及烟气进口和出口二氧化硫、烟尘、氮氧化物浓度以及旁路烟道的烟气温度和流量等参数；工作人员可对脱硫系统进行启/停控制、对系统的正常运行进行监视和调整、对异常与事故工况进行处理，保证系统正常运行。

本实用新型检测的参数为：石灰及碱仓料位；沉淀池、脱硫塔、浆液PH值检测；引风机出口烟气压力、温度、流量、引风机动叶开度信号；进脱硫塔浆液流量；进出脱硫塔烟气压力，石灰乳密度、石灰乳液及碱液供给流量；石灰乳浆液池、沉淀池液位；石膏浆液PH值、密度检测、浆液液位；氧化风机出口压力；引风机、氧化风机、脱硫泵电量测量；旁路挡板状态信号、旁路出口烟气压力、温度、流量；锅炉负荷信号、炉膛压力信号、烟气氧含量。

本实用新型的有益效果：

采用本实用新型，由于控制与数据采集现场化，能够节省大量控制电缆，布线简单；提高了系统的抗干扰能力及可靠性，降低了投资、安装和维护费用，脱硫DCS系统采用分布式控制，任何设备的损坏都不影响整个系统的运行。

本实用新型实现了整个烟气脱硫过程及运行工况的监测与控制，能够根据现场监测数据完成对脱硫过程的自动控制，提高了热工自动化系统的设计水平，体现了整个脱硫系统的科技含量。

本实用新型能够保证工艺系统的安全、正常运行，提高脱硫机组的自动化水平，维持主要参数正常运行；通过自动化改造，优化脱硫工艺，有效地降低了脱硫剂的消耗，节约资源，提高脱硫效率，减少操作人员的不当操作，降低运行人员劳动强度。

本实用新型可以实现环保部门对脱硫设施运行工况的监控，对脱硫设施的运行过程和运行结果进行实时监控，可以实现从“末端监控”到“全过程监控”的转变，系统对脱硫设施的实时监控数据和运行状态数据进行采集、传输、存储、分析和统计，对脱硫系统运行异常进行实时预警、处置和汇总，为总量控制、减排核查、排污费核征和环境监察提供可靠的数据基础和有效的技术平台，实现脱硫设施运行的远程核查和状况分析。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为实施例1的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式：

实施例1

本实施案例脱硫系统(见图2)是2*35t/h循环流化床锅炉脱硫设施配套的DCS系统，已知基础技术参数：

本实施案例的2×105000m3/h烟气脱硫系统采用2台脱硫主塔、共用一套烟气脱硫DCS系统及电气系统，工作范围为烟气系统、循环系统、自动浆液配置及投加系统、仪表电气控制系统：

本实施案例烟气脱硫DCS系统通过高性能的工业CAN总线网络及分散控制处理单元、输入输出模件、通讯模块、电源模件、人机接口和过程控制软件等来完成对脱硫系统的控制；并保证烟气脱硫DCS系统硬件安全、可靠、先进。

本实施案例在控制室内布置有烟气脱硫DCS操作员站、打印机等；电气间内布置有中控主机、ABL-DCS-101-A型DCS控制柜、配电柜、动力柜、就地控制箱和ABL-PH-201脱硫除尘浆液制备及自动加碱系统。

本实施案例烟气脱硫DCS系统能实现对整个脱硫工艺系统的数据采集、控制、调节、报警、联锁、保护、报表等功能，并通过组态画面将工艺流程中各种工艺参数、设备运行状态显示在人机系统上。

本实施案例烟气脱硫DCS系统包括数据采集系统、模拟量控制系统、顺序控制系统、电气设备监控系统、事件顺序记录等：

控制系统功能：可按工艺要求自动配制所需浓度的石灰浆液及钠碱、并根据PH测量值自动计算并控制石灰乳及碱液投加量，实现自动监测及自动调节脱硫系统PH值；

数据采集系统功能：包括石灰、碱液、水的用量、运行事故等脱硫设施主要设备运行和维护情况记录；机组负荷(或锅炉负荷)、烟气温度、烟气流量、增压风机电流和叶片开启度、氧化风机和密封风机电流、脱硫剂输送泵电流、烟气旁路开启度、脱硫岛PH值，入口烟气参数、出口烟气参数记录；旁路烟道烟气温度和流量等参数参数及趋势曲线记录；采集数据至少保存六个月以上，脱硫DCS系统能随机调阅上述运行记录。

本实施案例脱硫DCS系统控制软件可实现：

实时监控：对整个工艺生产过程实现操作、设置、控制、显示、报警，最大限度地减少值守人员。

动态仿真：对工艺流程画面实现动态模拟显示，动态跟踪工艺参数，直观了解设备运行状况。

联锁、报警：对非正常的工艺参数和设备的运行状态声光报警，出现危险和异常状态对设备进行联锁保护。

电仪控制一体化：电气设备和工艺过程的控制由一个控制系统完成，提高系统的完整性和可靠性。

本实施案例脱硫DCS系统可以实现手动和自动切换，在非正常运行状态下，对每台泵和控制阀可以进行手动控制。

本实施案例就地设备与烟气脱硫DCS系统的硬接线接口信号采用4～20mA DC两线制传输，热电阻采用三线制，开关量信号为无源接点，信号接地统一在烟气脱硫DCS系统机柜侧，设备互换性好，维护方便。

本实施案例的仪表和控制设备的设置位置和数量根据2*35T锅炉烟气脱硫的实际需要，满足对整个脱硫系统进行远方监视、运行调整、事故处理和经济核算的要求。

本实施案例脱硫DCS系统一直运行稳定，脱硫DCS系统改造后经测定：格尔曼黑度在0.9级以下；烟气中SO2去除率实际达到了98％；SO2排放浓度稳定在150±10mg/Nm³，烟尘排放浓度28.5±5mg/Nm³。

Claims (10)

1.锅炉及炉窑湿法烟气脱硫DCS系统，其特征在于，包括监控与管理系统、浆液制备及投加系统、烟气监测系统、SO2吸收系统、PH自动检测及控制系统、石膏脱水系统、锅炉负荷监控。

2.根据权利要求1所述的锅炉及炉窑湿法烟气脱硫DCS系统，其特征在于，所述的监控与管理系统的一端经由互联网或GPR与环保远程计算机相连。

3.根据权利要求1所述的锅炉及炉窑湿法烟气脱硫DCS系统，其特征在于，监控与管理系统由数据采集、模拟量控制、顺序控制组成。

4.根据权利要求3所述的锅炉及炉窑湿法烟气脱硫DCS系统，其特征在于，监控与管理系统通过数据服务器采集PH值、SO₂浓度、增压风机电流、氧化风机电流、循环泵电流、机组负荷。

5.根据权利要求1所述的锅炉及炉窑湿法烟气脱硫DCS系统，其特征在于，所述的浆液制备及投加系统由流量计、密度计、料位传感器、液位传感器、下料机、搅拌机和浆液泵组成。

6.根据权利要求1所述的锅炉及炉窑湿法烟气脱硫DCS系统，其特征在于，所述的烟气监测系统由压力变送器、差压变送器和温度变送器组成。

7.根据权利要求1所述的锅炉及炉窑湿法烟气脱硫DCS系统，其特征在于，所述的SO₂吸收系统由浆液循环泵、氧化风机、除雾器反冲和浆液密度计组成。

8.根据权利要求1所述的锅炉及炉窑湿法烟气脱硫DCS系统，其特征在于，所述的PH自动检测及控制系统由PH计、碱液泵、烟气进塔SO₂浓度变送器、烟气压力变送器、烟气流量变送器、烟气温度变送器、烟气余氧含量变送器组成。

9.根据权利要求1所述的锅炉及炉窑湿法烟气脱硫DCS系统，其特征在于，所述的石膏脱水系统由石膏浆液排出泵和石膏真空皮带脱水机组成。

10.根据权利要求1所述的锅炉及炉窑湿法烟气脱硫DCS系统，其特征在于，所述的锅炉负荷监控由炉膛压力信号变送器和机组负荷变送器组成。

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