談鋁用陽極焙燒干式超凈控制系統(tǒng)設(shè)計

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摘要：文章介紹了基于循環(huán)化流化床的DSC-A50煙氣循環(huán)流化床干式超凈控制系統(tǒng)的設(shè)計，介紹了控制系統(tǒng)主要配置和關(guān)鍵控制回路設(shè)計。希望通過文章的介紹，可以為相關(guān)人士提供一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：鋁用陽極；焙燒；循環(huán)流化床；干式超凈；控制系統(tǒng)；回路

1工藝流程簡介

鋁用陽極主要原料為煅后石油焦和瀝青。原料經(jīng)過特定比例混合成型，在敞開式焙燒爐按設(shè)定的升溫曲線進(jìn)行高溫焙燒得到預(yù)焙陽極。有時原料中也會加入殘極。經(jīng)焙燒后的煙氣中含有粉塵、焦油、氟化物、SO2及NOX等污染氣體[1]。焙燒煙氣成分較為復(fù)雜，煙氣中包含的污染物組分多、粘結(jié)性強(qiáng)，且存在易發(fā)生著火等特點(diǎn)。其特殊的煙氣特性使得焙燒煙氣治理成為行業(yè)的難題。福建龍凈干法團(tuán)隊自主研發(fā)了基于循環(huán)化流化床的DSC-A50煙氣循環(huán)流化床干式超凈技術(shù)，并成功應(yīng)用于山東某鋁用陽極有限公司82kt/a陽極生產(chǎn)線。DSC-A50煙氣循環(huán)流化床工藝無需設(shè)置電捕除塵器。焙燒車間來的高溫?zé)煔馔ㄟ^煙道直接引至吸收塔。高溫?zé)煔馀c吸收劑、脫硫灰在吸收塔進(jìn)口段充分預(yù)混合，并完成吸收劑與HCL、HF的反應(yīng)。然后煙氣經(jīng)吸收塔文丘里管加速后進(jìn)入循環(huán)流化床床體。氣固兩相流機(jī)制極大強(qiáng)化了氣固間的傳質(zhì)與傳熱，從而保證循環(huán)流化床的高脫硫率和脫硝率。瀝青煙在循環(huán)流化床高密度床中被吸收劑吸附、補(bǔ)集后從而被脫除。凈化后的煙氣從吸收塔頂部側(cè)向排出進(jìn)入脫硫后布袋除塵器進(jìn)行除塵。除塵后的凈煙氣通過脫硫引風(fēng)機(jī)排往煙囪。工藝流程圖如圖1所示。

2控制系統(tǒng)主要配置

本項(xiàng)目控制系統(tǒng)采用浙江中控JX-300XP系統(tǒng)，軟件版本為AdvanTro-ProV2.7，設(shè)置一對冗余控制器，一臺工程師站和兩臺操作員站，網(wǎng)絡(luò)及電源系統(tǒng)冗余配置。

3控制系統(tǒng)程序設(shè)計

AdvanTro-Pro具有控制算法組態(tài)采用國際標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)圖形組態(tài)與語言組態(tài)的結(jié)合，功能強(qiáng)大[2]。本項(xiàng)目控制邏輯組態(tài)采用基于功能塊圖（FBD）的圖形化設(shè)計，自定義功能塊采用ST語言編寫和封裝，便于移植與應(yīng)用。焙燒煙氣控制系統(tǒng)根據(jù)工藝流程主要包含煙氣系統(tǒng)、吸收劑供應(yīng)系統(tǒng)、物料循環(huán)系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、布袋除塵系統(tǒng)、脫硫灰外排系統(tǒng)、COA脫硝系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等。本文簡要描述煙氣系統(tǒng)、物料循環(huán)系統(tǒng)和工藝水系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)及控制回路設(shè)計。

3.1煙氣系統(tǒng)

由于焙燒爐的工藝特點(diǎn)，焙燒爐在一個火焰周期結(jié)束后需進(jìn)行一次移爐操作。在移爐過程中存在環(huán)形煙道后匯總煙道壓力、煙氣溫度和煙氣量波動的情況，其中煙氣溫度伴隨移爐呈周期性變化。煙氣系統(tǒng)設(shè)計了兩個控制回路，一是吸收塔入口煙氣壓力控制回路，二是清潔煙氣再循環(huán)控制回路。由于沒有設(shè)置電捕除塵器，煙氣由焙燒爐環(huán)形煙道匯總煙道通過煙道直接接入吸收塔。沒有了電捕除塵器的緩沖，吸收塔入口壓力的波動將直接導(dǎo)致到環(huán)形煙道匯總煙道壓力的波動。倘若環(huán)形煙道匯總煙道壓力波動大，容易導(dǎo)致高溫?zé)霟岬奶畛淞蠌臓t墻縫抽入煙道，可能導(dǎo)致著火。吸收塔入口煙氣壓力控制回路采用常規(guī)PID控制回路，通過調(diào)整引風(fēng)機(jī)頻率來控制吸收塔入口壓力。吸收塔入口壓力控制與清潔煙氣再循環(huán)回路控制聯(lián)動，保證了吸收塔入口壓力的穩(wěn)定。清潔煙氣再循環(huán)控制回路根據(jù)吸收塔入口煙氣量的變化進(jìn)行自動調(diào)整。調(diào)整時若吸收塔入口壓力波動超過設(shè)定范圍，清潔煙氣再循環(huán)風(fēng)擋暫停調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整吸收塔入口煙氣量的同時保證吸收塔入口壓力的穩(wěn)定。為了盡快發(fā)現(xiàn)環(huán)形匯總煙道至吸收塔入口之間的煙道發(fā)生著火現(xiàn)象，本項(xiàng)目在焙燒車間至吸收塔入口的煙道設(shè)置多個關(guān)斷風(fēng)擋和煙氣溫度測量裝置。煙氣溫度測量裝置將檢測到的數(shù)值傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，控制系統(tǒng)通過判斷溫度變化率及溫度值，判斷煙道是否著火。當(dāng)系統(tǒng)判斷煙道著火時自動發(fā)出報警并自動滅火程序。

3.2物料循環(huán)系統(tǒng)

物料循環(huán)系統(tǒng)包括灰斗流化風(fēng)機(jī)、斜槽流化風(fēng)機(jī)和物料循環(huán)調(diào)節(jié)閥等。物料循環(huán)系統(tǒng)包含了吸收塔床層壓降控制回路。吸收塔床層壓降控制回路采用PID控制算法。PID具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和魯棒性好的顯著優(yōu)點(diǎn)。圖2為吸收塔床層壓降PID控制回路框圖。床層壓降反映了吸收塔內(nèi)物料顆粒的量，保持塔內(nèi)床層壓降的穩(wěn)定即維持吸收塔內(nèi)一定的物料顆粒濃度，保證煙氣中的污染物可以被顆粒中的吸收劑所吸收。由于吸收塔內(nèi)顆粒濃度無法直接測量，采用了簡單的軟測量技術(shù)。通過測量吸收塔進(jìn)出口的吸收塔總體壓降，然后減去僅僅由煙氣通過時吸收塔的壓降即空床壓降，從而間接測量出吸收塔床層壓降。吸收塔空床壓降采用煙氣流量-吸收塔空床壓降模型，模型參數(shù)通過現(xiàn)場整定。本項(xiàng)目吸收塔空床壓降模型曲線如圖3。系統(tǒng)投運(yùn)初期，移爐過程中排煙架抬起時焙燒爐出口匯總煙道壓力波動大，且煙氣量波動大，導(dǎo)致床層壓降波動大。通過規(guī)范移爐操作，調(diào)整清潔煙氣再循環(huán)控制回路參數(shù)，移爐過程中焙燒爐出口匯總煙道壓力波動減小，吸收塔床層壓降穩(wěn)定，確保了裝置的正常穩(wěn)定運(yùn)行（見圖4）。

3.3工藝水系統(tǒng)

敞開式焙燒爐的煙氣排煙溫度呈周期性變化，剛接上排煙罩時，由于火道溫度低，因此排煙溫度也低，到一個火焰周期（24~30h）結(jié)束時，火道溫度升到最高[3]，此時排煙溫度最高。本項(xiàng)目移爐前煙氣溫度達(dá)到最高，移爐后煙氣溫度迅速降低，移爐前后吸收塔入口煙氣溫度差值可達(dá)30℃。由于吸收塔入口煙氣溫度隨著移爐操作，呈周期性變化且溫差大。為適應(yīng)煙氣溫度波動，本項(xiàng)目吸收塔出口溫度控制采用設(shè)定值自動跟隨吸收塔入口煙氣溫度自動調(diào)整，調(diào)整噴入吸收塔的水量，保證了系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的溫度窗口（見圖5）。本項(xiàng)目經(jīng)過單調(diào)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)和168試運(yùn)行后，于2018年1月正式投運(yùn)。系統(tǒng)投運(yùn)后連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)環(huán)保比對，煙囪煙氣SO2、NOX和煙塵排放均達(dá)到超低排放指標(biāo)，排放濃度分別低于35mg/Nm3、50mg/Nm3和5mg/Nm3。針對焙燒煙氣特點(diǎn)開發(fā)的DSC-A50煙氣循環(huán)流化床干式超凈控制系統(tǒng)在保障煙氣凈化裝置穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

4結(jié)束語

隨著國家對鋁工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，河南省等地方也了《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿），2021年1月1日起，所有位于河南省轄市建成區(qū)的鋁工業(yè)企業(yè)的所有生產(chǎn)工序，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50mg/Nm3。DSC-A50煙氣循環(huán)流化床干式超凈技術(shù)將會得到越來越多的應(yīng)用。本文開展了DSC-A50煙氣循環(huán)流化床干式超凈控制系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用研究。針對焙燒煙氣量和溫度變化大的工況，實(shí)現(xiàn)了煙氣量和吸收塔出口溫度在自動控制，提高了系統(tǒng)的自動化水平；針對焙燒煙氣著火進(jìn)行了初步研究，為DSC-A50煙氣循環(huán)流化床干式超凈控制系統(tǒng)設(shè)計積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃糧成.陽極焙燒爐煙氣成分分析及防治[J].中國有色冶金，2008（5）：7-10.

[2]AdvanTrol-ProV2.70系統(tǒng)軟件應(yīng)用入門手冊[Z].

[3]溫作仁.敞開式陽極焙燒爐的煙氣（三）[J].輕金屬，2006（12）：54-58.

作者：李宏楨 單位：福建龍凈環(huán)保股份有限公司