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     摘要：萊鋼燒結(jié)煙氣脫硫過濾系統(tǒng)采用微孔過濾技術(shù)，該技術(shù)是一個(gè)專為高含塵和微米級含塵顆粒除塵設(shè)計(jì)的自動化系統(tǒng)，根據(jù)過濾的生產(chǎn)工藝完成對各設(shè)備的操作，單機(jī)起動和停止，聯(lián)動和連鎖控制，運(yùn)行周期的設(shè)定，在觸摸屏上解除連鎖，即可完成單機(jī)的操作，打到連鎖運(yùn)行模式，過濾各設(shè)備就可自動運(yùn)行。

    關(guān)鍵詞：過濾技術(shù)；煙氣脫硫；節(jié)能環(huán)保

   1 引言

    為保護(hù)環(huán)境，落實(shí)省政府關(guān)于節(jié)能環(huán)保的指示精神，做到有害氣體達(dá)標(biāo)排放，萊鋼265m2燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫于2008年7月施工，2009年2月試運(yùn)行，燒結(jié)機(jī)煙氣經(jīng)過脫硫達(dá)標(biāo)排放大氣中，過濾完的富胺通過清胺泵打到解析塔解析，既節(jié)省了能源又利于環(huán)保凈化空氣，還能制造濃硫酸，對于企業(yè)的持續(xù)化生產(chǎn)有著重要的意義。

    2 生產(chǎn)工藝流程

    萊鋼燒結(jié)煙氣脫硫APU過濾系統(tǒng)采用微孔過濾技術(shù)，該技術(shù)是一個(gè)專為高含塵和微米級含塵顆粒除塵設(shè)計(jì)的自動化系統(tǒng)。系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備是PGR型過濾機(jī)（也稱PGK過濾機(jī)，主過濾）和PGH型過濾機(jī)（有時(shí)也稱PGP過濾機(jī)，輔助洗滌壓干過濾）。系統(tǒng)還包括濁胺罐/清胺液罐、濁胺液泵/清胺液泵用作緩沖，助濾劑罐/泵/攪拌器用來制備均勻的助濾溶液；濃漿罐/泵用來減弱這兩種過濾器的振動以使得平穩(wěn)運(yùn)行，壓縮空氣裝置應(yīng)用來接收提供高低壓空氣，在PLC系統(tǒng)中，通過通訊，把觸摸屏信息和過濾器及輔助設(shè)備運(yùn)行信息狀態(tài)，在脫硫監(jiān)控畫面上顯示。

   PGR過濾器由三部分組成：過濾器，外殼和底部排污口，在過濾器的上部安裝一片固定的管子，過濾材料是316LSS。它采用連續(xù)運(yùn)行模式，渣滓收集到過濾網(wǎng)的表面，當(dāng)過濾網(wǎng)收集到足夠多的顆粒時(shí)，過濾網(wǎng)不能繼續(xù)使用而應(yīng)再生，應(yīng)用高壓空氣或水沖刷掉渣滓，使過濾網(wǎng)表面干凈，渣滓掉在過濾器的底部形成泥漿，過濾網(wǎng)就再生了，應(yīng)用低壓縮空氣卸掉泥漿到泥漿罐。

   3 控制應(yīng)用

   萊鋼銀前燒結(jié)脫硫過濾器的自動化控制是根據(jù)其固有的技術(shù)特點(diǎn)先建立數(shù)學(xué)模型，在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動化控制，通過對微孔應(yīng)用于壓力式過濾器的生產(chǎn)性試驗(yàn)，全面考察了過濾過程中過濾速度、產(chǎn)胺量、濾床胺液損失、過濾周期等參數(shù)之間的關(guān)系，并在分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上總結(jié)出微孔橡膠維濾料過濾器的性能曲線，包括日過濾胺量與過濾速度關(guān)系曲線，過濾周期與過濾速度關(guān)系曲線及胺液損失與過濾速度關(guān)系曲線。根據(jù)過濾器及輔助設(shè)備的工藝特點(diǎn)，建立科學(xué)、合理的循環(huán)驅(qū)動機(jī)制，APU過濾器要按照一定的順序進(jìn)行。APU過濾器系統(tǒng)被分割成四個(gè)不間斷循環(huán)：過濾器自準(zhǔn)備循環(huán)、過濾器自增加循環(huán)、主過濾器循環(huán)和輔助過濾器循環(huán)，要貫穿APU過濾器的始終，有大量報(bào)警設(shè)定點(diǎn)以保證操作穩(wěn)定性，當(dāng)操作條件失敗，溢出最佳范圍或一些設(shè)備沒反應(yīng)，連鎖觸發(fā)，并且找出過濾過程中過濾速度、產(chǎn)胺量、濾床胺液損失、過濾周期等參數(shù)之間的關(guān)系，并在分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上總結(jié)出微孔橡膠維濾料過濾器的性能曲線，包括日過濾胺量與過濾速度關(guān)系曲線，過濾周期與過濾速度關(guān)系曲線及胺液損失與過濾速度關(guān)系曲線。

    3.1 研發(fā)思路及實(shí)現(xiàn)

    萊鋼銀前燒結(jié)脫硫過濾器的自動化控制是根據(jù)其固有的技術(shù)特點(diǎn)先建立數(shù)學(xué)模型，在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動化控制。通過對微孔應(yīng)用于壓力式過濾器的生產(chǎn)性試驗(yàn)，全面考察了過濾過程中過濾速度、產(chǎn)胺量、濾床胺頭損失、過濾周期等參數(shù)之間的關(guān)系，并在分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上總結(jié)出微孔橡膠維濾料過濾器的性能曲線，包括日產(chǎn)胺量與過濾速度關(guān)系曲線，過濾周期與過濾速度關(guān)系曲線及水頭損失與過濾速度關(guān)系曲線。

   與使用常規(guī)濾料的過濾器相比，微孔橡膠維濾料過濾器有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

   過濾器可在濾速10～100m/h的范圍內(nèi)運(yùn)行；

    適應(yīng)原水懸浮物濃度范圍10~100mg/L；

    微孔橡膠濾料過濾器的突出特點(diǎn)是對原水水質(zhì)水量變化的適應(yīng)性較強(qiáng)。

    為了較為準(zhǔn)確、直觀地描述微孔橡膠濾料過濾器的性能，本文在總結(jié)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過理論分析和數(shù)學(xué)計(jì)算，得出了微孔橡膠濾料過濾器性能曲線。

   曲線中各項(xiàng)指標(biāo)大多是相互關(guān)聯(lián)的，但關(guān)聯(lián)程度卻差異很大。如，過濾器胺頭損失取決于濾料性質(zhì)、濾床孔隙率、濾床填充高度和過濾速度，同時(shí)又決定了過濾周期的選擇和系統(tǒng)的壓力設(shè)計(jì)。

   針對微孔橡膠濾料應(yīng)用于壓力過濾器的生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果，選擇了關(guān)聯(lián)程度高的幾個(gè)性能參數(shù)來分析和描述過濾器的性能，具體指標(biāo)為濾速、過濾周期、胺頭損失及日產(chǎn)胺量。

    3.1.1 微孔橡膠濾料過濾器性能曲線研究

   （1）日產(chǎn)胺量（Qn）與濾速（V）的關(guān)系

    假設(shè)：① 原富胺含渣滓不變，即暫不考慮進(jìn)富胺濃度對過濾周期的影響；② 反沖洗時(shí)間為0.5小時(shí)；③ 過濾周期為T小時(shí)；④每日反沖洗次數(shù)為n，反沖洗耗水率為α。則，單位面積過濾器日凈產(chǎn)水量（簡稱日產(chǎn)水量）與過濾速度之間有如下的數(shù)學(xué)關(guān)系：
  
                               （1）

    過濾器在運(yùn)行過程中，當(dāng)V不同，T隨之變化，α也隨之變化但幅度很小 。不同的操作條件（胺液投加的劑量、濾前混凝沉淀設(shè)施的有無等）也會影響過濾周期T的長短，所以，欲準(zhǔn)確描述Qn-V關(guān)系，需要依靠大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖1是根據(jù)微孔過濾器在不同操作條件下依(1)式計(jì)算得出的日產(chǎn)水量與過濾速度的曲線。
         
                        
                                         圖1  微孔過濾器的Qn-V圖

   由圖1知，濾速是衡量過濾器運(yùn)行效率的重要指標(biāo)，提高濾速是增加過濾器日產(chǎn)胺量的關(guān)鍵因素。

   （2）過濾周期（T）與濾速（V）的關(guān)系

   在其它過濾條件（如濾料的形狀尺寸、濾床深度）一定時(shí)，濾速越大，水中懸浮顆粒在濾床中遷移越快，濾床就越容易穿透，過濾周期也越短。對于微孔過濾器，隨著操作壓力的升高，濾床不斷壓縮，孔隙率隨之變化，納污量R為變量，T的變化更加復(fù)雜。由納污量的定義，可以導(dǎo)出過濾周期T與過濾速度V及納污量R的關(guān)系式：

                                   （2）

   式（2）中，V、H及可由試驗(yàn)測得。T與V的關(guān)系可通過擬合R與V的關(guān)系來預(yù)測。

    由試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出R與V的關(guān)系如下：

    R = -2×10-5V3 + 0.0062V2 – 0.87V + 56.58   （3）

    將(3)代入（2），得：

     T＝(-2×10-5V3 + 0.0062V2 – 0.87V + 56.58) ×H×106 /(V)    （4）   

   用式（4）計(jì)算微孔橡膠濾料過濾器的過濾周期，并與試驗(yàn)結(jié)果比較，如表1所示。

   由式（4）計(jì)算不同進(jìn)水濃度的T-V曲線，得T-V曲線族，如圖2所示。

                                 表1 過濾周期的試驗(yàn)值與計(jì)算值
           
                

    （3）性能曲線分析

    過濾器的性能曲線包括Qn＝f（V）、T＝f（V）、和ΔH＝f（V）三項(xiàng)關(guān)系。

    三項(xiàng)關(guān)系中，除Qn＝f（V）是依據(jù)理論公式推導(dǎo)外，其余曲線的繪制都是基于大量的生產(chǎn)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括過濾操作的前期圖2 微孔橡膠濾料過濾器不同進(jìn)水濃度的T-V曲線族工藝、工藝方法、藥劑投加和操作條件等條件下的過濾速度、進(jìn)出富胺胺質(zhì)、水頭損失、過濾周期和周期產(chǎn)水量等試驗(yàn)數(shù)據(jù)，所以在應(yīng)用上就可根據(jù)需要選擇與處理任務(wù)的條件相同或相近的性能曲線，這種方法簡單易行，并且隨著新材料和新工藝的開發(fā)，性能曲線將會得到不斷補(bǔ)充與發(fā)展。
               
                   
                           圖2  微孔橡膠濾料過濾器不通進(jìn)水濃度的T-V曲線族         

    由本文的分析方法，可繪制微孔橡膠過濾器的性能曲線，對三者進(jìn)行比較，如圖3所示。
  
                    
                                 圖3 過濾器的性能曲線綜合曲線圖

   （注： Qn－×102 m3/m2•d-1，T－h(huán)，ΔH－m）

   分析微孔橡膠過濾器的性能曲線可知，過濾周期隨濾速增大而減小的趨勢很明顯；胺頭損失隨濾速增大而增加較快；日產(chǎn)胺量隨濾速的增加而增加的趨勢十分明顯，在低于80m/h濾速范圍內(nèi)近似呈直線關(guān)系。

   微孔濾池性能曲線，如圖4所示。

   （注： Qn－×10 m3/m2•d-1，T－h(huán)，ΔH－×10cm）
 
                      
                                  圖4 微孔過濾器的性能曲線例

    由微孔過濾器的性能曲線，濾速范圍10~20m/h，過濾周期6.8~23.6h，進(jìn)富胺濁度增加時(shí)，過濾周期明顯縮短，濾床總富胺頭損失變化不大，約180cm水柱。

   3.2 實(shí)現(xiàn)效果

   三種濾料過濾器性能曲線的比較顯示，對參數(shù)變化幅度較小的過濾器，性能曲線的指導(dǎo)意義不大。然而對于微孔橡膠濾料過濾器，由于性能參數(shù)可在很大范圍內(nèi)變化，性能曲線對設(shè)計(jì)與運(yùn)行具有決定性意義。微孔橡膠過濾器則介于兩者之間。

   實(shí)際富胺處理工程實(shí)踐中原富胺胺質(zhì)和富胺量一般是變化的，設(shè)計(jì)和操作人員可以根據(jù)性能曲線來調(diào)整參數(shù)或監(jiān)控過濾過程。例如：在富胺胺質(zhì)不變的情況下，處理富胺量驟增或驟減時(shí)，可相應(yīng)地增加或減小濾速；富胺量不變的情況下，原富胺懸浮物濃度增加或減小時(shí)，自動化控制程序根據(jù)性能曲線進(jìn)行比較分析來調(diào)節(jié)濾速或改變過濾周期，根據(jù)這些參數(shù)的性能曲線，操作工也可調(diào)節(jié)濾速或改變過濾周期，也可根據(jù)性能曲線添加過濾劑，增加過濾效果，并使過濾器完全再生或基本再生，增加使用壽命。

   4 結(jié)語

   以數(shù)學(xué)模型作為理論依據(jù)，以各參數(shù)作為程序連鎖控制和分析比較的基礎(chǔ)，使過濾器各循環(huán)按各自的時(shí)間和周期設(shè)定運(yùn)行和切換，自動化控制程序根據(jù)性能曲線進(jìn)行比較分析來調(diào)節(jié)濾速或改變過濾周期，增加過濾效果，并使過濾器完全再生或基本再生，采用微孔過濾技術(shù)在煙氣脫硫過濾的使用已接近成熟，帶來了很大的社會效益和一定的經(jīng)濟(jì)效益，但由于過濾加水液位計(jì)液位變送器安裝位置的不適宜使部分設(shè)備連鎖出現(xiàn)停滯，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

   參考文獻(xiàn)：

   [1] 王振龍.燒結(jié)原理與工藝[M].北京:兵器工業(yè)出版社.

   劉文武（1974-）

   男，湖南衡陽人，工程師，大學(xué) ，主要研究方向?yàn)楣I(yè)自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)與控制。

   摘自《自動化博覽》2011年第十二期