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案例頻道 摘要：萊鋼燒結煙氣脫硫過濾系統采用微孔過濾技術，該技術是一個專為高含塵和微米級含塵顆粒除塵設計的自動化系統，根據過濾的生產工藝完成對各設備的操作，單機起動和停止，聯動和連鎖控制，運行周期的設定，在觸摸屏上解除連鎖，即可完成單機的操作，打到連鎖運行模式，過濾各設備就可自動運行。
關鍵詞：過濾技術；煙氣脫硫；節能環保
1 引言
為保護環境，落實省政府關于節能環保的指示精神，做到有害氣體達標排放，萊鋼265m2燒結機煙氣脫硫于2008年7月施工，2009年2月試運行，燒結機煙氣經過脫硫達標排放大氣中，過濾完的富胺通過清胺泵打到解析塔解析，既節省了能源又利于環保凈化空氣，還能制造濃硫酸，對于企業的持續化生產有著重要的意義。
2 生產工藝流程
萊鋼燒結煙氣脫硫APU過濾系統采用微孔過濾技術，該技術是一個專為高含塵和微米級含塵顆粒除塵設計的自動化系統。系統中的關鍵設備是PGR型過濾機（也稱PGK過濾機，主過濾）和PGH型過濾機（有時也稱PGP過濾機，輔助洗滌壓干過濾）。系統還包括濁胺罐/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運行，壓縮空氣裝置應用來接收提供高低壓空氣，在PLC系統中，通過通訊，把觸摸屏信息和過濾器及輔助設備運行信息狀態，在脫硫監控畫面上顯示。
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。它采用連續運行模式，渣滓收集到過濾網的表面，當過濾網收集到足夠多的顆粒時，過濾網不能繼續使用而應再生，應用高壓空氣或水沖刷掉渣滓，使過濾網表面干凈，渣滓掉在過濾器的底部形成泥漿，過濾網就再生了，應用低壓縮空氣卸掉泥漿到泥漿罐。
3 控制應用
萊鋼銀前燒結脫硫過濾器的自動化控制是根據其固有的技術特點先建立數學模型，在數學模型的基礎上進行自動化控制，通過對微孔應用于壓力式過濾器的生產性試驗，全面考察了過濾過程中過濾速度、產胺量、濾床胺液損失、過濾周期等參數之間的關系，并在分析試驗數據的基礎上總結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系曲線，過濾周期與過濾速度關系曲線及胺液損失與過濾速度關系曲線。根據過濾器及輔助設備的工藝特點，建立科學、合理的循環驅動機制，APU過濾器要按照一定的順序進行。APU過濾器系統被分割成四個不間斷循環：過濾器自準備循環、過濾器自增加循環、主過濾器循環和輔助過濾器循環，要貫穿APU過濾器的始終，有大量報警設定點以保證操作穩定性，當操作條件失敗，溢出最佳范圍或一些設備沒反應，連鎖觸發，并且找出過濾過程中過濾速度、產胺量、濾床胺液損失、過濾周期等參數之間的關系，并在分析試驗數據的基礎上總結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系曲線，過濾周期與過濾速度關系曲線及胺液損失與過濾速度關系曲線。
3.1 研發思路及實現
萊鋼銀前燒結脫硫過濾器的自動化控制是根據其固有的技術特點先建立數學模型，在數學模型的基礎上進行自動化控制。通過對微孔應用于壓力式過濾器的生產性試驗，全面考察了過濾過程中過濾速度、產胺量、濾床胺頭損失、過濾周期等參數之間的關系，并在分析試驗數據的基礎上總結出微孔橡膠維濾料過濾器的性能曲線，包括日產胺量與過濾速度關系曲線，過濾周期與過濾速度關系曲線及水頭損失與過濾速度關系曲線。
與使用常規濾料的過濾器相比，微孔橡膠維濾料過濾器有如下幾個特點：
過濾器可在濾速10～100m/h的范圍內運行；
適應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是對原水水質水量變化的適應性較強。
為了較為準確、直觀地描述微孔橡膠濾料過濾器的性能，本文在總結大量試驗數據的基礎上，通過理論分析和數學計算，得出了微孔橡膠濾料過濾器性能曲線。
曲線中各項指標大多是相互關聯的，但關聯程度卻差異很大。如，過濾器胺頭損失取決于濾料性質、濾床孔隙率、濾床填充高度和過濾速度，同時又決定了過濾周期的選擇和系統的壓力設計。
針對微孔橡膠濾料應用于壓力過濾器的生產性試驗結果，選擇了關聯程度高的幾個性能參數來分析和描述過濾器的性能，具體指標為濾速、過濾周期、胺頭損失及日產胺量。
3.1.1 微孔橡膠濾料過濾器性能曲線研究
（1）日產胺量（Qn）與濾速（V）的關系
假設：① 原富胺含渣滓不變，即暫不考慮進富胺濃度對過濾周期的影響；② 反沖洗時間為0.5小時；③ 過濾周期為T小時；④每日反沖洗次數為n，反沖洗耗水率為α。則，單位面積過濾器日凈產水量（簡稱日產水量）與過濾速度之間有如下的數學關系：
（1）
過濾器在運行過程中，當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、濾前混凝沉淀設施的有無等）也會影響過濾周期T的長短，所以，欲準確描述Qn-V關系，需要依靠大量的實驗數據。圖1是根據微孔過濾器在不同操作條件下依(1)式計算得出的日產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行效率的重要指標，提高濾速是增加過濾器日產胺量的關鍵因素。
（2）過濾周期（T）與濾速（V）的關系
在其它過濾條件（如濾料的形狀尺寸、濾床深度）一定時，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的變化更加復雜。由納污量的定義，可以導出過濾周期T與過濾速度V及納污量R的關系式：
（2）
式（2）中，V、H及可由試驗測得。T與V的關系可通過擬合R與V的關系來預測。
由試驗數據得出R與V的關系如下：
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）計算微孔橡膠濾料過濾器的過濾周期，并與試驗結果比較，如表1所示。
由式（4）計算不同進水濃度的T-V曲線，得T-V曲線族，如圖2所示。
表1 過濾周期的試驗值與計算值
（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）三項關系。
三項關系中，除Qn＝f（V）是依據理論公式推導外，其余曲線的繪制都是基于大量的生產性試驗數據，包括過濾操作的前期圖2 微孔橡膠濾料過濾器不同進水濃度的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、進出富胺胺質、水頭損失、過濾周期和周期產水量等試驗數據，所以在應用上就可根據需要選擇與處理任務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，性能曲線將會得到不斷補充與發展。
圖2 微孔橡膠濾料過濾器不通進水濃度的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，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濾速范圍內近似呈直線關系。
微孔濾池性能曲線，如圖4所示。
（注： Qn－×10 m3/m2•d-1，T－h，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，進富胺濁度增加時，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 實現效果
三種濾料過濾器性能曲線的比較顯示，對參數變化幅度較小的過濾器，性能曲線的指導意義不大。然而對于微孔橡膠濾料過濾器，由于性能參數可在很大范圍內變化，性能曲線對設計與運行具有決定性意義。微孔橡膠過濾器則介于兩者之間。
實際富胺處理工程實踐中原富胺胺質和富胺量一般是變化的，設計和操作人員可以根據性能曲線來調整參數或監控過濾過程。例如：在富胺胺質不變的情況下，處理富胺量驟增或驟減時，可相應地增加或減小濾速；富胺量不變的情況下，原富胺懸浮物濃度增加或減小時，自動化控制程序根據性能曲線進行比較分析來調節濾速或改變過濾周期，根據這些參數的性能曲線，操作工也可調節濾速或改變過濾周期，也可根據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 結語
以數學模型作為理論依據，以各參數作為程序連鎖控制和分析比較的基礎，使過濾器各循環按各自的時間和周期設定運行和切換，自動化控制程序根據性能曲線進行比較分析來調節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濟效益，但由于過濾加水液位計液位變送器安裝位置的不適宜使部分設備連鎖出現停滯，需要進一步改進。
參考文獻：
[1] 王振龍.燒結原理與工藝[M].北京:兵器工業出版社.
劉文武（1974-）
男，湖南衡陽人，工程師，大學 ，主要研究方向為工業自動化控制系統的開發與控制。
摘自《自動化博覽》2011年第十二期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號