《自动化博览》

     摘要：莱钢烧结烟气脱硫过滤系统采用微孔过滤技术，该技术是一个专为高含尘和微米级含尘颗粒除尘设计的自动化系统，根据过滤的生产工艺完成对各设备的操作，单机起动和停止，联动和连锁控制，运行周期的设定，在触摸屏上解除连锁，即可完成单机的操作，打到连锁运行模式，过滤各设备就可自动运行。

    关键词：过滤技术；烟气脱硫；节能环保

   1 引言

    为保护环境，落实省政府关于节能环保的指示精神，做到有害气体达标排放，莱钢265m2烧结机烟气脱硫于2008年7月施工，2009年2月试运行，烧结机烟气经过脱硫达标排放大气中，过滤完的富胺通过清胺泵打到解析塔解析，既节省了能源又利于环保净化空气，还能制造浓硫酸，对于企业的持续化生产有着重要的意义。

    2 生产工艺流程

    莱钢烧结烟气脱硫APU过滤系统采用微孔过滤技术，该技术是一个专为高含尘和微米级含尘颗粒除尘设计的自动化系统。系统中的关键设备是PGR型过滤机（也称PGK过滤机，主过滤）和PGH型过滤机（有时也称PGP过滤机，辅助洗涤压干过滤）。系统还包括浊胺罐/清胺液罐、浊胺液泵/清胺液泵用作缓冲，助滤剂罐/泵/搅拌器用来制备均匀的助滤溶液；浓浆罐/泵用来减弱这两种过滤器的振动以使得平稳运行，压缩空气装置应用来接收提供高低压空气，在PLC系统中，通过通讯，把触摸屏信息和过滤器及辅助设备运行信息状态，在脱硫监控画面上显示。

   PGR过滤器由三部分组成：过滤器，外壳和底部排污口，在过滤器的上部安装一片固定的管子，过滤材料是316LSS。它采用连续运行模式，渣滓收集到过滤网的表面，当过滤网收集到足够多的颗粒时，过滤网不能继续使用而应再生，应用高压空气或水冲刷掉渣滓，使过滤网表面干净，渣滓掉在过滤器的底部形成泥浆，过滤网就再生了，应用低压缩空气卸掉泥浆到泥浆罐。

   3 控制应用

   莱钢银前烧结脱硫过滤器的自动化控制是根据其固有的技术特点先建立数学模型，在数学模型的基础上进行自动化控制，通过对微孔应用于压力式过滤器的生产性试验，全面考察了过滤过程中过滤速度、产胺量、滤床胺液损失、过滤周期等参数之间的关系，并在分析试验数据的基础上总结出微孔橡胶维滤料过滤器的性能曲线，包括日过滤胺量与过滤速度关系曲线，过滤周期与过滤速度关系曲线及胺液损失与过滤速度关系曲线。根据过滤器及辅助设备的工艺特点，建立科学、合理的循环驱动机制，APU过滤器要按照一定的顺序进行。APU过滤器系统被分割成四个不间断循环：过滤器自准备循环、过滤器自增加循环、主过滤器循环和辅助过滤器循环，要贯穿APU过滤器的始终，有大量报警设定点以保证操作稳定性，当操作条件失败，溢出最佳范围或一些设备没反应，连锁触发，并且找出过滤过程中过滤速度、产胺量、滤床胺液损失、过滤周期等参数之间的关系，并在分析试验数据的基础上总结出微孔橡胶维滤料过滤器的性能曲线，包括日过滤胺量与过滤速度关系曲线，过滤周期与过滤速度关系曲线及胺液损失与过滤速度关系曲线。

    3.1 研发思路及实现

    莱钢银前烧结脱硫过滤器的自动化控制是根据其固有的技术特点先建立数学模型，在数学模型的基础上进行自动化控制。通过对微孔应用于压力式过滤器的生产性试验，全面考察了过滤过程中过滤速度、产胺量、滤床胺头损失、过滤周期等参数之间的关系，并在分析试验数据的基础上总结出微孔橡胶维滤料过滤器的性能曲线，包括日产胺量与过滤速度关系曲线，过滤周期与过滤速度关系曲线及水头损失与过滤速度关系曲线。

   与使用常规滤料的过滤器相比，微孔橡胶维滤料过滤器有如下几个特点：

   过滤器可在滤速10～100m/h的范围内运行；

    适应原水悬浮物浓度范围10~100mg/L；

    微孔橡胶滤料过滤器的突出特点是对原水水质水量变化的适应性较强。

    为了较为准确、直观地描述微孔橡胶滤料过滤器的性能，本文在总结大量试验数据的基础上，通过理论分析和数学计算，得出了微孔橡胶滤料过滤器性能曲线。

   曲线中各项指标大多是相互关联的，但关联程度却差异很大。如，过滤器胺头损失取决于滤料性质、滤床孔隙率、滤床填充高度和过滤速度，同时又决定了过滤周期的选择和系统的压力设计。

   针对微孔橡胶滤料应用于压力过滤器的生产性试验结果，选择了关联程度高的几个性能参数来分析和描述过滤器的性能，具体指标为滤速、过滤周期、胺头损失及日产胺量。

    3.1.1 微孔橡胶滤料过滤器性能曲线研究

   （1）日产胺量（Qn）与滤速（V）的关系

    假设：① 原富胺含渣滓不变，即暂不考虑进富胺浓度对过滤周期的影响；② 反冲洗时间为0.5小时；③ 过滤周期为T小时；④每日反冲洗次数为n，反冲洗耗水率为α。则，单位面积过滤器日净产水量（简称日产水量）与过滤速度之间有如下的数学关系：
  
                               （1）

    过滤器在运行过程中，当V不同，T随之变化，α也随之变化但幅度很小 。不同的操作条件（胺液投加的剂量、滤前混凝沉淀设施的有无等）也会影响过滤周期T的长短，所以，欲准确描述Qn-V关系，需要依靠大量的实验数据。图1是根据微孔过滤器在不同操作条件下依(1)式计算得出的日产水量与过滤速度的曲线。
         
                        
                                         图1  微孔过滤器的Qn-V图

   由图1知，滤速是衡量过滤器运行效率的重要指标，提高滤速是增加过滤器日产胺量的关键因素。

   （2）过滤周期（T）与滤速（V）的关系

   在其它过滤条件（如滤料的形状尺寸、滤床深度）一定时，滤速越大，水中悬浮颗粒在滤床中迁移越快，滤床就越容易穿透，过滤周期也越短。对于微孔过滤器，随着操作压力的升高，滤床不断压缩，孔隙率随之变化，纳污量R为变量，T的变化更加复杂。由纳污量的定义，可以导出过滤周期T与过滤速度V及纳污量R的关系式：

                                   （2）

   式（2）中，V、H及可由试验测得。T与V的关系可通过拟合R与V的关系来预测。

    由试验数据得出R与V的关系如下：

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

    将(3)代入（2），得：

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

   用式（4）计算微孔橡胶滤料过滤器的过滤周期，并与试验结果比较，如表1所示。

   由式（4）计算不同进水浓度的T-V曲线，得T-V曲线族，如图2所示。

                                 表1 过滤周期的试验值与计算值
           
                

    （3）性能曲线分析

    过滤器的性能曲线包括Qn＝f（V）、T＝f（V）、和ΔH＝f（V）三项关系。

    三项关系中，除Qn＝f（V）是依据理论公式推导外，其余曲线的绘制都是基于大量的生产性试验数据，包括过滤操作的前期图2 微孔橡胶滤料过滤器不同进水浓度的T-V曲线族工艺、工艺方法、药剂投加和操作条件等条件下的过滤速度、进出富胺胺质、水头损失、过滤周期和周期产水量等试验数据，所以在应用上就可根据需要选择与处理任务的条件相同或相近的性能曲线，这种方法简单易行，并且随着新材料和新工艺的开发，性能曲线将会得到不断补充与发展。
               
                   
                           图2  微孔橡胶滤料过滤器不通进水浓度的T-V曲线族         

    由本文的分析方法，可绘制微孔橡胶过滤器的性能曲线，对三者进行比较，如图3所示。
  
                    
                                 图3 过滤器的性能曲线综合曲线图

   （注： Qn－×102 m3/m2•d-1，T－h，ΔH－m）

   分析微孔橡胶过滤器的性能曲线可知，过滤周期随滤速增大而减小的趋势很明显；胺头损失随滤速增大而增加较快；日产胺量随滤速的增加而增加的趋势十分明显，在低于80m/h滤速范围内近似呈直线关系。

   微孔滤池性能曲线，如图4所示。

   （注： Qn－×10 m3/m2•d-1，T－h，ΔH－×10cm）
 
                      
                                  图4 微孔过滤器的性能曲线例

    由微孔过滤器的性能曲线，滤速范围10~20m/h，过滤周期6.8~23.6h，进富胺浊度增加时，过滤周期明显缩短，滤床总富胺头损失变化不大，约180cm水柱。

   3.2 实现效果

   三种滤料过滤器性能曲线的比较显示，对参数变化幅度较小的过滤器，性能曲线的指导意义不大。然而对于微孔橡胶滤料过滤器，由于性能参数可在很大范围内变化，性能曲线对设计与运行具有决定性意义。微孔橡胶过滤器则介于两者之间。

   实际富胺处理工程实践中原富胺胺质和富胺量一般是变化的，设计和操作人员可以根据性能曲线来调整参数或监控过滤过程。例如：在富胺胺质不变的情况下，处理富胺量骤增或骤减时，可相应地增加或减小滤速；富胺量不变的情况下，原富胺悬浮物浓度增加或减小时，自动化控制程序根据性能曲线进行比较分析来调节滤速或改变过滤周期，根据这些参数的性能曲线，操作工也可调节滤速或改变过滤周期，也可根据性能曲线添加过滤剂，增加过滤效果，并使过滤器完全再生或基本再生，增加使用寿命。

   4 结语

   以数学模型作为理论依据，以各参数作为程序连锁控制和分析比较的基础，使过滤器各循环按各自的时间和周期设定运行和切换，自动化控制程序根据性能曲线进行比较分析来调节滤速或改变过滤周期，增加过滤效果，并使过滤器完全再生或基本再生，采用微孔过滤技术在烟气脱硫过滤的使用已接近成熟，带来了很大的社会效益和一定的经济效益，但由于过滤加水液位计液位变送器安装位置的不适宜使部分设备连锁出现停滞，需要进一步改进。

   参考文献：

   [1] 王振龙.烧结原理与工艺[M].北京:兵器工业出版社.

   刘文武（1974-）

   男，湖南衡阳人，工程师，大学 ，主要研究方向为工业自动化控制系统的开发与控制。

   摘自《自动化博览》2011年第十二期