摘要：萊鋼燒結煙氣脫硫過(guò)濾系統采用微孔過(guò)濾技術(shù)，該技術(shù)是一個(gè)專(zhuān)為高含塵和微米級含塵顆粒除塵設計的自動(dòng)化系統，根據過(guò)濾的生產(chǎn)工藝完成對各設備的操作，單機起動(dòng)和停止，聯(lián)動(dòng)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(guò)濾各設備就可自動(dòng)運行。

    關(guān)鍵詞：過(guò)濾技術(shù)；煙氣脫硫；節能環(huán)保

   1 引言

    為保護環(huán)境，落實(shí)省政府關(guān)于節能環(huán)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(jīng)過(guò)脫硫達標排放大氣中，過(guò)濾完的富胺通過(guò)清胺泵打到解析塔解析，既節省了能源又利于環(huán)保凈化空氣，還能制造濃硫酸，對于企業(yè)的持續化生產(chǎn)有著(zhù)重要的意義。

    2 生產(chǎn)工藝流程

    萊鋼燒結煙氣脫硫APU過(guò)濾系統采用微孔過(guò)濾技術(shù)，該技術(shù)是一個(gè)專(zhuān)為高含塵和微米級含塵顆粒除塵設計的自動(dòng)化系統。系統中的關(guān)鍵設備是PGR型過(guò)濾機（也稱(chēng)PGK過(guò)濾機，主過(guò)濾）和PGH型過(guò)濾機（有時(shí)也稱(chēng)PGP過(guò)濾機，輔助洗滌壓干過(guò)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(lái)制備均勻的助濾溶液；濃漿罐/泵用來(lái)減弱這兩種過(guò)濾器的振動(dòng)以使得平穩運行，壓縮空氣裝置應用來(lái)接收提供高低壓空氣，在PLC系統中，通過(guò)通訊，把觸摸屏信息和過(guò)濾器及輔助設備運行信息狀態(tài)，在脫硫監控畫(huà)面上顯示。

   PGR過(guò)濾器由三部分組成：過(guò)濾器，外殼和底部排污口，在過(guò)濾器的上部安裝一片固定的管子，過(guò)濾材料是316LSS。它采用連續運行模式，渣滓收集到過(guò)濾網(wǎng)的表面，當過(guò)濾網(wǎng)收集到足夠多的顆粒時(shí)，過(guò)濾網(wǎng)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(guò)濾網(wǎng)表面干凈，渣滓掉在過(guò)濾器的底部形成泥漿，過(guò)濾網(wǎng)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(guò)濾器的自動(dòng)化控制是根據其固有的技術(shù)特點(diǎn)先建立數學(xué)模型，在數學(xué)模型的基礎上進(jìn)行自動(dòng)化控制，通過(guò)對微孔應用于壓力式過(guò)濾器的生產(chǎn)性試驗，全面考察了過(guò)濾過(guò)程中過(guò)濾速度、產(chǎn)胺量、濾床胺液損失、過(guò)濾周期等參數之間的關(guān)系，并在分析試驗數據的基礎上總結出微孔橡膠維濾料過(guò)濾器的性能曲線(xiàn)，包括日過(guò)濾胺量與過(guò)濾速度關(guān)系曲線(xiàn)，過(guò)濾周期與過(guò)濾速度關(guān)系曲線(xiàn)及胺液損失與過(guò)濾速度關(guān)系曲線(xiàn)。根據過(guò)濾器及輔助設備的工藝特點(diǎn)，建立科學(xué)、合理的循環(huán)驅動(dòng)機制，APU過(guò)濾器要按照一定的順序進(jìn)行。APU過(guò)濾器系統被分割成四個(gè)不間斷循環(huán)：過(guò)濾器自準備循環(huán)、過(guò)濾器自增加循環(huán)、主過(guò)濾器循環(huán)和輔助過(guò)濾器循環(huán)，要貫穿APU過(guò)濾器的始終，有大量報警設定點(diǎn)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(méi)反應，連鎖觸發(fā)，并且找出過(guò)濾過(guò)程中過(guò)濾速度、產(chǎn)胺量、濾床胺液損失、過(guò)濾周期等參數之間的關(guān)系，并在分析試驗數據的基礎上總結出微孔橡膠維濾料過(guò)濾器的性能曲線(xiàn)，包括日過(guò)濾胺量與過(guò)濾速度關(guān)系曲線(xiàn)，過(guò)濾周期與過(guò)濾速度關(guān)系曲線(xiàn)及胺液損失與過(guò)濾速度關(guān)系曲線(xiàn)。

    3.1 研發(fā)思路及實(shí)現

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

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

   過(guò)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(guò)濾器的突出特點(diǎn)是對原水水質(zhì)水量變化的適應性較強。

    為了較為準確、直觀(guān)地描述微孔橡膠濾料過(guò)濾器的性能，本文在總結大量試驗數據的基礎上，通過(guò)理論分析和數學(xué)計算，得出了微孔橡膠濾料過(guò)濾器性能曲線(xiàn)。

   曲線(xiàn)中各項指標大多是相互關(guān)聯(lián)的，但關(guān)聯(lián)程度卻差異很大。如，過(guò)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(guò)濾速度，同時(shí)又決定了過(guò)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(guò)濾器的生產(chǎn)性試驗結果，選擇了關(guān)聯(lián)程度高的幾個(gè)性能參數來(lái)分析和描述過(guò)濾器的性能，具體指標為濾速、過(guò)濾周期、胺頭損失及日產(chǎn)胺量。

    3.1.1 微孔橡膠濾料過(guò)濾器性能曲線(xiàn)研究

   （1）日產(chǎn)胺量（Qn）與濾速（V）的關(guān)系

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

    過(guò)濾器在運行過(guò)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(wú)等）也會(huì )影響過(guò)濾周期T的長(cháng)短，所以，欲準確描述Qn-V關(guān)系，需要依靠大量的實(shí)驗數據。圖1是根據微孔過(guò)濾器在不同操作條件下依(1)式計算得出的日產(chǎn)水量與過(guò)濾速度的曲線(xiàn)。
         
                        
                                         圖1  微孔過(guò)濾器的Qn-V圖

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

   （2）過(guò)濾周期（T）與濾速（V）的關(guān)系

   在其它過(guò)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(guò)濾周期也越短。對于微孔過(guò)濾器，隨著(zhù)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(guò)濾周期T與過(guò)濾速度V及納污量R的關(guān)系式：

                                   （2）

   式（2）中，V、H及可由試驗測得。T與V的關(guān)系可通過(guò)擬合R與V的關(guān)系來(lái)預測。

    由試驗數據得出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）計算微孔橡膠濾料過(guò)濾器的過(guò)濾周期，并與試驗結果比較，如表1所示。

   由式（4）計算不同進(jìn)水濃度的T-V曲線(xiàn)，得T-V曲線(xiàn)族，如圖2所示。

                                 表1 過(guò)濾周期的試驗值與計算值
           
                

    （3）性能曲線(xiàn)分析

    過(guò)濾器的性能曲線(xiàn)包括Qn＝f（V）、T＝f（V）、和ΔH＝f（V）三項關(guān)系。

    三項關(guān)系中，除Qn＝f（V）是依據理論公式推導外，其余曲線(xiàn)的繪制都是基于大量的生產(chǎn)性試驗數據，包括過(guò)濾操作的前期圖2 微孔橡膠濾料過(guò)濾器不同進(jìn)水濃度的T-V曲線(xiàn)族工藝、工藝方法、藥劑投加和操作條件等條件下的過(guò)濾速度、進(jìn)出富胺胺質(zhì)、水頭損失、過(guò)濾周期和周期產(chǎn)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(wù)的條件相同或相近的性能曲線(xiàn)，這種方法簡(jiǎn)單易行，并且隨著(zhù)新材料和新工藝的開(kāi)發(fā)，性能曲線(xiàn)將會(huì )得到不斷補充與發(fā)展。
               
                   
                           圖2  微孔橡膠濾料過(guò)濾器不通進(jìn)水濃度的T-V曲線(xiàn)族         

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

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

   分析微孔橡膠過(guò)濾器的性能曲線(xiàn)可知，過(guò)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濾速范圍內近似呈直線(xiàn)關(guān)系。

   微孔濾池性能曲線(xiàn)，如圖4所示。

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

    由微孔過(guò)濾器的性能曲線(xiàn)，濾速范圍10~20m/h，過(guò)濾周期6.8~23.6h，進(jìn)富胺濁度增加時(shí)，過(guò)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)現效果

   三種濾料過(guò)濾器性能曲線(xiàn)的比較顯示，對參數變化幅度較小的過(guò)濾器，性能曲線(xiàn)的指導意義不大。然而對于微孔橡膠濾料過(guò)濾器，由于性能參數可在很大范圍內變化，性能曲線(xiàn)對設計與運行具有決定性意義。微孔橡膠過(guò)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，設計和操作人員可以根據性能曲線(xiàn)來(lái)調整參數或監控過(guò)濾過(guò)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(dòng)化控制程序根據性能曲線(xiàn)進(jìn)行比較分析來(lái)調節濾速或改變過(guò)濾周期，根據這些參數的性能曲線(xiàn)，操作工也可調節濾速或改變過(guò)濾周期，也可根據性能曲線(xiàn)添加過(guò)濾劑，增加過(guò)濾效果，并使過(guò)濾器完全再生或基本再生，增加使用壽命。

   4 結語(yǔ)

   以數學(xué)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(guò)濾器各循環(huán)按各自的時(shí)間和周期設定運行和切換，自動(dòng)化控制程序根據性能曲線(xiàn)進(jìn)行比較分析來(lái)調節濾速或改變過(guò)濾周期，增加過(guò)濾效果，并使過(guò)濾器完全再生或基本再生，采用微孔過(guò)濾技術(shù)在煙氣脫硫過(guò)濾的使用已接近成熟，帶來(lái)了很大的社會(huì )效益和一定的經(jīng)濟效益，但由于過(guò)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(jìn)一步改進(jìn)。

   參考文獻：

   [1] 王振龍.燒結原理與工藝[M].北京:兵器工業(yè)出版社.

   劉文武（1974-）

   男，湖南衡陽(yáng)人，工程師，大學(xué) ，主要研究方向為工業(yè)自動(dòng)化控制系統的開(kāi)發(fā)與控制。

   摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第十二期