摘 要：燃煤烟气控制系统的主要任务就是减少环境污染，节省能源。在燃煤烟气控制系统中普遍存在自动化水平低、成本高、运行不稳定等问题。在燃煤烟气排入大气前对汞含量有严格的要求，燃煤烟气中汞的以颗粒状、微颗粒状以及气态存在，其中烟气中气态元素汞的去除是技术难点，合理的烟气出口温度与液体试剂添加量是控制的关键。将组态软件、可编程控制器、变频器、工控机以及各类自动化仪表组成的复杂控制系统在脱汞系统中的应用会大幅度降低汞的排放，具有更好的效果。
关键词：元素汞 复杂控制系统 PLC
环境污染控制的主要污染物之一就是汞及其化合物，燃煤锅炉烟气排放是环境污染的主要来源。国家对燃煤烟气汞的排放有严格的要求，防治燃煤烟气汞排放量的控制是重要的环保课题。燃煤烟气脱汞方法主要有布袋除尘器、静电除尘器、湿法脱硫装置，其中布袋除尘器和静电除尘器可以除去烟气中的颗粒状和微颗粒状汞。湿法脱硫装置可以除去烟气中的离子状态汞，但是元素汞不溶于水，不能去除，只有采用化学方法把气态元素汞转化为二价离子汞，然后进行脱除，才能减少汞元素的排放。气态元素汞的转化与烟气出口温度有密切关系，该文提出温度与化学添加物复杂控制系统，能更好地脱去烟气中的气态元素汞，达到汞的排放标准，减少环境污染。
1 燃煤烟气中气态元素汞处理过程工艺流程
脱除烟气中元素态汞，是在湿法脱硫过程的基础上中加入少量的液体催化剂，增加汞的捕捉率，而且不影响脱硫塔的运行。具体工艺流程是：（1）首先制得吸收液，即脱汞剂的水溶液：脱汞剂包括次氯酸钠、硫酸铜和添加剂，添加剂为碳酸氢钾、硫酸钾或过 硫酸钾中的一种；（2）将上述吸收液雾化后喷入烟气管道中，使元素态汞转化为离子态汞；（3）最后将出烟管道排除的烟气通入硫化物的溶液，直接吸收去除离子态汞。这种脱除元素态汞的方法，将元素态汞氧化为离子态汞除去，脱除效率高，大大减小了二次污染；将吸收液直接喷入烟气管道，不用其他设备，投资和运行费用低。
燃煤烟气中气态元素汞处理工艺流程如图1所示。根据化学处理工艺要求烟气出口温度及出口汞含量与添加汞离子转换率之间有直接对应关系，因此，在设计过程中选择烟气出口汞含量为直接被控变量，烟气出口温度为附加被控变量，控制器选择西门子PLC，操纵变量选择催化剂添加量，加催化剂泵为执行器。
2 燃煤烟气中气态元素汞处理控制方案
为了提高脱汞控制系统的稳定性，以及提高系统的控制精度，需要在燃煤烟气控制设备基础上设计加入自动化仪表，实现自动化控制。将组态软件与可编程控制器PLC、变频器、工控机以及各类自动化仪表应用到系统中，实现控制过程各类参数的在线检测和实时控制。
2.1 硬件配置
硬件配置主要采用西门子工控机，PLC S7-200 SMART、引风机、鼓风机、电动阀等，变频器、温度变送器、汞含量检测仪等。各传感器实时采集数据，变送器实时显示、并将标准信号传送给下位机，同时，实时数据在上位机上显示。引风机、鼓风机、电动阀通过变频器来控制其起停及运行频率。
2.2 软件配置
上位机监控软件采用西门子WinCC软件，下位机控制软件采用西门子的STEP 7 V5.4，控制系统通讯采用PROFIBUS连接。
2.3 系统总体构成
系统总体结构如图2所示，系统运行时，安装在炉膛内的压力传感器、出口烟汞含量传感器、出口温度传感器等实时采集数据，将数据传送给变送器，变送器将采集到的信号转换成4～20 mA的电流信号输出给PLC的AI模块，PLC通过PROFEIBUS总线传送数据至上位机。基于WinCC开发的上位机软件通过DataSocket技术对OPC server访问，从而读取PLC上所有开关量和模拟量数据，并根据用户预设的控制要求，通过RS485总线方式控制变频器频率，进而调节引风机、鼓风机以及加催化剂泵的运行速度。利用变频器条件引风机、鼓风机以及加催化剂泵电机，极大地减少了汞元素的直接气体排放，节约了能源、同时提高了锅炉的运行效率。
3 结语
为了节能减排保护自然环境的可持续发展，针对目前国家对燃煤烟气排放标准要求的提供，就目前燃煤烟气中降低气态元素汞含量的技术难题，以及燃煤烟气处理自动化程度地的现状，该文提出了一种基于组态软件WinCC和可编程控制器PLC技术的燃煤出口烟气脱元素汞的自动控制系统方案。创新利用了烟气出口温度与液体试剂添加来脱除元素汞的技术，提高了汞的脱除率，节约了系统资源，提高了系统灵活性。该系统对推进节能减排的发展有着重要的影响。
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