主要闡述了小流量測(cè)控技術(shù)在連續(xù)精餾實(shí)驗(yàn)裝置的回流比控制系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，介紹了系統(tǒng)的測(cè)控原理，提出了兩種*回流比控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，并進(jìn)行了控制效果的比較。
在連續(xù)精餾塔的操作中，回流比是關(guān)系著精餾產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量的重要參數(shù)。每當(dāng)塔頂餾出液濃度下降或需要進(jìn)一步提高塔頂餾出液濃度時(shí)，通常都以增加回流量的方式使塔頂餾出液濃度得以回升，這種方法早已為化學(xué)工程教學(xué)及科技人員所熟知，并在生產(chǎn)中得到應(yīng)用及驗(yàn)證。隨著化工行業(yè)自動(dòng)化程度的提高，之前人工手動(dòng)改變回流比的控制方案已無法滿足精細(xì)控制的需求，工廠中出現(xiàn)了回流比自動(dòng)控制系統(tǒng)，但實(shí)驗(yàn)室使用的實(shí)驗(yàn)或小試裝置因塔設(shè)備過小，塔頂冷凝液量少( 通常在 20L/h 以下) ，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)控制系統(tǒng)常采用特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)自由改變回流比的目的 。此類開環(huán)控制系統(tǒng)使用時(shí)回流量無法監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)人員操作回流流量不確定，導(dǎo)致精餾過程穩(wěn)定時(shí)間長，控制效能低等問題。鑒于此，我們采用了兩種小流量檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于連續(xù)精餾的回流比控制中，并通過過程控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制回流比，測(cè)定回流量的作用，提高系統(tǒng)控制質(zhì)量。
測(cè)控原理
由于連續(xù)精餾塔常用于分離沸點(diǎn)不同的有機(jī)物，故本文采用水 － 乙醇雙組分體系作為實(shí)驗(yàn)物料。依據(jù)小流量檢測(cè)方法的不同，將回流比控制方法分為直接型和間接型。
塔頂蒸汽經(jīng)冷凝器 E702 冷凝后，進(jìn)入儲(chǔ)罐進(jìn)入中間儲(chǔ)槽V705，泵 P701 將冷凝液從 V705 中回流至精餾塔內(nèi)，其余冷凝液則經(jīng)泵 P702 流回產(chǎn)品罐 V702 中。根據(jù)此流程，雖然冷凝液量無法測(cè)定，但我們可以控制 V705 的液位，使進(jìn)入 V705的液量與流出 V705 的液量相同，從而間接獲得控制輸出，此時(shí)，通過控制器使 P701、P702 依照操作者設(shè)定的回流比分配各自流量，并通過液位控制使其流量之和與塔頂冷凝液相同即可實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。直接型即可直接測(cè)定塔頂冷凝液量。
兩種控制方案均可實(shí)現(xiàn)回流比的自由調(diào)節(jié)及控制，并進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)控操作。間接型控制方案采用液位測(cè)量后，可通過靈活調(diào)整中間儲(chǔ)槽的截面積獲得穩(wěn)定液位，檢測(cè)精度達(dá)到 0． 5%，經(jīng)過校正后輸出精度也可達(dá) 1% 以內(nèi)，系統(tǒng)雖無法直接測(cè)量各流量，但可通過計(jì)量泵的信號(hào)反饋獲得回流及產(chǎn)品流量，并由此推斷出冷凝液量。其問題在于使用兩臺(tái)計(jì)量泵后總體價(jià)格偏高，一般學(xué)校無法承受。直接型方案屬于經(jīng)典比例控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡潔明了，方便教學(xué)，雖然檢測(cè)精度較低為 2%，但系統(tǒng)總體價(jià)格約為間接型系統(tǒng)的 80%，有較高的性價(jià)比，適合控制要求不高的高校實(shí)驗(yàn)室教學(xué)使用。
目前間接型方案已應(yīng)用于在南京大學(xué)，浙江大學(xué)，寧波理工學(xué)院等多個(gè)學(xué)校的精餾實(shí)驗(yàn)裝置中，直接型方案亦在棗莊職業(yè)學(xué)院的精餾實(shí)驗(yàn)裝置中使用，兩種測(cè)控方案均運(yùn)行良好，工作穩(wěn)定可靠，學(xué)校反應(yīng)操作方便，特別與組態(tài)軟件共同使用時(shí)，操作界面友好，師生對(duì)操作情況有直觀的了解，教學(xué)效果獲得較快提升，具有廣泛的應(yīng)用前景。
利用差壓變送器控制電袋除塵器濾袋沖刷磨損的分析
電袋除塵器使用時(shí)通常會(huì)配備一套煙氣均流設(shè)施，用來緩解濾袋的沖刷磨損問題。本文主要圍繞電袋除塵器濾袋沖刷磨損原因及控制等方面展開討論，考慮到除塵器運(yùn)行過程中，均流裝置中的過流通道將覆蓋灰塵，導(dǎo)致除塵器效能低下，并且煙氣進(jìn)入除塵器墻板和濾袋之間，將形成渦流，從而加快了濾袋的磨損速度，對(duì)設(shè)備造成破壞。因此，需要加大對(duì)該問題的研究，保障電袋除塵器的穩(wěn)定運(yùn)行。
隨著環(huán)保意識(shí)逐漸深入人心，火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程中要做好環(huán)境治理工作，其中粉塵是造成環(huán)境污染的主要因素，還要加大對(duì)除塵器升級(jí)改造的研究。電袋除塵器是當(dāng)前廣泛應(yīng)用的除塵設(shè)備，具有風(fēng)險(xiǎn)低、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，但是隨著設(shè)備不斷運(yùn)行，容易出現(xiàn)濾袋磨損問題。為了解決此問題，應(yīng)采取增加導(dǎo)流或降低通流進(jìn)風(fēng)側(cè)風(fēng)速等措施，以便達(dá)到延長濾袋使用壽命的目的。
1 電袋除塵器濾袋沖刷磨損的原因
在對(duì)電袋除塵器濾袋破損原因進(jìn)行分析，本文以某個(gè)火電廠為例，在對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的鍋爐運(yùn)行煙氣排放速度溫度曲線分析可知，該企業(yè)鍋爐在系統(tǒng)負(fù)荷超過290MW 時(shí)，其排煙溫度在150- 164℃之間。從有關(guān)文獻(xiàn)可知，PPS 纖維濾袋允許正常使用的非常高溫度為160℃，當(dāng)鍋爐煙氣溫度大于連續(xù)濾袋材料的運(yùn)行溫度時(shí)，將造成材料的老化和變形。并且煙氣溫度的升高，影響了材料強(qiáng)度，并且達(dá)到一定溫度后，材料強(qiáng)度損失率隨溫度的升高而成倍增加。因此，我們認(rèn)為煙氣溫度是導(dǎo)致濾袋破損的主要原因之一。具體分析煙氣溫度升高原因時(shí)，可發(fā)現(xiàn)主要體現(xiàn)在煤質(zhì)灰分增加和空氣預(yù)熱器排放口煙氣溫度分布不均勻上。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，煤質(zhì)灰分的增加會(huì)降低爐膛溫度，這時(shí)需要增加燃料和通風(fēng)量，來達(dá)到鍋爐運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷要求。這一做法下煙氣在通流區(qū)的溫降減少，煙氣溫度隨著升高。另外，煙氣中的臭氧和NOx 排放濃度會(huì)對(duì)除塵器濾袋產(chǎn)生影響。煙氣中的NO 對(duì)濾袋是無害的，而其中的臭氧和NO2 由于具有侵蝕性，在高溫環(huán)境下會(huì)對(duì)濾袋造成危害。煙氣中的氮氧化物主要來源于以下方面：一是空氣中的氮?dú)夂腿剂现械牡锉谎趸蒒Ox；二是電除塵過程中，火花放電時(shí)會(huì)將空氣中的氧電離生成臭氧，加快了濾袋的老化變形。除了上述影響因素外，布袋壓差過大同樣會(huì)造成濾袋的損害。濾袋噴吹灰技術(shù)主要利用低壓脈沖，將粉塵排除在外，通過控制布袋壓差在800- 1000Pa。而在電袋除塵器運(yùn)行過程中，可能濾袋壓差過高的問題，對(duì)濾袋正常使用有不利影響。面對(duì)這一問題時(shí)，可采取縮短噴吹周期以及增大噴吹壓力等措施。造成濾袋壓差過大的原因如下：一是噴出管出口磨損引起泄露。噴出管不工作時(shí)，彎頭處沒有保溫，當(dāng)高溫?zé)煔膺M(jìn)入噴吹通道后，彎頭處出現(xiàn)冷結(jié)露，煙氣凝露附著在彎頭內(nèi)表面，會(huì)腐蝕其表面。并且開始噴吹作業(yè)時(shí)，煙氣快速通過彎頭，在沖刷、腐蝕的情況下，脈沖氣流不能有效傳遞到噴嘴處，由此導(dǎo)致布袋壓差的增加。二是差壓變送器色出口堵塞。高溫?zé)煔饬魅肴汗軙r(shí)遇冷結(jié)露，取壓口內(nèi)表面灰塵和酸液接觸，會(huì)增加濾袋壓差。
2 電袋除塵器濾袋沖刷磨損的控制分析
2.1 加裝煙氣均流裝置
在電袋除塵器運(yùn)行過程中，濾袋的迎風(fēng)面區(qū)域容易出現(xiàn)損壞。該區(qū)域面向除塵器煙氣入口，其煙氣流速高于其他區(qū)域，并且進(jìn)氣口的灰塵量大。當(dāng)前較為常見的濾袋沖刷磨損控制方法為在濾袋進(jìn)口和電區(qū)出口間增設(shè)煙氣均流裝置，指在對(duì)煙氣進(jìn)行重新分配，提高其在通流管道中的流通穩(wěn)定性，降低濾袋損壞率。
2.2 設(shè)置煙氣導(dǎo)流裝置
電袋除塵器運(yùn)行過程中，可能出現(xiàn)外側(cè)濾袋損壞的情況。除塵器電區(qū)出口及濾袋進(jìn)口之間安裝的均流設(shè)備，通常為槽形板式和孔板式兩類，整體強(qiáng)度較差，實(shí)際設(shè)計(jì)除塵系統(tǒng)時(shí)，不能在均流設(shè)施上增設(shè)清灰裝置。由于粉塵會(huì)受到火花發(fā)電的影響，在流通過程中會(huì)附著管道中，隨著運(yùn)行時(shí)間的積累，粉塵厚度增加并會(huì)對(duì)均流裝置性能產(chǎn)生影響 [1]。尤其在與除塵器入口中心線高度相同的位置處，煙氣流速且阻力增大速率快，由于過流面阻力的不同，促使煙氣主要向除塵器兩側(cè)流通，在阻力頻繁變化下，在局部會(huì)產(chǎn)生渦流，由此導(dǎo)致濾袋出現(xiàn)破損。如果濾袋破損后，不能進(jìn)行及時(shí)處理，則電袋除塵器運(yùn)行中，濾袋破損現(xiàn)象更加嚴(yán)重。從這一渦流產(chǎn)生原理出發(fā)，可在煙氣流速快的位置配置煙氣導(dǎo)流裝置，將其設(shè)置在均流裝置前端，能促使部分煙氣直接流到濾袋后部，從而降低了該區(qū)域的煙氣流量，避免造成濾袋的沖刷磨損。并且如果均流裝置內(nèi)出現(xiàn)阻力變化時(shí)，可在導(dǎo)流裝置作用下，平衡煙氣的流通量，由此保證煙氣正常排出，控制該區(qū)域的煙氣渦流現(xiàn)象。
2.3 增設(shè)煙氣冷卻器
煙氣溫度是影響濾袋使用功能的主要原因，為了保證電袋除塵器運(yùn)行質(zhì)量，應(yīng)在出口煙道設(shè)置煙氣冷卻器，降低煙氣溫度來解決濾袋壓差大等問題。如通過加熱器進(jìn)口給水，可起到降低煙氣溫度的作用，創(chuàng)造一個(gè)穩(wěn)定的除塵器運(yùn)行環(huán)境。冷卻器管組主要采取鰭片管，根據(jù)煙氣流動(dòng)過程中的溫度變化情況，合理設(shè)計(jì)鰭片管的疏密情況，對(duì)于溫度高的區(qū)域，應(yīng)增加鰭片排列密度。通過調(diào)整鰭片管的換熱面積，能很好降低煙道不同位置的煙氣溫差，緩解溫度帶來的濾袋沖刷磨損問題。
2.4 加強(qiáng)進(jìn)煤管理
在進(jìn)煤管理方面，應(yīng)盡可能選擇低灰高熱量煤種，合理設(shè)定高灰煤種和低灰煤種的摻配比，以免由于煤種內(nèi)灰分較高造成熱量較大。同時(shí)需要定期進(jìn)行磨煤機(jī)的維修管理，尤其對(duì)于彈簧加載磨煤機(jī)來講，要對(duì)其進(jìn)行加載檢查，保證加載力滿足裝置使用需求。同時(shí)還要把控好磨煤分離器的擋板角度，以便增加煤粉細(xì)度。在上述措施運(yùn)用下，可降低出口煙氣溫度，有利于加大對(duì)除塵器濾袋使用情況的控制，進(jìn)而發(fā)揮電袋除塵器應(yīng)用效能。
3 實(shí)施效果評(píng)價(jià)
采取上述技術(shù)改造措施后，能發(fā)現(xiàn)通過煙氣冷卻器的使用，鍋爐煙氣溫度有明顯降低，并且減小了通道兩側(cè)的煙氣溫差。以上述火力發(fā)電生產(chǎn)為例，改造后的鍋爐煙氣溫度約為127℃，壓差降到5℃左右。另外，進(jìn)行脫銷改造后，除塵器進(jìn)口的煙氣NOx 濃度達(dá)到有效控制，以免由于在氮氧化物作用下引起煙氣溫度過高的問題[2]。而在濾袋壓差過高方面，通過改造除塵器取壓管和噴吹管能有效抑制這一現(xiàn)象，從企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際來看，在上述改造措施作用下，在除塵器運(yùn)行中還沒有出現(xiàn)濾袋壓差異常的情況。改造后的濾袋使用壽命明顯延長，降低了濾袋維修和更換方面產(chǎn)生的費(fèi)用。
并且均流裝置和導(dǎo)流裝置的運(yùn)用，在除塵器濾袋沖刷磨損問題處理上，有較好應(yīng)用價(jià)值。在實(shí)際運(yùn)用這些改造措施前，應(yīng)考慮風(fēng)量分配的變化特點(diǎn)，根據(jù)風(fēng)量分配實(shí)際情況，確定導(dǎo)流裝置的截面積。一般來講，如果將10%的高溫?zé)煔鈱?dǎo)入到濾袋后端，則將導(dǎo)流通道截面積設(shè)計(jì)為總流通截面積的6.2%。實(shí)際分析技術(shù)改造效果時(shí)，可發(fā)現(xiàn)風(fēng)量分配情況滿足預(yù)期要求，煙氣在通道內(nèi)分散均勻，延長了除塵器濾袋的使用壽命。
4 結(jié)論
綜上所述，為了充分發(fā)揮電袋除塵器運(yùn)用功能，需要對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造，通過重新分配除塵器的袋區(qū)風(fēng)量，確保粉塵在袋區(qū)內(nèi)分布均勻，避免由于風(fēng)速過快在局部出現(xiàn)渦流現(xiàn)象，是解決濾袋沖刷磨損問題的主要措施。隨著電袋除塵器改進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，一定程度提高了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，不僅加大了對(duì)除塵器運(yùn)行成本的控制，還提高了火電廠生產(chǎn)中的環(huán)境效益，進(jìn)一步促進(jìn)供電企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
