大型燒結廠煙氣脫硫控制系統(tǒng)設計

吳世杰

（河北鑫達鋼鐵有限公司，河北 唐山064401）

1 工藝流程簡介

燒結廠在生產(chǎn)燒結礦的同時，會排放大量的SO2，對大氣環(huán)境產(chǎn)生污染。目前主要采用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術，其特點是技術成熟，適用性強，脫硫效率高達90%～98%，副產(chǎn)品能回收利用。

公司新建160m2燒結機組采用該項工藝，主要工藝流程是：燒結煙氣通過主抽風機經(jīng)電除塵初次除塵，經(jīng)大煙道進入吸收塔與脫硫劑接觸反應，經(jīng)脫硫除霧后的煙氣經(jīng)過脫硫塔排出。脫硫劑石灰石由白灰窯制成粉末，經(jīng)上料塔上料至料倉，經(jīng)振動電機和螺旋給料器給料至制漿罐，制成一定濃度的石灰石漿液。運行時根據(jù)脫硫系統(tǒng)處理的煙氣量和SO2的濃度，由漿液循環(huán)泵經(jīng)噴頭打到吸收塔內(nèi)，漿液在塔內(nèi)不斷地攪拌，并經(jīng)曝氣機進行強制氧化，當塔內(nèi)石膏漿液濃度達到設定濃度后由石膏排出泵排出，經(jīng)旋流器初步脫水、真空皮帶機二次脫水后，得到含水率低于10%的石膏，裝車外運。

該脫硫控制系統(tǒng)由PLC控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)和上位機組成，其中PLC控制系統(tǒng)負責各個工藝的控制，網(wǎng)絡系統(tǒng)負責PLC與上位機的通訊，上位機負責主工藝流程和數(shù)據(jù)的顯示。按功能劃分為石灰粉上料系統(tǒng)、石灰漿液制備系統(tǒng)、循環(huán)泵控制系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、石膏漿液排出系統(tǒng)等。整個脫硫控制系統(tǒng)采用德國西門子的S7－300系列自動化產(chǎn)品。

2 PLC的硬件設計

根據(jù)本系統(tǒng)脫硫工藝流程統(tǒng)計出主要控制電機如下：制漿罐攪拌電機1臺，螺旋給料機1臺，振動電機1臺，刮板除渣機1臺，電動水閥門1臺，石膏排出泵3臺，真空泵1臺，真空皮帶機1臺，循環(huán)水泵4臺，沖洗水泵2臺，降溫泵2臺，曝氣機2臺，煙道電動執(zhí)行器2臺。根據(jù)這些電機電氣控制圖得出PLC數(shù)字量輸入點數(shù)為70點，輸出點數(shù)為25點，根據(jù)使用點數(shù)和工藝要求選用西門子S7－300系列DI32×24VDC數(shù)字量輸入模塊3塊，DO32×24VDC數(shù)字量輸出模塊3塊。

根據(jù)本系統(tǒng)脫硫工藝流程統(tǒng)計出所需模擬量信號點數(shù)為53點，其中模擬量輸入為50點，模擬量輸出為3點，根據(jù)使用點數(shù)和工藝要求選用西門子S7－300系列AI8×16b模擬量輸入模塊9塊，AO8×16b模擬量輸出模塊1塊。

由于本系統(tǒng)要求有順序控制、數(shù)據(jù)運算等較復雜控制，并且要求通過以太網(wǎng)與上位機通訊，所以PLC模塊采用S7－300系列帶網(wǎng)絡功能的CPU315－2DP／PN。

本系統(tǒng)要求主控有2臺監(jiān)控電腦、1臺工程師站，因此采用ED6008－MM－SC6點交換機。

對于上位機系統(tǒng)，由于使用西門子WinCC組態(tài)軟件和工程師站，電腦要求監(jiān)控程序安裝西門子的PLC編程軟件STEP7V5.5，因此統(tǒng)一采用研華IPC610L系統(tǒng)工控機。

3 PLC的軟件設計

根據(jù)工藝要求，本系統(tǒng)既要控制各個電機按照所需工藝要求運行，又要上位機顯示一些主要工藝流程和數(shù)據(jù)監(jiān)控等，所以，PLC軟件設計分為PLC控制軟件設計和上位機組態(tài)軟件設計。

由于采用西門子自動化產(chǎn)品，根據(jù)現(xiàn)行主流編程軟件，本系統(tǒng)PLC程序編制采用STEP7V5.5軟件，組態(tài)軟件設計采用WinCC7.0軟件。

3.1 STEP7V5.5軟件設計PLC程序

由于模塊化設計具有相對獨立性、互換性、通用性等優(yōu)點，因此本系統(tǒng)采用模塊化設計思路。根據(jù)工藝要求，本系統(tǒng)將分為石灰粉上料系統(tǒng)、石灰漿液制備系統(tǒng)、石灰漿液循環(huán)系統(tǒng)、石膏排出系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)和石膏脫水系統(tǒng)。本文重點介紹石灰粉上料系統(tǒng)、石灰漿液制備系統(tǒng)、石灰漿液循環(huán)系統(tǒng)、石膏排出系統(tǒng)等。

3.1.1 石灰粉上料系統(tǒng)

石灰粉上料系統(tǒng)分為就地和遠控兩部分。就地部分石灰粉上料由機旁箱就地按鈕控制，包括啟動、停止、急停、上下限及故障顯示等功能；遠控部分分為組態(tài)軟件電腦、手動控制，即將啟動、停止、急停、上下限及故障顯示在組態(tài)畫面中顯示出來；全自動按鈕設在組態(tài)畫面，全自動時石灰粉上料小車根據(jù)上下限設定信號，延時自動往返，實現(xiàn)自動上料功能。

3.1.2 石灰漿液制備系統(tǒng)

石灰漿液制備系統(tǒng)包括石灰料倉、螺旋給料機、振動電機、刮板除渣機、pH值檢測儀、超聲波液位計和攪拌電機、石灰漿液電磁閥等。其中螺旋給料機、振動電機、刮板除渣機、石灰漿液電磁閥設有就地和遠控兩部分。就地部分由機旁箱就地按鈕控制，包括啟動、停止、急停及故障顯示等功能；遠控部分分為組態(tài)軟件電腦、手動控制，即將啟動、停止、急停及故障顯示在組態(tài)畫面中顯示出來；全自動按鈕設在組態(tài)畫面，全自動時石灰料倉設料位低和料位高信號，料位低時，上料系統(tǒng)自動補料，料位高時，上料系統(tǒng)停止自動補料。

石灰漿液制備系統(tǒng)自動控制過程如下：根據(jù)設定pH值調(diào)節(jié)各個設備按工藝流程運行，當pH值低時關閉電磁水閥，并且在石灰料倉料位不低的情況下，開啟螺旋給料機和振動電機給料，同時刮板除渣機運行去除不溶于水的殘渣；當pH值高時，關閉螺旋給料機和振動電機，開啟電磁水閥補水，同時刮板除渣機延時運行停機，如此往復循環(huán)。其中攪拌電機受制漿罐液位控制，當液位高于設定值時，攪拌電機開啟，自動攪拌；當液位低于設定值時，延時停機，停止攪拌。

3.1.3 石灰漿液循環(huán)系統(tǒng)

石灰漿液循環(huán)系統(tǒng)包括：4臺石灰漿液循環(huán)水泵，3用1備；2臺曝氣機，1用1備；循環(huán)水池液位計1臺；循環(huán)水泵流量計1臺。

石灰漿液循環(huán)系統(tǒng)分為就地和遠控兩部分。就地部分石灰漿液循環(huán)系統(tǒng)由機旁箱就地按鈕控制，包括啟動、停止、急停及故障顯示等功能；遠控部分分為組態(tài)軟件電腦、手動控制，即將啟動、停止、急停及故障顯示在組態(tài)畫面中顯示出來。

石灰漿液循環(huán)系統(tǒng)自動控制過程如下：根據(jù)燒結煙氣進出口流量、SO2濃度和循環(huán)水泵泵的漿液流量，自動順序延時開啟1#循環(huán)泵、2#循環(huán)泵和3#循環(huán)泵，并同時開啟曝氣機攪拌和強制氧化，當其中有1臺循環(huán)泵報故障時，自動切掉故障水泵同自動啟動備用循環(huán)泵并聲光報警。pH值檢測儀和超聲波液位計控制制漿罐電磁閥和工藝水電磁閥的開關，自動控制過程如下：當pH值高于設定值時，關閉制漿罐電磁閥，開啟工藝水電磁閥；當pH值低于設定值時，關閉工藝水電磁閥，開啟制漿罐電磁閥補充石灰漿液。

3.1.4 石膏排出系統(tǒng)

石膏排出系統(tǒng)包括：石膏排出泵3臺，2用1備；石膏漿液流量計、石膏漿液密度計各1臺。

石膏排出系統(tǒng)分為就地和遠控兩部分。就地部分石膏排出系統(tǒng)由機旁箱就地按鈕控制，包括啟動、停止、急停及故障顯示等功能；遠控部分分為組態(tài)軟件電腦、手動控制，即將啟動、停止、急停及故障顯示在組態(tài)畫面中顯示出來。

石膏排出系自動控制過程如下：石灰漿液與燒結煙氣中的SO2和曝氣機中的氧氣發(fā)生化學反應生成石膏漿液。當石膏漿液流量和濃度超過設定值時，自動順序延時開啟1#石膏排出泵、2#石膏排出泵；當其中有1臺石膏排出泵故障時，自動切掉故障石膏排出泵同自動啟動備用石膏排出泵并聲光報警；當循環(huán)水池液位高于設定值時，開啟石膏排出泵，將多余漿液排出。

3.2 WinCC組態(tài)軟件設計

根據(jù)工藝要求，組態(tài)監(jiān)控畫面能夠監(jiān)控整個工藝流程的數(shù)據(jù)及告警信息等，因此，組態(tài)軟件也分為幾個模塊畫面，如工藝流程主畫面、數(shù)據(jù)采集主畫面等。工藝流程主畫面主要監(jiān)控整個工藝過程的電流、液位、流量、在線分析儀等采集的重要數(shù)據(jù)及其超限警報等功能；數(shù)據(jù)采集主畫面主要顯示工藝流程主畫面所顯示數(shù)據(jù)的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)記錄查詢、打印等功能。

4 結語

目前，已成功投運3套脫硫系統(tǒng)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。本系統(tǒng)具有控制對象數(shù)量比較少，且控制回路比較簡單；閉環(huán)控制比較少，開環(huán)控制比較多；實時性要求比較低，控制對象比較分散；控制使用的PID比較少，順序控制比較多；注重時間控制，保護要求不多等特點。

［1］鐘秦.燃煤煙氣脫硫脫硝技術及工程實例［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2002

［2］廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應用［M］.重慶：重慶大學出版社，2001