基于PLC的鍋爐煙氣脫硝控制系統(tǒng)的設(shè)計

鄂以帥，張保偉，代惠民，張 爍，李 琰，王瑩瑋，賀 強(qiáng)

（中國鋁業(yè)鄭州有色金屬研究院有限公司，河南 鄭州 450041）

煙氣脫硝技術(shù)是我國控制氮氧化物排放的主要方法之一。目前，國內(nèi)外應(yīng)用較多且工藝成熟的選擇性催化還原法（SCR）和選擇性非催化還原法（SNCR）煙氣脫硝，均需要向煙氣中噴入還原劑氨，使煙氣中的氮氧化物還原成氮[1]。為了保證氮氧化物充分反應(yīng)并避免氨過量造成新的污染，需要對氨逃逸進(jìn)行實時監(jiān)測分析，以達(dá)到還原劑氨注入量的最優(yōu)化，提高脫硝效率。監(jiān)測脫硝前后氨的含量是實施控制氨逃逸的有效依據(jù)，從而避免造成對下游設(shè)備的腐蝕和破壞。

1 脫硝機(jī)理及系統(tǒng)工藝流程

1.1 煙氣脫硝機(jī)理

選擇性非催化還原脫除Ox技術(shù)是把含有NHx基的還原劑噴入爐膛溫度為800℃～1100℃的區(qū)域，該還原劑迅速熱分解成NH3和其它副產(chǎn)物，隨后NH3與煙氣中的NOx進(jìn)行選擇性非催化還原反應(yīng)而生成N2和H2O[2]。其化學(xué)反應(yīng)方程式主要為：

1.2 煙氣脫硝系統(tǒng)工藝流程

煙氣脫硝系統(tǒng)主要由卸氨系統(tǒng)，氨水儲罐，氨水輸送及控制系統(tǒng)，軟化水箱，軟化水輸送及控制系統(tǒng)，稀釋系統(tǒng)，壓縮空氣調(diào)節(jié)劑及制系統(tǒng)，分配及控制系統(tǒng)，噴霧系統(tǒng)，煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng),氨逃逸在線監(jiān)測系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成。當(dāng)氨水被軟化水稀釋后通過分配調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在壓縮空氣的作用下通過噴霧系統(tǒng)對鍋爐煙氣進(jìn)行噴霧。其中氨水輸送及控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)氨水量的計量、調(diào)節(jié)部分；軟水輸送及控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)軟化水量的計量、調(diào)節(jié)部分；稀釋系統(tǒng)負(fù)責(zé)氨水和軟水的配比、濃度控制；煙氣檢測系統(tǒng)負(fù)責(zé)煙氣NOx、O2濃度的監(jiān)測，分配及控制系統(tǒng)通過對煙氣監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析控制藥劑的流量；壓縮空氣調(diào)節(jié)及控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)藥劑的輸送揚(yáng)程及輸送壓力；氨逃逸在線監(jiān)測系統(tǒng)負(fù)責(zé)煙氣中NH3的含量監(jiān)測，來控制氨消耗。

圖1 工藝流程圖

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)包括PLC，液位計，流量計，觸摸屏，上位機(jī)，煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，氨逃逸在線監(jiān)測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)等幾部分。其中該系統(tǒng)以PLC為控制核心進(jìn)行展開的，PLC本身具有可靠性好，適應(yīng)性好，抗干擾能力強(qiáng)，能夠適應(yīng)多種環(huán)境、在煙氣脫硝的環(huán)境中可以穩(wěn)定運(yùn)行等優(yōu)先，再有PLC還自帶RS232和RS485通訊接口，可以方便的完成與上位機(jī)，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程診斷等功能，可以方便的進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試和維護(hù)，并通過組態(tài)軟件及上位機(jī)軟件搭配應(yīng)用，簡潔明了的顯示出控制過程，方便操作人員的使用及維護(hù)。

2.1 PLC控制要求

本系統(tǒng)中，PLC接收在線監(jiān)測設(shè)備傳送過來的信號，根據(jù)邏輯控制程序，判斷是否需要啟?；蛘{(diào)節(jié)設(shè)備。同時PLC與上位機(jī)及觸摸屏實時通訊，通過上位機(jī)和觸摸屏不僅可以觀看反應(yīng)過程，還可以進(jìn)行反應(yīng)的自動與手動的控制；通過數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程診斷平臺可以實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與系統(tǒng)專家診斷等功能[4]。

2.2 煙氣排放在線監(jiān)測系統(tǒng)

煙氣排放在線監(jiān)測系統(tǒng)是適應(yīng)于各種鍋爐連續(xù)廢棄排放量的檢測，可以連續(xù)在線監(jiān)測顆粒物的濃度，其控制計算機(jī)可以將所測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和處理；可通過網(wǎng)絡(luò)與上級環(huán)保部門的計算機(jī)連接，環(huán)保部門可以方便、快捷地調(diào)用和監(jiān)測數(shù)據(jù)[3]。

2.3 氨逃逸在線監(jiān)測系統(tǒng)

在脫硝工藝氣體監(jiān)測中，出口的逃逸氨（殘余氨）濃度檢測非常重要，因為逃逸氨是反映和考評脫硝效率的指標(biāo)之一，同時過量的逃逸氨生成的銨鹽會嚴(yán)重影響后續(xù)空預(yù)器等設(shè)備正常運(yùn)行，因此氨逃逸監(jiān)測也是目前國內(nèi)脫硝工藝中煙氣監(jiān)測的重要組成部分。

2.4 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程專家診斷系統(tǒng)

遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)是隨著計算機(jī)技術(shù),通信技術(shù),傳感技術(shù)的發(fā)展而逐漸興起的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)。遠(yuǎn)程監(jiān)控的監(jiān)測點(diǎn)與控制中心分別位于兩地,打破了地域的界限,方便通過網(wǎng)絡(luò)來連接傳遞信息。

在煙氣脫硝控制系統(tǒng)中，無線數(shù)傳模塊把NOx,O2，下料量等重要參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)疆惖?，異地技術(shù)人員通過登錄網(wǎng)絡(luò)平臺對其訪問，數(shù)據(jù)查看等手段對其在線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，甄別。實現(xiàn)隨時隨地掌控系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)維的效果。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 PLC的程序設(shè)計[5]

系統(tǒng)采用可編程控制器對整個系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制，應(yīng)用PLC控制主要實現(xiàn)功能如下。

（1）實現(xiàn)設(shè)備手動控制與自動控制的處理；

（2）實現(xiàn)煙氣脫硝系統(tǒng)的控制處理；

（3）實現(xiàn)對運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲與展示；

（4）實現(xiàn)上位機(jī)與觸摸屏的通訊。

在進(jìn)行PLC程序書寫時，考慮到手動控制與自動控制的切換、設(shè)備啟停順序、設(shè)備輸入/輸出量、故障報警等方面的考慮[5]。其流程圖如圖2所示。

圖2 plc控制程序主流程圖

3.2 上位機(jī)組態(tài)部分設(shè)計

為了能夠方便操作人員對于測量系統(tǒng)的使用，更加直觀、更加快捷的完成脫硝系統(tǒng)的控制，讓操作人員實時掌握測量過程中的每一個環(huán)節(jié)，在界面設(shè)計中，采用國產(chǎn)的組態(tài)軟件，其開發(fā)環(huán)境通俗易懂，和通訊接口方便，容易上手，并且功能強(qiáng)大，可以將各個部分有效的融為一體[6]。

在開發(fā)界面設(shè)計及布局中，著重的設(shè)計了工藝流程畫面，各個設(shè)備狀態(tài)畫面，歷時曲線畫面，報警畫面等，開發(fā)環(huán)境自帶圖庫，設(shè)計中直接從庫中調(diào)取，方便快捷。

4 控制結(jié)果及展望

在對本控制系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試完成后，進(jìn)行了測量分析與校核，進(jìn)而確定系統(tǒng)是否滿足控制的要求，通過對人工計算與系統(tǒng)在線分析進(jìn)行了對比，證明控制結(jié)果符合國家要求[7]。

本文按照實施的順序?qū)煔饷撓踝詣涌刂葡到y(tǒng)進(jìn)行介紹，說明了系統(tǒng)的工藝流程、搭建過程及實施步驟，介紹了系統(tǒng)的各個功能塊的作用，在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上實現(xiàn)手動與自動的切換，系統(tǒng)報警處理等。還有一些問題需要在以后改進(jìn)中完善優(yōu)化，考慮通過PID算法進(jìn)行精度更高的控制，另外在組態(tài)界面中增加三維立體動態(tài)畫面，提供更加清晰直觀的監(jiān)控畫面。