“密相半干法”脱硫烟气系统自动化控制系统设计

制系统设计

【摘要】 炼铁是钢铁企业最重要的方面，钢铁生产中往往会有二氧化硫大量产生。二氧化硫和烟尘是人类呼吸系统疾病的主要原因，二氧化硫是酸雨的根本原因，减少二氧化硫和烟尘排放量的一个重要目标，减少二氧化硫和烟尘排放量是企业的社会责任和任务。

唐钢210平烧结机密相干塔烟气脱硫技术改造，目的是为了响应国家号召，承担企业的社会责任，减少SO2的排放量。本文介绍了自动控制系统的烟气脱硫的技术改造，并介绍了控制系统的总体方案，完成了对烟气脱硫自动控制系统的设计。其中水系统、烟气控制系统和灰系统自动控制系统的设计，是此次密相塔烟气脱硫技术中，自动化控制系统的关键部分。这些控制系统决定了脱硫控制系统的控制效果，与传统的手工操作和唐钢公司其他现有的控制方法相比，通过此次技术改造达到较高的控制精度。本文从实用的角度来看，集成可编程逻辑控制器（PLC）、组态软件和工业控制计算机，超越以往的传统继电器控制方法，结合生产实际，设定适合生产的控制参数，将脱硫量控制在理想范围内。根据此自动控制系统的方法，具有良好的安全性、稳定性和流畅性的控制效果，脱硫控制系统更方便和高效。

【关键词】脱硫；过程控制；PID控制；PLC

为了经济的持续健康发展和居民职工的健康，河北钢铁股份有限公司唐山分公司炼铁厂北区进行了210平烧结机烟气脱硫项目自动化控制系统的技术改造，以减少二氧化硫的排放量。

根据河北钢铁股份有限公司唐山分公司烧结机烟气脱硫工程技术要求，为满足烧结过程中产生的烟气中SO2浓度达到环保要求，在2号、3号、4号烧结机主抽风机后烧结机脱硫烟道上安装烟气脱硫装置，实现烧结烟气SO2减排目标。

本次技术改造采用目前最先进的密相塔烟气脱硫技术（Dense Flow Absorber Flue Gas Desulphurization，简称DFA-FGD）是北京科技大学环境工程中心结合德国先进技术，开发并研制的一种半干法的烧结的烟气脱硫的技术，这种技术十分适合中国现在国情。自2002年开始开发，目前该技术已经成熟，并已在国内多家钢铁企业的烧结烟气脱硫中得到成功应用。

1、“密相半干法” 烧结烟气脱硫工艺

“ 密相半干法” 烧结烟气脱硫工艺流程，主要包括SO2的吸收和脱硫灰的循环利用两个过程。烧结烟气首先要经过除尘，经

过电除尘器；然后，烟气要经过降温装置，在通过防腐管道时首先用雾化喷嘴喷水降温，并被增压风机带到顶部的脱硫塔。除尘器和脱硫塔收集的颗粒与添加石灰粉通过运输设备的顶部的脱硫塔在加湿，加湿后消化吸收塔顶部进入脱硫塔。在脱硫塔的顶部，烟气与经过加湿后的石灰一起向下流动，在向下的过程中与水，二氧化硫和消石灰发生化学反应。在灰脱硫塔的脱硫灰沉积反应和除尘器的底部后，大多数脱硫灰通过拉链机，螺旋输送机，斗式提升机输送到脱硫塔循环的顶部，一小部分排入废灰仓，然后由罐车外运。净化后的烟气，并返回到主排气风机在从烟囱排放。

图1 密相干塔脱硫技术工艺原理图

2、PLC选型与控制系统设计综述

本工程控制系统采用PLC+上位机，PLC选用AB系列RSLOGIX5000冗余CPU，我厂的现场工作人员在烟气脱硫主控室的上位机（操作员站）进行密相半干法烟气脱硫系统工艺的运行，在运行期间需要对烟气脱硫工艺中各个参数进行设置，随时关注监控画面，实现对烟气脱硫系统的启停，从而达到顺序控制。在运行期

间，上位机中的参数会自动检测，检测完毕后会自动存储，系统中的参数会根据现场实际情况进行自动调节。为了能够使现场设备和上位机及时快速响应，我厂使用工业上以太网的网络通讯作为通讯方式。PLC柜内每个I/O模块配一个自动开关。

整个控制系统是由上位机（主控室）和现场自动化设备（仪表等）以及可编程控制器组成。这个控制系统具有采集庞大的现场数据、处理运算控制、根据实际因素和输入量控制输出、调节控制，并可以对设备运行进行实时的状态监控、对设备的故障进行报警、根据实时的数据进行分析处理并在上位机中显示、对系统所有的数据进行管理、可以根据操作工的需要进行图形的显示以及所需报表的截图打印，还有强大的远程通讯功能。以及这些信息的组态、调试、打印、诊断等功能。

主控室操作人员可以根据反馈的数据进行处理，包括键盘操作、鼠标操作、进行监视和数据的查询。操作人员可以根据工艺流程图对流量、温度等参数进行调节，根据报警信息和运行数据对报表进行查询和打印，实现系统的可控，根据生产需要对系统进行参数调节，顺序控制等。

系统配置：烟气脱硫计算机控制系统的硬件主要包括控制站、工程师站、UPS电源、操作站、打印机、通信网络及远程I/O站（若有需要）等。设置操作站监控计算机三台，二台在烟气脱硫主控室，完成烟气脱硫系统所有监控功能。在烟气脱硫主控室设置一台工程师站计算机，完成对控制系统软件维护的功能，并能与操作站监控计算机互为备用。

设备选型：1台工业以太网交换机（16口），开关量输入、输出模板选用16通道模板，输入开关量、输出开关量、输入模拟量、输出模拟量的点数分别按照通用的15%的余量作为系统的备用，并配备UPS电源。PLC控制系统采用AB RSLogix 5000冗余系统。

计算机配置如下：DELL OptiPlex 990 i5-2400/DVDRW/内置戴尔商务音频扬声器,戴尔 U2312显示器。

机柜：机柜为封闭式，前﹑后开门，电缆由底部进出，柜内配置通风及照明装置。盘前布置PLC底板框架、配电电源、 (每一个模块一个空气开关控制)、电源插排，盘后用施耐德RXM2AB2AP+RXZE1M2C的继电器作为输出继电器及竖排端子最好是用作接线、按模块来对端子分组，线径按容量确定、颜色按标准，电源开关为C65N（施耐德），继电器采用性能可靠的产品，盘内布置满足安装、维护及配线要求，控制柜标志清楚统一。带图纸框。

柜体：实用、不变形、螺栓连接；把手暗锁，与环境协调，保证质量。柜体钢板选用主要钢厂生产的冷轧钢板，并且厚度不小于1.5mm；柜门钢板选用主要钢厂生产的冷轧钢板，并且厚度不小于2.0mm。

外形尺寸：高：2200×深：600×宽：1000（按机架安装的需要） 用粉末静电喷塑对所有的柜体表面进行处理；颜色：海灰色（7035）。 防护等级：IEC IP20。

用最少30分钟的UPS电源分别作为可编程控制系统和上位监控计算机的电源。

所有计算机操作系统、杀毒软件、应用软件要求为正版软件（有授权），工程师站组态软件选用RSLLOGIX 5000，上位监控软件选用SE，无限点配置。配置打印机一台（A3黑白激光打印机），并根据主控室环境配置计算机操作台及若干座椅。

提供PLC柜之间的连线，PLC柜与HMI站之间的连线， CPU之间的系统通讯等相关的一系列设备及安装附材。

3、该技术改造有良好的社会效益及环境效益

1）烧结机脱硫系统投入运行后，经唐山市环境监测中心站监测，脱硫设施进口二氧化硫浓度为416.61～807.47mg/m3，脱硫后排放浓度为25.74～49.57mg/ m3，脱硫效率为90.89%～94.69%，达到了设计要求。经测算，烧结机

脱硫系统正常投入运行后，年减少SO2排放量7945吨，减少烟尘排放量883吨，具有较好的环境效益和社会效益。

2）大气中的二氧化硫和烟尘是人体呼吸系统疾病的主要原因之一，而二氧化硫是酸雨的根本原因，灰尘和酸雨会降低农作物和森林的产量，从而导致生产力的损失。国家将减少二氧化硫和烟尘排放量作为一个关键的减排目标，减少二氧化硫和烟尘排放量是社会给企业的责任和任务。烧结烟气脱硫工程的实施，是一个积极的回应，市政府建设唐山的魅力，宜居唐山在唐山展出承担社会责任，努力改善环境，具体行动回报社会。

总之，该系统已投入运行，运行可靠，不发生系统故障，自动控制系统调节的静态和动态的质量，当扰动系统响应快、超调小、手动/自动无扰切换方便，实现长期稳定运行的目的。

参考文献

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