PLC技術(shù)在焦?fàn)t脫硫脫硝工段中的應(yīng)用

邢江偉

（承德中灤煤化工有限公司，河北 承德 067002）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量的煤炭被開(kāi)采和利用。煙霧污染的煤炭利用過(guò)程中越來(lái)越突出，并嚴(yán)重影響焦?fàn)t炭化過(guò)程中產(chǎn)生的煙霧在空氣質(zhì)量水平已引起廣泛的關(guān)注，許多專家和學(xué)者進(jìn)行深入研究焦?fàn)t煙氣處理。以某焦化廠脫硫脫硝工段中PLC的應(yīng)用為例，從焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝出發(fā)，通過(guò)對(duì)焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝PLC控制系統(tǒng)的軟硬件選擇與實(shí)現(xiàn)，對(duì)PLC技術(shù)在焦?fàn)t脫硫脫硝工段中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。

1 概述

（1）脫硫工藝。當(dāng)前，脫硫工藝可以分為三種類型，即干法脫硫、濕法脫硫和生物脫硫，這三種脫硫工藝的應(yīng)用方式有很大不同。干法脫硫是指應(yīng)用能夠吸附硫氧化物的介質(zhì)達(dá)到對(duì)煙氣的脫硫效果，常用的為NID技術(shù)和CFB技術(shù)。NID技術(shù)的原理為直接投入高質(zhì)量的消石灰，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣中SOx的有效吸附。CFB技術(shù)的原理為應(yīng)用吸附劑直接對(duì)SOx進(jìn)行吸附，生成固體產(chǎn)物。濕法脫硫技術(shù)是指將預(yù)處理后的煙氣導(dǎo)入能夠吸收硫氧化物的水體中，利用石膏或者石灰水達(dá)到脫硫效果。

（2）脫硝工藝。現(xiàn)階段，脫硝工藝類型較多，常用的有三種。一是SCR技術(shù)，該技術(shù)的原理為在180℃～420℃條件下，向煙氣中噴入氨基還原劑，生成N2和H2O，從而達(dá)到脫硝效果。目前，這種工藝已經(jīng)較為成熟。二是SNCR技術(shù)。該技術(shù)溫度范圍為850℃～1100℃，應(yīng)用的還原劑包括NH3和尿素，并且需要向反應(yīng)容器中灌入氧氣。三是O3脫硝技術(shù)。該技術(shù)的原理為利用臭氧的強(qiáng)氧化性對(duì)氮氧化物進(jìn)行處理。

（3）除氨工藝。當(dāng)前，煙氣中的氨氣來(lái)源主要為脫硫時(shí)應(yīng)用的氨水，人們需要對(duì)氨氣輸入量進(jìn)行控制，在保證脫硫效果的基礎(chǔ)上，防止煙氣中存在過(guò)多的氨氣。通常，人們會(huì)應(yīng)用氨氣檢測(cè)設(shè)備對(duì)煙氣中的氨氣濃度進(jìn)行探測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氨氣輸入系統(tǒng)的有效控制。

（4）固體灰塵去除工藝。常用的灰塵去除工藝大致有兩種。一是陶瓷除塵技術(shù)，即在設(shè)備中設(shè)置導(dǎo)流片，在煙氣的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，固體顆粒會(huì)產(chǎn)生離心力，當(dāng)顆粒碰撞到設(shè)備內(nèi)壁時(shí)，會(huì)在重力的作用下落到設(shè)備底層，從而達(dá)到有效處理灰塵的目的。二是沖袋式除塵技術(shù)，即將被處理的煙氣輸入到?jīng)_袋式設(shè)備中，設(shè)備中含有多層過(guò)濾膜，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣中固體顆粒的有效過(guò)濾。

2 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝概述

（1）焦?fàn)t煙氣脫硝工藝概述。焦?fàn)t煙氣脫硝工藝的流程如下：首先焦?fàn)t煙氣經(jīng)焦?fàn)t煙囪分煙道進(jìn)行SCR（選擇性催化還原技術(shù)）系統(tǒng)入口；然后進(jìn)入還原劑噴射系統(tǒng)；接下來(lái)，經(jīng)過(guò)還原劑噴射系統(tǒng)的煙氣經(jīng)導(dǎo)流板、整流格柵進(jìn)入煙氣預(yù)處理裝置；接著進(jìn)入催化劑層；最后經(jīng)SCR系統(tǒng)出口進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，至此整個(gè)脫硝工藝結(jié)束。在整個(gè)煙氣脫硝工藝過(guò)程中，氮氧化物的還原是核心，還原劑采用的是高濃度氨水，還原過(guò)程為：首先由高壓泵對(duì)氨水加壓；經(jīng)加壓后的氨水進(jìn)入汽化器，在混合器中汽化后的氨水與空氣混合；混合氣經(jīng)噴氨格柵、整流格柵進(jìn)入催化劑層，在催化劑層對(duì)煙氣中的氮氧化物進(jìn)行催化，生成水和氮?dú)狻?/p>

（2）焦?fàn)t煙氣脫硫工藝概述。焦?fàn)t煙氣脫硫工藝的流程如下：焦?fàn)t煙氣經(jīng)脫硝系統(tǒng)進(jìn)入煙氣再熱器，經(jīng)二次加熱后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入脫硫塔進(jìn)行脫硫，經(jīng)脫硫后的煙氣再次進(jìn)入煙氣再熱器后經(jīng)煙囪排出。

（3）脫硫脫硝系統(tǒng)入出口煙氣含量在線檢測(cè)參數(shù)：

SO2、NOx：0mg/Nm3～ 5000mg/Nm3；

煙塵 ：0mg/Nm3～ 2000mg/Nm3；

O2：0%Vol～ 25%Vol；

溫度：0℃～ 400℃，壓力：-10KPa～ 10KPa；

流速：0m/S～ 30m/S；

流量：0萬(wàn)m3/h～50萬(wàn)m3/h；

濕度：0%～50%；

無(wú)數(shù)傳輸裝置＜兩個(gè)DTU傳輸＞，以太網(wǎng)光纖。

3 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝PLC控制系統(tǒng)的軟硬件選擇

（1）硬件選擇。案例焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的硬件包括西門子S7_412_5HPN/DP主PLC、ET200遠(yuǎn)程站輸入/輸出模塊、ARD2F型電機(jī)保護(hù)器、Y_LINK型鏈接接器、兩臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)?？刂剖业膬膳_(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)通過(guò)交換機(jī)進(jìn)行連接，一臺(tái)作為操作員工控機(jī)使用，一臺(tái)作為工程師工控機(jī)使用，與企業(yè)管理層辦公計(jì)算機(jī)共同形成以太網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表對(duì)煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的各種設(shè)備和介質(zhì)狀態(tài)信息進(jìn)行采集，并將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳輸?shù)絇LC，PLC通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)信息的運(yùn)算與處理，生成相應(yīng)的指令信號(hào)，并傳輸?shù)较嚓P(guān)設(shè)備，由執(zhí)行系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)作。

（2）軟件選擇。案例焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的工控機(jī)采用的是聯(lián)想工控機(jī)，軟件采用的是WinCC7．0SP2，Step75．5SP4版本。在編輯方式上采用的是Step7軟件的語(yǔ)句表、梯形圖等方式。工程師通過(guò)編寫程序?qū)/O點(diǎn)分配到DB數(shù)據(jù)塊的各個(gè)通道上，在WINCC變量表上建立起與DB數(shù)據(jù)塊相應(yīng)的鏈接。采用該種編輯方式有利于對(duì)I/O點(diǎn)通道的更改和程序的擴(kuò)展，不需要對(duì)畫面變量鏈接和WINCC的變量表鏈接進(jìn)行更改，即可對(duì)I/O點(diǎn)通道進(jìn)行更改、對(duì)程序進(jìn)行擴(kuò)展，只需要對(duì)DB數(shù)據(jù)塊相應(yīng)的通道進(jìn)行重新分配即可。

（3）人機(jī)界面。案例焦化廠焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的人機(jī)界面采用的是WINCC軟件，其主要功能包括：報(bào)表打印、趨勢(shì)顯示、報(bào)警記錄、歷史曲線、重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、電氣設(shè)備工作狀態(tài)的顯示，以及對(duì)風(fēng)機(jī)、電機(jī)的啟停操作等。通過(guò)WINCC畫面上信操作監(jiān)視人員可以執(zhí)行對(duì)相關(guān)工藝設(shè)備的遠(yuǎn)程操作。通過(guò)WINCC分級(jí)操作權(quán)限上位軟件對(duì)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)變化進(jìn)行監(jiān)控，有利于操作人員設(shè)定與優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備的控制參數(shù)，操作人員通過(guò)操作工控機(jī)監(jiān)控軟件可以讀取各個(gè)檢測(cè)儀表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在一臺(tái)操作員站上同時(shí)對(duì)多幅不同的畫面進(jìn)行監(jiān)控。

（4）通信?？刂葡到y(tǒng)與操作員站和工程師站之間采用以太網(wǎng)連接。自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制器和I/O之間采用現(xiàn)場(chǎng)總線連接，有效提高數(shù)據(jù)傳輸效率。煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)為后期改造的系統(tǒng)，需要和原焦?fàn)t系統(tǒng)進(jìn)行融合。煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)投入生產(chǎn)后，其煙氣由風(fēng)機(jī)引入脫硫脫硝系統(tǒng)，當(dāng)煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的主風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障或系統(tǒng)出現(xiàn)緊急故障時(shí)，其故障信號(hào)會(huì)通過(guò)硬接線的形式發(fā)送給焦?fàn)t的液壓交換機(jī)系統(tǒng)，以驅(qū)動(dòng)焦?fàn)t的液壓交換機(jī)系統(tǒng)停機(jī)。同樣液壓交換機(jī)系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，也會(huì)給煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)一個(gè)停機(jī)信號(hào)，以使煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)適當(dāng)減小工作負(fù)荷或停機(jī)。煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)預(yù)留和二級(jí)系統(tǒng)的接口，通過(guò)OPC軟件，二級(jí)系統(tǒng)可以訪問(wèn)煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)的生產(chǎn)的各個(gè)數(shù)據(jù)。

4 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝PLC控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

（1）主要控制，①煙道系統(tǒng)：煙道閘板閥、脫硫脫硝系統(tǒng)翻板閥與風(fēng)機(jī)連鎖，當(dāng)風(fēng)機(jī)處在停機(jī)狀態(tài)下，脫硫脫硝主煙道翻板閥關(guān)閉，旁路翻板閥，焦?fàn)t煙道閘板閥三個(gè)閥門自動(dòng)連鎖打開(kāi)；當(dāng)風(fēng)機(jī)正常工作狀態(tài)下，主煙道翻板閥自動(dòng)打開(kāi)，旁路翻板閥及新增焦?fàn)t煙道閘板閥快速關(guān)閉，煙氣脫硫脫閘系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)。②噴氨系統(tǒng)：熱風(fēng)爐啟動(dòng)后，氨水蒸發(fā)器閥門自動(dòng)打開(kāi)，根據(jù)脫硝塔進(jìn)、出口氮氧化物濃度，自動(dòng)調(diào)節(jié)氨水輸送量，滿足脫硝需求量，脫硝工序開(kāi)始工作；當(dāng)停止噴氨后，自動(dòng)關(guān)閉熱風(fēng)爐及氨水輸送系統(tǒng)，脫硝系統(tǒng)停止工作。③脫硫系統(tǒng)：根據(jù)脫硫塔進(jìn)、出口二氧化硫含量，自動(dòng)調(diào)節(jié)脫硫劑氨水的供給量，脫硫工序自動(dòng)開(kāi)始工作。

（2）主要系統(tǒng)連鎖與運(yùn)行。①脫硫塔底液位為單回路調(diào)節(jié)控制模式，保持調(diào)節(jié)流量為20m3/h左右，在調(diào)節(jié)執(zhí)行器自動(dòng)模式下，當(dāng)液位大于1.5m（報(bào)警），執(zhí)行器控制管道閥體減小調(diào)節(jié)閥開(kāi)度；當(dāng)液位小于0.9m（報(bào)警），執(zhí)行器控制管道閥體增大調(diào)節(jié)閥開(kāi)度；②中段洗滌槽液位、上段洗滌槽液位和對(duì)應(yīng)管道電動(dòng)切斷閥有聯(lián)鎖關(guān)系，在電動(dòng)閥自動(dòng)模式下，當(dāng)液位大于高液值時(shí)（報(bào)警），電動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)液位小于低液位值時(shí)（報(bào)警），電動(dòng)閥自動(dòng)打開(kāi)；③環(huán)流氧化器溶液pH值的調(diào)節(jié)為單回路調(diào)節(jié)控制模式，當(dāng)溶液pH大于6，減小調(diào)節(jié)閥開(kāi)度；當(dāng)溶液pH值小于5增大調(diào)節(jié)閥開(kāi)度；④供入脫硫塔濃氨水流量由調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，Q1顯示流量為供入脫硫塔濃氨水流量，Q1由CEMS煙氣流量參數(shù)（Q）、檢測(cè)二氧化硫濃度（C）決定，計(jì)算公式為：Q1=Q×C×34/64/0.15。

總之，PLC技術(shù)在某焦化廠的焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工段的應(yīng)用，系統(tǒng)性能表現(xiàn)較為突出，整個(gè)脫硫脫硝控制系統(tǒng)的操作可實(shí)現(xiàn)全部遠(yuǎn)程控制，全人性化操作，保證焦?fàn)t生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。