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基于PLC S7-300烟气脱硫控制系统的设计

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1 引言

在现代烟气脱硫技术中，存在干法、湿法两种脱硫方法；本文所涉及的这套控制系统是基于湿法中的双碱法脱硫技术而制作的。山东菏泽东明石化6#、7#炉所使用的这套脱硫电气控制系统是由笔者自行设计的，设计这套控制系统的目的在于：

(1)方便运行人员的操作，由于现场存在很多零碎的设备：渣浆泵、搅拌机、循环泵、控制阀、灰库等，运行人员要想做到有的放矢、从容不迫就需要一个灵活的操作空间；

(2)plc控制系统的应用减少了这些零碎设备的事故发生率，减少了脱硫运行成本；

(3)实时监控，方便存储记录，达到自动运行和手动相结合的效果。

2 脱硫工艺概述

经过多年研究，国内外目前已开发出200种以上的so2控制技术。这些技术可分为：(1)燃烧前脱硫(如洗煤，微生物脱硫)；(2)燃烧中脱硫(工业型煤固硫、炉内喷钙)；(3)燃烧后脱硫，即烟气脱硫(flue gas desulfurization，fgd)。fgd法是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式，是控制酸雨和二氧化硫污染最主要的技术手段。

目前，世界上燃煤电厂烟气脱硫工艺方法很多，这些方法的应用主要取决于锅炉容量、燃烧设备的类型、燃料的种类和含硫量的多少、脱硫效率、脱硫剂的供应条件及电厂的地理位置、副产品的利用等因素。按脱硫的方式和产物的处理形式一般可分为湿法、干法和半干法三大类。

(1)湿法烟气脱硫技术(wfgd技术)

常见的湿法烟气脱硫技术主要有石灰/石灰石—石膏法、双碱法(na-ca)、氧化镁法、海水脱硫法、磷铵肥法等。第一代的fgd以石灰/石灰石湿法为代表，其装置主要安装在美国和日本。在美国，大多数大中型燃煤锅炉所采用的fgd工艺均为湿法，湿法约占fgd总容量的92%。在日本，烟气脱硫技术主要采用湿法和回收法，其中湿法石灰石-石膏法约占总容量的一半。随着技术运用的逐步深入，双碱法脱硫技术得到了广泛的应用，本文主要以双碱法进行介绍。

(2)干法烟气脱硫技术(dfgd技术)

常见的干法烟气脱硫技术，主要包括喷钙循环流化床反应器、炉内喷钙尾部增湿脱硫工艺、电子束照射法、荷电干式吸收剂喷射脱硫法等。其中喷钙循环流化床反应器脱硫技术由于具有适中的脱硫效率，工艺技术较为简单，而得到较为广泛的应用。

该法具有无污水废酸排出、设备腐蚀小，烟气在净化过程中无明显温降、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散等优点，但存在脱硫效率相对较低、反应速度较慢、脱硫产物较难综合利用等问题。

(3)半干法烟气脱硫技术(sdfgd技术)

常见的半干法烟气脱硫技术主要包括循环悬浮式半干法、喷雾干燥法、循环流化脱硫装置等。其中循环悬浮式半干法烟气脱硫技术较为成熟，应用也较为广泛。

3 工艺介绍

3.1工艺介绍

本工艺先经除尘器除去99.5%以上的烟尘，再进行脱硫。在电除尘器后的引风机后面引出两路烟道，一路接至脱硫系统，一路作为旁路系统，当脱硫系统发生故障时可及时切换至旁路，保证锅炉系统的安全稳定运行。

本方案选用高效钠钙双碱法脱硫技术。该工艺成熟可靠，系统简便，运行稳定，具有“双高双低”的突出优势，即脱硫效率高、系统运行稳定可靠、投资费用低、运行费用低。已在不同规模锅炉烟气脱硫除尘的工业应用中获得巨大成功。

该法使用na2co3或naoh液吸收烟气中的so2，生成hso3-、so32-与so42-，反应方程式如下：

(1)脱硫过程

na2co3+so2→na2so3+co2- (1)
2naoh+so2→na2so3+h2o (2)
na2so3+so2+h2o→2nahso3 (3)

其中：式(1)为启动阶段na2co3溶液吸收so2的反应；

式(2)为再生液ph值较高时(高于9时)，溶液吸收so2的主反应；

式(3)为溶液ph值较低(5~9)时的主反应。

(2)氧化过程(副反应)

na2so3+o2→na2so4(4)
nahso3+o2→nahso4 (5)
(3)再生过程
2nahso3+ca(oh)2→caso3+na2so3+2h2o (6)
na2so3+ca(oh)2→caso3+2naoh(7)

式(6)为第一步再生反应，式(7)为再生至ph＞9以后继续发生的主反应。

在石灰浆(石灰达到过饱和状况)中，nahso3很快跟石灰反应从而释放出[na+]，随后生成的[so32-]又继续跟石灰反应生成caso3而以半水合物形式沉淀下来，从而使[na+]得到再生，吸收液恢复脱硫能力而循环使用。

3.2 湿法脱硫工艺说明

脱硫工艺如图1所示。

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图1 脱硫工艺图

整个工艺由四大部分组成：

(1)烟气处理系统：锅炉烟气通过除尘器，经雾化增湿和初步脱硫后进入脱硫塔，在塔内烟气与脱硫液逆流接触传质反应。完成脱硫后的烟气通过塔体上段的高效除雾装置，除去烟气中的雾滴，可有效地防止风机带水。净化后的烟气经过烟囱排放，出脱硫塔的脱硫液进入循环系统。

(2)脱硫液循环系统：包括泵前池、反应池、沉淀池、化灰池、石灰浆储池、循环池等。出脱硫塔的脱硫液流入反应池与加入的石灰反应，钠碱得到再生，再生后的脱硫液在沉淀池中沉淀出固相产物后流入泵前池，再由循环泵打回脱硫塔内继续使用,在反应池和泵前池设置ph自动监控报警系统，根据ph值的变化情况调整系统加入石灰浆液和钠碱液量。

(3)脱硫灰渣处理系统：在化灰池中经化灰处理的石灰浆液流入石灰浆储池，根据ph值的控制要求打入反应池。

(4)脱硫产物处理系统：包括沉淀池、氧化池、压滤机等。沉淀池中的硫酸钙和亚硫酸钙水合物由渣浆泵打入渣浆池，经压滤处理后综合利用，清液则泵回循环池重复使用。

4 控制系统网络结构与控制方式

4.1 系统网络结构

本系统根据该脱硫系统工艺要求和设计要求，采用德国西门子公司的s7-300系列plc为主控制单元。其实用和维修方便，运行速度快，可靠性高，易于扩展。按“集中管理，分散控制”的原则，采用了分布式结构。该脱硫系统的自动控制系统由主控制室监控、plc就地控制站和现场仪表及电控柜构成二级监控网络。系统结构如图2所示。

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图2 系统结构图

控制系统为1台监控计算机，还有1个plc控制主站。通过现场总线将主控制室和plc就地控制站中相连接，便于监控。并将主控制室的计算机接入以太网，由管理机完成各项管理功能。这样整个自动化监控系统便形成了，从而实现了数据采集、处理、监视及对现场设备进行控制等功能。

4.2 控制方式

该系统中主要工艺设备采用三种控制模式，即就地手动控制、远程plc控制和自动控制。现场的泵类、搅拌机等设备的开关信号、各流程模拟信号(如do、液位、流量等)全部通过plc在上位机上显示。

5 系统控制功能介绍

5.1 设备选型

根据图1所示的工艺流程选取需要的点数。得到：di:24，do:10，ai:6。

根据表1所列点数选取plc模块如表所示。

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说明：(1)根据上述点数的描述我们可以对plc及其附属设备进行选取；

(2)每个机架总驱动电流为1.2a，最多可使用0.8a。

5.2 plc系统原理图

现场工作实际状况如图3所示。

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5.3 实现功能简介

plc s7-300在本脱硫控制系统中所实现的功能如下：将两台循环泵(m1、m2)、3台搅拌机(m3、m4、m5)实现了顺序起动，起动顺序为m1→m2→m3→m4→m5,时间间隔为1min，停车时的顺序为m5→m4→m3→m2→m1，时间间隔为30s。程序如图4所示。

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图4 电机顺序起、停梯形图

6 结论

plc s7-300在脱硫系统中的成功运用，大大提高了脱硫系统的自动化程度，其可靠性、易维修性的特点极大的减少了运行工人的劳动强度，达到了现代水处理的要求。该系统自正式投入运行以来，控制系统运行稳定，设备工作状况良好，各项指标均达到了设计要求，设备的利用率得到提高，操作人员的工作量和劳动强度大大降低，在一定程度上解决了脱硫系统设备分散、复杂、难以控制的难题，并配合脱硫工艺完成了脱硫目标，达到了预期效果。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/1/2011)


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