大型燒結廠煙氣脫硫控制系統設計

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

燒結廠在生產燒結礦的同時，會排放大量的SO2，對大氣環境產生污染。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電除塵初次除塵，經大煙道進入吸收塔與脫硫劑接觸反應，經脫硫除霧后的煙氣經過脫硫塔排出。脫硫劑石灰石由白灰窯制成粉末，經上料塔上料至料倉，經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。運行時根據脫硫系統處理的煙氣量和SO2的濃度，由漿液循環泵經噴頭打到吸收塔內，漿液在塔內不斷地攪拌，并經曝氣機進行強制氧化，當塔內石膏漿液濃度達到設定濃度后由石膏排出泵排出，經旋流器初步脫水、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。

該脫硫控制系統由PLC控制系統、網絡系統和上位機組成，其中PLC控制系統負責各個工藝的控制，網絡系統負責PLC與上位機的通訊，上位機負責主工藝流程和數據的顯示。按功能劃分為石灰粉上料系統、石灰漿液制備系統、循環泵控制系統、石膏脫水系統、工藝水系統、石膏漿液排出系統等。整個脫硫控制系統采用德國西門子的S7－300系列自動化產品。

2 PLC的硬件設計

根據本系統脫硫工藝流程統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，煙道電動執行器2臺。根據這些電機電氣控制圖得出PLC數字量輸入點數為70點，輸出點數為25點，根據使用點數和工藝要求選用西門子S7－300系列DI32×24VDC數字量輸入模塊3塊，DO32×24VDC數字量輸出模塊3塊。

根據本系統脫硫工藝流程統計出所需模擬量信號點數為53點，其中模擬量輸入為50點，模擬量輸出為3點，根據使用點數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。

由于本系統要求有順序控制、數據運算等較復雜控制，并且要求通過以太網與上位機通訊，所以PLC模塊采用S7－300系列帶網絡功能的CPU315－2DP／PN。

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

對于上位機系統，由于使用西門子WinCC組態軟件和工程師站，電腦要求監控程序安裝西門子的PLC編程軟件STEP7V5.5，因此統一采用研華IPC610L系統工控機。

3 PLC的軟件設計

根據工藝要求，本系統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據監控等，所以，PLC軟件設計分為PLC控制軟件設計和上位機組態軟件設計。

由于采用西門子自動化產品，根據現行主流編程軟件，本系統PLC程序編制采用STEP7V5.5軟件，組態軟件設計采用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、通用性等優點，因此本系統采用模塊化設計思路。根據工藝要求，本系統將分為石灰粉上料系統、石灰漿液制備系統、石灰漿液循環系統、石膏排出系統、工藝水系統和石膏脫水系統。本文重點介紹石灰粉上料系統、石灰漿液制備系統、石灰漿液循環系統、石膏排出系統等。

3.1.1 石灰粉上料系統

石灰粉上料系統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畫面中顯示出來；全自動按鈕設在組態畫面，全自動時石灰粉上料小車根據上下限設定信號，延時自動往返，實現自動上料功能。

3.1.2 石灰漿液制備系統

石灰漿液制備系統包括石灰料倉、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；遠控部分分為組態軟件電腦、手動控制，即將啟動、停止、急停及故障顯示在組態畫面中顯示出來；全自動按鈕設在組態畫面，全自動時石灰料倉設料位低和料位高信號，料位低時，上料系統自動補料，料位高時，上料系統停止自動補料。

石灰漿液制備系統自動控制過程如下：根據設定pH值調節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。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 石灰漿液循環系統

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

石灰漿液循環系統分為就地和遠控兩部分。就地部分石灰漿液循環系統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；遠控部分分為組態軟件電腦、手動控制，即將啟動、停止、急停及故障顯示在組態畫面中顯示出來。

石灰漿液循環系統自動控制過程如下：根據燒結煙氣進出口流量、SO2濃度和循環水泵泵的漿液流量，自動順序延時開啟1#循環泵、2#循環泵和3#循環泵，并同時開啟曝氣機攪拌和強制氧化，當其中有1臺循環泵報故障時，自動切掉故障水泵同自動啟動備用循環泵并聲光報警。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

石膏排出系統包括：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。

石膏排出系統分為就地和遠控兩部分。就地部分石膏排出系統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；遠控部分分為組態軟件電腦、手動控制，即將啟動、停止、急停及故障顯示在組態畫面中顯示出來。

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組態軟件設計

根據工藝要求，組態監控畫面能夠監控整個工藝流程的數據及告警信息等，因此，組態軟件也分為幾個模塊畫面，如工藝流程主畫面、數據采集主畫面等。工藝流程主畫面主要監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據及其超限警報等功能；數據采集主畫面主要顯示工藝流程主畫面所顯示數據的實時數據和歷史數據記錄查詢、打印等功能。

4 結語

目前，已成功投運3套脫硫系統，系統運行穩定。本系統具有控制對象數量比較少，且控制回路比較簡單；閉環控制比較少，開環控制比較多；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