基于MLD模型的胺法脫硫控制系統

趙健（山東萊蕪鋼鐵集團自動化部,山東萊蕪271104）

基于MLD模型的胺法脫硫控制系統

趙健
（山東萊蕪鋼鐵集團自動化部,山東萊蕪271104）

摘要:萊鋼4#燒結煙機煙氣治理，利用有機胺法吸附二氧化硫，并最終將二氧化硫轉換為濃硫酸。本文利用MLD（混合邏輯動態方法）模型對脫硫關鍵環節轉化部分進行分析，結合PLC控制系統，利用簡單的數值計算和邏輯判斷實現對過程的控制，達到控制目標。

關鍵詞:脫硫;MLD;PLC

1前言

為相應節能環保、凈化環境，實現有害有毒氣體達標排放，萊鋼銀前265m2燒結機煙氣治理在省政府、公司的大力支持下脫硫工程應運而生，稱為“燒結煙氣有機胺脫硫及副產硫酸工藝”。由預洗滌、吸收、解吸、制酸及胺液凈化等化工單元組成。最終轉化生成98%的濃硫酸。

在煙氣處理的過程中，控制系統處于一個連續動態過程的變化，煙在此系統中，多變量、瞬時性、不確定、非線性、和不可測性等干擾，對自動化系統的高精度、高質量提出了挑戰，利用MLD（MixedLogicDynamic）混合邏輯動態模型能夠解決這一問題，能有效解決這一問題，于是基于MLD模型的建模及控制在這種情況下產生。

2技術方案

2.1MLD模型

混雜系統是指同時存在相互作用的連續的動態特性和離散特性的體統，混雜系統控制的特征是將這些離散時間的動態特征和連續過程動態特性集成在一個框架內進行分析，綜合與優化設計。

MLD模型使得系統所有的連續動態，邏輯切換規則和操作約束集成到一個帶有混合整數不等式約束的狀態空間方程中，有利于用統一的形式描述和分析系統，如在混雜系統控制器設計時可以在統一的框架下進行，使某一性能為最優并滿足約束，因此，MLD模型適合于混雜系統的控制及其形式驗證。

2.2轉換控制系統的結構與實現

根據有機胺吸附二氧化硫的特性將二氧化硫吸附并解析，最終將其轉化成三氧化硫，因此轉化的效率將是至關重要的，二氧化硫在轉化塔中的轉化，與反應器中的溫度有著密切的聯系，當二氧化硫的溫度達到引起觸媒反應時，在一定的溫度范圍內溫度的升高轉化的效率也將提升，經過驗證進入觸媒反應前溫度在380-400℃時經過反應后溫度達到500℃左右時，反應效果最為明顯。

為實現系統的優化控制，我們采用預測控制算法。根據經驗預測控制算法，定義如下的二次性能指標：

其中Pres為加熱器輸出功率，Cg1為廢氣濃度，Cg1.max為最低規定排放濃度，K為給定權值，該性能指標的含義是在保證轉化的同時，是的加熱器的功率保持最小，利于節能利用。

脫硫轉化階段包含熱交換器，觸媒1-3階段，加熱器，箭頭的方向為氣體流動的方向，控制系統利用二氧化硫氣體的流向、控制熱交換與加熱器控制催化器內觸媒反應的溫度來控制轉換階段的運行。

基于轉換階段的特點，確定控制方案如下，首先，利用觸媒階段前后溫度值根據經驗公式計算出氣體流向的溫度閥值的使用范圍，當溫度超出范圍時，加熱器功率提升，或者降低，改變入口溫度值,并重新計算出氣體流向的溫度閥值，當趨于穩定時，氣體不間斷的經過三個階段的觸媒得到最優轉化，此時轉化的效率最高，當氣體的濃度、瞬時量突然增大或者減小，系統根據最優閥值進行調整直到達到最優。??這種方法不存在固定的最優解，它隨著觸媒階段的溫度變化和二氧化硫濃度流量的變化而變化，增強了系統的適應性，而且保證了最大程度二氧化硫的轉換效率，也有利于熱量的充分利用。

2.3控制結構的設計與實現

從控制系統的角度，PLC在工業設計中廣泛的應用，控制系統這里同樣采用施奈德昆騰系列模塊，變頻器采用施奈德ATV71，控制對象為轉換控制系統，熱電偶為傳感器，用來采集溫度信號，分析儀采用聚光LGA系列產品，用于采集二氧化硫、水分析數據，示意圖如下：

系統組成圖

在PLC中利用編程手段計算溫度閥值得經驗公式，有計算公式算出溫度閥值，即最優溫度閥值得上下極限值。取第一觸媒進出溫度值如下所示：

在公式中，Tmax1、Tmin1分別為進出第一觸媒溫度的上下限值，k為加權系數，可有上位機監控畫面自主設定，Tavg1為進入第一觸媒5分鐘內平均值，Tout1、Tin1為進出第一觸媒進口和出口出溫度值，程序在一個掃描周期結束，取這兩個溫度值分別與與上下極限值進行比較當Tout1＜Tmin或者Tin1＞Tmax1時，PLC輸出控制信號，調節加熱器的輸出功率。第二觸媒和第二觸媒階段與第一觸媒控制原理相同。

3結論

萊鋼燒結煙氣脫硫采用胺液吸收二氧化硫的特性，解析出并加以轉化，最終將廢氣中的二氧化硫轉化成98%的濃硫酸，相對于工藝的高起點，對自動化控制提出了更好的要求，本文基于MLD模型，實現了脫硫的自適應控制，實現了預先提出的控制目標，達到節能環保，效益挖潛的目的。同時提高了生產效率，減少了能源的消耗，節約了人力成本。

作者簡介：趙健（1980-），男，山東萊蕪人，本科，研究方向：自動化。