大型烧结厂烟气脱硫控制系统设计

吴世杰

（河北鑫达钢铁有限公司，河北 唐山064401）

1 工艺流程简介

烧结厂在生产烧结矿的同时，会排放大量的SO2，对大气环境产生污染。目前主要采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术，其特点是技术成熟，适用性强，脱硫效率高达90%～98%，副产品能回收利用。

公司新建160m2烧结机组采用该项工艺，主要工艺流程是：烧结烟气通过主抽风机经电除尘初次除尘，经大烟道进入吸收塔与脱硫剂接触反应，经脱硫除雾后的烟气经过脱硫塔排出。脱硫剂石灰石由白灰窑制成粉末，经上料塔上料至料仓，经振动电机和螺旋给料器给料至制浆罐，制成一定浓度的石灰石浆液。运行时根据脱硫系统处理的烟气量和SO2的浓度，由浆液循环泵经喷头打到吸收塔内，浆液在塔内不断地搅拌，并经曝气机进行强制氧化，当塔内石膏浆液浓度达到设定浓度后由石膏排出泵排出，经旋流器初步脱水、真空皮带机二次脱水后，得到含水率低于10%的石膏，装车外运。

该脱硫控制系统由PLC控制系统、网络系统和上位机组成，其中PLC控制系统负责各个工艺的控制，网络系统负责PLC与上位机的通讯，上位机负责主工艺流程和数据的显示。按功能划分为石灰粉上料系统、石灰浆液制备系统、循环泵控制系统、石膏脱水系统、工艺水系统、石膏浆液排出系统等。整个脱硫控制系统采用德国西门子的S7－300系列自动化产品。

2 PLC的硬件设计

根据本系统脱硫工艺流程统计出主要控制电机如下：制浆罐搅拌电机1台，螺旋给料机1台，振动电机1台，刮板除渣机1台，电动水阀门1台，石膏排出泵3台，真空泵1台，真空皮带机1台，循环水泵4台，冲洗水泵2台，降温泵2台，曝气机2台，烟道电动执行器2台。根据这些电机电气控制图得出PLC数字量输入点数为70点，输出点数为25点，根据使用点数和工艺要求选用西门子S7－300系列DI32×24VDC数字量输入模块3块，DO32×24VDC数字量输出模块3块。

根据本系统脱硫工艺流程统计出所需模拟量信号点数为53点，其中模拟量输入为50点，模拟量输出为3点，根据使用点数和工艺要求选用西门子S7－300系列AI8×16b模拟量输入模块9块，AO8×16b模拟量输出模块1块。

由于本系统要求有顺序控制、数据运算等较复杂控制，并且要求通过以太网与上位机通讯，所以PLC模块采用S7－300系列带网络功能的CPU315－2DP／PN。

本系统要求主控有2台监控电脑、1台工程师站，因此采用ED6008－MM－SC6点交换机。

对于上位机系统，由于使用西门子WinCC组态软件和工程师站，电脑要求监控程序安装西门子的PLC编程软件STEP7V5.5，因此统一采用研华IPC610L系统工控机。

3 PLC的软件设计

根据工艺要求，本系统既要控制各个电机按照所需工艺要求运行，又要上位机显示一些主要工艺流程和数据监控等，所以，PLC软件设计分为PLC控制软件设计和上位机组态软件设计。

由于采用西门子自动化产品，根据现行主流编程软件，本系统PLC程序编制采用STEP7V5.5软件，组态软件设计采用WinCC7.0软件。

3.1 STEP7V5.5软件设计PLC程序

由于模块化设计具有相对独立性、互换性、通用性等优点，因此本系统采用模块化设计思路。根据工艺要求，本系统将分为石灰粉上料系统、石灰浆液制备系统、石灰浆液循环系统、石膏排出系统、工艺水系统和石膏脱水系统。本文重点介绍石灰粉上料系统、石灰浆液制备系统、石灰浆液循环系统、石膏排出系统等。

3.1.1 石灰粉上料系统

石灰粉上料系统分为就地和远控两部分。就地部分石灰粉上料由机旁箱就地按钮控制，包括启动、停止、急停、上下限及故障显示等功能；远控部分分为组态软件电脑、手动控制，即将启动、停止、急停、上下限及故障显示在组态画面中显示出来；全自动按钮设在组态画面，全自动时石灰粉上料小车根据上下限设定信号，延时自动往返，实现自动上料功能。

3.1.2 石灰浆液制备系统

石灰浆液制备系统包括石灰料仓、螺旋给料机、振动电机、刮板除渣机、pH值检测仪、超声波液位计和搅拌电机、石灰浆液电磁阀等。其中螺旋给料机、振动电机、刮板除渣机、石灰浆液电磁阀设有就地和远控两部分。就地部分由机旁箱就地按钮控制，包括启动、停止、急停及故障显示等功能；远控部分分为组态软件电脑、手动控制，即将启动、停止、急停及故障显示在组态画面中显示出来；全自动按钮设在组态画面，全自动时石灰料仓设料位低和料位高信号，料位低时，上料系统自动补料，料位高时，上料系统停止自动补料。

石灰浆液制备系统自动控制过程如下：根据设定pH值调节各个设备按工艺流程运行，当pH值低时关闭电磁水阀，并且在石灰料仓料位不低的情况下，开启螺旋给料机和振动电机给料，同时刮板除渣机运行去除不溶于水的残渣；当pH值高时，关闭螺旋给料机和振动电机，开启电磁水阀补水，同时刮板除渣机延时运行停机，如此往复循环。其中搅拌电机受制浆罐液位控制，当液位高于设定值时，搅拌电机开启，自动搅拌；当液位低于设定值时，延时停机，停止搅拌。

3.1.3 石灰浆液循环系统

石灰浆液循环系统包括：4台石灰浆液循环水泵，3用1备；2台曝气机，1用1备；循环水池液位计1台；循环水泵流量计1台。

石灰浆液循环系统分为就地和远控两部分。就地部分石灰浆液循环系统由机旁箱就地按钮控制，包括启动、停止、急停及故障显示等功能；远控部分分为组态软件电脑、手动控制，即将启动、停止、急停及故障显示在组态画面中显示出来。

石灰浆液循环系统自动控制过程如下：根据烧结烟气进出口流量、SO2浓度和循环水泵泵的浆液流量，自动顺序延时开启1#循环泵、2#循环泵和3#循环泵，并同时开启曝气机搅拌和强制氧化，当其中有1台循环泵报故障时，自动切掉故障水泵同自动启动备用循环泵并声光报警。pH值检测仪和超声波液位计控制制浆罐电磁阀和工艺水电磁阀的开关，自动控制过程如下：当pH值高于设定值时，关闭制浆罐电磁阀，开启工艺水电磁阀；当pH值低于设定值时，关闭工艺水电磁阀，开启制浆罐电磁阀补充石灰浆液。

3.1.4 石膏排出系统

石膏排出系统包括：石膏排出泵3台，2用1备；石膏浆液流量计、石膏浆液密度计各1台。

石膏排出系统分为就地和远控两部分。就地部分石膏排出系统由机旁箱就地按钮控制，包括启动、停止、急停及故障显示等功能；远控部分分为组态软件电脑、手动控制，即将启动、停止、急停及故障显示在组态画面中显示出来。

石膏排出系自动控制过程如下：石灰浆液与烧结烟气中的SO2和曝气机中的氧气发生化学反应生成石膏浆液。当石膏浆液流量和浓度超过设定值时，自动顺序延时开启1#石膏排出泵、2#石膏排出泵；当其中有1台石膏排出泵故障时，自动切掉故障石膏排出泵同自动启动备用石膏排出泵并声光报警；当循环水池液位高于设定值时，开启石膏排出泵，将多余浆液排出。

3.2 WinCC组态软件设计

根据工艺要求，组态监控画面能够监控整个工艺流程的数据及告警信息等，因此，组态软件也分为几个模块画面，如工艺流程主画面、数据采集主画面等。工艺流程主画面主要监控整个工艺过程的电流、液位、流量、在线分析仪等采集的重要数据及其超限警报等功能；数据采集主画面主要显示工艺流程主画面所显示数据的实时数据和历史数据记录查询、打印等功能。

4 结语

目前，已成功投运3套脱硫系统，系统运行稳定。本系统具有控制对象数量比较少，且控制回路比较简单；闭环控制比较少，开环控制比较多；实时性要求比较低，控制对象比较分散；控制使用的PID比较少，顺序控制比较多；注重时间控制，保护要求不多等特点。

［1］钟秦.燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例［M］.北京：化学工业出版社，2002

［2］廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用［M］.重庆：重庆大学出版社，2001