基于MLD模型的胺法脱硫控制系统

赵健（山东莱芜钢铁集团自动化部,山东莱芜271104）

基于MLD模型的胺法脱硫控制系统

赵健
（山东莱芜钢铁集团自动化部,山东莱芜271104）

摘要:莱钢4#烧结烟机烟气治理，利用有机胺法吸附二氧化硫，并最终将二氧化硫转换为浓硫酸。本文利用MLD（混合逻辑动态方法）模型对脱硫关键环节转化部分进行分析，结合PLC控制系统，利用简单的数值计算和逻辑判断实现对过程的控制，达到控制目标。

关键词:脱硫;MLD;PLC

1前言

为相应节能环保、净化环境，实现有害有毒气体达标排放，莱钢银前265m2烧结机烟气治理在省政府、公司的大力支持下脱硫工程应运而生，称为“烧结烟气有机胺脱硫及副产硫酸工艺”。由预洗涤、吸收、解吸、制酸及胺液净化等化工单元组成。最终转化生成98%的浓硫酸。

在烟气处理的过程中，控制系统处于一个连续动态过程的变化，烟在此系统中，多变量、瞬时性、不确定、非线性、和不可测性等干扰，对自动化系统的高精度、高质量提出了挑战，利用MLD（MixedLogicDynamic）混合逻辑动态模型能够解决这一问题，能有效解决这一问题，于是基于MLD模型的建模及控制在这种情况下产生。

2技术方案

2.1MLD模型

混杂系统是指同时存在相互作用的连续的动态特性和离散特性的体统，混杂系统控制的特征是将这些离散时间的动态特征和连续过程动态特性集成在一个框架内进行分析，综合与优化设计。

MLD模型使得系统所有的连续动态，逻辑切换规则和操作约束集成到一个带有混合整数不等式约束的状态空间方程中，有利于用统一的形式描述和分析系统，如在混杂系统控制器设计时可以在统一的框架下进行，使某一性能为最优并满足约束，因此，MLD模型适合于混杂系统的控制及其形式验证。

2.2转换控制系统的结构与实现

根据有机胺吸附二氧化硫的特性将二氧化硫吸附并解析，最终将其转化成三氧化硫，因此转化的效率将是至关重要的，二氧化硫在转化塔中的转化，与反应器中的温度有着密切的联系，当二氧化硫的温度达到引起触媒反应时，在一定的温度范围内温度的升高转化的效率也将提升，经过验证进入触媒反应前温度在380-400℃时经过反应后温度达到500℃左右时，反应效果最为明显。

为实现系统的优化控制，我们采用预测控制算法。根据经验预测控制算法，定义如下的二次性能指标：

其中Pres为加热器输出功率，Cg1为废气浓度，Cg1.max为最低规定排放浓度，K为给定权值，该性能指标的含义是在保证转化的同时，是的加热器的功率保持最小，利于节能利用。

脱硫转化阶段包含热交换器，触媒1-3阶段，加热器，箭头的方向为气体流动的方向，控制系统利用二氧化硫气体的流向、控制热交换与加热器控制催化器内触媒反应的温度来控制转换阶段的运行。

基于转换阶段的特点，确定控制方案如下，首先，利用触媒阶段前后温度值根据经验公式计算出气体流向的温度阀值的使用范围，当温度超出范围时，加热器功率提升，或者降低，改变入口温度值,并重新计算出气体流向的温度阀值，当趋于稳定时，气体不间断的经过三个阶段的触媒得到最优转化，此时转化的效率最高，当气体的浓度、瞬时量突然增大或者减小，系统根据最优阀值进行调整直到达到最优。̓̓这种方法不存在固定的最优解，它随着触媒阶段的温度变化和二氧化硫浓度流量的变化而变化，增强了系统的适应性，而且保证了最大程度二氧化硫的转换效率，也有利于热量的充分利用。

2.3控制结构的设计与实现

从控制系统的角度，PLC在工业设计中广泛的应用，控制系统这里同样采用施奈德昆腾系列模块，变频器采用施奈德ATV71，控制对象为转换控制系统，热电偶为传感器，用来采集温度信号，分析仪采用聚光LGA系列产品，用于采集二氧化硫、水分析数据，示意图如下：

系统组成图

在PLC中利用编程手段计算温度阀值得经验公式，有计算公式算出温度阀值，即最优温度阀值得上下极限值。取第一触媒进出温度值如下所示：

在公式中，Tmax1、Tmin1分别为进出第一触媒温度的上下限值，k为加权系数，可有上位机监控画面自主设定，Tavg1为进入第一触媒5分钟内平均值，Tout1、Tin1为进出第一触媒进口和出口出温度值，程序在一个扫描周期结束，取这两个温度值分别与与上下极限值进行比较当Tout1＜Tmin或者Tin1＞Tmax1时，PLC输出控制信号，调节加热器的输出功率。第二触媒和第二触媒阶段与第一触媒控制原理相同。

3结论

莱钢烧结烟气脱硫采用胺液吸收二氧化硫的特性，解析出并加以转化，最终将废气中的二氧化硫转化成98%的浓硫酸，相对于工艺的高起点，对自动化控制提出了更好的要求，本文基于MLD模型，实现了脱硫的自适应控制，实现了预先提出的控制目标，达到节能环保，效益挖潜的目的。同时提高了生产效率，减少了能源的消耗，节约了人力成本。

作者简介：赵健（1980-），男，山东莱芜人，本科，研究方向：自动化。