PLC技术在焦炉脱硫脱硝工段中的应用

邢江伟

（承德中滦煤化工有限公司，河北 承德 067002）

随着国民经济的快速发展，大量的煤炭被开采和利用。烟雾污染的煤炭利用过程中越来越突出，并严重影响焦炉炭化过程中产生的烟雾在空气质量水平已引起广泛的关注，许多专家和学者进行深入研究焦炉烟气处理。以某焦化厂脱硫脱硝工段中PLC的应用为例，从焦炉烟气脱硫脱硝工艺出发，通过对焦炉烟气脱硫脱硝PLC控制系统的软硬件选择与实现，对PLC技术在焦炉脱硫脱硝工段中的应用进行了系统的研究。

1 概述

（1）脱硫工艺。当前，脱硫工艺可以分为三种类型，即干法脱硫、湿法脱硫和生物脱硫，这三种脱硫工艺的应用方式有很大不同。干法脱硫是指应用能够吸附硫氧化物的介质达到对烟气的脱硫效果，常用的为NID技术和CFB技术。NID技术的原理为直接投入高质量的消石灰，实现对烟气中SOx的有效吸附。CFB技术的原理为应用吸附剂直接对SOx进行吸附，生成固体产物。湿法脱硫技术是指将预处理后的烟气导入能够吸收硫氧化物的水体中，利用石膏或者石灰水达到脱硫效果。

（2）脱硝工艺。现阶段，脱硝工艺类型较多，常用的有三种。一是SCR技术，该技术的原理为在180℃～420℃条件下，向烟气中喷入氨基还原剂，生成N2和H2O，从而达到脱硝效果。目前，这种工艺已经较为成熟。二是SNCR技术。该技术温度范围为850℃～1100℃，应用的还原剂包括NH3和尿素，并且需要向反应容器中灌入氧气。三是O3脱硝技术。该技术的原理为利用臭氧的强氧化性对氮氧化物进行处理。

（3）除氨工艺。当前，烟气中的氨气来源主要为脱硫时应用的氨水，人们需要对氨气输入量进行控制，在保证脱硫效果的基础上，防止烟气中存在过多的氨气。通常，人们会应用氨气检测设备对烟气中的氨气浓度进行探测，实现对氨气输入系统的有效控制。

（4）固体灰尘去除工艺。常用的灰尘去除工艺大致有两种。一是陶瓷除尘技术，即在设备中设置导流片，在烟气的旋转过程中，固体颗粒会产生离心力，当颗粒碰撞到设备内壁时，会在重力的作用下落到设备底层，从而达到有效处理灰尘的目的。二是冲袋式除尘技术，即将被处理的烟气输入到冲袋式设备中，设备中含有多层过滤膜，实现对烟气中固体颗粒的有效过滤。

2 焦炉烟气脱硫脱硝工艺概述

（1）焦炉烟气脱硝工艺概述。焦炉烟气脱硝工艺的流程如下：首先焦炉烟气经焦炉烟囱分烟道进行SCR（选择性催化还原技术）系统入口；然后进入还原剂喷射系统；接下来，经过还原剂喷射系统的烟气经导流板、整流格栅进入烟气预处理装置；接着进入催化剂层；最后经SCR系统出口进入脱硫系统，至此整个脱硝工艺结束。在整个烟气脱硝工艺过程中，氮氧化物的还原是核心，还原剂采用的是高浓度氨水，还原过程为：首先由高压泵对氨水加压；经加压后的氨水进入汽化器，在混合器中汽化后的氨水与空气混合；混合气经喷氨格栅、整流格栅进入催化剂层，在催化剂层对烟气中的氮氧化物进行催化，生成水和氮气。

（2）焦炉烟气脱硫工艺概述。焦炉烟气脱硫工艺的流程如下：焦炉烟气经脱硝系统进入烟气再热器，经二次加热后的烟气经引风机进入脱硫塔进行脱硫，经脱硫后的烟气再次进入烟气再热器后经烟囱排出。

（3）脱硫脱硝系统入出口烟气含量在线检测参数：

SO2、NOx：0mg/Nm3～ 5000mg/Nm3；

烟尘 ：0mg/Nm3～ 2000mg/Nm3；

O2：0%Vol～ 25%Vol；

温度：0℃～ 400℃，压力：-10KPa～ 10KPa；

流速：0m/S～ 30m/S；

流量：0万m3/h～50万m3/h；

湿度：0%～50%；

无数传输装置＜两个DTU传输＞，以太网光纤。

3 焦炉烟气脱硫脱硝PLC控制系统的软硬件选择

（1）硬件选择。案例焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝系统的硬件包括西门子S7_412_5HPN/DP主PLC、ET200远程站输入/输出模块、ARD2F型电机保护器、Y_LINK型链接接器、两台工业计算机。控制室的两台工业计算机通过交换机进行连接，一台作为操作员工控机使用，一台作为工程师工控机使用，与企业管理层办公计算机共同形成以太网络。通过现场检测仪表对烟气脱硫脱硝系统的各种设备和介质状态信息进行采集，并将现场信号传输到PLC，PLC通过对现场信号信息的运算与处理，生成相应的指令信号，并传输到相关设备，由执行系统的相关设备进行动作。

（2）软件选择。案例焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝系统的工控机采用的是联想工控机，软件采用的是WinCC7．0SP2，Step75．5SP4版本。在编辑方式上采用的是Step7软件的语句表、梯形图等方式。工程师通过编写程序将I/O点分配到DB数据块的各个通道上，在WINCC变量表上建立起与DB数据块相应的链接。采用该种编辑方式有利于对I/O点通道的更改和程序的扩展，不需要对画面变量链接和WINCC的变量表链接进行更改，即可对I/O点通道进行更改、对程序进行扩展，只需要对DB数据块相应的通道进行重新分配即可。

（3）人机界面。案例焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝系统的人机界面采用的是WINCC软件，其主要功能包括：报表打印、趋势显示、报警记录、历史曲线、重要生产数据的实时显示、电气设备工作状态的显示，以及对风机、电机的启停操作等。通过WINCC画面上信操作监视人员可以执行对相关工艺设备的远程操作。通过WINCC分级操作权限上位软件对生产的数据变化进行监控，有利于操作人员设定与优化现场工艺设备的控制参数，操作人员通过操作工控机监控软件可以读取各个检测仪表的实时数据，在一台操作员站上同时对多幅不同的画面进行监控。

（4）通信。控制系统与操作员站和工程师站之间采用以太网连接。自动化控制系统的控制器和I/O之间采用现场总线连接，有效提高数据传输效率。烟气脱硫脱硝系统为后期改造的系统，需要和原焦炉系统进行融合。烟气脱硫脱硝系统投入生产后，其烟气由风机引入脱硫脱硝系统，当烟气脱硫脱硝系统的主风机出现故障或系统出现紧急故障时，其故障信号会通过硬接线的形式发送给焦炉的液压交换机系统，以驱动焦炉的液压交换机系统停机。同样液压交换机系统停机时，也会给烟气脱硫脱硝系统一个停机信号，以使烟气脱硫脱硝系统适当减小工作负荷或停机。烟气脱硫脱硝系统预留和二级系统的接口，通过OPC软件，二级系统可以访问烟气脱硫脱硝系统的生产的各个数据。

4 焦炉烟气脱硫脱硝PLC控制系统的实现

（1）主要控制，①烟道系统：烟道闸板阀、脱硫脱硝系统翻板阀与风机连锁，当风机处在停机状态下，脱硫脱硝主烟道翻板阀关闭，旁路翻板阀，焦炉烟道闸板阀三个阀门自动连锁打开；当风机正常工作状态下，主烟道翻板阀自动打开，旁路翻板阀及新增焦炉烟道闸板阀快速关闭，烟气脱硫脱闸系统自动启动。②喷氨系统：热风炉启动后，氨水蒸发器阀门自动打开，根据脱硝塔进、出口氮氧化物浓度，自动调节氨水输送量，满足脱硝需求量，脱硝工序开始工作；当停止喷氨后，自动关闭热风炉及氨水输送系统，脱硝系统停止工作。③脱硫系统：根据脱硫塔进、出口二氧化硫含量，自动调节脱硫剂氨水的供给量，脱硫工序自动开始工作。

（2）主要系统连锁与运行。①脱硫塔底液位为单回路调节控制模式，保持调节流量为20m3/h左右，在调节执行器自动模式下，当液位大于1.5m（报警），执行器控制管道阀体减小调节阀开度；当液位小于0.9m（报警），执行器控制管道阀体增大调节阀开度；②中段洗涤槽液位、上段洗涤槽液位和对应管道电动切断阀有联锁关系，在电动阀自动模式下，当液位大于高液值时（报警），电动阀自动关闭；当液位小于低液位值时（报警），电动阀自动打开；③环流氧化器溶液pH值的调节为单回路调节控制模式，当溶液pH大于6，减小调节阀开度；当溶液pH值小于5增大调节阀开度；④供入脱硫塔浓氨水流量由调节阀调节，Q1显示流量为供入脱硫塔浓氨水流量，Q1由CEMS烟气流量参数（Q）、检测二氧化硫浓度（C）决定，计算公式为：Q1=Q×C×34/64/0.15。

总之，PLC技术在某焦化厂的焦炉烟气脱硫脱硝工段的应用，系统性能表现较为突出，整个脱硫脱硝控制系统的操作可实现全部远程控制，全人性化操作，保证焦炉生产的安全、稳定运行。