PLC技术在焦炉脱硫脱硝工段中的应用

黄浩滨

摘 要：随着国民经济的高速发展，大量的煤炭被开采利用。在煤炭利用的过程中产生的烟气污染所带来的问题也越来越突出，由其是在焦炉烧焦过程中所产生的烟气严重的影响到了空气的质量水平引起了人们的广泛关注，很多专家学者对焦炉烟气治理进行了深入的研究。本文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，希望通过本文的研究为焦炉烟气治理工作的开展提供有益的借鉴。

关键词：PLC技术;焦炉脱硫;脱硝工段;应用

一、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：0～5000mg/Nm3，烟尘：0～2000mg/Nm3，O2：0～25%Vol，温度：0～400℃，压力：-10～10KPa，流速：0～30m/S，流量：0～50万m3/h，湿度：0～50%，无数传输装置<两个DTU传输>，以太网光纤。

二、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_5H PN/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。硬件构成如下图所示：

焦炉烟气脱硫脱硝系统硬件构成示意图

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脫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WinCC7.0 SP2，Step7 5.5 SP4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。案例焦化厂焦炉烟气脱硫脱硝控制系统控制器与I/O之间采用的是现场总线连接，与工程师站、操作员站之间的通信采用的是以太网连接。当烟气脱硫脱硝系统出现紧急故障或主风机出现故障的时候，系统通过硬接线的方式将故障信号传输给液压交换机系统，液压交换机系统停止运转，并将停止运转信号传输给烟气脱硫脱硝系统，烟气脱硫脱硝系统执行停机或降低工作负荷操作。

三、焦炉烟气脱硫脱硝PLC控制系统的实现

（1）烟道系统。风机与脱硫脱硝系统翻板阀、烟道闸板阀联锁，如果风机处于停机状态，将关闭主烟道翻板阀，焦炉烟道 闸板阀三个阀门和旁路翻板阀将自动打开;如果风机处于工作状态，系统则自动打开主烟道翻板阀，烟气脱硫脱硝系统自动启动，新增焦炉烟道闸板阀和旁路翻板阀快速关闭。

（2）喷氨系统。当热风炉启动之后，系统自动打开氨水蒸发器阀门，并根据脱硝塔进出口处氮氧化物的浓度检测值，牟氨水的输送量进行自动调节，以满足脱硝量的需求;当喷氨停止时，氨水输送系统及热风炉则自动关闭，脱硝系统工作停止。

（3）系统联锁与运行。对脱硫塔底液位的控制采用的是单回路调节控制模式，当液位大于1.5m时，系统自动报警，并减小调节阀的开度;当脱硫塔底液位低于0.9m时，系统自动报警，并增大调节阀的开度。对环流氧化器溶液PH值的调节同样是采用单回路调节控制模式，当环流氧化器溶液PH值低于5时，调节阀开度自动增大;当环流氧化器溶液PH值高于6时，调节阀开度自动减小。上、中段洗涤槽液位及其对应的管道电动切断阀之间为联锁关系，当洗涤槽液位低于低液位时，系统自动报警，并自动打开电动阀;当洗涤槽液位高于高液位时，系统自动报警，并自动关闭电动阀。

参考文献：

[1]倪建东.焦炉烟道气同时脱硫脱硝技术路线探讨[J].宝钢技术，2016（01）：73-77.

[2]周立荣，高春波，杨石玻.钢铁厂烧结烟气SCR脱硝技术应用探讨[J].中国环保产业，2014，16（6）：33-36.