基于PLC的喷雾干燥塔控制系统设计

基于PLC的喷雾干燥塔控制系统设计一、被控对象工艺流程概述液态的浆料以高压经喷枪雾化后喷入干燥塔。干燥塔利用柴油燃烧器的能量将空气加热；热空气在干燥塔内将雾化后的浆料干燥为超细粒粉状成品。粉状成品在塔内利用旋风分离原理从热空气中分离出来，由塔底部的翻板阀定期排入收集袋中成为合格的原料。热空气则通过布袋除尘器除尘后排出。其工艺流程图如下：图1 喷雾干燥塔控制工艺流程图（PI&D）二、工艺过程简介1、燃烧系统燃烧系统通过供油泵，油包和溢油门提供具备一定缓冲能力的稳压供油系统，增压泵和溢油门保证了油枪的雾化压力。油枪供油回路和回油回路采用了两只电磁阀串联的方式保证了油枪燃油回路的动作可靠。在油枪的回油回路中接入了电磁调节阀与助燃风机的调节阀联动调节，用于调节燃油量，以控制干燥塔的出口温度2、干燥系统干燥系统中，鼓风机将空气抽入换热器中加热，热空气进入干燥塔干燥所需物质，接着干燥塔出口的热空气进入除尘器进行除尘，最终通过排风机排入大气。在干燥系统中，涉及到空气温度和干燥塔负压控制。温度的控制包括热空气进口温度、烟气出口温度、排风温度，其中热空气进口温度是主要的调节参数。干燥塔的负压控制中干燥塔塔内负压是主要的调节参数。3、投料系统投料系统在点火成功，温度满足一定值时，启动料浆泵及喷枪A，然后根据控制目标自动增/减料枪，保证干燥效果。投料系统的主要控制信号为料浆出口压力，根据干燥内负压和温度控制料浆出口压力在一定范围内，以确保料浆的雾化效果。4、除尘系统除尘器属于喷雾干燥塔的外围设备，除尘器外壁布置了三只气锤，内部设置八个除尘布袋实现对出塔空气的过滤除尘。除尘系统为达到除尘效果要求气锤按固定的时间间隔对塔外壁进行振打，同时8只布袋按固定的时间间隔进行反吹。除尘器布置在干燥塔旁，在负压控制中可以考虑到除尘器的反吹会造成干燥塔塔内负压的明显波动。三、具体控制要求1、自动顺序启动功能2、安全自动停机功能3、自动点火功能4、熄火保护功能5、系统安全保护功能6、状态监测和自动报警功能7、自动投入喷枪和撤除喷枪功能9、指示灯测试功能10、自动负压控制功能11、自动手动切换12、防误操作功能四、比赛要求针对控制要求，需要选手在理解被控对象的基础上，完成以下工作：（一）完成控制系统方案设计报告，具体要求：1、I/O点的统计、设备（泵、风机、阀门）的选择，并说明理由。2、硬件系统方案设计（包括I/O点的端子图设计，控制系统网络配置，控制器的配置）3、基于施耐德BMXP342030M340BMXP34控制器和CITECT7.0组态软件平台，设计控制系统软件。（二）竞赛成果演示1、在施耐德BMXP342030M340BMXP34高性能CPU平台上进行控制器组态以及CITECT7.0上进行流程图、趋势、报警等组态。2、控制系统投运。3、上述具体控制要求的实现。需要选手以工程文档方式进行撰写。评委基于所撰写的控制方案进行比赛。控制方案不限，最终得分以综合控制性能为主要依据。题目二 基于PLC的火电厂烟气脱硫(FGD)控制系统设计与仿真 一、被控对象工艺流程概述石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统使用CaCO3浆液吸收烟气中的SO2，副产品为石膏。其典型的工艺流程如图1所示，包括：烟气系统(烟道挡板、烟气换热器、增压风机等)；吸收系统（吸收塔、循环泵、氧化风机、除雾器等）；吸收剂制备系统（石灰石储仓、磨石机、石灰石浆液罐、浆液泵等）；石膏脱水及储存系统（石膏浆泵、水力旋流器、真空脱水机等）； 图1 湿法脱硫系统工艺流程1、烟气系统燃煤烟气温度经过电除尘、引风机、原烟气挡板进入到增压风机，升压后进入到脱硫系统。烟气温度降低到了设计温度后进入吸收塔，经过吸收塔洗涤的净烟气经过净烟气挡板门由烟囱排入大气。在脱硫系统解列或检修的时候，烟气脱硫系统原烟气挡板关闭、旁路挡板打开，原烟气经过旁路烟道排入大气。2、石灰石浆液制备系统石灰石由称重皮带输送机送到球磨机内磨制成浆液存贮于石灰石浆液箱中,然后经石灰石浆液泵送至吸收塔。系统配置有两台石灰石浆液泵，一运一备。脱硫过程所需的石灰石浆液量由位于石灰石供浆泵出口至吸收塔之间管道上的供浆调节阀来控制。3、吸收塔系统吸收塔系统包括吸收塔、吸收塔浆液循环、石膏浆液排出和氧化空气、搅拌、除雾器、冲洗等几个部分其主要使用的设备如表1所示。表一 吸收塔系统主要设备一览序号设备名称数量序号设备名称数量1吸收塔本体15吸收塔搅拌器42除雾器1（2层）6氧化风机33循环浆液泵37集水坑搅拌器14排浆泵28集水坑泵1吸收塔石灰石浆液通过循环泵从吸收塔浆池送至塔内喷嘴系统，与烟气接触发生化学反应吸收烟气中的SO2，在吸收塔循环浆池中利用氧化空气将CaSO3氧化成CaSO4。石膏排出泵将石膏浆液从吸收塔送到石膏脱水系统。浆液循环泵设置三台循环泵，将吸收塔浆池中的浆液抽出并输送到喷淋层，喷淋层喷嘴喷出的浆液与烟气中SO2接触反应后，又落回到吸收塔浆池，从而完成浆液的循环。为保证脱硫过程不致中断，正常应使至少有二台泵在运行。泵停运后等一定时间管道中液位平稳后关闭入口阀，首先打开排空阀，对循环泵体及管道排空，然后用工艺水进行冲洗，以防止固体沉积在管道中影响介质流通。除雾器吸收塔设两级除雾器, 布置于吸收塔顶部。烟气穿过再循浆液喷淋层后, 连续流经两层Z字形除雾器除去所含浆液雾滴。除雾器的一级为粗分离级，绝大多数的液滴被分离出去，除雾器的二级为细分离级，在除雾器的漩涡处的表面会形成一些结垢。当除雾器结垢以后就会导致通过除雾器的气速增高，液滴夹带进入出口烟道引起烟囱下雨、颗粒物排放固体的重量损坏除雾器等，因而有必要对除雾器的表面进行定期的冲洗，冲洗后的工艺水流到吸收塔内。吸收塔内的石膏浆液的连续排放导致了吸收塔水位的下降，而除雾器冲洗的水量弥补了这一部分水量的损失。氧化空气系统二套烟气脱硫系统系统，氧化风机设计三台，二运一备。氧化空气通过4根矛式喷射管送入浆池下部，每根矛状管出口靠近搅拌器，空气被送至高度湍流的浆液区，搅拌器产生的高剪切力使氧化空气分裂成细小的气泡，均匀地分散在浆液中，和浆液充分混合，增大气液接触面积，实现高氧化率，把CaSO3氧化成CaSO4。4、石膏系统在脱硫系统正常运行情况下，吸收塔浆液池中持续产生石膏，石膏排浆泵将石膏浆液由吸收塔打至排浆池，石膏排浆泵共两台，一运一备。二、具体控制要求1、FGD的功能组的顺序启停通过控制系统能够实现浆液制备系统、烟气系统、脱硫塔系统、石膏系统系统的顺序启停功能。2、安全保护功能在锅炉系统出现异常工况（烟气温度高、锅炉停炉等）时，能切除FGD系统，保证系统安全 。 在工艺流程内出现异常工况时，首先启动异常处理程序，失败后在退出FGD系统。如正常运行时出现增压风机跳闸，实现启动备用增压风机，如果失败后退出系统运行。3、状态监测和自动报警功能系统进出口烟气温度、吸收塔液位、浆液泵、排浆泵故障时提供光字牌指示和声音报警，并具备报警保持，等待确认功能。4、石灰石浆液流量控制根据吸收塔的PH值，自动调节吸收塔进口的浆液流量，使PH值控制在8-9之间。四、比赛要求针对控制要求，需要选手在理解被控对象的基础上，完成以下工作：（一）完成脱硫控制系统方案设计报告，具体要求：1、I/O点的统计、设备（泵、风机、阀门）的选择，并说明理由。2、硬件系统方案设计（包括I/O点的端子图设计，控制系统网络配置，控制器的配置）3、基于施耐德BMXP342030M340BMXP34控制器和CITECT7.0组态软件平台，设计控制系统软件。（二）竞赛成果演示1、在施耐德BMXP342030M340BMXP34高性能CPU平台上进行控制器组态以及CITECT7.0上进行流程图、趋势、报警等组态。2、控制系统投运。3、上述具体控制要求的实现。需要选手以工程文档方式进行撰写。评委基于所撰写的控制方案进行比赛。控制方案不限，最终得分以综合控制性能为主要依据。另外：各小组也可以根据已学相关专业，对已掌握控制子系统进行设计与开发。