專利名稱：鎂基—海水法船用脫硫工藝中監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煙氣脫硫技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到鎂法和海水法脫硫工藝的監(jiān)測(cè)和自控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
船舶脫硫指標(biāo)嚴(yán)格于一般工業(yè)脫硫，又受到船上特定環(huán)境的限制，船用脫硫研發(fā)應(yīng)用技術(shù)和工藝?yán)щy很大，至今在國(guó)內(nèi)外尚屬空白。鎂法脫硫效率能達(dá)到99%，鎂基脫硫同時(shí)具有無(wú)二次污染、占用體積小、不結(jié)垢、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，再者，考慮船舶工況，船上海水獲取易淡水獲取難。因此，鎂基-海水法脫硫技術(shù)是適用于船舶特定工況的一種有效脫硫技術(shù)。鎂基-海水法的工作原理是船舶煙氣在風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下經(jīng)海水噴霧冷卻，煙氣溫度降至100°C以下，通過多級(jí)Mg(OH)2漿料噴霧與煙氣中的SA反應(yīng)，降低煙氣中SA濃度至達(dá)標(biāo)排放。反應(yīng)產(chǎn)物MgSO3隨噴霧液降至漿料池，通過氧化形成MgSO4,隨排水排放。按照一定流量注入制備的Mg (OH) 2漿料，調(diào)節(jié)漿料液pH值，保證高效脫硫，按照一定流量補(bǔ)充新水、排放反應(yīng)后噴霧液，保持漿料池液位恒定。從漿料的制備、反應(yīng)物的排放、以及脫硫的過程控制，鎂基-海水法都不同于一般的濕法煙氣脫硫系統(tǒng)。具有自身的工藝特點(diǎn)。為使該脫硫工藝正常運(yùn)行，提高脫硫效率，減少SO2排放量，確保達(dá)標(biāo)排放，需要針對(duì)其工作流程，設(shè)計(jì)一個(gè)效率高、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)節(jié)能，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的煙氣脫硫系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
為提供一種適用于鎂基-海水法船用脫硫裝置的監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，使其能夠長(zhǎng)期可靠、達(dá)標(biāo)運(yùn)行，本發(fā)明設(shè)計(jì)了鎂基-海水法船用脫硫工藝中監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。鎂基-海水法船用脫硫工藝中主要包括脫硫塔、海水冷卻噴霧單元、漿料罐、多級(jí)噴淋裝置、海水，在所述的脫硫塔下部設(shè)有漿料池，漿料池上部為多級(jí)噴淋裝置，通過氧化風(fēng)機(jī)向漿料池中通入氧氣，通過海水泵向漿料池中通入海水，漿料池底部設(shè)有排出泵；所述的漿料罐的上部設(shè)有蒸汽、氧化鎂粉、海水管道，其中蒸汽管道上設(shè)有電動(dòng)蒸汽閥，海水管道上設(shè)有海水流量計(jì)，漿料罐中設(shè)有攪拌器，漿料罐下端出料管道設(shè)有變頻管道泵，出料管道上還設(shè)有漿料流量計(jì)并連接到多級(jí)噴淋裝置；多級(jí)噴淋裝置還通過噴淋泵連接到漿料池；鍋爐煙氣經(jīng)過依次設(shè)有電動(dòng)蝶閥、變頻風(fēng)機(jī)、煙氣流量計(jì)的排煙管道進(jìn)入海水冷卻噴霧單元，海水冷卻噴霧單元順鍋爐煙氣通風(fēng)方向噴霧，經(jīng)冷卻的鍋爐煙氣進(jìn)入脫硫塔；脫硫塔頂部設(shè)有除霧網(wǎng)和新水噴淋裝置，處理后煙氣從脫硫塔的排煙口進(jìn)入煙 并排出，排煙口側(cè)壁設(shè)有Sh分析儀探頭；漿料池中還設(shè)有PH計(jì)，浮子式液位計(jì)。通過Mg(OH)2漿料多級(jí)噴淋裝置、漿料pH調(diào)控、給排水控制，依靠可靠的自動(dòng)控制系統(tǒng)，研制而成本鎂基-海水法船用脫硫系統(tǒng)，并通過濃度測(cè)定確定對(duì)應(yīng)的優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)裝置長(zhǎng)期可靠、達(dá)標(biāo)運(yùn)行。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)鎂基-海水法船用脫硫工藝中監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，其硬件系統(tǒng)包括由工業(yè)控制機(jī)及路由器、以太網(wǎng)組成的上位機(jī)單元，由PLC、PLC模擬輸入輸出模塊、一次儀表、及現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、執(zhí)行單元，所述的一次儀表包括安裝在漿料池的PH計(jì)、浮子式液位儀，安裝在脫硫塔中測(cè)量煙氣溫度的熱電偶，安裝在漿料輸送管路上的漿料流量計(jì)，安裝在煙道中的煙氣流量計(jì)，安裝在脫硫塔末端的排出煙氣的Sh分析儀探頭，安裝在煙氣入口的入口濃度測(cè)量裝置；所述的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制各種風(fēng)機(jī)、泵、閥、攪拌器電機(jī)、變頻器；所述的PLC中控制程序包括用于對(duì)由一次儀表采集的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理的程序，設(shè)定了鎂基-海水法船用脫硫工藝系統(tǒng)各相關(guān)部位的流量、溫度、液位、濃度、料位、 PH值的上限、下限，設(shè)定了煙氣中SO2含量的上限，設(shè)有超限報(bào)警程序，向電氣控制單元發(fā)出相應(yīng)控制指令的程序，還包括設(shè)有數(shù)字量即各現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開關(guān)量的連鎖、聯(lián)動(dòng)程序；所述的工業(yè)控制機(jī)安裝有組態(tài)軟件，包括以下模塊與PLC通訊的模塊，接收各儀表測(cè)量數(shù)據(jù)及各執(zhí)行設(shè)備的開啟、關(guān)停狀態(tài)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)顯示模塊，實(shí)時(shí)顯示各儀表測(cè)量數(shù)據(jù)及每臺(tái)設(shè)備的開啟、關(guān)停狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、打印報(bào)表；數(shù)據(jù)處理模塊，包括計(jì)算鎂基-海水法船用脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)及環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益參數(shù)的程序，包括氫氧化鎂耗量、系統(tǒng)耗電量、耗水量、脫硫效率，并用數(shù)字、棒圖或曲線形式在終端上顯示數(shù)據(jù)處理結(jié)果。本發(fā)明的效果和益處是，將控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以及實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)結(jié)合起來，針對(duì)鎂基-海水法船用脫硫工藝的特點(diǎn)，采用自動(dòng)調(diào)控噴霧液PH值技術(shù)，通過多路自動(dòng)反饋電氣控制系統(tǒng)，包括風(fēng)機(jī)與蝶閥聯(lián)動(dòng)、液位恒定、噴霧流量和噴霧級(jí)數(shù)控制、漿料供給和給排水控制、風(fēng)量和濃度及漿料pH值測(cè)試等等，調(diào)控噴霧液PH值，使整機(jī)安全、可靠、達(dá)標(biāo)運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)了對(duì)工藝過程的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控。


下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。圖1為鎂基-海水法船用脫硫系統(tǒng)原理圖。圖2是本發(fā)明系統(tǒng)的示意框圖；圖3是本發(fā)明中引風(fēng)機(jī)頻率控制回路的示意框圖；圖4是本發(fā)明中氫氧化鎂漿料流量控制回路的示意框圖；圖5是本發(fā)明中脫硫塔漿料池液位控制回路的示意框圖；圖6是本發(fā)明PLC接線原理框圖；圖7是本發(fā)明PLC模擬量輸入輸出模塊原理框圖；圖8是本發(fā)明變頻器電機(jī)接線原理框圖。圖1中1、脫硫塔，2、漿料罐，3、煙囪，4、漿料池，5、海水，6、蒸汽，7、氧化鎂粉，8、海水泵，9、海水流量計(jì)，10、電動(dòng)閥，11、電動(dòng)蒸汽閥，12、變頻管道泵，13、漿料流量計(jì)，14、噴淋泵，15、排出泵，16、廢液，17、氧化風(fēng)機(jī)，18、鍋爐煙氣，19、電動(dòng)蝶閥，20、變頻風(fēng)機(jī)，21、煙氣
流量計(jì)，22、處理后氣體。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例具體說明本發(fā)明。如圖2所示，本發(fā)明其硬件系統(tǒng)包括工業(yè)控制機(jī)、PLC、PLC模擬輸入輸出模塊、一次儀表、及現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部件。其中，工業(yè)控制機(jī)及路由器，以太網(wǎng)組成上位機(jī)單元；PLC、 PLC模擬輸入輸出模塊、一次儀表、及執(zhí)行器組成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、執(zhí)行單元。一次儀表包括安裝在漿料池、漿料罐的PH計(jì)、液位儀、熱電偶，安裝在漿料輸送管路上的漿料流量計(jì)，安裝在煙道中的煙氣流量計(jì)，安裝在脫硫塔末端的排出煙氣的Sh分析儀探頭，安裝在入口的入口煙氣的SO2濃度測(cè)量裝置。鎂基-海水法船用脫硫工藝流程從主煙道引出煙氣，通過電動(dòng)蝶閥和變頻風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)控制引風(fēng)風(fēng)量，通過煙氣流量計(jì)顯示引風(fēng)風(fēng)量。待處理煙氣由風(fēng)機(jī)出口進(jìn)入噴霧冷卻系統(tǒng)，順通風(fēng)方向噴霧，冷卻煙氣溫度至100°c以下，輔助起到脫硫作用，且助煙氣引風(fēng)，冷卻液和經(jīng)冷卻煙氣一同進(jìn)入脫硫塔。脫硫塔設(shè)有多級(jí)噴淋裝置和液位恒定在Im左右的漿料池，氧化風(fēng)機(jī)向池中提供氧氣。采用噴淋泵抽取漿料池中漿料循環(huán)冷卻噴淋、循環(huán)反應(yīng)噴淋，形成冷卻液和噴霧液在重力作用下降落至漿料池，氣流向上最終經(jīng)排煙口排到大氣中。漿料罐中按比例投入海水和氧化鎂粉，經(jīng)電機(jī)攪拌和蒸汽恒溫加熱，熟化后通過變頻管道泵從漿料罐下端出料口分四路向各噴淋管道定量提供新鮮漿料，采用閥門和流量計(jì)準(zhǔn)確控制漿料供給量。隨反應(yīng)進(jìn)行，漿料池中漿料PH逐漸下降，為保證高效脫硫，確定6. 5-11 之間的漿料PH變化范圍，配備pH計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)漿料池液位因煙氣冷卻過程中的蒸發(fā)作用而不斷降低，在側(cè)壁安裝浮子式液位計(jì)反映冷卻過程中的蒸發(fā)水量。漿料池外壁連接排出泵和海水泵，根據(jù)漿料PH變化情況和應(yīng)用要求，控制排水泵流量和頻率排出反應(yīng)后噴霧液，并進(jìn)一步調(diào)控海水泵按一定流量和頻率補(bǔ)充新水，保持漿料池液位恒定在Im左右，兼具調(diào)節(jié)漿料PH的功能。脫硫塔頂部設(shè)有除霧網(wǎng)和新水噴淋裝置，通過煙氣流量測(cè)定控制新水噴淋的開啟以及時(shí)清洗除霧網(wǎng)，同時(shí)起到補(bǔ)充新水的作用。排煙口側(cè)壁引入SO2分析儀探頭，用于濃度測(cè)定。根據(jù)濃度改變漿料噴淋反應(yīng)級(jí)數(shù)，通過變頻噴淋泵調(diào)節(jié)噴霧液流量，通過變頻風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)處理風(fēng)量，保持SO2濃度至達(dá)標(biāo)排放。在該工藝的監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中引風(fēng)機(jī)頻率控制回路的控制任務(wù)是通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率，使鍋爐煙氣流量能滿足設(shè)計(jì)要求；控制方案為引風(fēng)機(jī)頻率控制回路，參見圖3，鍋爐煙氣在引風(fēng)機(jī)的作用下經(jīng)煙道進(jìn)入脫硫塔，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率，使煙氣流量能滿足設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)首先測(cè)量引風(fēng)機(jī)前煙氣壓力，轉(zhuǎn)化為4-20mA信號(hào)送人PLC模擬輸入模塊，經(jīng)PID(比例積分微分)計(jì)算后，將生成的 0-20mA的控制信號(hào)經(jīng)PLC模擬輸出模塊送入變頻器，來實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)頻率的閉環(huán)控制，使煙道中的壓力能滿足船上主機(jī)工作要求。氫氧化鎂漿料流量控制回路的控制任務(wù)是在脫硫設(shè)備滿負(fù)荷范圍調(diào)節(jié)氫氧化鎂漿料流量，使氫氧化鎂漿料的量能恰好滿足與煙氣中的充分反應(yīng)的要求，轉(zhuǎn)化為亞硫酸鎂?？刂品桨甘菫楸ＷC最佳吸收反應(yīng)效果，對(duì)脫硫塔漿料池中PH值要嚴(yán)格控制，pH計(jì)將測(cè)得的值，轉(zhuǎn)化為4-20mA信號(hào)送人PLC模擬輸入模塊，經(jīng)PID(比例積分微分)計(jì)算后，送入漿料輸送變頻管道泵的變頻器，調(diào)整漿料流量。在脫硫塔的入口和出口測(cè)量相應(yīng)的未處理和處理后煙氣中的Sh濃度并將其校正到相應(yīng)煙氣溫度、壓力和煙氣量，通過這些測(cè)量值可計(jì)算出脫硫效率。
脫硫塔漿料池液位控制回路的控制任務(wù)是通過控制排水泵的工作與否，來調(diào)節(jié)脫硫塔液位。控制方案參見脫硫塔漿料池液位控制回路圖5，脫硫塔漿料池的液位主要由脫硫塔氫氧化鎂漿料供給量和廢液排放量所決定。但是，進(jìn)入脫硫塔的熱煙氣在脫硫塔內(nèi)被冷卻并帶走了大量的氣化水，這部分損失的水量將通過海水泵補(bǔ)充。當(dāng)液面超過IOOOmm時(shí)， 排出泵開始工作，當(dāng)液面低于800mm時(shí)，海水泵工作泵入新水。脫硫裝置啟?？刂埔约耙恍┲饕y門的開關(guān)是通過PLC來完成，電氣接線如圖6 所示。上位機(jī)單元的工業(yè)控制機(jī)安裝有組態(tài)軟件，借助組態(tài)軟件，上位單元與PLC通訊， 接收各儀表測(cè)量數(shù)據(jù)及各執(zhí)行設(shè)備的開啟、關(guān)停狀態(tài)數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)顯示各儀表測(cè)量數(shù)據(jù)及每臺(tái)設(shè)備的開啟、關(guān)停狀態(tài)，并可以進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表打印。本發(fā)明將控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以及實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工藝過程的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控，使應(yīng)用鎂基-海水法船用脫硫工藝能夠安全、可靠、達(dá)標(biāo)運(yùn)行。本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，任何在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)的等同構(gòu)思或者改變，均列為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種鎂基-海水法船用脫硫工藝中監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，其硬件系統(tǒng)包括由工業(yè)控制機(jī)及路由器、以太網(wǎng)組成的上位機(jī)單元，由PLC、PLC模擬輸入輸出模塊、一次儀表、及現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、執(zhí)行單元，其特征在于所述的一次儀表包括安裝在漿料池的PH計(jì)、浮子式液位儀，安裝在脫硫塔中測(cè)量煙氣溫度的熱電偶，安裝在漿料輸送管路上的漿料流量計(jì)，安裝在煙道中的煙氣流量計(jì)，安裝在脫硫塔末端的排出煙氣的分析儀探頭，安裝在煙氣入口的入口 SO2濃度測(cè)量裝置；所述的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制各種風(fēng)機(jī)、泵、閥、攪拌器電機(jī)、變頻器； 所述的PLC中控制程序包括用于對(duì)由一次儀表采集的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理的程序，設(shè)定了鎂基-海水法船用脫硫工藝系統(tǒng)各相關(guān)部位的流量、溫度、液位、濃度、料位、PH 值的上限、下限，設(shè)定了煙氣中SO2含量的上限，設(shè)有超限報(bào)警程序，向電氣控制單元發(fā)出相應(yīng)控制指令的程序，還包括設(shè)有數(shù)字量即各現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開關(guān)量的連鎖、聯(lián)動(dòng)程序； 所述的工業(yè)控制機(jī)安裝有組態(tài)軟件，包括以下模塊與PLC通訊的模塊，接收各儀表測(cè)量數(shù)據(jù)及各執(zhí)行設(shè)備的開啟、關(guān)停狀態(tài)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)顯示模塊，實(shí)時(shí)顯示各儀表測(cè)量數(shù)據(jù)及每臺(tái)設(shè)備的開啟、關(guān)停狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、打印報(bào)表； 數(shù)據(jù)處理模塊，包括計(jì)算鎂基-海水法船用脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)及環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益參數(shù)的程序，包括氫氧化鎂耗量、系統(tǒng)耗電量、耗水量、脫硫效率，并用數(shù)字、棒圖或曲線形式在終端上顯示數(shù)據(jù)處理結(jié)果。
全文摘要
一種鎂基-海水法船用脫硫工藝中監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，涉及船舶煙氣脫硫自動(dòng)控制領(lǐng)域。系統(tǒng)由工業(yè)控制機(jī)、可編程控制器(PLC)、PLC模擬輸入輸出模塊、一次儀表、及現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部件組成。PLC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行控制根據(jù)處理后SO2濃度調(diào)整循環(huán)泵變頻器的頻率；根據(jù)漿液池中漿液的pH值調(diào)整漿料的泵入量；根據(jù)脫硫塔中的各處溫度調(diào)整海水的進(jìn)入量；根據(jù)脫硫塔內(nèi)液面高度調(diào)整排水泵的工作與否。工業(yè)控制機(jī)使用組態(tài)軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和中央控制，實(shí)時(shí)顯示設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，打印各種報(bào)表。本發(fā)明實(shí)時(shí)跟蹤SO2含量，及時(shí)調(diào)整氧化鎂粉量、海水量，實(shí)現(xiàn)脫硫率最佳控制。
文檔編號(hào)B01D53/50GK102151481SQ20111003959
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月17日
發(fā)明者唐曉佳, 朱益民, 李鐵, 郝陽(yáng) 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)