过程控制新版系统专项方案设计.doc

过程控制仪表与系统

题目： 工业含硫废气控制系统方案设计

学 院： 信息科学与工程学院
专 业 班 级： 测控技术与仪器1503班
学 号：
学 生 姓 名： 王哲
教 师： 李飞

工业含硫废气控制系统方案设计

摘 要：许多化工厂在厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中都会产生各种具有污染有害气体，其中含硫气体对环境导致污染尤为严重。因而对含硫废气对的合理解决至关重要。在国内工业含硫废气普通多采用焚烧工艺，经焚烧炉焚烧，使污染性气体转换成安全物质。经方案论证后，本设计采用双闭环串级控制系统，控制目的温度在600-800℃设定尾气焚烧炉炉温波动范畴不超过±30℃。该控制系统中运用PID算法，传感器将检测到模仿信号送到变送器，变送器输出4～20mA电流信号。将变送器输出原则信号送入控制器中，控制器通过度析比较所测参数与预设参数之后输出控制信号，执行器依照传送过来信号进行变化，最后达到对系统温度控制。
核心词：双闭环串级控制系统；炉温控制；流量控制；变送器
1 引言
含硫废气与加氢反映器出口过程器被加热至270-320℃左右与外补富氢气混合后进入加氢反映器在加氢催化剂作用下转化为H2S。加氢反映为放热反映，离开反映器尾气-换热器换冷却后进入冷凝塔。
废气在冷凝塔中运用循环机冷水来降温。70℃冷凝水自冷凝塔底部流出，经济冷泵加压后经急冷水冷却器用循环水冷却至40℃，循环至冷却塔顶。某些急冷水经急冷水过滤器过滤后返回急冷水泵入口。尾气中水蒸气被冷凝，产生酸性水由急冷水泵送至酸性水解决处。为防止酸性水对设备腐蚀，需向急冷水中注入氨依照ph值大小决定注入氨量。
冷凝后尾气离开冷凝塔进入回收塔，用30%甲基二乙醇胺溶液吸取废气中硫化氢，同步吸取某些二氧化碳。吸取塔底富液用富液泵送至溶剂再生某些统一解决。从塔顶出来净化气经尾气分液罐分液后进入焚烧炉燃烧，有燃料气流量控制炉膛温度；废气中残留硫化氢几乎全转化成二氧化硫，最后再对二氧化硫进行解决。
焚烧炉要控制温度在600-800℃，保证尾气可以充分燃烧，对环境和人健康都没有危害。
温度控制系统可采用办法有双闭环串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统、前馈-反馈控制系统、分程控制系统等。
2 系统方案设计
2.1系统分析
在含硫废气焚烧炉炉温控制系统设计中，主被控参数是焚烧炉炉膛温度。瓦斯气流量和空气流量等参数变化都会对温度控制形成干扰。
工业上正常生产时会产生温度过高和温度过低两种状况。温度过高影响因素有：瓦斯流量大、压力高，瓦斯带油或过程气S和H2S含量高等因素。这时调节办法联系公司调度至稳定瓦斯压力。加强瓦斯罐排凝。还也许温度过低，因素也许是瓦斯压力过低，瓦斯带水，瓦斯流量小等。办法是加强瓦斯排凝，加大流量。同步本设计也充分考虑到控制环境存在腐蚀性以及易爆性，采用安全方式设计，保证生产安全。
2.2方案论证
本设计可采用办法有双闭环串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统、前馈-反馈控制系统。下面为该系统设计方案分析。

2.3.1 方案一：
采用双闭环串级控制系统。本系统中，炉膛温度是主控参数，影响其温度因素有诸多，例如瓦斯压力，瓦斯带水，瓦斯流量等等。本设计要通过控制空气进入量尚有瓦斯气进入量来达到控制炉温目。双闭环串级系统流程图如FT
瓦斯气
空气
FT
FRC
FY
尾气
TRCA
FT
FIC
FY
燃烧炉
图1所示：

图1 双闭环串级系统流程图
2.3.1 方案二：
采用前馈-反馈单回路控制系统择炉膛温度为被控参数，瓦斯气流量为前馈控制器输入干扰，其她影响炉膛温度因素作为系统干扰变量。当瓦斯气流量受到扰动后，反馈系统立即开始控制，使瓦斯流量不至于波动过大，从而使炉内温度稳定。详细控制系统框图如图2所示：

瓦斯气
温度调节器
燃烧炉
温度反馈
——

图2 单回路控制系统框图

综上所述，方案1中副回路设计，对系统稳定性更有保障并且它调节速度更快，追去额度更高。双闭环比值控制器引入是流量风容易控制，提高系统控制性能。在方案2中一种前馈控制器只能抑制一种干扰对被控参数影响，而在实际工业生产过程中存在大量扰动因素，不也许仅对单一扰动进行控制，方案二存在一定弊端。鉴于以上因素，本次设计采用双闭环串级控制系统。依照双闭环串级控制系统框图，可以分析含硫废气焚烧炉炉温控制系统生产工艺过程：当炉内温度过低时，温度传感器检测到温度反馈回信号与设定值比较，产生偏差促使执行器开始工作。瓦斯气和空气进气阀开度变大，是炉内温度升高。
当温度过低时，反馈回来温度信号与设定值比较，使调节阀开度减小，使炉内温度下降从而达到稳定炉内温度作用。双闭环串级控制系统框图如图3所示：

调节
调节器
调节阀
瓦斯管
焚烧炉
流量变量
温度变量
X1
—
—
调节器
调节阀

空气管道
流量变量
——
K
X2
T
图3 双闭环串级控制系统框图

3 方案设计可行性
3.1 设计方案对安全、环境及社会影响
3.3.1 工业废气焚烧炉选取
工业废气解决常选用焚烧工艺，即焚烧炉分如下几种：
一、蓄热式热力焚烧炉(Regenerative Thermal Oxidizers，简称RTO)
工作原理：在高温下将废气中有机物(VOCs)氧化成相应二氧化碳和水，从而净化废气，并回收废气分解时所释放出来热量，三室RTO废气分解效率达到99%以上，热回收效率达到95%以上。RTO主体构造由燃烧室、蓄热室和切换阀等构成。
二、催化氧化炉(Catalytic Oxidizer)
工作原理：催化剂焚烧炉设计是依废气风量，VOCs浓度及所需知破坏去除效率而定。操作时含VOCs废气用系统风机导入系统内换热器，废气经由换热器管侧而被加热后，再通过燃烧器，这时废气已被加热至催化分解温度，再通过催化剂床，催化分解会释放热能，而VOCs被分解为二氧化碳及水气。之后此一热且经净化气体进入换热器之壳侧将管侧未经解决VOC废气加热，此换热器会减少能源消耗，最后，净化后气体从烟囱排到大气中。
四、直接热力焚烧炉(Direct Fired Thermal Oxidizer，简称DFTO)
工作原理：直接燃烧式焚烧炉，将废气、废液焚烧直接通入炉膛内进行彻底焚烧，燃烧温度控制在1000～1150℃左右，最高不能超过1200℃，最低不能低于900℃。焚烧后烟气温度可通过余热锅炉进行再运用产生蒸汽，烟气温度通过再运用后温度从1100℃降到300℃左右，最低不能低于280℃。废气进口温度普通为常温，通过焚烧余热运用后温度300℃，即废气温升约280℃左右。焚烧炉内氧含量控制范畴10%～16%。对进入焚烧炉废气浓度理论上没有限制，并且浓度越高越经济，但要保证输送过程安全。由于燃烧焚烧高，故焚烧效率比RTO更高，但是运营费用和投资成本也更高。
对比一下以上几种工艺优缺陷，如下表1所示：

直接燃烧法
蓄热燃烧法
催化燃烧法
工作温度
600~800℃
600~800℃
200~320℃
燃烧状态
在高温火焰下燃烧
高温无火焰燃烧
无火焰燃烧
长处
1.灰尘影响少
2、操作简朴
1.燃料费低
2.无二次污染
1.燃料费低
2.无二次污染
缺陷
1、燃料费用高
2、有二次污染
3、需要高温耐火构造
1、对蓄热体堵塞或腐蚀应充分注意
2、需要有前解决工序
3、投资成本大
1、对催化剂中毒应充分注意
2、需要有前解决工序
3、投资成本较大
表1 工艺优缺陷对比

综上所述，考虑到二次污染及经济方面因素，选用催化剂焚烧炉最为适当。
3.2 设计方案拟定
由于生产过程中存在易燃易爆气体，综上所述，本次实验充分考虑拿到实际生产过程安全性，可行性，选取采用双闭环串级控制系统。由于所处条件易燃易爆，本实验采用两个气动调节阀，保证安全生产。
与此同步，焚烧炉所设立位置要尽量远离工厂设备及人员工作和居住位置，同步也要保证良好通风，提高设备使用率，使其可以对含硫废气充分解决，达到良好效果。

参照文献
[1]王再英，刘淮霞等.过程控制系统与仪表.机械工业出版社，，P209-315
[2]张刚.基于PLC过程控制系统设计与实现[J].电子设计工程,,6(19):29-32.
[3]肖贤. 电厂湿法烟气脱硫控制系统设计[D].西安理工大学,.
[4]李剑,王皖君.基于PLC和HMI蓄热式锻造加热炉过程控制系统设计[J].热加工工艺,,47(11):163-165+169.
[5]车通. 机动车尾气检测流程控制系统设计与实现[D].东北大学　,.
[6]熊虎. 基于PLC污水解决自动控制系统设计[D].湖南大学,.