基于PLC的锅炉烟气脱硝控制系统的设计

鄂以帅，张保伟，代惠民，张 烁，李 琰，王莹玮，贺 强

（中国铝业郑州有色金属研究院有限公司，河南 郑州 450041）

烟气脱硝技术是我国控制氮氧化物排放的主要方法之一。目前，国内外应用较多且工艺成熟的选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）烟气脱硝，均需要向烟气中喷入还原剂氨，使烟气中的氮氧化物还原成氮[1]。为了保证氮氧化物充分反应并避免氨过量造成新的污染，需要对氨逃逸进行实时监测分析，以达到还原剂氨注入量的最优化，提高脱硝效率。监测脱硝前后氨的含量是实施控制氨逃逸的有效依据，从而避免造成对下游设备的腐蚀和破坏。

1 脱硝机理及系统工艺流程

1.1 烟气脱硝机理

选择性非催化还原脱除Ox技术是把含有NHx基的还原剂喷入炉膛温度为800℃～1100℃的区域，该还原剂迅速热分解成NH3和其它副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行选择性非催化还原反应而生成N2和H2O[2]。其化学反应方程式主要为：

1.2 烟气脱硝系统工艺流程

烟气脱硝系统主要由卸氨系统，氨水储罐，氨水输送及控制系统，软化水箱，软化水输送及控制系统，稀释系统，压缩空气调节剂及制系统，分配及控制系统，喷雾系统，烟气在线监测系统,氨逃逸在线监测系统等几部分构成。当氨水被软化水稀释后通过分配调节系统，在压缩空气的作用下通过喷雾系统对锅炉烟气进行喷雾。其中氨水输送及控制系统负责氨水量的计量、调节部分；软水输送及控制系统负责软化水量的计量、调节部分；稀释系统负责氨水和软水的配比、浓度控制；烟气检测系统负责烟气NOx、O2浓度的监测，分配及控制系统通过对烟气监测数据的分析控制药剂的流量；压缩空气调节及控制系统负责药剂的输送扬程及输送压力；氨逃逸在线监测系统负责烟气中NH3的含量监测，来控制氨消耗。

图1 工艺流程图

2 控制系统硬件设计

本系统包括PLC，液位计，流量计，触摸屏，上位机，烟气在线监测系统，氨逃逸在线监测系统，数据远程诊断系统等几部分。其中该系统以PLC为控制核心进行展开的，PLC本身具有可靠性好，适应性好，抗干扰能力强，能够适应多种环境、在烟气脱硝的环境中可以稳定运行等优先，再有PLC还自带RS232和RS485通讯接口，可以方便的完成与上位机，数据远程诊断等功能，可以方便的进行设备的调试和维护，并通过组态软件及上位机软件搭配应用，简洁明了的显示出控制过程，方便操作人员的使用及维护。

2.1 PLC控制要求

本系统中，PLC接收在线监测设备传送过来的信号，根据逻辑控制程序，判断是否需要启停或调节设备。同时PLC与上位机及触摸屏实时通讯，通过上位机和触摸屏不仅可以观看反应过程，还可以进行反应的自动与手动的控制；通过数据远程诊断平台可以实现互联网的远程监控与系统专家诊断等功能[4]。

2.2 烟气排放在线监测系统

烟气排放在线监测系统是适应于各种锅炉连续废弃排放量的检测，可以连续在线监测颗粒物的浓度，其控制计算机可以将所测到的数据进行存储和处理；可通过网络与上级环保部门的计算机连接，环保部门可以方便、快捷地调用和监测数据[3]。

2.3 氨逃逸在线监测系统

在脱硝工艺气体监测中，出口的逃逸氨（残余氨）浓度检测非常重要，因为逃逸氨是反映和考评脱硝效率的指标之一，同时过量的逃逸氨生成的铵盐会严重影响后续空预器等设备正常运行，因此氨逃逸监测也是目前国内脱硝工艺中烟气监测的重要组成部分。

2.4 数据远程专家诊断系统

远程监测技术是随着计算机技术,通信技术,传感技术的发展而逐渐兴起的设备状态监测技术。远程监控的监测点与控制中心分别位于两地,打破了地域的界限,方便通过网络来连接传递信息。

在烟气脱硝控制系统中，无线数传模块把NOx,O2，下料量等重要参数通过网络传输到异地，异地技术人员通过登录网络平台对其访问，数据查看等手段对其在线数据进行分析，甄别。实现随时随地掌控系统运行状况，并可以实现远程运维的效果。

3 系统软件设计

3.1 PLC的程序设计[5]

系统采用可编程控制器对整个系统实现自动控制，应用PLC控制主要实现功能如下。

（1）实现设备手动控制与自动控制的处理；

（2）实现烟气脱硝系统的控制处理；

（3）实现对运行数据的存储与展示；

（4）实现上位机与触摸屏的通讯。

在进行PLC程序书写时，考虑到手动控制与自动控制的切换、设备启停顺序、设备输入/输出量、故障报警等方面的考虑[5]。其流程图如图2所示。

图2 plc控制程序主流程图

3.2 上位机组态部分设计

为了能够方便操作人员对于测量系统的使用，更加直观、更加快捷的完成脱硝系统的控制，让操作人员实时掌握测量过程中的每一个环节，在界面设计中，采用国产的组态软件，其开发环境通俗易懂，和通讯接口方便，容易上手，并且功能强大，可以将各个部分有效的融为一体[6]。

在开发界面设计及布局中，着重的设计了工艺流程画面，各个设备状态画面，历时曲线画面，报警画面等，开发环境自带图库，设计中直接从库中调取，方便快捷。

4 控制结果及展望

在对本控制系统设备调试完成后，进行了测量分析与校核，进而确定系统是否满足控制的要求，通过对人工计算与系统在线分析进行了对比，证明控制结果符合国家要求[7]。

本文按照实施的顺序对烟气脱硝自动控制系统进行介绍，说明了系统的工艺流程、搭建过程及实施步骤，介绍了系统的各个功能块的作用，在满足工艺要求的基础上实现手动与自动的切换，系统报警处理等。还有一些问题需要在以后改进中完善优化，考虑通过PID算法进行精度更高的控制，另外在组态界面中增加三维立体动态画面，提供更加清晰直观的监控画面。