專利名稱：應用plc控制系統實施循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫的方法
技術領域：
本發明涉及一種循環流化床鍋爐干法脫硫的方法，尤其涉及一種根據煙氣SO2在線監測反饋數據，應用PLC控制系統實施循環流化床鍋爐爐內自動控制噴鈣脫硫的方法。
背景技術：
目前，公知的循環流化床鍋爐干法脫硫技術對脫硫系統的控制和SO2濃度的監測是由操作人員人工完成的。向循環流化床鍋爐內輸送石灰石粉是以簡單的向輸煤皮帶添加脫硫劑粉為主，而不能對脫硫系統的運行進行自動控制，實現連續向循環流化床鍋爐內輸送石灰石粉的目的，以致造成石灰石粉添加不均勻且利用率低、脫硫效率低及環保監控部門不能實現對監管對象的實時在線監測的不足。
PLC即可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，是一種取代傳統繼電器控制裝置專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。
PLC從結構上分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。
PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。然而，在檢索的有關循環流化床鍋爐脫硫的方法中，還未見應用PLC控制系統實施循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫的報道。
發明內容
為了克服現有的干法脫硫技術不能自動控制脫硫系統和實時監測脫硫劑用量的不足，本發明要解決的問題是提供一種根據煙氣SO2在線監測反饋數據，應用PLC控制系統實施循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫的方法。本發明的方法為干法脫硫技術，其不僅能提高脫硫效率，而且能方便地實現對脫硫系統的自動控制及脫硫劑的自動添加，并利用SO2在線監測網，將石灰石粉用量數據實時遠傳至環保監測系統的監測網，備環保行政部門隨時調閱。
本發明所述的應用PLC控制系統實施循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫的方法，包括如下工藝流程外購脫硫劑---石灰石粉經壓力罐車氣力輸送到脫硫劑儲倉備用；運行鍋爐脫硫設施時，打開設置于倉下的插板閥，并啟動星型卸料器開始下料，粉料經固體流量計計量進入到螺旋泵，輸送至風粉混合器，由羅茨風機將粉料經過密閉管道吹送到鍋爐內進行煅燒，脫硫；鍋爐煙氣經過除塵器和引風機進入煙囪排放，在煙囪上設置有煙氣SO2取樣裝置，該裝置將樣氣輸送到SO2在線監測儀進行SO2濃度檢測，檢測后的SO2濃度通過數據采集儀無線上傳到環保部門的監控網，同時由SO2在線監測儀將SO2濃度值傳輸到PLC控制系統；PLC控制系統根據SO2濃度的高低，通過模擬量輸出信號控制星型卸料器的電機變頻轉速，實現脫硫劑的自動添加；其特征在于所述PLC控制系統包括由中央處理器、數字和模擬量模塊組成的中央處理單元，以及與其相連接的星型卸料器、固體流量計、螺旋泵、羅茨風機、袋式除塵器和料位計，所述元件以電流信號、電壓信號、頻率信號、流量信號、物位信號和設備的開關信號連接，并由組態軟件操控；所述由在線監測儀傳輸到PLC控制系統的SO2濃度值信號以4-20mA的電流信號傳輸，其中所述4-20mA電流量等比例由低到高對應0-5000mg/m3的SO2濃度值；所述PLC控制系統通過模擬量輸出信號控制星型卸料器的電機變頻轉速的方式是以4-20mA的電流信號控制星型卸料器的電機變頻轉速，其中所述4-20mA電流量等比例由低到高對應變頻電機0-50Hz的頻率轉速；所述脫硫過程中，固體流量計的瞬時流量及累計流量同時由PLC控制系統傳輸到數據采集儀上，并無線傳輸到環保部門的監控網上，實現脫硫劑用量的遠方監測。
上述應用PLC控制系統實施循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫的方法中 所述脫硫方法中脫硫劑---石灰石的選擇指標是碳酸鈣含量大于92％；氧化鈣含量大于52％；水分小于1％；顆粒直徑范圍在0.01-1mm。
所述固體流量計優選沖板式機械傳動計量裝置，計量范圍是0-5000Kg/h。
所述粉料經過密閉管道吹送到鍋爐的方法是從鍋爐兩側或四周的二次風口噴入爐膛燃燒，噴入點選擇4-8個點。
所述煅燒，脫硫中最適宜的爐膛溫度為870-920℃，最適宜的燃煤條件是原煤硫含量不超過2.5％。
所述中央處理器優選SIPLUS CPU 313C中央處理器；所述數字量模塊優選SIPLUS SM321數字量輸入模塊和SIPLUS SM 322數字量輸出模塊；所述模擬量模塊優選SIPLUS SM331模擬量輸入模塊和SIPLUS SM 332模擬量輸出模塊。
上述應用PLC控制系統實施循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫的方法中 所述由SO2在線監測儀傳輸到PLC控制系統的SO2濃度值信號以4-20mA的電流信號傳輸，其中所述4-20mA電流量等比例由低到高對應0-2660mg/m3的SO2濃度值。
所述PLC控制系統通過模擬量輸出信號控制星型卸料器的電機變頻轉速的方式是以4-20mA的電流信號控制星型卸料器的電機變頻轉速，其中所述4-20mA電流量等比例由低到高對應變頻電機8.5-15Hz的頻率轉速。
所述固體流量計的瞬時流量及累計流量同時由PLC控制系統傳輸到數據采集儀的方式是以4-20mA的電流信號傳輸到數據采集儀，其中所述4-20mA電流量等比例由低到高對應0-5000Kg/h的粉料瞬時流量和對應的粉料累計流量。
其中所述固體流量計的瞬時流量及累計流量同時由PLC控制系統傳輸到數據采集儀的方式是以4-20mA的電流信號傳輸到數據采集儀，其中所述4-20mA電流量等比例由低到高對應0-3000Kg/h的粉料瞬時流量和對應的粉料累計流量。
利用發明的方法突出效果和創造性表現在 本發明的方法利用安裝在循環流化床鍋爐煙囪上的SO2在線監測系統，將檢測到的SO2的濃度值以電流信號反饋到脫硫裝置的PLC控制系統，通過PLC控制系統對石灰石粉噴入量進行自動調節，完成對SO2的排放濃度的實時控制，實現了對整個過程的檢測顯示、操作控制、安全報警、重要工藝參數連鎖操控。同時，石灰石粉用量數據通過在線監測系統的數據采集儀實時傳輸到環保監控部門監控網，以備監控部門調閱石灰石粉用量的歷史數據，或統計單位時段石灰石粉的投放量，或石灰石粉用量的歷史曲線，實現了石灰石粉投放的聯網監測與SO2排放濃度的相互比對。
本發明將整個循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫方法中涉及的電流信號、電壓信號、頻率信號、流量信號、物位信號和設備的開關信號納入PLC控制系統控制，并且數據能傳入上位機的監控系統，集中監控；采用PLC控制系統可實現對整個過程中的物料補充、物料輸送、流量控制、儀表工藝參數的連鎖控制。
本發明方法改變了目前環保部門對循環流化床鍋爐爐內噴鈣工藝的信任度，消除了環保部門對污染企業脫硫設施是否正常運行無法監管的不利局面，通過使用本發明方法，環保部門可以方便的從SO2排放濃度和脫硫劑使用量上，雙重監管監督SO2排放污染企業，保證脫硫設施的正常運行；因此，可以說本發明方法徹底改變了循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫工藝的命運，得到了環保部門的支持，并許可使用。
本發明的自動控制系統的設計本著技術先進、安全可靠、操作方便和經濟合理的原則進行，設計中以盡可能提高裝置自動化水平及脫硫效率為目的，并盡可能實現降低操作人員的勞動強度。
本發明顯著的效果是，在提高脫硫效率的同時，實現對脫硫系統的自動控制和石灰石粉用量的實時在線監測，明顯節約了石灰石粉的用量，降低了運行成本，同時減輕了操作人員的勞動強度；更便于環保監控部門進行石灰石粉投放量與SO2排放濃度的監測。
圖1本發明所述方法的工藝流程簡圖。
其中1壓力罐車、2脫硫劑儲倉、3壓力釋放閥、4料位計、5袋式除塵器、6插板閥、7星型卸料器、8固體流量計、9螺旋泵、10羅茨風機、11鍋爐二次風口、12鍋爐、13除塵器、14引風機、15煙囪、16SO2取樣裝置、17SO2在線監測儀、18數據采集儀、19PLC控制系統、20環保部門的監控網。
圖2本發明所述自動控制系統流程簡圖。
圖3本發明所述方法中脫硫劑輸送控制系統圖。
其中1壓力罐車、2脫硫劑儲倉、3壓力釋放閥、4料位計、5袋式除塵器、6插板閥、7星型卸料器、8固體流量計、9螺旋泵、10羅茨風機、11鍋爐二次風口、12鍋爐、13除塵器、14引風機、15煙囪、16SO2取樣裝置、17SO2在線監測儀、18數據采集儀、19PLC控制系統、20環保部門的監控網。
具體實施例方式 下面結合附圖對本發明所述方法作進一步說明，但其不限制本發明。
實施例1 設計某電廠循環流化床鍋爐噸位2×75t/h+1×90t/h，采用本發明脫硫方法，其工藝流程如圖3所示。
具體設計依據如下 燃煤含硫量≤1.7％ 正常生產時單臺鍋爐耗煤量≤14.5t/h 鍋爐煙氣量150000m3/h 脫硫前SO2排放濃度2660mg/Nm3 實施本發明應用PLC控制系統實施循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫的方法 外購的脫硫劑---石灰石壓力罐車1，經車載泵氣力輸送(0.2MPa)到100m3的儲料倉2內，脫硫劑粒徑要求0.01-1mm，儲料倉頂部設置有壓力釋放閥3、STD-34J-1型料位計4和PL-40E型袋式除塵器5，儲料倉2進料前必須先啟動袋式除塵器5，進行抽風，保持罐內微負壓避免粉塵飛揚。
運行鍋爐脫硫設施時，首先打開脫硫劑入爐口閥門，開啟PLC控制系統19，點擊自動投入鍵，系統首先啟動SSR-175型羅茨風機10，進行管道吹掃，避免管道堵塞，再啟動GLXL-150型螺旋泵9，最后啟動XLSL220.4型星型卸料器7，實施向鍋爐內吹入脫硫劑。
PLC控制系統包括由中央處理器、數字和模擬量模塊組成的中央處理單元，以及與其相連接的星型卸料器、固體流量計、螺旋泵、羅茨風機、袋式除塵器和料位計，所述元件以電流信號、電壓信號、頻率信號、流量信號、物位信號和設備的開關信號連接，并由組態軟件操控；來自PLC控制系統19采集的電流、電壓、頻率、流量、物位、電機運轉情況、SO2排放濃度的信息，顯示在PLC控制系統19的組態頁面上，在控制頁面上可以觀測到系統內各設備及相關工藝參數的實時狀態。
上述中央處理器優選SIPLUS CPU 313C中央處理器；所述數字量模塊優選SIPLUS SM321數字量輸入模塊和SIPLUS SM 322數字量輸出模塊；所述模擬量模塊優選SIPLUS SM331模擬量輸入模塊和SIPLUS SM 332模擬量輸出模塊。
脫硫劑經過密閉管道由羅茨風機從鍋爐兩側的4個二次風口噴入爐膛內，在870-920℃溫度條件下進行煅燒，脫硫；鍋爐煙氣經過除塵器13和引風機14進入煙囪15排放，在煙囪上設置有煙氣SO2取樣裝置16，該裝置將樣氣輸送到SO2在線監測儀17進行SO2濃度檢測，檢測后的SO2濃度值通過數據采集儀18無線傳輸到環保部門的監控網20上，同時由SO2在線監測儀17將SO2濃度值傳輸到PLC控制系統19。
由SO2在線監測儀17傳輸到PLC控制系統的SO2濃度值信號以4-20mA的電流信號傳輸，其中所述4-20mA電流量等比例由低到高對應0-2660mg/m3的SO2濃度值。PLC控制系統19根據SO2濃度的高低，通過模擬量輸出信號控制星型卸料器7的電機變頻轉速，實現脫硫劑的自動添加，所述PLC控制系統通過模擬量輸出信號控制星型卸料器的電機變頻轉速的方式是以4-20mA的電流信號控制星型卸料器的電機變頻轉速，其中所述4-20mA電流量等比例由低到高對應變頻電機8.5-15Hz的頻率轉速。
具體操作是設置SO2排放濃度的控制范圍為200-400mg/Nm3，在獲得SO2在線監測儀17傳輸來的SO2排放濃度值低于200mg/Nm3時，PLC控制系統以4-20mA的模擬量輸出電流信號控制星型卸料器7的變頻電機8.5-15Hz的頻率轉速，使變頻電機的頻率降低，即自動減少脫硫劑的投入量；在獲得SO2在線監測儀17傳輸來的SO2排放濃度值高于400mg/Nm3時，PLC控制系統以4-20mA的模擬量輸出電流信號控制星型卸料器7的變頻電機8.5-15Hz的頻率轉速，使變頻電機的頻率升高，即自動增加脫硫劑的投入量。
上述脫硫過程中，固體流量計8的瞬時流量及累計流量同時由PLC控制系統19傳輸到數據采集儀18上，并無線傳輸到環保部門的監控網20上，實現脫硫劑用量的遠方監測。所述固體流量計8的瞬時流量及累計流量同時由PLC控制系統19傳輸到數據采集儀18的方式是以4-20mA的電流信號傳輸到數據采集儀18，其中所述4-20mA電流量等比例由低到高對應0-3000Kg/h的粉料瞬時流量和對應的粉料累計流量。
經上述方法進行脫硫處理的循環流化床鍋爐，煙氣SO2排放濃度監測指標如下 脫硫后SO2排放濃度283mg/Nm3 脫硫率89.4％ 脫硫劑耗量1.13t/h(單臺鍋爐)。
由實施例1的結果可以看出，本發明方法完全實現了脫硫劑的自動添加和脫硫劑用量數據的實時上傳，脫硫后SO2排放濃度為283mg/Nm3，完全符合或低于國家要求的400mg/Nm3排放標準，脫硫效率達到或超過了85％的設計要求。
且本發明方法實施中系統運行安全、穩定，明顯減輕了操作人員的勞動強度，同時更便于環保監控部門進行石灰石粉投放量與SO2排放濃度的監測。
權利要求
1.一種應用PLC控制系統實施循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫的方法，包括如下工藝流程外購脫硫劑---石灰石粉經壓力罐車(1)氣力輸送到脫硫劑儲倉(2)備用；運行鍋爐脫硫設施時，打開設置于倉下的插板閥(6)，并啟動星型卸料器(7)開始下料，粉料經固體流量計(8)計量進入到螺旋泵(9)，輸送至風粉混合器，由羅茨風機(10)將粉料經過密閉管道吹送到鍋爐(12)內進行煅燒，脫硫；鍋爐煙氣經過除塵器(13)和引風機(14)進入煙囪(15)排放，在煙囪上設置有煙氣SO2取樣裝置(16)，該裝置將樣氣輸送到SO2在線監測儀(17)進行SO2濃度檢測，檢測后的SO2濃度通過數據采集儀(18)無線上傳到環保部門的監控網(20)，同時由SO2在線監測儀將SO2濃度值傳輸到PLC控制系統；PLC控制系統(19)根據SO2濃度的高低，通過模擬量輸出信號控制星型卸料器(7)的電機變頻轉速，實現脫硫劑的自動添加；其特征在于所述PLC控制系統包括由中央處理器、數字和模擬量模塊組成的中央處理單元，以及與其相連接的星型卸料器、固體流量計、螺旋泵、羅茨風機、袋式除塵器(5)和料位計(4)，所述元件以電流信號、電壓信號、頻率信號、流量信號、物位信號和設備的開關信號連接，并由組態軟件操控；所述由在線監測儀傳輸到PLC控制系統的SO2濃度值信號以4-20mA的電流信號傳輸，其中所述4-20mA電流量等比例由低到高對應0-5000mg/m3的SO2濃度值；所述PLC控制系統通過模擬量輸出信號控制星型卸料器的電機變頻轉速的方式是以4-20mA的電流信號控制星型卸料器的電機變頻轉速，其中所述4-20mA電流量等比例由低到高對應變頻電機0-50Hz的頻率轉速；所述脫硫過程中，固體流量計(8)的瞬時流量及累計流量同時由PLC控制系統(19)傳輸到數據采集儀(18)上，并無線傳輸到環保部門的監控網(20)上，實現脫硫劑用量的遠方監測。
2.如權利要求1所述應用PLC控制系統實施循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫的方法，其特征在于所述中央處理器選SIPLUS CPU 313C中央處理器；所述數字量模塊選SIPLUSSM 321數字量輸入模塊和SIPLUS SM 322數字量輸出模塊；所述模擬量模塊選SIPLUS SM331模擬量輸入模塊和SIPLUS SM 332模擬量輸出模塊。
3.如權利要求1所述應用PLC控制系統實施循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫的方法，其特征在于所述由SO2在線監測儀傳輸到PLC控制系統的SO2濃度值信號以4-20mA的電流信號傳輸，其中所述4-20mA電流量等比例由低到高對應0-2660mg/m3的SO2濃度值。
4.如權利要求1所述應用PLC控制系統實施循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫的方法，其特征在于所述PLC控制系統通過模擬量輸出信號控制星型卸料器的電機變頻轉速的方式是以4-20mA的電流信號控制星型卸料器的電機變頻轉速，其中所述4-20mA電流量等比例由低到高對應變頻電機8.5-15Hz的頻率轉速。
5.如權利要求1所述應用PLC控制系統實施循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫的方法，其特征在于所述固體流量計的瞬時流量及累計流量同時由PLC控制系統傳輸到數據采集儀的方式是以4-20mA的電流信號傳輸到數據采集儀，其中所述4-20mA電流量等比例由低到高對應0-5000Kg/h的粉料瞬時流量和對應的粉料累計流量。
6.如權利要求5所述應用PLC控制系統實施循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫的方法，其特征在于所述固體流量計的瞬時流量及累計流量同時由PLC控制系統傳輸到數據采集儀的方式是以4-20mA的電流信號傳輸到數據采集儀，其中所述4-20mA電流量等比例由低到高對應0-3000Kg/h的粉料瞬時流量和對應的粉料累計流量。
全文摘要
本發明公開了一種應用PLC控制系統實施循環流化床鍋爐爐內噴鈣脫硫的方法，包括外購脫硫劑輸送及存儲；星型卸料器下料，固體流量計計量，螺旋泵輸送，由羅茨風機將粉料吹送到鍋爐內進行煅燒，脫硫；在煙囪上設置有煙氣SO2取樣裝置，通過數據采集儀將監測儀測得的SO2濃度值無線上傳到環保部門的監控網，同時由SO2在線監測儀將SO2濃度值傳輸到PLC控制系統；由PLC控制卸料器的電機變頻轉速，實現脫硫劑的自動添加；其中固體流量計的瞬時和累計流量由PLC傳輸到環保部門的監控網上供實時查閱。本發明在提高脫硫效率的同時，實現對脫硫系統的自動控制和石灰石粉用量的實時在線監測，明顯節約了石灰石粉的用量，降低運行成本，同時降低了操作人員的勞動強度。
文檔編號B01D53/50GK101332400SQ200810138400
公開日2008年12月31日 申請日期2008年7月18日 優先權日2008年7月18日
發明者朱學智 申請人:朱學智