CN101332400A - 应用plc控制系统实施循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用PLC控制系统实施循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫的方法，包括外购脱硫剂输送及存储；星型卸料器下料，固体流量计计量，螺旋泵输送，由罗茨风机将粉料吹送到锅炉内进行煅烧，脱硫；在烟囱上设置有烟气SO2取样装置，通过数据采集仪将监测仪测得的SO2浓度值无线上传到环保部门的监控网，同时由SO2在线监测仪将SO2浓度值传输到PLC控制系统；由PLC控制卸料器的电机变频转速，实现脱硫剂的自动添加；其中固体流量计的瞬时和累计流量由PLC传输到环保部门的监控网上供实时查阅。本发明在提高脱硫效率的同时，实现对脱硫系统的自动控制和石灰石粉用量的实时在线监测，明显节约了石灰石粉的用量，降低运行成本，同时降低了操作人员的劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种循环流化床锅炉干法脱硫的方法，尤其涉及一种根据烟气SO2在线监测反馈数据，应用PLC控制系统实施循环流化床锅炉炉内自动控制喷钙脱硫的方法。
背景技术
目前，公知的循环流化床锅炉干法脱硫技术对脱硫系统的控制和SO2浓度的监测是由操作人员人工完成的。向循环流化床锅炉内输送石灰石粉是以简单的向输煤皮带添加脱硫剂粉为主，而不能对脱硫系统的运行进行自动控制，实现连续向循环流化床锅炉内输送石灰石粉的目的，以致造成石灰石粉添加不均匀且利用率低、脱硫效率低及环保监控部门不能实现对监管对象的实时在线监测的不足。
PLC即可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，是一种取代传统继电器控制装置专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC从结构上分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。然而，在检索的有关循环流化床锅炉脱硫的方法中，还未见应用PLC控制系统实施循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫的报道。
发明内容
为了克服现有的干法脱硫技术不能自动控制脱硫系统和实时监测脱硫剂用量的不足，本发明要解决的问题是提供一种根据烟气SO2在线监测反馈数据，应用PLC控制系统实施循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫的方法。本发明的方法为干法脱硫技术，其不仅能提高脱硫效率，而且能方便地实现对脱硫系统的自动控制及脱硫剂的自动添加，并利用SO2在线监测网，将石灰石粉用量数据实时远传至环保监测系统的监测网，备环保行政部门随时调阅。
本发明所述的应用PLC控制系统实施循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫的方法，包括如下工艺流程：外购脱硫剂---石灰石粉经压力罐车气力输送到脱硫剂储仓备用；运行锅炉脱硫设施时，打开设置于仓下的插板阀，并启动星型卸料器开始下料，粉料经固体流量计计量进入到螺旋泵，输送至风粉混合器，由罗茨风机将粉料经过密闭管道吹送到锅炉内进行煅烧，脱硫；锅炉烟气经过除尘器和引风机进入烟囱排放，在烟囱上设置有烟气SO2取样装置，该装置将样气输送到SO2在线监测仪进行SO2浓度检测，检测后的SO2浓度通过数据采集仪无线上传到环保部门的监控网，同时由SO2在线监测仪将SO2浓度值传输到PLC控制系统；PLC控制系统根据SO2浓度的高低，通过模拟量输出信号控制星型卸料器的电机变频转速，实现脱硫剂的自动添加；其特征在于：所述PLC控制系统包括由中央处理器、数字和模拟量模块组成的中央处理单元，以及与其相连接的星型卸料器、固体流量计、螺旋泵、罗茨风机、袋式除尘器和料位计，所述元件以电流信号、电压信号、频率信号、流量信号、物位信号和设备的开关信号连接，并由组态软件操控；所述由在线监测仪传输到PLC控制系统的SO2浓度值信号以4-20mA的电流信号传输，其中所述4-20mA电流量等比例由低到高对应0-5000mg/m3的SO2浓度值；所述PLC控制系统通过模拟量输出信号控制星型卸料器的电机变频转速的方式是：以4-20mA的电流信号控制星型卸料器的电机变频转速，其中所述4-20mA电流量等比例由低到高对应变频电机0-50Hz的频率转速；所述脱硫过程中，固体流量计的瞬时流量及累计流量同时由PLC控制系统传输到数据采集仪上，并无线传输到环保部门的监控网上，实现脱硫剂用量的远方监测。
上述应用PLC控制系统实施循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫的方法中：
所述脱硫方法中脱硫剂---石灰石的选择指标是碳酸钙含量大于92％；氧化钙含量大于52％；水分小于1％；颗粒直径范围在0.01-1mm。
所述固体流量计优选冲板式机械传动计量装置，计量范围是0-5000Kg/h。
所述粉料经过密闭管道吹送到锅炉的方法是从锅炉两侧或四周的二次风口喷入炉膛燃烧，喷入点选择4-8个点。
所述煅烧，脱硫中最适宜的炉膛温度为870-920℃，最适宜的燃煤条件是原煤硫含量不超过2.5％。
所述中央处理器优选SIPLUS CPU 313C中央处理器；所述数字量模块优选SIPLUS SM321数字量输入模块和SIPLUS SM 322数字量输出模块；所述模拟量模块优选SIPLUS SM331模拟量输入模块和SIPLUS SM 332模拟量输出模块。
上述应用PLC控制系统实施循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫的方法中：
所述由SO2在线监测仪传输到PLC控制系统的SO2浓度值信号以4-20mA的电流信号传输，其中所述4-20mA电流量等比例由低到高对应0-2660mg/m3的SO2浓度值。
所述PLC控制系统通过模拟量输出信号控制星型卸料器的电机变频转速的方式是：以4-20mA的电流信号控制星型卸料器的电机变频转速，其中所述4-20mA电流量等比例由低到高对应变频电机8.5-15Hz的频率转速。
所述固体流量计的瞬时流量及累计流量同时由PLC控制系统传输到数据采集仪的方式是：以4-20mA的电流信号传输到数据采集仪，其中所述4-20mA电流量等比例由低到高对应0-5000Kg/h的粉料瞬时流量和对应的粉料累计流量。
其中：所述固体流量计的瞬时流量及累计流量同时由PLC控制系统传输到数据采集仪的方式是：以4-20mA的电流信号传输到数据采集仪，其中所述4-20mA电流量等比例由低到高对应0-3000Kg/h的粉料瞬时流量和对应的粉料累计流量。
利用发明的方法突出效果和创造性表现在：
本发明的方法利用安装在循环流化床锅炉烟囱上的SO2在线监测系统，将检测到的SO2的浓度值以电流信号反馈到脱硫装置的PLC控制系统，通过PLC控制系统对石灰石粉喷入量进行自动调节，完成对SO2的排放浓度的实时控制，实现了对整个过程的检测显示、操作控制、安全报警、重要工艺参数连锁操控。同时，石灰石粉用量数据通过在线监测系统的数据采集仪实时传输到环保监控部门监控网，以备监控部门调阅石灰石粉用量的历史数据，或统计单位时段石灰石粉的投放量，或石灰石粉用量的历史曲线，实现了石灰石粉投放的联网监测与SO2排放浓度的相互比对。
本发明将整个循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫方法中涉及的电流信号、电压信号、频率信号、流量信号、物位信号和设备的开关信号纳入PLC控制系统控制，并且数据能传入上位机的监控系统，集中监控；采用PLC控制系统可实现对整个过程中的物料补充、物料输送、流量控制、仪表工艺参数的连锁控制。
本发明方法改变了目前环保部门对循环流化床锅炉炉内喷钙工艺的信任度，消除了环保部门对污染企业脱硫设施是否正常运行无法监管的不利局面，通过使用本发明方法，环保部门可以方便的从SO2排放浓度和脱硫剂使用量上，双重监管监督SO2排放污染企业，保证脱硫设施的正常运行；因此，可以说本发明方法彻底改变了循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫工艺的命运，得到了环保部门的支持，并许可使用。
本发明的自动控制系统的设计本着技术先进、安全可靠、操作方便和经济合理的原则进行，设计中以尽可能提高装置自动化水平及脱硫效率为目的，并尽可能实现降低操作人员的劳动强度。
本发明显著的效果是，在提高脱硫效率的同时，实现对脱硫系统的自动控制和石灰石粉用量的实时在线监测，明显节约了石灰石粉的用量，降低了运行成本，同时减轻了操作人员的劳动强度；更便于环保监控部门进行石灰石粉投放量与SO2排放浓度的监测。
附图说明
图1本发明所述方法的工艺流程简图。
其中：1压力罐车、2脱硫剂储仓、3压力释放阀、4料位计、5袋式除尘器、6插板阀、7星型卸料器、8固体流量计、9螺旋泵、10罗茨风机、11锅炉二次风口、12锅炉、13除尘器、14引风机、15烟囱、16SO2取样装置、17SO2在线监测仪、18数据采集仪、19PLC控制系统、20环保部门的监控网。
图2本发明所述自动控制系统流程简图。
图3本发明所述方法中脱硫剂输送控制系统图。
其中：1压力罐车、2脱硫剂储仓、3压力释放阀、4料位计、5袋式除尘器、6插板阀、7星型卸料器、8固体流量计、9螺旋泵、10罗茨风机、11锅炉二次风口、12锅炉、13除尘器、14引风机、15烟囱、16SO2取样装置、17SO2在线监测仪、18数据采集仪、19PLC控制系统、20环保部门的监控网。
| 序号 | 名称 | 型号及规格 | 数量 |
| 3 | 压力释放阀 | BSLT-Y-01 | 1 |
| 4 | 料位计 | STD-34 J-1 | 1 |
| 5 | 袋式除尘器 | PL-40E | 1 |
| 6 | 插板阀 | 400×400，L＝250 | 3 |
| 7 | 星形卸料器 | XLSL220，4，0～4t/h，400×400 | 3 |
| 8 | 固体流量计 | MT2106 | 3 |
| 9 | 螺旋泵 | GLXL150 | 3 |
| 10 | 罗茨风机 | SSR-175 | 3 |
具体实施方式
下面结合附图对本发明所述方法作进一步说明，但其不限制本发明。
实施例1
设计某电厂循环流化床锅炉吨位2×75t/h+1×90t/h，采用本发明脱硫方法，其工艺流程如图3所示。
具体设计依据如下：
燃煤含硫量≤1.7％
正常生产时单台锅炉耗煤量≤14.5t/h
锅炉烟气量150000m3/h
脱硫前SO2排放浓度2660mg/Nm3
实施本发明应用PLC控制系统实施循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫的方法：
外购的脱硫剂---石灰石压力罐车1，经车载泵气力输送(0.2MPa)到100m3的储料仓2内，脱硫剂粒径要求0.01-1mm，储料仓顶部设置有压力释放阀3、STD-34J-1型料位计4和PL-40E型袋式除尘器5，储料仓2进料前必须先启动袋式除尘器5，进行抽风，保持罐内微负压避免粉尘飞扬。
运行锅炉脱硫设施时，首先打开脱硫剂入炉口阀门，开启PLC控制系统19，点击自动投入键，系统首先启动SSR-175型罗茨风机10，进行管道吹扫，避免管道堵塞，再启动GLXL-150型螺旋泵9，最后启动XLSL220.4型星型卸料器7，实施向锅炉内吹入脱硫剂。
PLC控制系统包括由中央处理器、数字和模拟量模块组成的中央处理单元，以及与其相连接的星型卸料器、固体流量计、螺旋泵、罗茨风机、袋式除尘器和料位计，所述元件以电流信号、电压信号、频率信号、流量信号、物位信号和设备的开关信号连接，并由组态软件操控；来自PLC控制系统19采集的电流、电压、频率、流量、物位、电机运转情况、SO2排放浓度的信息，显示在PLC控制系统19的组态页面上，在控制页面上可以观测到系统内各设备及相关工艺参数的实时状态。
上述中央处理器优选SIPLUS CPU 313C中央处理器；所述数字量模块优选SIPLUS SM321数字量输入模块和SIPLUS SM 322数字量输出模块；所述模拟量模块优选SIPLUS SM331模拟量输入模块和SIPLUS SM 332模拟量输出模块。
脱硫剂经过密闭管道由罗茨风机从锅炉两侧的4个二次风口喷入炉膛内，在870-920℃温度条件下进行煅烧，脱硫；锅炉烟气经过除尘器13和引风机14进入烟囱15排放，在烟囱上设置有烟气SO2取样装置16，该装置将样气输送到SO2在线监测仪17进行SO2浓度检测，检测后的SO2浓度值通过数据采集仪18无线传输到环保部门的监控网20上，同时由SO2在线监测仪17将SO2浓度值传输到PLC控制系统19。
由SO2在线监测仪17传输到PLC控制系统的SO2浓度值信号以4-20mA的电流信号传输，其中所述4-20mA电流量等比例由低到高对应0-2660mg/m3的SO2浓度值。PLC控制系统19根据SO2浓度的高低，通过模拟量输出信号控制星型卸料器7的电机变频转速，实现脱硫剂的自动添加，所述PLC控制系统通过模拟量输出信号控制星型卸料器的电机变频转速的方式是：以4-20mA的电流信号控制星型卸料器的电机变频转速，其中所述4-20mA电流量等比例由低到高对应变频电机8.5-15Hz的频率转速。
具体操作是：设置SO2排放浓度的控制范围为200-400mg/Nm3，在获得SO2在线监测仪17传输来的SO2排放浓度值低于200mg/Nm3时，PLC控制系统以4-20mA的模拟量输出电流信号控制星型卸料器7的变频电机8.5-15Hz的频率转速，使变频电机的频率降低，即自动减少脱硫剂的投入量；在获得SO2在线监测仪17传输来的SO2排放浓度值高于400mg/Nm3时，PLC控制系统以4-20mA的模拟量输出电流信号控制星型卸料器7的变频电机8.5-15Hz的频率转速，使变频电机的频率升高，即自动增加脱硫剂的投入量。
上述脱硫过程中，固体流量计8的瞬时流量及累计流量同时由PLC控制系统19传输到数据采集仪18上，并无线传输到环保部门的监控网20上，实现脱硫剂用量的远方监测。所述固体流量计8的瞬时流量及累计流量同时由PLC控制系统19传输到数据采集仪18的方式是：以4-20mA的电流信号传输到数据采集仪18，其中所述4-20mA电流量等比例由低到高对应0-3000Kg/h的粉料瞬时流量和对应的粉料累计流量。
经上述方法进行脱硫处理的循环流化床锅炉，烟气SO2排放浓度监测指标如下：
脱硫后SO2排放浓度283mg/Nm3
脱硫率89.4％
脱硫剂耗量1.13t/h(单台锅炉)。
由实施例1的结果可以看出，本发明方法完全实现了脱硫剂的自动添加和脱硫剂用量数据的实时上传，脱硫后SO2排放浓度为283mg/Nm3，完全符合或低于国家要求的400mg/Nm3排放标准，脱硫效率达到或超过了85％的设计要求。
且本发明方法实施中系统运行安全、稳定，明显减轻了操作人员的劳动强度，同时更便于环保监控部门进行石灰石粉投放量与SO2排放浓度的监测。
Claims (6)
1.一种应用PLC控制系统实施循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫的方法，包括如下工艺流程：外购脱硫剂---石灰石粉经压力罐车(1)气力输送到脱硫剂储仓(2)备用；运行锅炉脱硫设施时，打开设置于仓下的插板阀(6)，并启动星型卸料器(7)开始下料，粉料经固体流量计(8)计量进入到螺旋泵(9)，输送至风粉混合器，由罗茨风机(10)将粉料经过密闭管道吹送到锅炉(12)内进行煅烧，脱硫；锅炉烟气经过除尘器(13)和引风机(14)进入烟囱(15)排放，在烟囱上设置有烟气SO2取样装置(16)，该装置将样气输送到SO2在线监测仪(17)进行SO2浓度检测，检测后的SO2浓度通过数据采集仪(18)无线上传到环保部门的监控网(20)，同时由SO2在线监测仪将SO2浓度值传输到PLC控制系统；PLC控制系统(19)根据SO2浓度的高低，通过模拟量输出信号控制星型卸料器(7)的电机变频转速，实现脱硫剂的自动添加；其特征在于：所述PLC控制系统包括由中央处理器、数字和模拟量模块组成的中央处理单元，以及与其相连接的星型卸料器、固体流量计、螺旋泵、罗茨风机、袋式除尘器(5)和料位计(4)，所述元件以电流信号、电压信号、频率信号、流量信号、物位信号和设备的开关信号连接，并由组态软件操控；所述由在线监测仪传输到PLC控制系统的SO2浓度值信号以4-20mA的电流信号传输，其中所述4-20mA电流量等比例由低到高对应0-5000mg/m3的SO2浓度值；所述PLC控制系统通过模拟量输出信号控制星型卸料器的电机变频转速的方式是：以4-20mA的电流信号控制星型卸料器的电机变频转速，其中所述4-20mA电流量等比例由低到高对应变频电机0-50Hz的频率转速；所述脱硫过程中，固体流量计(8)的瞬时流量及累计流量同时由PLC控制系统(19)传输到数据采集仪(18)上，并无线传输到环保部门的监控网(20)上，实现脱硫剂用量的远方监测。
2.如权利要求1所述应用PLC控制系统实施循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫的方法，其特征在于：所述中央处理器选SIPLUS CPU 313C中央处理器；所述数字量模块选SIPLUSSM 321数字量输入模块和SIPLUS SM 322数字量输出模块；所述模拟量模块选SIPLUS SM331模拟量输入模块和SIPLUS SM 332模拟量输出模块。
3.如权利要求1所述应用PLC控制系统实施循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫的方法，其特征在于：所述由SO2在线监测仪传输到PLC控制系统的SO2浓度值信号以4-20mA的电流信号传输，其中所述4-20mA电流量等比例由低到高对应0-2660mg/m3的SO2浓度值。
4.如权利要求1所述应用PLC控制系统实施循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫的方法，其特征在于：所述PLC控制系统通过模拟量输出信号控制星型卸料器的电机变频转速的方式是：以4-20mA的电流信号控制星型卸料器的电机变频转速，其中所述4-20mA电流量等比例由低到高对应变频电机8.5-15Hz的频率转速。
5.如权利要求1所述应用PLC控制系统实施循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫的方法，其特征在于：所述固体流量计的瞬时流量及累计流量同时由PLC控制系统传输到数据采集仪的方式是：以4-20mA的电流信号传输到数据采集仪，其中所述4-20mA电流量等比例由低到高对应0-5000Kg/h的粉料瞬时流量和对应的粉料累计流量。
6.如权利要求5所述应用PLC控制系统实施循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫的方法，其特征在于：所述固体流量计的瞬时流量及累计流量同时由PLC控制系统传输到数据采集仪的方式是：以4-20mA的电流信号传输到数据采集仪，其中所述4-20mA电流量等比例由低到高对应0-3000Kg/h的粉料瞬时流量和对应的粉料累计流量。
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