CN111841259B - 一种氨水吸收塔循环吸收过程的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氨水吸收塔循环吸收过程的控制系统及方法，所述的控制系统包括氨水吸收塔及管道、各个阀门、检测仪表和控制系统，其特征在于，所述的控制系统包括可编程逻辑控制器、循环吸收分析单元、循环吸收液位控制单元和循环吸收浓度控制单元，可编程逻辑控制器与各个阀门、检测仪表和三个单元电性相连；所述的控制方法包括以下步骤：1、划分氨水液位与浓度变化率区间，并根据参数检测值所处区间进行计算分析，2、根据计算分析结果对液位进行进水开闭阀的调整控制，3、根据计算分析结果对浓度进行各个阀门的调整控制。本发明的优点是：通过对浓度和液位的实时检测与综合控制，实现了循环吸收的智能控制。

Description

一种氨水吸收塔循环吸收过程的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及工业计算机实时控制技术领域，具体涉及一种氨水吸收塔循环吸收过程的控制系统及方法。

背景技术

传统烧结生产排放的烟气污染较为严重，主要污染物为二氧化硫和氮氧化物。随着国家对烟气排放标准逐渐严格化，一系列烟气脱硫、脱硝工程开始建设。一种有效的烟气脱硝方式为使用氨气作为还原剂将氮氧化物还原为氮气和水。氨站系统负责生产氨气，生产过程中排出的废水含有高浓度的氨氮化合物，需要对氨站废水进行提取氨气和氨水吸收的二次处理过程。其中氨水吸收的主要反应容器为氨水吸收塔，塔内自上而下流动的循环氨水与自下而上通入的氨气进行接触并溶解，循环过程中氨水浓度不断升高，最终将达到浓度要求的氨水进行回收。传统的氨水吸收塔生产系统包括氨水吸收塔、进水开闭阀、循环水泵、循环开闭阀、回收开闭阀、氨水液位计和氨水密度计以及相关管道。氨水吸收塔为塔釜结构，塔内中上部为氨气与循环氨水接触溶解区域，塔下部釜内为氨水储存区域。进水开闭阀位于氨水吸收塔顶部进水管道上，用于控制进入塔内新水的通断；循环水泵连接氨水吸收塔底部循环管道出口处，用于将塔底氨水抽到塔顶，两台循环水泵一台工作一台备用；循环开闭阀位于氨水吸收塔顶部循环管道入口处，用于控制循环氨水的通断；回收开闭阀位于氨水吸收塔顶部循环管道支路的回收管道上，用于控制回收氨水的通断；氨水液位计和氨水密度计位于氨水吸收塔底部，分别用于测量釜内的氨水液位和氨水密度。

在氨水吸收塔生产系统对氨水循环吸收过程中，对塔内氨水液位与浓度的控制尤为关键，不合理的氨水液位高度与异常的氨水浓度会对氨水吸收过程造成负面影响。现场对于氨水循环吸收过程的传统控制采用人工方式，通过工人对塔内氨水液位与浓度的观测，依据经验来做出判断。这种人工控制方式于健康无益，不但技术落后、效率低、反应滞后，而且容易发生判断失误，导致经济损失。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种氨水吸收塔循环吸收过程的控制系统及方法，通过对氨水吸收塔内氨水密度和氨水液位的实时检测与综合控制，实现了氨水吸收塔内氨水循环吸收的智能控制。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种氨水吸收塔循环吸收过程的控制系统，包括氨水吸收塔、氨气进气管路、进水管路、进水开闭阀及氨水回收管路、回收开闭阀、氨水收集罐及控制系统，其特征在于，所述的氨气进气管路设置在氨水吸收塔的中部，进水管路设置在氨水吸收塔的顶部，在氨水吸收塔的侧面设有循环管路，所述的循环管路一端与氨水吸收塔底部连通，另一端与氨水吸收塔的上部连通，所述的循环管路分为下段、中段和上段三部分，在循环管路的下段与中段之间设有循环水泵，在所述的循环管路的上段设有循环开闭阀，在所述的氨水吸收塔的下部设有氨水液位计和氨水密度计，所述的氨水回收管路一端通过三通与循环管路上段和中段连通、另一端与氨水收集罐连通；

所述的控制系统为智能控制系统，包括可编程逻辑控制器、循环吸收分析单元、循环吸收液位控制单元和循环吸收浓度控制单元；所述的可编程逻辑控制器的输入端与氨水液位计和氨水密度计相连接，所述的可编程逻辑控制器的输出端与进水开闭阀、循环水泵、循环开闭阀和回收开闭阀电性相连，所述的可编程逻辑控制器输出端还与所述的循环吸收分析单元输入端连接，循环吸收分析单元输出端分别与所述的循环吸收液位控制单元输入端和所述的循环吸收浓度控制单元输入端连接，循环吸收液位控制单元输出端和循环吸收浓度控制单元输出端还分别与可编程逻辑控制器输入端连接。

进一步地，所述的循环吸收分析单元用于确定划分氨水液位区间和氨水浓度变化率区间，并根据检测数据所在区间来计算分析氨水液位和氨水浓度变化率所处状态，输出相关指令；

所述的循环吸收液位控制单元根据循环吸收分析单元输出的液位状态指令，用于对进水开闭阀发出调整指令或异常情况报警指令；

所述的循环吸收浓度控制单元根据循环吸收分析单元输出的氨水浓度测量值变化率C'(t)状态的指令，用于对各个阀门进行实时监测，发出调整指令或异常情况报警指令。

本发明的氨水吸收塔循环吸收过程的控制方法，采用上述氨水吸收塔循环吸收过程的控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、循环吸收分析单元用于划分氨水液位区间和氨水浓度变化率区间，将采集的氨水液位数据和计算的氨水浓度变化率按各自所在区间来进行分析其所处状态

步骤1.1、氨水液位区间的划定及分析

设釜内氨水液位目标值为L_t，一级液位阈值为L₁，二级液位阈值为L₂，且L₁<L₂，则当氨水液位测量值为L时，L的取值区间为五个区间，具体如下：

T1：当L_t-L₁≤L≤L_t+L₁时，表明塔内液位处于合理范围，无需进行调节控制；

T2：当L_t+L₁<L≤L_t+L₂时，表明塔内液位略高，应采用自动调节控制；

T3：当L>L_t+L₂时，表明塔内液位过高，应采用人工方式进行调节控制；

T4：当L_t-L₂≤L<L_t-L₁时，表明塔内液位略低，应采用自动调节功能间隔调节控制；

T5：当L<L_t-L₂时，表明塔内液位过低，应采用自动调节功能连续调节控制；

步骤1.2、氨水浓度变化率区间的划定及分析

步骤1.21、计算确定氨水实际浓度C

设塔底氨水密度测量值为D，根据氨水密度与氨水浓度的关系，则氨水实际浓度C由公式(1)确定：

其中w为质量分数，M为摩尔质量；

步骤1.22氨水浓度变化率区间的划定

设氨水浓度变化率阈值范围区间为(C₁,C₂)，则当氨水浓度测量值变化率为C'(t)时，C'(t)的取值区间为三个区间，具体如下：

M1：当C₁≤C'(t)≤C₂时，表明氨水浓度增长较为稳定，无需进行调节控制；

M2：当C'(t)<C₁时，表明氨水浓度增长过慢，应对相关干扰元依次进行排查，并作出相应报警；

M3：当C'(t)>C₂时，表明氨水浓度增长过快，应对相关干扰元依次进行排查，并作出相应报警；

步骤2、循环吸收液位控制单元根据循环吸收分析单元输出的液位状态指令，用于对进水开闭阀发出调整指令或异常情况报警指令；

循环吸收液位控制单元S2根据循环吸收分析单元S1对于氨水液位的分析，根据氨水液位测量值L所处区间，做出相应的控制策略调整，具体过程如下：

1)当氨水液位测量值L在T1区间时，无需进行调节控制；

2)当氨水液位测量值L在T2区间时，立即自动关闭进水开闭阀；

3)当氨水液位测量值L在T3区间时，在保持进水开闭阀关闭的前提下发出报警，通知维护人员外泄一部分氨水，直到液位脱离T3区间进入T2区间时解除报警；

4)当氨水液位测量值L在T4区间时，按照脉冲时间周期，间隔开启进水开闭阀缓慢补水，直到液位脱离T4区间进入T1区间时停止补水；

5)当氨水液位测量值L在T5区间时，保持进水开闭阀连续开启状态，进行快速补水，直到液位脱离T5区间进入T4区间时，返回T4区间；

步骤3、循环吸收浓度控制单元根据循环吸收分析单元输出的氨水浓度测量值变化率C'(t)状态的指令，用于对各个阀门进行实时监测，发出调整指令或异常情况报警指令

循环吸收浓度控制单元根据循环吸收分析单元对于氨水浓度变化率的分析，根据氨水浓度测量值变化率C'(t)所处于区间，做出相应的控制策略调整，具体过程如下：

1)当氨水浓度测量值变化率C'(t)处于M1区间时，无需进行调节控制；

2)当氨水浓度测量值变化率C'(t)处于M2区间时，按照影响程度的不同，依次排查循环水泵运行状态、通入氨气流量、循环开闭阀开度状态、氨水液位、进水开闭阀开度状态和回收开闭阀开度状态；当检查到某一环节异常时发出相应的报警信息，指导维护人员排查异常点；

3)当氨水浓度测量值变化率C'(t)处于M3区间时，按照影响程度的不同，依次排查氨水液位、回收开闭阀开度状态、循环水泵运行状态、通入氨气流量、进水开闭阀开度状态和循环开闭阀开度状态；当检查到某一环节异常时发出相应的报警信息，指导维护人员排查异常点。

与现有技术相比，本发明的优点是：

由于本发明采用了氨水吸收塔循环吸收过程的控制系统，通过智能控制系统的循环吸收分析单元，确定划分氨水液位区间和氨水浓度变化率区间，并根据检测数据所在区间来计算分析氨水液位和氨水浓度变化率所处状态；并根据循环吸收分析单元输出的液位状态指令，对进水开闭阀发出调整指令或异常情况报警指令；循环吸收浓度控制单元根据循环吸收分析单元输出的氨水浓度测量值变化率C'(t)状态的指令，对各个阀门进行实时监测，发出调整指令或异常情况报警指令。

本发明通过对氨水吸收塔内氨水密度和氨水液位的实时检测与综合控制，实现了氨水吸收塔内氨水循环吸收的智能控制。

附图说明

图1为本发明的循环吸收系统示意图；

图2为本发明的计算机软件系统结构框图；

图3为本发明的循环吸收阶段氨水液位控制流程示意图；

图4为本发明的循环吸收阶段氨水浓度控制流程示意图。

具体实施方式

为了能够清晰、详细和完整的描述本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1和图2所示，本发明的一种氨水吸收塔循环吸收过程的控制系统，包括氨水吸收塔1、氨气进气管路2、进水管路3、进水开闭阀4及氨水回收管路8、回收开闭阀9、氨水收集罐10及控制系统，其特征在于，所述的氨气进气管路2设置在氨水吸收塔1的中部，进水管路3设置在氨水吸收塔1的顶部，在氨水吸收塔1的侧面设有循环管路5，所述的循环管路5一端与氨水吸收塔1底部连通，另一端与氨水吸收塔1的上部连通，所述的循环管路5分为下段、中段和上段三部分，在循环管路5的下段与中段之间设有循环水泵6，在所述的循环管路5的上段设有循环开闭阀7，在所述的氨水吸收塔1的下部设有氨水液位计11和氨水密度计12，所述的氨水回收管路8一端通过三通与循环管路5上段和中段连通、另一端与氨水收集罐10连通；

所述的控制系统为智能控制系统，包括可编程逻辑控制器、循环吸收分析单元、循环吸收液位控制单元和循环吸收浓度控制单元；所述的可编程逻辑控制器的输入端与氨水液位计11和氨水密度计12相连接，所述的可编程逻辑控制器的输出端与进水开闭阀4、循环水泵6、循环开闭阀7和回收开闭阀9电性相连，所述的可编程逻辑控制器输出端还与所述的循环吸收分析单元输入端连接，循环吸收分析单元输出端分别与所述的循环吸收液位控制单元输入端和所述的循环吸收浓度控制单元输入端连接，循环吸收液位控制单元输出端和循环吸收浓度控制单元输出端还分别与可编程逻辑控制器输入端连接。

所述的循环吸收分析单元用于确定划分氨水液位区间和氨水浓度变化率区间，并根据检测数据所在区间来计算分析氨水液位和氨水浓度变化率所处状态，输出相关指令；

所述的循环吸收液位控制单元根据循环吸收分析单元输出的液位状态指令，用于对进水开闭阀发出调整指令或异常情况报警指令；

所述的循环吸收浓度控制单元根据循环吸收分析单元输出的氨水浓度测量值变化率C'(t)状态的指令，用于对各个阀门进行实时监测，发出调整指令或异常情况报警指令。

如图3和图4所示，本发明的一种氨水吸收塔循环吸收过程的控制方法，采用上述氨水吸收塔的循环吸收控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、循环吸收分析单元用于划分氨水液位区间和氨水浓度变化率区间，将采集的氨水液位数据和计算的氨水浓度变化率按各自所在区间来进行分析其所处状态

步骤1.1、氨水液位区间的划定及分析

设釜内氨水液位目标值为L_t，一级液位阈值为L₁，二级液位阈值为L₂，且L₁<L₂，则当氨水液位测量值为L时，L的取值区间为五个区间，具体如下：

T1：当L_t-L₁≤L≤L_t+L₁时，表明塔内液位处于合理范围，无需进行调节控制；

T2：当L_t+L₁<L≤L_t+L₂时，表明塔内液位略高，应采用自动调节控制；

T3：当L>L_t+L₂时，表明塔内液位过高，应采用人工方式进行调节控制；

T4：当L_t-L₂≤L<L_t-L₁时，表明塔内液位略低，应采用自动调节功能间隔调节控制；

T5：当L<L_t-L₂时，表明塔内液位过低，应采用自动调节功能连续调节控制；

步骤1.2、氨水浓度区间的划定及分析

步骤1.21、计算确定氨水实际浓度C

设塔底氨水密度测量值为D，根据氨水密度与氨水浓度的关系，则氨水实际浓度C由公式(1)确定：

其中w为质量分数，M为摩尔质量；

步骤1.22氨水浓度区间的划定

设氨水浓度变化率阈值范围区间为(C₁,C₂)，则当氨水浓度测量值变化率为C'(t)时，C'(t)的取值区间为三个区间，具体如下：

M1：当C₁≤C'(t)≤C₂时，表明氨水浓度增长较为稳定，无需进行调节控制；

M2：当C'(t)<C₁时，表明氨水浓度增长过慢，应对相关干扰元依次进行排查，并作出相应报警；

M3：当C'(t)>C₂时，表明氨水浓度增长过快，应对相关干扰元依次进行排查，并作出相应报警；

步骤2、循环吸收液位控制单元根据循环吸收分析单元输出的液位状态指令，用于对进水开闭阀发出调整指令或异常情况报警指令

循环吸收液位控制单元根据循环吸收分析单元对于氨水液位的分析，根据氨水液位测量值L所处区间，做出相应的控制策略调整，具体过程如下：

1)当氨水液位测量值L在T1区间时，无需进行调节控制；

2)当氨水液位测量值L在T2区间时，立即自动关闭进水开闭阀4；

3)当氨水液位测量值L在T3区间时，在保持进水开闭阀4关闭的前提下发出报警，通知维护人员外泄一部分氨水，直到液位脱离T3区间进入T2区间时解除报警；

4)当氨水液位测量值L在T4区间时，按照脉冲时间周期，间隔开启进水开闭阀4缓慢补水，直到液位脱离T4区间进入T1区间时停止补水；

5)当氨水液位测量值L在T5区间时，保持进水开闭阀4连续开启状态进行快速补水，直到液位脱离T5区间进入T4区间时，返回T4区间；

步骤3、循环吸收浓度控制单元根据循环吸收分析单元输出的氨水浓度测量值变化率C'(t)状态的指令，用于对各个阀门进行实时监测，发出调整指令或异常情况报警指令

循环吸收浓度控制单元根据循环吸收分析单元对于氨水浓度变化率的分析，根据氨水浓度测量值变化率C'(t)所处于区间，做出相应的控制策略调整，具体过程如下：

1)当氨水浓度测量值变化率C'(t)处于M1区间时，无需进行调节控制；

2)当氨水浓度测量值变化率C'(t)处于M2区间时，按照影响程度的不同，依次排查循环水泵6运行状态、通入氨气流量、循环开闭阀7开度状态、氨水液位、进水开闭阀4开度状态和回收开闭阀9开度状态；当检查到某一环节异常时发出相应的报警信息，指导维护人员排查异常点；

3)当氨水浓度测量值变化率C'(t)处于M3区间时，按照影响程度的不同，依次排查氨水液位、回收开闭阀9开度状态、循环水泵6运行状态、通入氨气流量、进水开闭阀4开度状态和循环开闭阀7开度状态；当检查到某一环节异常时发出相应的报警信息，指导维护人员排查异常点。

本发明的具体实施方式，在权利要求限定的范围内，可以进行多种改变和修改，任何人在没有做出创造性工作的前提下，基于本发明所实施的所有其它实施例，都应属于本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种氨水吸收塔循环吸收过程的控制方法，采用氨水吸收塔循环吸收过程的控制系统，所述的氨水吸收塔循环吸收过程的控制系统，包括氨水吸收塔、氨气进气管路、进水管路、进水开闭阀及氨水回收管路、回收开闭阀、氨水收集罐及控制系统，其特征在于，所述的氨气进气管路设置在氨水吸收塔的中部，进水管路设置在氨水吸收塔的顶部，在氨水吸收塔的侧面设有循环管路，所述的循环管路一端与氨水吸收塔底部连通，另一端与氨水吸收塔的上部连通，所述的循环管路分为下段、中段和上段三部分，在循环管路的下段与中段之间设有循环水泵，在所述的循环管路的上段设有循环开闭阀，在所述的氨水吸收塔的下部设有氨水液位计和氨水密度计，所述的氨水回收管路一端通过三通与循环管路上段和中段连通、另一端与氨水收集罐连通；

所述的控制系统为智能控制系统，包括可编程逻辑控制器、循环吸收分析单元、循环吸收液位控制单元和循环吸收浓度控制单元；所述的可编程逻辑控制器的输入端与氨水液位计和氨水密度计相连接，所述的可编程逻辑控制器的输出端与进水开闭阀、循环水泵、循环开闭阀和回收开闭阀电性相连，所述的可编程逻辑控制器输出端还与所述的循环吸收分析单元输入端连接，循环吸收分析单元输出端分别与所述的循环吸收液位控制单元输入端和所述的循环吸收浓度控制单元输入端连接，循环吸收液位控制单元输出端和循环吸收浓度控制单元输出端还分别与可编程逻辑控制器输入端连接；

所述的循环吸收分析单元用于确定划分氨水液位区间和氨水浓度变化率区间，并根据检测数据所在区间来计算分析氨水液位和氨水浓度变化率所处状态，输出相关指令；

所述的循环吸收液位控制单元根据循环吸收分析单元输出的液位状态指令，用于对进水开闭阀发出调整指令或异常情况报警指令；

所述的循环吸收浓度控制单元根据循环吸收分析单元输出的氨水浓度测量值变化率C'(t)状态的指令，用于对各个阀门进行实时监测，发出调整指令或异常情况报警指令；其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、循环吸收分析单元用于划分氨水液位区间和氨水浓度变化率区间，将采集的氨水液位数据和计算的氨水浓度变化率按各自所在区间来进行分析其所处状态

步骤1.1、氨水液位区间的划定及分析

设塔内氨水液位目标值为L_t，一级液位阈值为L₁，二级液位阈值为L₂，且L₁＜L₂，则当氨水液位测量值为L时，L的取值区间为五个区间，具体如下：

T1：当L_t-L₁≤L≤L_t+L₁时，表明塔内液位处于合理范围，无需进行调节控制；

T2：当L_t+L₁＜L≤L_t+L₂时，表明塔内液位略高，应采用自动调节控制；

T3：当L＞L_t+L₂时，表明塔内液位过高，应采用人工方式进行调节控制；

T4：当L_t-L₂≤L＜L_t-L₁时，表明塔内液位略低，应采用自动调节功能间隔调节控制；

T5：当L＜L_t-L₂时，表明塔内液位过低，应采用自动调节功能连续调节控制；

步骤1.2、氨水浓度变化率区间的划定及分析

步骤1.21、计算确定氨水实际浓度C

设塔底氨水密度测量值为D，根据氨水密度与氨水浓度的关系，则氨水实际浓度C由公式(1)确定：

其中w为质量分数，M为摩尔质量；

步骤1.22氨水浓度变化率区间的划定

设氨水浓度变化率阈值范围区间为(C₁,C₂)，则当氨水浓度测量值变化率为C'(t)时，C'(t)的取值区间为三个区间，具体如下：

M1：当C₁≤C'(t)≤C₂时，表明氨水浓度增长较为稳定，无需进行调节控制；

M2：当C'(t)＜C₁时，表明氨水浓度增长过慢，应对相关干扰元依次进行排查，并作出相应报警；

M3：当C'(t)＞C₂时，表明氨水浓度增长过快，应对相关干扰元依次进行排查，并作出相应报警；

步骤2、循环吸收液位控制单元根据循环吸收分析单元输出的液位状态指令，用于对进水开闭阀发出调整指令或异常情况报警指令

循环吸收液位控制单元根据循环吸收分析单元对于氨水液位的分析，根据氨水液位测量值L所处区间，做出相应的控制策略调整，具体过程如下：

1)当氨水液位测量值L在T1区间时，无需进行调节控制；

2)当氨水液位测量值L在T2区间时，立即自动关闭进水开闭阀；

3)当氨水液位测量值L在T3区间时，在保持进水开闭阀关闭的前提下发出报警，通知维护人员外泄一部分氨水，直到液位脱离T3区间进入T2区间时解除报警；

4)当氨水液位测量值L在T4区间时，按照脉冲时间周期，间隔开启进水开闭阀缓慢补水，直到液位脱离T4区间进入T1区间时停止补水；

5)当氨水液位测量值L在T5区间时，保持进水开闭阀连续开启状态，进行快速补水，直到液位脱离T5区间进入T4区间时，返回T4区间；

步骤3、循环吸收浓度控制单元根据循环吸收分析单元输出的氨水浓度测量值变化率C'(t)状态的指令，用于对各个阀门进行实时监测，发出调整指令或异常情况报警指令

循环吸收浓度控制单元根据循环吸收分析单元对于氨水浓度变化率的分析，根据氨水浓度测量值变化率C'(t)所处于区间，做出相应的控制策略调整，具体过程如下：

1)当氨水浓度测量值变化率C'(t)处于M1区间时，无需进行调节控制；

2)当氨水浓度测量值变化率C'(t)处于M2区间时，按照影响程度的不同，依次排查循环水泵运行状态、通入氨气流量、循环开闭阀开度状态、氨水液位、进水开闭阀开度状态和回收开闭阀开度状态；当检查到某一环节异常时发出相应的报警信息，指导维护人员排查异常点；

3)当氨水浓度测量值变化率C'(t)处于M3区间时，按照影响程度的不同，依次排查氨水液位、回收开闭阀开度状态、循环水泵运行状态、通入氨气流量、进水开闭阀开度状态和循环开闭阀开度状态；当检查到某一环节异常时发出相应的报警信息，指导维护人员排查异常点。