CN111841260A - 一种氨水吸收塔的氨水回收智能控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氨水吸收塔的氨水回收智能控制系统及方法，包括氨水吸收塔及管路、各个阀门、检测仪表和智能控制系统，智能控制系统包括逻辑控制器、起始控制单元、过程控制单元及结尾控制单元；逻辑控制器与各个阀门和检测仪表电性相连，起始控制单元输入端与逻辑控制器输出端连接，起始控制单元输出端与过程控制单元输入端连接，过程控制单元输出端与结尾控制单元输入端连接，起始、过程和结尾的控制单元输出端还与逻辑控制的器输入端连接。本方法是：将整个氨水回收过程划分为起始回收阶段、过程回收阶段和结尾回收阶段，并对不同回收阶段采用不同的控制方式，通过对浓度和液位的实时检测与综合控制，实现了氨水回收的智能控制。
Description
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的氨水回收智能控制系统及方法。
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。在氨水回收过程中，对于氨水浓度与氨水液位的控制较为关键，回收氨水浓度过低或过高都将影响最终产品的合格率，而塔内氨水液位过低也会影响后续生产。传统氨水回收控制均采用人工方式，这种控制方式不但处理效率低、反应滞后，而且会发生判断失误导致氨水回收不合格。
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的氨水回收智能控制系统及方法，本发明通过对氨水吸收塔内氨水浓度和氨水液位的实时检测与综合控制，实现了氨水吸收塔氨水回收的智能控制。
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的氨水回收智能控制系统，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和与可编程逻辑控制器电性相连的起始控制单元、过程控制单元及结尾控制单元；所述的可编程逻辑控制器的输入端与氨水液位计、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起始控制单元输入端连接，起始控制单元输出端与所述的过程控制单元输入端连接，过程控制单元输出端与所述的结尾控制单元输入端连接，起始控制单元输出端、过程控制单元输出端和结尾控制单元输出端还与可编程逻辑控制器输入端连接。
进一步地，所述的起始控制单元用于确定起始阶段各阀门的控制流程；其输出端还与可编程逻辑控制器输入端连接。
所述的过程控制单元用于微调各阀门在控制过程中的开启和关闭程度；其输出端还与可编程逻辑控制器输入端连接。
所述的结尾控制单元用于确定结尾阶段各阀门的控制流程，其输出端还与可编程逻辑控制器输入端连接。
本发明的一种氨水吸收塔的氨水回收智能控制方法，采用上述智能控制系统，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、起始控制单元确定起始阶段各阀门的控制流程，通过可编程逻辑控制器执行操作
起始控制单元通过对氨水浓度与氨水液位的计算分析，确定起始阶段进水开闭阀、循环开闭阀和回收开闭阀的控制流程，具体过程如下：
步骤1.1、计算确定氨水实际浓度C
设氨水密度计测量的塔底氨水密度值为D，根据氨水密度与氨水浓度的关系，则氨水浓度C由公式(1)确定：
其中w为质量分数，M为摩尔质量；
步骤1.2、根据氨水浓度偏差和氨水液位状态确定各阀门的开启和关闭
设需要回收氨水产品的目标浓度为Cr，目标浓度与实际浓度C差值的一级阈值为C1；
当Cr-C≤C1时，
控制系统开始分析氨水液位计的测量值L，设回收氨水液位下限值为La，
当L≥La时，
说明塔内氨水量足够可以回收；
当L<La时，
说明塔内氨水量不足，打开进水开闭阀将塔内氨水补至液位下限值La的位置；
设目标浓度与实际浓度差值的二级阈值为C2，
当塔内液位满足L≥La要求、且Cr-C≤C2时，
控制系统保持进水开闭阀处于关闭状态、循环开闭阀处于开启状态、回收开闭阀处于关闭状态，使塔内氨水实际浓度逐渐接近目标浓度；
当C＝Cr时，
塔内氨水实际浓度已经达到回收标准，控制系统立即关闭循环开闭阀同时打开回收开闭阀，并保持进水开闭阀处于关闭状态；此时氨水开始从氨水吸收塔流向氨水收集罐；
步骤2、过程控制单元微调各阀门在控制过程中的开启和关闭程度，通过可编程逻辑控制器执行操作
过程控制单元根据塔内氨水实际浓度上升情况的检测及分析，确定氨水实际浓度累积增加过程中进水开闭阀、循环开闭阀和回收开闭阀的微调程度，具体过程如下：
设氨水吸收塔内氨水浓度上升的一级阈值为Cu1，二级阈值为Cu2，Cu1<Cu2，则按照阈值范围将补水分为如下三个阶段：
T1：当C-Cr≤Cu1时，
说明塔内氨水浓度上升略小，无需进行调整；
T2：当Cu1<C-Cr≤Cu2时，
说明塔内氨水浓度上升略大，系统按照脉冲时间周期，间隔开启进水开闭阀缓慢补水，直到C-Cr≤Cu1，停止该阶段，进入T1阶段；
T3：当C-Cr>Cu2时，
说明塔内氨水浓度上升过大，系统保持进水开闭阀连续开启状态进行快速补水，直到Cu1<C-Cr≤Cu2，停止该阶段，进入T2阶段；
步骤3、结尾控制单元确定结尾阶段各阀门的控制流程，通过可编程逻辑控制器执行操作
结尾控制单元根据塔内氨水液位检测及分析，按照氨水液位的不同区间采用分段控制，确定氨水液位在一个氨水回收循环结尾过程中进水开闭阀、循环开闭阀和回收开闭阀的控制流程，以保证塔内氨水液体不排空，保护设备，具体过程如下：
设氨水吸收塔氨水液位一级底限值为Lb1，二级底限值为Lb2，且Lb2<Lb1，则按照氨水液位下降顺序有：
1)氨水液位在一级底限值时，启动回收停止控制；
2)当Lb2<L<Lb1时，启动回收停止控制：
首先关闭回收开闭阀，当回收开闭阀关到位后再打开进水开闭阀和循环开闭阀，氨水吸收塔重新开始氨水循环吸收流程；
3)氨水液位在二级底限值时，启动回收紧急停止控制；
4)当L<Lb2时，启动回收紧急停止控制：
首先停止循环水泵运行，同时关闭回收开闭阀，当回收开闭阀关到位后再打开进水开闭阀；当塔内氨水液位达到Lb1高度时，控制系统启动循环水泵并打开循环开闭阀，氨水吸收塔重新开始氨水循环吸收流程。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明通过对氨水吸收塔内氨水浓度和氨水液位的实时检测与综合控制，实现了氨水回收的智能控制,保证了氨水回收生产的稳定运行，提高了回收氨水的合格率。
附图说明
图1为本发明的氨水回收系统示意图。
图2为本发明的智能控制系统结构框图。
图3为本发明的起始控制单元控制流程示意图。
图4为本发明的过程控制单元补水控制流程示意图。
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的氨水回收智能控制系统，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，与可编程逻辑控制器电性相连的起始控制单元、过程控制单元及结尾控制单元；与可编程逻辑控制器的输入端连接的氨水液位计11和氨水密度计12，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，所述的起始控制单元输入端与所述的可编程逻辑控制器输出端连接，起始控制单元输出端与所述的过程控制单元输入端连接，过程控制单元输出端与所述的结尾控制单元输入端连接，起始控制单元输出端、过程控制单元输出端和结尾控制单元输出端还与可编程逻辑控制器输入端连接。
所述的起始控制单元用于确定起始阶段各阀门的控制流程，其输出端与可编程逻辑控制器输入端连接；
所述的过程控制单元用于微调各阀门在控制过程中的开启和关闭程度，其输出端与可编程逻辑控制器输入端连接；
所述的结尾控制单元用于确定结尾阶段各阀门的控制流程，其输出端与可编程逻辑控制器输入端连接。
如图3和图4所示，本发明的一种氨水吸收塔的氨水回收智能控制方法，其特征在于包括以下步骤：采用氨水吸收塔的氨水回收智能控制系统，根据氨水浓度与氨水液位的变化情况，将整个氨水回收过程划分为起始回收阶段、过程回收阶段和结尾回收阶段，对不同回收阶段采用不同的控制方式，包括以下步骤：
步骤1、起始控制单元确定起始阶段各阀门的控制流程，通过可编程逻辑控制器执行操作
起始控制单元通过对氨水浓度与氨水液位的计算分析，确定起始阶段进水开闭阀4、循环开闭阀7和回收开闭阀9的控制流程，具体过程如下：
步骤1.1、计算确定氨水实际浓度C
设氨水密度计12测量的塔底氨水密度值为D，根据氨水密度与氨水浓度的关系，则氨水浓度C由公式(1)确定：
其中w为质量分数，M为摩尔质量；
步骤1.2、根据氨水浓度偏差和氨水液位状态确定各阀门的开启和关闭
设需要回收氨水产品的目标浓度为Cr，目标浓度与实际浓度C差值的一级阈值为C1；
当Cr-C≤C1时，
控制系统开始分析氨水液位计11的测量值L，设回收氨水液位下限值为La，
当L≥La时，
说明塔内氨水量足够可以回收；
当L<La时，
说明塔内氨水量不足，打开进水开闭阀4将塔内氨水补至液位下限值La的位置；
设目标浓度与实际浓度差值的二级阈值为C2，
当塔内液位满足L≥La要求、且Cr-C≤C2时，
控制系统保持进水开闭阀4处于关闭状态、循环开闭阀7处于开启状态、回收开闭阀9处于关闭状态，使塔内氨水实际浓度逐渐接近目标浓度；
当C＝Cr时，
塔内氨水实际浓度已经达到回收标准，立即关闭循环开闭阀7，同时打开回收开闭阀9，并保持进水开闭阀4处于关闭状态；此时氨水开始从氨水吸收塔1流向氨水收集罐10；
步骤2、过程控制单元微调各阀门在控制过程中的开启和关闭程度，通过可编程逻辑控制器执行操作
在氨水回收过程中，接入氨水吸收塔1的氨气是持续通入的，通入的氨气会部分溶解于塔内氨水中，使塔内氨水浓度略有上升，为了提高氨水产品的合格率，微调各阀门进行控制处理。
过程控制单元根据塔内氨水实际浓度上升情况的检测及分析，确定氨水实际浓度累积增加过程中进水开闭阀4、循环开闭阀7和回收开闭阀9的微调程度，具体过程如下：
设氨水吸收塔1内氨水浓度上升的一级阈值为Cu1，二级阈值为Cu2，Cu1<Cu2，则按照阈值范围将补水分为如下三个阶段：
T1：当C-Cr≤Cu1时，
说明塔内氨水浓度上升略小，无需进行调整；
T2：当Cu1<C-Cr≤Cu2时，
说明塔内氨水浓度上升略大，控制系统按照脉冲时间周期，间隔开启进水开闭阀4缓慢补水，直到C-Cr≤Cu1，停止该阶段，进入T1阶段；
T3：当C-Cr>Cu2时，
说明塔内氨水浓度上升过大，控制系统保持进水开闭阀4连续开启状态，进行快速补水，直到Cu1<C-Cr≤Cu2，停止该阶段，进入T2阶段；
步骤3、结尾控制单元确定结尾阶段各阀门的控制流程，通过可编程逻辑控制器执行操作
随着氨水回收的进行，氨水吸收塔1内氨水逐渐减少。而出于设备安全的考虑，塔内氨水不能排空，应预留一部分氨水溶液保护设备，系统根据氨水液位的不同区间采用分段控制。
结尾控制单元根据塔内氨水液位检测及分析，按照氨水液位的不同区间采用分段控制，确定氨水液位在一个氨水回收循环结尾过程中进水开闭阀4、循环开闭阀7和回收开闭阀9的控制流程，具体过程如下：
设氨水吸收塔1氨水液位一级底限值为Lb1，二级底限值为Lb2，且Lb2<Lb1，则按照氨水液位下降顺序有：
1)氨水液位在一级底限值时，可编程逻辑控制器启动回收停止控制；
2)当Lb2<L<Lb1时，可编程逻辑控制器启动回收停止控制：
首先关闭回收开闭阀，当回收开闭阀关到位后再打开进水开闭阀和循环开闭阀，氨水吸收塔重新开始氨水循环吸收流程；
3)氨水液位在二级底限值时，可编程逻辑控制器启动回收紧急停止控制；
4)当L<Lb2时，可编程逻辑控制器启动回收紧急停止控制：
首先停止循环水泵运行，同时关闭回收开闭阀，当回收开闭阀关到位后再打开进水开闭阀；当塔内氨水液位达到Lb1高度时，可编程逻辑控制器启动循环水泵并打开循环开闭阀，氨水吸收塔重新开始氨水循环吸收流程。
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 (3)
1.一种氨水吸收塔的氨水回收智能控制系统，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和与可编程逻辑控制器电性相连的起始控制单元、过程控制单元及结尾控制单元；所述的可编程逻辑控制器的输入端与氨水液位计、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起始控制单元输入端连接，起始控制单元输出端与所述的过程控制单元输入端连接，过程控制单元输出端与所述的结尾控制单元输入端连接，起始控制单元输出端、过程控制单元输出端和结尾控制单元输出端还与可编程逻辑控制器输入端连接。
2.一种氨水吸收塔的氨水回收智能控制系统，其特征在于，所述的起始控制单元用于确定起始阶段各阀门的控制流程；
所述的过程控制单元用于微调各阀门在控制过程中的开启和关闭程度；
所述的结尾控制单元用于确定结尾阶段各阀门的控制流程。
3.一种氨水吸收塔的氨水回收智能控制方法，其特征在于，采用氨水吸收塔的氨水回收智能控制系统，根据氨水浓度与氨水液位的变化情况，将整个氨水回收过程划分为起始回收阶段、过程回收阶段和结尾回收阶段，对不同回收阶段采用不同的控制方式，包括以下步骤：
步骤1、起始控制单元确定起始阶段各阀门的控制流程，通过可编程逻辑控制器执行操作
起始控制单元通过对氨水浓度与氨水液位的计算分析，确定起始阶段进水开闭阀、循环开闭阀和回收开闭阀的控制流程，具体过程如下：
步骤1.1、计算确定氨水实际浓度C
设氨水密度计测量的塔底氨水密度值为D，根据氨水密度与氨水浓度的关系，则氨水浓度C由公式(1)确定：
其中w为质量分数，M为摩尔质量；
步骤1.2、根据氨水浓度偏差和氨水液位状态确定各阀门的开启和关闭
设需要回收氨水产品的目标浓度为Cr，目标浓度与实际浓度C差值的一级阈值为C1；
当Cr-C≤C1时，
开始分析氨水液位计的测量值L，设回收氨水液位下限值为La，
当L≥La时，
说明塔内氨水量足够可以回收；
当L<La时，
说明塔内氨水量不足，打开进水开闭阀将塔内氨水补至液位下限值La的位置；
设目标浓度与实际浓度差值的二级阈值为C2，
当塔内液位满足L≥La要求、且Cr-C≤C2时，
保持进水开闭阀处于关闭状态、循环开闭阀处于开启状态、回收开闭阀处于关闭状态，使塔内氨水实际浓度逐渐接近目标浓度；
当C＝Cr时，
塔内氨水实际浓度已经达到回收标准，立即关闭循环开闭阀同时打开回收开闭阀，并保持进水开闭阀处于关闭状态；此时氨水开始从氨水吸收塔流向氨水收集罐；
步骤2、过程控制单元微调各阀门在控制过程中的开启和关闭程度，通过可编程逻辑控制器执行操作
过程控制单元根据塔内氨水实际浓度上升情况的检测及分析，确定氨水实际浓度累积增加过程中进水开闭阀、循环开闭阀和回收开闭阀的微调程度，具体过程如下：
设氨水吸收塔内氨水浓度上升的一级阈值为Cu1，二级阈值为Cu2，Cu1<Cu2，则按照阈值范围将补水分为如下三个阶段：
T1：当C-Cr≤Cu1时，
说明塔内氨水浓度上升略小，无需进行调整；
T2：当Cu1<C-Cr≤Cu2时，
说明塔内氨水浓度上升略大，系统按照脉冲时间周期，间隔开启进水开闭阀缓慢补水，直到C-Cr≤Cu1，停止该阶段，进入T1阶段；
T3：当C-Cr>Cu2时，
说明塔内氨水浓度上升过大，系统保持进水开闭阀连续开启状态进行快速补水，直到Cu1<C-Cr≤Cu2，停止该阶段，进入T2阶段；
步骤3、结尾控制单元确定结尾阶段各阀门的控制流程，通过可编程逻辑控制器执行操作
结尾控制单元根据塔内氨水液位检测及分析，按照氨水液位的不同区间采用分段控制，确定氨水液位在一个氨水回收循环结尾过程中进水开闭阀、循环开闭阀和回收开闭阀的控制流程，以保证塔内氨水液体不排空，保护设备，具体过程如下：
设氨水吸收塔氨水液位一级底限值为Lb1，二级底限值为Lb2，且Lb2<Lb1，则按照氨水液位下降顺序有：
1)氨水液位在一级底限值时，启动回收停止控制；
2)当Lb2<L<Lb1时，启动回收停止控制：
首先关闭回收开闭阀，当回收开闭阀关到位后再打开进水开闭阀和循环开闭阀，氨水吸收塔重新开始氨水循环吸收流程；
3)氨水液位在二级底限值时，启动回收紧急停止控制；
4)当L<Lb2时，启动回收紧急停止控制：
首先停止循环水泵运行，同时关闭回收开闭阀，当回收开闭阀关到位后再打开进水开闭阀；当塔内氨水液位达到Lb1高度时，控制系统启动循环水泵并打开循环开闭阀，氨水吸收塔重新开始氨水循环吸收流程。
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