CN111957175A - 一种氨水吸收塔控制分析系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氨水吸收塔控制分析系统及方法，所述的氨水吸收塔的控制分析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，可编程逻辑控制器、分析系统和控制执行系统，可编程逻辑控制器与各个阀门和检测仪表电性相连，分析系统和控制执行系统与可编程逻辑控制器电性相连。其方法通过分析系统对氨水吸收塔内氨水液位与氨水密度的实时计算分析，然后通过控制执行系统和可编程逻辑控制器对各管道阀门进行综合自动控制，实现了氨水吸收塔的综合控制，提高了氨水回收质量。
Description
技术领域
本发明属于工业计算机实时控制技术领域，具体涉及一种氨水吸收塔控制分析系统及方法。
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。现场氨水吸收塔生产控制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内底部，分别用于测量釜内氨水液位和氨水密度。
氨水吸收塔的控制核心是对塔内氨水浓度与氨水液位的控制，因为在不同的生产阶段，氨水浓度与氨水液位会有不同的表现形式，通过对氨水浓度与氨水液位变化的分析判断，结合生产经验，就能够确定适宜的控制方式。传统氨水吸收塔综合控制采用人工方式，这种人工控制方式效率低、反应滞后，甚至判断失误，常常出现回收氨水浓度不稳定，塔内氨水液位过低的现象，导致后续生产受影响，氨水回收质量不合格。
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控制分析系统及方法，该方法通过对氨水吸收塔内氨水密度和氨水液位的信号进行检测和分析判断，并将分析结果以指令形式发送给控制执行系统，实现了氨水吸收塔的综合控制。
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控制分析系统，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、分析系统和控制执行系统，所述的分析系统包括数据预处理单元、生产指令分析单元和报警指令分析单元；所述的可编程逻辑控制器的输入端分别与氨水液位计和氨水密度计相连接，可编程逻辑控制器输出端与所述的数据预处理单元的输入端相连接，数据预处理单元的输出端分别与所述的生产指令分析单元和所述的报警指令分析单元的输入端连接，生产指令分析单元和报警指令分析单元的输出端分别与所述的控制执行系统的输入端连接，控制执行系统的输出端与可编程逻辑控制器输入端连接，可编程逻辑控制器的输出端还与进水开闭阀、循环水泵、循环开闭阀和回收开闭阀电性相连。
所述的分析系统用于对氨水吸收塔内氨水密度和氨水液位信号进行计算分析，然后将生产指令与报警指令发送给控制执行系统，所述的控制执行系统用于接收生产指令分析单元和报警指令分析单元发出的生产指令和报警指令，然后将生产指令和报警指令发送到可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器按照生产指令和报警指令执行控制流程。
本发明的一种氨水吸收塔控制分析方法，采用上述氨水吸收塔控制分析系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、分析系统用于对氨水吸收塔内氨水密度和氨水液位信号进行计算分析，并将生产指令与报警指令发送给控制执行系统，包括以下具体步骤：
步骤1.1、分析系统的数据预处理单元对采集到的氨水密度和氨水液位信号进行滤波处理，计算氨水密度滤波值和氨水液位滤波值，并将氨水密度换算为氨水浓度，
步骤1.2、生产指令分析单元用于对塔内氨水浓度与氨水液位变化进行分析，并据此来发出生产指令，
设塔内氨水浓度目标值为Ck，氨水浓度检测值为C；设塔内氨水液位的上限值为Lmax、下限值为Lmin，氨水液位检测值为L，则存在下述四个控制阶段的不同情况，具体分析和控制流程如下：
1)初始控制阶段
当L<Lmin时，发出补新水控制指令；
当L≥Lmin且C<Ck时，发出循环吸收控制指令；
当L≥Lmin且C≥Ck时，发出氨水回收控制指令；
2)循环吸收控制阶段
当C≥Ck时，发出氨水回收控制指令；
3)氨水回收控制阶段
当L<Lmin时，发出补新水控制指令；
4)补新水控制阶段
当L>Lmax时，发出循环吸收控制指令；
步骤1.3、报警指令分析单元用于对塔内氨水浓度与氨水液位异常变化进行分析，并据此来发出报警指令，
报警指令分析单元对于各控制阶段执行状况进行具体实时分析，分析判据及控制流程如下：
1)在循环吸收控制阶段中，塔内氨水液位应保持稳定，塔内氨水浓度应保持缓慢上升，否则发出循环吸收报警指令；
2)在氨水回收控制阶段中，塔内氨水液位应持续下降，塔内氨水浓度应保持稳定，否则发出氨水回收报警指令；
3)在补新水控制阶段中，塔内氨水液位应持续上升，塔内氨水浓度应缓慢下降，否则该发出补新水报警指令；
步骤2、控制执行系统用于接收生产指令分析单元、报警指令分析单元发出的生产指令和报警指令，然后将生产指令和报警指令发送到可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器按照生产指令和报警指令执行控制流程，包括以下具体步骤：
步骤2.1、生产指令执行的控制流程
1)补新水控制指令的控制：
通过进水开闭阀的控制实现氨水吸收塔的补新水控制；
2)循环吸收控制指令的控制：
通过循环开闭阀的控制实现氨水吸收塔的循环吸收控制；
3)氨水回收控制指令的控制：
通过回收开闭阀的控制实现氨水吸收塔的氨水回收控制；
步骤2.2、报警指令执行的控制流程
1)首先检查循环水泵运行情况：当循环水泵异常时，控制备用循环水泵工作；
2)其次检查相关阀门的执行情况：当阀门执行异常时，发出警报通知维护人员进行现场处理；当阀门执行正常时，对程序进行初始化操作并重新开始判断；
3)当异常情况持续得不到解决时，切换为手动模式，并通知操作人员手动控制相关设备。
进一步地，所述的步骤1.1中计算氨水密度滤波值D和氨水液位滤波值L，并将氨水密度换算为氨水浓度的计算过程如下：
设氨水密度计测量值为Dm，氨水液位计测量值为Lm，每次滤波采样总次数为N，D为氨水密度滤波值，则计算流程为对采集到的N个氨水密度测量值按由小到大的顺序进行排序，选择排序队列中间位置的值作为本次滤波值，氨水密度滤波值D表达式如下：
D＝Dm((N+1)/2) (1)
同样的方式，氨水液位滤波值L表达式如下：
L＝Lm((N+1)/2) (2)
步骤1.1.2、计算氨水浓度值C
氨水浓度C表达式如下：
其中w为质量分数，M为摩尔质量。
与现有技术相比，本发明的优点是：
由于本发明的控制系统采用了智能控制系统，通过分析系统对氨水吸收塔内氨水液位与氨水密度的实时检测、分析，通过控制执行系
统和可编程逻辑控制器对各管道阀门进行综合自动控制，实现了氨水吸收塔的综合控制，提高了氨水回收质量。
附图说明
图1为本发明的氨水吸收塔控制分析系统示意图；
图2为本发明的计算机软件系统结构框图；
图3为本发明的数值滤波流程示意图；
图4为本发明的生产指令分析单元控制流程示意图。
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控制分析系统，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、分析系统和控制执行系统，所述的分析系统包括数据预处理单元、生产指令分析单元和报警指令分析单元；所述的可编程逻辑控制器的输入端分别与氨水液位计11和氨水密度计12相连接，可编程逻辑控制器输出端与所述的数据预处理单元的输入端相连接，数据预处理单元的输出端分别与所述的生产指令分析单元和所述的报警指令分析单元的输入端连接，生产指令分析单元和报警指令分析单元的输出端分别与所述的控制执行系统的输入端连接，控制执行系统的输出端与可编程逻辑控制器输入端连接，所述的可编程逻辑控制器的输出端还与进水开闭阀4、循环水泵6、循环开闭阀7和回收开闭阀9电性相连。
所述的分析系统用于对氨水吸收塔内氨水密度和氨水液位信号进行计算分析，然后将生产指令与报警指令发送给控制执行系统，所述的控制执行系统用于接收生产指令分析单元和报警指令分析单元发出的生产指令和报警指令，然后将生产指令和报警指令发送到可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器按照生产指令和报警指令执行控制流程。
如图3和图4所示，本发明的一种氨水吸收塔控制分析方法，其特征在于，采用上述氨水吸收塔控制分析系统，包括以下步骤：
步骤1、分析系统用于对氨水吸收塔内氨水密度和氨水液位信号进行计算分析，并将生产指令与报警指令发送给控制执行系统，包括以下具体步骤：
步骤1.1、分析系统的数据预处理单元对采集到的氨水密度和氨水液位信号进行滤波处理，计算氨水密度滤波值和氨水液位滤波值，并将氨水密度换算为氨水浓度，具体步骤如下：
步骤1.1.1、计算氨水密度滤波值D和氨水液位滤波值L
设氨水密度计测量值为Dm，氨水液位计测量值为Lm，每次滤波采样总次数为N，D为氨水密度滤波值，则计算流程为对采集到的N个氨水密度测量值按由小到大的顺序进行排序，选择排序队列中间位置的值作为本次滤波值，氨水密度滤波值D表达式如下：
D＝Dm((N+1)/2) (1)
同样的方式，氨水液位滤波值L表达式如下：
L＝Lm((N+1)/2) (2)
步骤1.1.2、计算氨水浓度值C
氨水浓度C表达式如下：
其中w为质量分数，M为摩尔质量。
步骤1.2、生产指令分析单元用于对塔内氨水浓度与氨水液位变化进行分析，并据此来发出生产指令，
设塔内氨水浓度目标值为Ck，氨水浓度检测值为C；设塔内氨水液位的上限值为Lmax、下限值为Lmin，氨水液位检测值为L，则存在下述四个控制阶段的不同情况，具体分析和控制流程如下：
1)初始控制阶段
当L<Lmin时，发出补新水控制指令；
当L≥Lmin且C<Ck时，发出循环吸收控制指令；
当L≥Lmin且C≥Ck时，发出氨水回收控制指令；
2)循环吸收控制阶段
当C≥Ck时，发出氨水回收控制指令；
3)氨水回收控制阶段
当L<Lmin时，发出补新水控制指令；
4)补新水控制阶段
当L>Lmax时，发出循环吸收控制指令；
步骤1.3、报警指令分析单元用于对塔内氨水浓度与氨水液位异常变化进行分析，并据此来发出报警指令，
报警指令分析单元对于各控制阶段执行状况进行具体实时分析，分析判据及控制流程如下：
1)在循环吸收控制阶段中，塔内氨水液位应保持稳定，塔内氨水浓度应保持缓慢上升，否则发出循环吸收报警指令；
2)在氨水回收控制阶段中，塔内氨水液位应持续下降，塔内氨水浓度应保持稳定，否则发出氨水回收报警指令；
3)在补新水控制阶段中，塔内氨水液位应持续上升，塔内氨水浓度应缓慢下降，否则该发出补新水报警指令；
步骤2、控制执行系统用于接收生产指令分析单元、报警指令分析单元发出的生产指令和报警指令，然后将生产指令和报警指令发送到可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器按照生产指令和报警指令执行控制流程，包括以下具体步骤：
步骤2.1、生产指令执行的控制流程
1)补新水控制指令的控制：
通过进水开闭阀4的控制实现氨水吸收塔的补新水控制；
2)循环吸收控制指令的控制：
通过循环开闭阀7的控制实现氨水吸收塔的循环吸收控制；
3)氨水回收控制指令的控制：
通过回收开闭阀9的控制实现氨水吸收塔的氨水回收控制；
步骤2.2、报警指令执行的控制流程
1)首先检查循环水泵6运行情况：当循环水泵6异常时，控制备用循环水泵工作；
2)其次检查相关阀门的执行情况：当阀门执行异常时，发出警报通知维护人员进行现场处理；当阀门执行正常时，对程序进行初始化操作并重新开始判断；
3)当异常情况持续得不到解决时，切换为手动模式，并通知操作人员手动控制相关设备。
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 (4)
1.一种氨水吸收塔控制分析系统，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、分析系统和控制执行系统，所述的分析系统包括数据预处理单元、生产指令分析单元和报警指令分析单元；所述的可编程逻辑控制器的输入端分别与氨水液位计和氨水密度计相连接，可编程逻辑控制器输出端与所述的数据预处理单元的输入端相连接，数据预处理单元的输出端分别与所述的生产指令分析单元和所述的报警指令分析单元的输入端连接，生产指令分析单元和报警指令分析单元的输出端分别与所述的控制执行系统的输入端连接，控制执行系统的输出端与可编程逻辑控制器输入端连接，可编程逻辑控制器的输出端还与进水开闭阀、循环水泵、循环开闭阀和回收开闭阀电性相连。
2.根据权利要求1所述的氨水吸收塔控制分析系统，其特征在于，所述的分析系统用于对氨水吸收塔内氨水密度和氨水液位信号进行计算分析，然后将生产指令与报警指令发送给控制执行系统，所述的控制执行系统用于接收生产指令分析单元和报警指令分析单元发出的生产指令和报警指令，然后将生产指令和报警指令发送到可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器按照生产指令和报警指令执行控制流程。
3.一种氨水吸收塔控制分析方法，其特征在于，采用权利要求1所述的氨水吸收塔控制分析系统，包括以下步骤：
步骤1、分析系统用于对氨水吸收塔内氨水密度和氨水液位信号进行计算分析，并将生产指令与报警指令发送给控制执行系统，包括以下具体步骤：
步骤1.1、分析系统的数据预处理单元对采集到的氨水密度和氨水液位信号进行滤波处理，计算氨水密度滤波值和氨水液位滤波值，并将氨水密度换算为氨水浓度，
步骤1.2、生产指令分析单元用于对塔内氨水浓度与氨水液位变化进行分析，并据此来发出生产指令，
设塔内氨水浓度目标值为Ck，氨水浓度检测值为C；设塔内氨水液位的上限值为Lmax、下限值为Lmin，氨水液位检测值为L，则存在下述四个控制阶段的不同情况，具体分析和控制流程如下：
1)初始控制阶段
当L<Lmin时，发出补新水控制指令；
当L≥Lmin且C<Ck时，发出循环吸收控制指令；
当L≥Lmin且C≥Ck时，发出氨水回收控制指令；
2)循环吸收控制阶段
当C≥Ck时，发出氨水回收控制指令；
3)氨水回收控制阶段
当L<Lmin时，发出补新水控制指令；
4)补新水控制阶段
当L>Lmax时，发出循环吸收控制指令；
步骤1.3、报警指令分析单元用于对塔内氨水浓度与氨水液位异常变化进行分析，并据此来发出报警指令，
报警指令分析单元对于各控制阶段执行状况进行具体实时分析，分析判据及控制流程如下：
1)在循环吸收控制阶段中，塔内氨水液位应保持稳定，塔内氨水浓度应保持缓慢上升，否则发出循环吸收报警指令；
2)在氨水回收控制阶段中，塔内氨水液位应持续下降，塔内氨水浓度应保持稳定，否则发出氨水回收报警指令；
3)在补新水控制阶段中，塔内氨水液位应持续上升，塔内氨水浓度应缓慢下降，否则该发出补新水报警指令；
步骤2、控制执行系统用于接收生产指令分析单元、报警指令分析单元发出的生产指令和报警指令，然后将生产指令和报警指令发送到可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器按照生产指令和报警指令执行控制流程，包括以下具体步骤：
步骤2.1、生产指令执行的控制流程
1)补新水控制指令的控制：
通过进水开闭阀的控制实现氨水吸收塔的补新水控制；
2)循环吸收控制指令的控制：
通过循环开闭阀的控制实现氨水吸收塔的循环吸收控制；
3)氨水回收控制指令的控制：
通过回收开闭阀的控制实现氨水吸收塔的氨水回收控制；
步骤2.2、报警指令执行的控制流程
1)首先检查循环水泵运行情况：当循环水泵异常时，控制备用循环水泵工作；
2)其次检查相关阀门的执行情况：当阀门执行异常时，发出警报通知维护人员进行现场处理；当阀门执行正常时，对程序进行初始化操作并重新开始判断；
3)当异常情况持续得不到解决时，切换为手动模式，并通知操作人员手动控制相关设备。
4.根据权利要求3所述的氨水吸收塔控制分析方法，其特征在于，步骤1.1中计算氨水密度滤波值D和氨水液位滤波值L，并将氨水密度换算为氨水浓度的计算过程如下：
设氨水密度计测量值为Dm，氨水液位计测量值为Lm，每次滤波采样总次数为N，D为氨水密度滤波值，则计算流程为对采集到的N个氨水密度测量值按由小到大的顺序进行排序，选择排序队列中间位置的值作为本次滤波值，氨水密度滤波值D表达式如下：
D＝Dm((N+1)/2) (1)
同样的方式，氨水液位滤波值L表达式如下：
L＝Lm((N+1)/2) (2)
步骤1.1.2、计算氨水浓度值C
氨水浓度C表达式如下：
其中w为质量分数，M为摩尔质量。
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