基于QuantumPLC在烟气脱硝装置液氨储存和蒸发系统的应用.pdf

自动化与仪器仪表 2 0 1 3 年第 期 总第 1 6 9 期 基 于Q u a n t u m P L C 在烟气脱硝装置液氨储存和蒸发 系统的应用 喻洪波 ’ ，王道福 ，熊 ’ 重庆川仪 自动化股份有限公司 重庆川仪控制系统有限公 司 摘要 主要介绍了采用施耐德Q u a n t u m P L C 与I F I X上位软件，在烟气脱硝装置中液氨储存和蒸发系统的应用，并 简要描述了控制系统的硬件配置、网络配置、控制要求和软件组态等。 关键词Q u a n t u m；P L C；I F I X；液氨储存；蒸发 Ab s t r a c t Th i s a r t i c l e ma i n l y i n t r o d u c e s t h e a p p l i c a t i o n o f t h e s t o r a g e o f l i q u i d a mm o n i a a n d t h e s y s t e m o f e v a p o r a t i o n u s e d i n t h e f a c i l i t y o f d e n i t r a f i c a t i o n wh i c h i s b a s e d o n t h e K i r k S n y d e r ’ S Qu a n t u m P L C a n d u p p e r ma c h i n e s o f t wa r e a n d b r i e fl y d e s c r i b e s t h e h a r d wa r e c o n fig u r a t i o n， n e t wo r k c o n fi g u r a t i o n ， c o n t r o l r e q u i r e me n t s a n d s o f t wa r e c o n fi g u r a t i o n o f c o n tro l s y s t e m a n d S O o n ． Ke y w o r d s Qu a n t u m； P L C； I F I X； L i q u i d a mmo n i a s t o r a g e ； E v a p o r a t i o n 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码B 文章编号 1 0 0 1 - 9 2 2 7 2 0 1 3 0 5 0 1 0 7 0 3 0 引 言 随着我国人民生活水平的提高，消除环境的污染、保护环 境已成为人类共同的呼声。氮氧化物 NO 造成的大气污染 越来越引起人们的重视。目前，燃煤锅炉控制NO 排放的主要 实用措施为烟气脱硝技术。烟气脱硝技术主要包括选择性催化 还原法 S C R和选择性非催化还原法 S NC R对烟气 中已 生成 的NO 进行 处理 。我 国燃 煤 电厂 逐渐建 设 了烟气 脱硝 装 置，大部分电厂采用S C R烟气脱硝技术以降低烟气中NO 排放 量 。其 中液 氨 储 存 及 蒸 发 系 统 是 针 对 选 择 性 催 化 还 原 法 S C R反应所需还原剂N H， 的工艺控制，本文简要介绍了采 用施耐德 Q u a n t u m P L C控制系统 以及上位机监控软件 G E I F I X在实例项 目一 新疆 国 电库车发 电有 限公司2 x 3 3 0 MW 扩建工 程烟气脱硝装置中液氨储存和蒸发系统的应用。 本系统范围包括液氨的卸料、储存、蒸发和废水处理系 统 。 1 工艺与 系统功 能说 明 1 ． 1工 艺说 明 S C R烟气脱硝技术是一种以NH， 作为还原剂，将烟气中的 NO 分解成无 害的N 和 H 0的干法脱 硝方法 。反应 的基本原理 是 4 NO4NH3 十 O2 } 4 N2 6 H2 0 6 NO2 8 NH3 } 7 N2 1 2 H2 o NO N02 2 NH3 } 2 N2 3 H2 O NH 是通过氨喷射格栅注入到烟道与烟气混合的，然后进 入反 应器 ，通 过催 化剂 层 ，在催 化剂 的 作用 下与 NO 发 生反 应 ，以减 少烟气 中的NO 的浓度 。此套 系统提供 NH 供 脱硝反 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 6 - 2 3 作者简介 喻洪波 1 9 8 3 一 ，男，重庆市人，工程师，主 要从事 自动化应用技术工作。 应使用 。 1 ． 2 系统功能说 明 液氨的供应由液氨槽车运送，利用液氨卸料压缩机将液氨 由槽车输入液氨储罐内，储罐输出的液氨于液氨蒸发器内蒸发 为氨气，经氨气缓冲槽送达脱硝系统。系统紧急排放的氨气则 排放 至氨气稀释槽 中，经水 的吸收排入废水池 ，再经 由废水泵 送 至废 水处理 厂处 理 。液氨储 存和 供应 系统 的控制 在施 耐德 Q u a n t u m P L C上 实现 ，同时就 地也安装 了MC C手操 。 1 ． 3 主要 现场设备 液氨储存及蒸发系统包括的设备如下 1 氨卸料压缩机 2台，一运一备 ； 2 液氨 卧式储存罐 2台 3 液氨蒸发器 2台，一运一备 ； 4 气氨缓冲罐 1 台 ； 5 氨气稀释罐 1 台 ； 6 废水输送泵 1 台 ； 7 压缩 空气罐 1 台 ； 8 液氨供应泵 2台，一用一备 。 2 系统方案 2 ． 1 硬 件 配 置 施 耐德 Mo d i c o n Q u a n tum系 列 自动化 产 品借助于 其卓越 性 能、全系 列兼容 ；提 供可 按系统配 置的模块 化结构 ，Q u a n tum控制器能够对中规模至大规模的控制系统进行控制，以满 足最 高性能 的应用要 求。Q u a n tum具有在线 自检 功能 ，实 时显 示装置状态；出现故障时，自动给出报警；所有模板允许带电 拔插；这一系列外形体积小，性能价格比高，结构坚固，保证 即使在最恶劣的现场环境下也能可靠地工作。同时，Q u a n tum 系统安装和组态简便，适合于各种各样的应用。Q u a n tum设计 为可进行逻辑 、时序 和定时等简单数字量控 制，亦可进行过程 1 07 眠 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基于Qu a n t u m P L C在烟气脱硝装置液氨储存和蒸发系统的应用 喻洪波， 等 控制信号处理、P I D等连续量的控制。每个Q u a n t u m C P U均 具有 Mo d b u s 、Mo d b U S P l u s 、US B、T C P ／ I P接 口用于 与上位 或其它设备通讯。同时C P U前面板采用L C D的显示方式，可 以提供给用户更多、更丰富的信息。 本方 案 中配置一 套施耐德 Qu a n t u m P L C ，一 台工程 师站 兼做操作员站来构成 自动化控制系统。这套施耐德Qu a n t u m P L C布置在一个控制柜内，另外单独设置一个电源分配柜用 于 给控制柜 和工 程师站／ 操作员站 供 电。上位机监 控软件 采用 美 国通 用 电气 公司 G E 的实 时S C AD A软件 I F I X。该 软件 支持 多种 P L C、P L C及其 它控制设 备 ，集 HMI 、S C A DA、ME S 三 大功 能于一身 。 Qu a n t u m C P U型 号1 4 0 C P U 6 7 1 6 0 。C P U为安 放于本地 I ／ 0机架的C P U模板。C P U内有控制器的多任务操作系统。内 部存储 器用于存放用户 的指令 ，包括逻辑控制 、顺序控制 、时 序控制、数学运算、过程控制、P I D调节等指令。控制的输入 输 出通 过各种 I ／ O模 板来实现 。Q u a n tum C P U通过本 地及远 程 控制 Q u a n tum I ／ 0系统， Q u a n t u m总线速 率高达 8 0 Mb i t s ／ S 。 Qu a n tum I ／ O模块对内部信号与外部现场设备如限位开 关、接近开关、温度传感器 、电磁开关 、执行器等信 号进行转 换，使能被C P U处理或 由现场设备执行 。模板还可以预置成 在与主机通讯失败时全OF F 、保持上一次输出或一种预置值， 增强系统的安全 性。 Qu a n t u m电源型 号 1 4 0 C P S 1 1 4 2 0 。 电源 用于对 插在机 架 上的各种模板供 电。电源分独立 电源 、可 累加 电源和冗 余 电源 三种。冗余电源可实现更高的可靠性。在本方案中采用独立电 源 1 4 0 CP S1 1 4 2 0 。 控制系统简图及硬件配置如图1 所示。 氨 静L c 最鲢控制蛊 n 姑 图1 控制 系统简 图及硬件配置图 2 ． 2通 讯 网 络 Qu a n t u m T C P ／ I P以太 网模块 NO E使 Q u a n t u m P L C 控制器使用系统总线 事实上的标准以太网协议与操作员 站／ I程师站进行通讯 ，以太网模块可插入现有 Q u a n t u m系 统，并通过双绞电缆连接到系统总线上的以太网网络。 此系统中1 0站采用远程 I ／ 0 R I O ，Q u a n R I O模块 有 以下几种类 型 R I O头1 4 0 C R P 9 3 1 0 0 ／ 1 4 0 C R P 9 3 2 0 0 R I O子站 1 4 0 C R A 9 3 1 0 0 ／ 1 4 0 C R A 9 3 2 0 0 它们使 用基 于 9 0 8 的 网络 I ／ O配置 。Q u a n t u m P L C控制 器机架上的R I O头模块通过双同轴电缆 此系统中未双同轴电 缆或单同轴电缆与远程子站上的R I O子站模块通讯。 1 0 8 3 控制概述 3 ． 1 概 述 液氨储存和蒸发系统整个工艺的流程主要包括液氨卸料和 存储系统、液氨蒸发系统 、废水处理系统 、氮气吹扫系统 、冷 却水喷淋系统，各个系统的主要功能及控制描述如下 液氨卸料和存储系统氨站通过液氨卸料和存储系统将外 部运送到电厂的液氨卸载并储存起来的系统。本系统是通过压 力差的原理来实现液氨的卸料和存储。用陆用流体卸装臂和卸 料压缩机将液氨槽车和液氨储罐连接成一个循环系统。通过卸 料压缩机把液氨储罐内的气氨抽出压送到液氨槽车打压液氨， 完成整个卸料过程。卸料压缩机一用一备 。 氨蒸发系统本系统是为了使液氨充分的挥发成气氨以便 电厂 的脱销 反应 能充 分反应 。蒸发 系统主要是通 过 电厂的蒸汽 管道输送过来的水蒸汽来跟流进蒸发器液氨进行热交换，使液 氨蒸发 为气氨 的过程 。 废水处理系统 为氨 区提供完 整的废水汇总 ，集 中排放 的 系统。将所有设备产生的废水通过废水排水沟汇集到废水池， 当废水 到达 一定 的量 的时候，通过废水输送泵排放到厂区 的废 水处理系统 中去 。 氮气吹扫系统氮气吹扫系统是一个为了整个氨区投运前 和系统停运后，将系统中所有设备罐体和管道中残留物全部排 出。用于吹扫的氮气来源于氮气存罐，平时关闭备用。 3 ． 2 难点 液氨储存和蒸发系统的两个蒸发器液氨进口压力调节 液 位无限制报警时 、两个蒸发器蒸汽进 口温度调节一直是一个 难点，因为这几个量的调节直接影响氨气的供应量，而氨的供 应量能满足不同负荷的要求。为了使氨的供应量更加稳定，对 这 蒸发器液氨进 口压力和蒸发器 蒸汽进 口温度调节 实施 P I D调 节控制 。 4 软件组态 4 ． 1编 程 软 件 本 系统选用施耐德 U n i t y P r o 软件 ，对 P L C进行硬件配 置 和 编程 。该 软件完全满足现 场工作站 和设备控 制的全部要 求 ， 包 括顺序 、条件 、计时、计数 、控 制、P I D调节等 、流量及 功率 参 数 的 自动 累积 和 数 据 处理 。Un i t y P r o是用 于 Mo d i c o n Q u a n t u m、P r e mi u m、M3 4 0 和 A t r i u m的通用 的编 程 、组 态和调试 软件 。 Un i t y P r o 提供 了一组完 整的功能和工 具集 ，用来将 应用 程序结构对应到现场的设备或控制过程上。程序被分为各种功 能模块，它们被组合成层次结构 ，以形成功 能视 图。每个 功能 模块包括程序段、数据监视表、操作画面和超级链接。 4 ． 2 上 位 监 控 软 件 监控软件采用世界领先的美国通用电气公司f G E 的客户 机／ R务器结构 的多用户实时 S C A DA软件 I F I X V4 ．5 。该 软件 支持 多种 P L C、P L C及 其它控 制设备 ，集 H MI 、S C A D A、 ME S 三大功能于一身 。 I F I X是 一套提供现场数据采集 ，过程可视化及过程监控功 能的工业自动化软件解决方案。I F I X是D y n a mi c s 工业 自动化 软件 解决 方案 家 族 中的 HMI ／ S C AD A软件 组件 ，实现 过程 监 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m