趙健（山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)自動(dòng)化部,山東萊蕪271104）

基于MLD模型的胺法脫硫控制系統(tǒng)

趙健
（山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)自動(dòng)化部,山東萊蕪271104）

摘要:萊鋼4#燒結(jié)煙機(jī)煙氣治理，利用有機(jī)胺法吸附二氧化硫，并最終將二氧化硫轉(zhuǎn)換為濃硫酸。本文利用MLD（混合邏輯動(dòng)態(tài)方法）模型對脫硫關(guān)鍵環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化部分進(jìn)行分析，結(jié)合PLC控制系統(tǒng)，利用簡單的數(shù)值計(jì)算和邏輯判斷實(shí)現(xiàn)對過程的控制，達(dá)到控制目標(biāo)。

關(guān)鍵詞:脫硫;MLD;PLC

1前言

為相應(yīng)節(jié)能環(huán)保、凈化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)有害有毒氣體達(dá)標(biāo)排放，萊鋼銀前265m2燒結(jié)機(jī)煙氣治理在省政府、公司的大力支持下脫硫工程應(yīng)運(yùn)而生，稱為“燒結(jié)煙氣有機(jī)胺脫硫及副產(chǎn)硫酸工藝”。由預(yù)洗滌、吸收、解吸、制酸及胺液凈化等化工單元組成。最終轉(zhuǎn)化生成98%的濃硫酸。

在煙氣處理的過程中，控制系統(tǒng)處于一個(gè)連續(xù)動(dòng)態(tài)過程的變化，煙在此系統(tǒng)中，多變量、瞬時(shí)性、不確定、非線性、和不可測性等干擾，對自動(dòng)化系統(tǒng)的高精度、高質(zhì)量提出了挑戰(zhàn)，利用MLD（MixedLogicDynamic）混合邏輯動(dòng)態(tài)模型能夠解決這一問題，能有效解決這一問題，于是基于MLD模型的建模及控制在這種情況下產(chǎn)生。

2技術(shù)方案

2.1MLD模型

混雜系統(tǒng)是指同時(shí)存在相互作用的連續(xù)的動(dòng)態(tài)特性和離散特性的體統(tǒng)，混雜系統(tǒng)控制的特征是將這些離散時(shí)間的動(dòng)態(tài)特征和連續(xù)過程動(dòng)態(tài)特性集成在一個(gè)框架內(nèi)進(jìn)行分析，綜合與優(yōu)化設(shè)計(jì)。

MLD模型使得系統(tǒng)所有的連續(xù)動(dòng)態(tài)，邏輯切換規(guī)則和操作約束集成到一個(gè)帶有混合整數(shù)不等式約束的狀態(tài)空間方程中，有利于用統(tǒng)一的形式描述和分析系統(tǒng)，如在混雜系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)時(shí)可以在統(tǒng)一的框架下進(jìn)行，使某一性能為最優(yōu)并滿足約束，因此，MLD模型適合于混雜系統(tǒng)的控制及其形式驗(yàn)證。

2.2轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)有機(jī)胺吸附二氧化硫的特性將二氧化硫吸附并解析，最終將其轉(zhuǎn)化成三氧化硫，因此轉(zhuǎn)化的效率將是至關(guān)重要的，二氧化硫在轉(zhuǎn)化塔中的轉(zhuǎn)化，與反應(yīng)器中的溫度有著密切的聯(lián)系，當(dāng)二氧化硫的溫度達(dá)到引起觸媒反應(yīng)時(shí)，在一定的溫度范圍內(nèi)溫度的升高轉(zhuǎn)化的效率也將提升，經(jīng)過驗(yàn)證進(jìn)入觸媒反應(yīng)前溫度在380-400℃時(shí)經(jīng)過反應(yīng)后溫度達(dá)到500℃左右時(shí)，反應(yīng)效果最為明顯。

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制，我們采用預(yù)測控制算法。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)測控制算法，定義如下的二次性能指標(biāo)：

其中Pres為加熱器輸出功率，Cg1為廢氣濃度，Cg1.max為最低規(guī)定排放濃度，K為給定權(quán)值，該性能指標(biāo)的含義是在保證轉(zhuǎn)化的同時(shí)，是的加熱器的功率保持最小，利于節(jié)能利用。

脫硫轉(zhuǎn)化階段包含熱交換器，觸媒1-3階段，加熱器，箭頭的方向?yàn)闅怏w流動(dòng)的方向，控制系統(tǒng)利用二氧化硫氣體的流向、控制熱交換與加熱器控制催化器內(nèi)觸媒反應(yīng)的溫度來控制轉(zhuǎn)換階段的運(yùn)行。

基于轉(zhuǎn)換階段的特點(diǎn)，確定控制方案如下，首先，利用觸媒階段前后溫度值根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出氣體流向的溫度閥值的使用范圍，當(dāng)溫度超出范圍時(shí)，加熱器功率提升，或者降低，改變?nèi)肟跍囟戎?并重新計(jì)算出氣體流向的溫度閥值，當(dāng)趨于穩(wěn)定時(shí)，氣體不間斷的經(jīng)過三個(gè)階段的觸媒得到最優(yōu)轉(zhuǎn)化，此時(shí)轉(zhuǎn)化的效率最高，當(dāng)氣體的濃度、瞬時(shí)量突然增大或者減小，系統(tǒng)根據(jù)最優(yōu)閥值進(jìn)行調(diào)整直到達(dá)到最優(yōu)。??這種方法不存在固定的最優(yōu)解，它隨著觸媒階段的溫度變化和二氧化硫濃度流量的變化而變化，增強(qiáng)了系統(tǒng)的適應(yīng)性，而且保證了最大程度二氧化硫的轉(zhuǎn)換效率，也有利于熱量的充分利用。

2.3控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

從控制系統(tǒng)的角度，PLC在工業(yè)設(shè)計(jì)中廣泛的應(yīng)用，控制系統(tǒng)這里同樣采用施奈德昆騰系列模塊，變頻器采用施奈德ATV71，控制對象為轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)，熱電偶為傳感器，用來采集溫度信號(hào)，分析儀采用聚光LGA系列產(chǎn)品，用于采集二氧化硫、水分析數(shù)據(jù)，示意圖如下：

系統(tǒng)組成圖

在PLC中利用編程手段計(jì)算溫度閥值得經(jīng)驗(yàn)公式，有計(jì)算公式算出溫度閥值，即最優(yōu)溫度閥值得上下極限值。取第一觸媒進(jìn)出溫度值如下所示：

在公式中，Tmax1、Tmin1分別為進(jìn)出第一觸媒溫度的上下限值，k為加權(quán)系數(shù)，可有上位機(jī)監(jiān)控畫面自主設(shè)定，Tavg1為進(jìn)入第一觸媒5分鐘內(nèi)平均值，Tout1、Tin1為進(jìn)出第一觸媒進(jìn)口和出口出溫度值，程序在一個(gè)掃描周期結(jié)束，取這兩個(gè)溫度值分別與與上下極限值進(jìn)行比較當(dāng)Tout1＜Tmin或者Tin1＞Tmax1時(shí)，PLC輸出控制信號(hào)，調(diào)節(jié)加熱器的輸出功率。第二觸媒和第二觸媒階段與第一觸媒控制原理相同。

3結(jié)論

萊鋼燒結(jié)煙氣脫硫采用胺液吸收二氧化硫的特性，解析出并加以轉(zhuǎn)化，最終將廢氣中的二氧化硫轉(zhuǎn)化成98%的濃硫酸，相對于工藝的高起點(diǎn)，對自動(dòng)化控制提出了更好的要求，本文基于MLD模型，實(shí)現(xiàn)了脫硫的自適應(yīng)控制，實(shí)現(xiàn)了預(yù)先提出的控制目標(biāo)，達(dá)到節(jié)能環(huán)保，效益挖潛的目的。同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，減少了能源的消耗，節(jié)約了人力成本。

作者簡介：趙健（1980-），男，山東萊蕪人，本科，研究方向：自動(dòng)化。