过程控制系统设计方案设计

1、过程控制仪表与系统题目工业含硫废气控制系统方案设计学院：信息科学与工程学院专业班级：测控技术与仪器 1503班学号：150401327学生姓名：王哲教师：飞工业含硫废气控制系统方案设计摘要：许多化工厂在厂区燃料燃烧和生产工艺过程中都会产生各种含有污 染的有害气体，其中含硫的气体对环境造成的污染尤为严重。因此对含硫废 气正确合理的处理至关重要。在我国工业含硫废气一般多采用焚烧工艺，经 焚烧炉焚烧，使污染性气体转换成安全物质。经方案论证后，本设计采用双 闭环串级控制系统，控制目标温度在 600-800 C设定尾气焚烧炉炉温波动围 不超过30C。该控制系统中运用PID算法，传感器将检测到的模拟信号送

2、 到变送器，变送器输出420mA的电流信号。将变送器输出的标准信号送 入控制器中，控制器通过分析比较所测参数与预设参数之后输出控制信号， 执行器根据传送过来的信号进行变化，最终达到对系统温度的控制。关键词：双闭环串级控制系统；炉温控制；流量控制；变送器1引言含硫废气与加氢反应器出口过程器被加热至 270-320 C左右与外补富氢 气混合后进入加氢反应器在加氢催化剂的作用下转化为 H2S。加氢反应为放 热反应，离开反应器的尾气-换热器换冷却后进入冷凝塔。废气在冷凝塔中利用循环机冷水来降温。70 C冷凝水自冷凝塔底部流出， 经济冷泵加压后经急冷水冷却器用循环水冷却至 40 C,循环至冷却塔顶。部

3、分急冷水经急冷水过滤器过滤后返回急冷水泵入口。尾气中的水蒸气被冷 凝，产生的酸性水由急冷水泵送至酸性水处理处。为防止酸性水对设备的腐 蚀，需向急冷水中注入氨根据 ph值大小决定注入氨的量。冷凝后的尾气离开冷凝塔进入回收塔，用30%勺甲基二乙醇胺溶液吸收废气中的硫化氢，同时吸收部分二氧化碳。吸收塔底富液用富液泵送至溶剂 再生部分统一处理。从塔顶出来的净化气经尾气分液罐分液后进入焚烧炉燃 烧，有燃料气流量控制炉膛温度；废气中残留的硫化氢几乎全转化成二氧化 硫，最后再对二氧化硫进行处理。焚烧炉要控制温度在600-800 C,保证尾气可以充分燃烧，对环境和人 的健康都没有危害。温度控制系统可采用的方法

4、有双闭环串级控制系统、前馈控制系统、比 值控制系统、前馈-反馈控制系统、分程控制系统等。2系统方案设计2.1系统分析在含硫废气焚烧炉炉温控制系统的设计中，主被控参数是焚烧炉的炉膛温 度。瓦斯气流量和空气流量等参数的变化都会对温度控制形成干扰。工业上正常生产时会产生温度过高和温度过低两种情况。温度过高的影响 因素有：瓦斯流量大、压力高，瓦斯带油或过程气 S和H2S含量高等因素。这时 调节的方法联系公司调度至稳定瓦斯压力。加强瓦斯罐排凝。还可能温度过 低，原因可能是瓦斯压力过低，瓦斯带水，瓦斯流量小等。措施是加强瓦斯排 凝，加大流量。同时本设计也充分考虑到控制环境存在腐蚀性以及易爆性，采 用安全方

5、式设计，保证生产安全。2.2方案论证本设计可采用的方法有双闭环串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系 统、前馈-反馈控制系统。下面为该系统的设计方案分析。2.3.1 方案一:采用双闭环串级控制系统。本系统中，炉膛温度是主控参数，影响其温度 的因素有很多，例如瓦斯压力，瓦斯带水，瓦斯流量等等。本设计要通过控制 空气的进入量还有瓦斯气的进入量来达到控制炉温的目的。双闭环串级系统流2.3.1 方案二:采用前馈-反馈单回路控制系统择炉膛温度为被控参数，瓦斯气流量为前馈 控制器的输入干扰，其他影响炉膛温度的因素作为系统的干扰变量。当瓦斯气 流量受到扰动后，反馈系统马上开始控制，使瓦斯流量不至于波动过大，

6、从而 使炉温度稳定。具体控制系统框图如图 2所示：温度反馈图2单回路控制系统框图综上所述，方案1中副回路的设计，对系统的稳定性更有保障而且它的调 节速度更快，追去额度更高。双闭环比值控制器的引入是流量风容易控制，提 高系统的控制性能。在方案 2中一个前馈控制器只能抑制一个干扰对被控参数的影响，而在实际的工业生产过程中存在大量扰动因素，不可能仅对单一扰动 进行控制，方案二存在一定的弊端。鉴于以上原因，本次设计采用双闭环串级 控制系统。根据双闭环串级控制系统框图，可以分析含硫废气焚烧炉炉温控制 系统的生产工艺过程：当炉温度过低时，温度传感器检测到温度反馈回信号与 设定值比较，产生的偏差促使执行器开

7、始工作。瓦斯气和空气的进气阀开度变 大，是炉温度升高。当温度过低时，反馈回来的温度信号与设定值比较，使调节阀开度减小，使炉温度下降从而达到稳定炉温度的作用。双闭环串级控制系统框图如图3所示：Word资料温度变量X2X1调节调节器K流量变量焚烧炉#调节器流量变量图3双闭环串级控制系统框图3方案设计的可行性3.1设计方案对安全、环境及社会的影响3.3.1工业废气焚烧炉的选择工业废气处理常选用的焚烧工艺，即焚烧炉分以下几种：一、蓄热式热力焚烧炉(Regenerative Thermal Oxidizers，简称 RTO)工作原理：在高温下将废气中的有机物(VOCs氧化成对应的二氧化碳和水，从而净化废

8、气，并回收废气分解时所释放出来的热量，三室RTO废气分解效率达到99%以上，热回收效率达到95%以上。RTO主体结构由燃烧室、蓄热室 和切换阀等组成。二、催化氧化炉(Catalytic Oxidizer)工作原理：催化剂焚烧炉的设计是依废气风量，VOCs浓度及所需知破坏去除效率而定。操作时含 VOCs的废气用系统风机导入系统的换热器，废气经由 换热器管侧而被加热后，再通过燃烧器，这时废气已被加热至催化分解温度，再通过催化剂床，催化分解会释放热能，而VOCs被分解为二氧化碳及水气。之后此一热且经净化气体进入换热器之壳侧将管侧未经处理的VOC废气加热，此换热器会减少能源的消耗，最后，净化后的气体从

9、烟囱排到大气中。四、直接热力焚烧炉(Direct Fired Thermal Oxidizer，简称 DFTO)工作原理：直接燃烧式焚烧炉，将废气、废液焚烧直接通入炉膛进行彻底 焚烧，燃烧温度控制在10001150C左右，最高不能超过1200 C,最低不能低 于900 C。焚烧后烟气温度可通过余热锅炉进行再利用产生蒸汽，烟气温度经 过再利用后温度从1100C降到300C左右，最低不能低于 280 C。废气进口温 度通常为常温，经过焚烧余热利用后温度 300r，即废气温升约280r左右。焚 烧炉氧含量控制围10%16%对进入焚烧炉的废气浓度理论上没有限制，而且 浓度越高越经济，但要保证输送过程安

10、全。因为燃烧焚烧高，故焚烧效率比 RTO更高，但是运行费用和投资成本也更高。对比一下以上几种工艺的优缺点，如下表 1所示：直接燃烧法蓄热燃烧法催化燃烧法工作温度600800 r600800 r200320 r燃烧状态在高温火焰下燃烧高温无火焰燃烧无火焰燃烧优点1. 灰尘影响少2、操作简单1燃料费低2.无二次污染1燃料费低2.无二次污染缺点1、燃料费用高2、有二次污染3、需要咼温耐火结构1、对蓄热体堵塞 或腐蚀应充分注.、八意2、需要有前处理 工序3、投资成本大1、对催化剂中毒 应充分注意2、需要有前处理 工序3、投资成本较大表1工艺优缺点对比综上所述，考虑到二次污染及经济方面原因，选取催化剂焚烧炉最为合 适。3.2设计方案的确定由于生产过程中存在易燃易爆气体，综上所述，本次试验充分考虑拿到实 际生产过程的安全性，可行性，选择采用双闭环串级控制系统。由于所处条件 易燃易爆，本实验采用两个气动调节阀，确保安全生产。与此同时，焚烧炉所设置的位置要尽量远离工厂设备及人员工作和居住的 位置，同时也要保证良好的通风，提高设备使用率，使其能够对含硫废气充分 处理，达到良好的效果。参考文献1王再英，淮霞等过程控制系统与仪表机械工业，2006, P209-3152刚基于PLC过程控制系统的设计与实现J电子设计工程，2018,6