项目名称：东海铝业公司二期碳素厂阴极焙烧烟气净化装置监控系统

实施时间：2003年12月

一、     概述

碳素厂焙烧烟气阴极净化与阳极净化基本相同，只是多了一个焚烧子系统。烟气净化装置位于焙烧车间的末端，主要包括烟气冷却子系统、焚烧子系统、旋风除尘子系统、布袋除尘子系统、氧化铝物料输送子系统和负压控制子系统。在实现对阴极焙烧烟气冷却、净化和达标排放的同时，还能为阴极焙烧系统提供稳定的负压，保证阴极焙烧系统的正常工作。

烟气净化自控系统是净化系统生产监测、监控的综合控制系统，对烟气排放过程中的烟气温度、压力、流量等数据进行监视、控制，在碳素厂阴极焙烧系统中起着至关重要的作用，

二、     工艺说明

由焙烧车间来的烟气首先进入喷淋塔，喷淋塔通过雾化水对烟气进行冷却，如果烟气温度较低，喷淋塔不进行冷却处理，只有喷淋塔出口烟气温度高于设定值时，喷淋塔才进行雾化冷却处理，当烟气温度低于设定值时，停止雾化冷却处理。

经过冷却的烟气进入文丘里反应器，与氧化铝进行反应，烟气中的焦油、沥青等微粒附着在氧化铝粉上。氧化铝粉由圆盘加料电机从料仓中加到输送管道中，由流化风机输送到文丘里反应器中。

经过反应器的烟气被送入旋风除尘器，旋风除尘器把烟气中的有害物质送入焚烧炉中燃烧。燃烧后的烟气重新进入冷却塔进行处理。

   经过旋风除尘器的烟气被送入布袋除尘器，布袋除尘器由12个除尘室组成。布袋除尘器将氧化铝粉收集起来，经反吹清灰控制，氧化铝粉进入返回管道由提升风机送入返回料仓。清灰反吹控制共三种工作模式：手动、定时和差压。

焙烧车间正常生产所需要的负压，由净化系统的得引风机提供，其负压的调整是通过调节引风机入口的百业阀的开度来实现的。

三、     控制要求

为了保证焙烧系统的正常工作及达标排放，要求自控系统对净化除尘装置完成如下监控功能：

●    采集、监视烟气入口和喷淋塔出口的温度变化，根据温度状况实施喷淋、旁通、直通及大水灭火控制；

●    检测氧化铝输送管道物料流动状况，及时发送断流报警信息；

●    检测氧化铝料仓的料位，上下限报警；

●    控制各电动阀门的动作并检测其开关状态，故障时发出报警信息；

●    检测氧化铝流量，与给料机形成闭环控制，给料机的转速由变频器控制；

●    检测布袋除尘器的差压状态，按照三种工作方式（手动、定时和差压）控制除尘器的清灰过程；

●    检测烟气入口的负压变化，与引风机入口百业阀形成闭环控制，将负压保持在设定值的误差范围内；

●    检测烟气流量计烟气中固体微粒含量，高于设定值报警。

四、     设备选型及控制方案

   根据现场实际要求，为了系统能够安全正常运行，所有一次仪表全部选用进口或合资产品：

l 所有压力检测均采用ABB公司的压力和差压变送器；

l 温度检测采用ABB的铂热电阻；

l 料位采用K-TEK的雷达料位计；

l 烟气流量采用威力巴流量计；

l 烟气固含采用英普罗产品。

本系统控制系统下位机采用西门子S7-300系列可编程控制器（PLC），中央处理器（CPU）采用CPU315-2DP，使用接口模块IM365连接的扩展I/O系统进行扩展，通讯速度快。

上位机系统采用工业控制机做为人机界面，通过CP5611通讯卡接入Profibus-DP总线与CPU进行通讯，监控软件采用西门子公司的WinCC组态监控软件，多画面显示系统各电动阀的状态，监视各处温度和压力的变化。

硬件配置框图如下：

 

利用西门子STEP7 V5.0编程软件进行程序设计。STEP7是一个对S7-300和S7-400PLC进行编程的应用组态软件包，可以编制S7-300、400PLC程序，可以处理较为复杂的PID计算，还可以对程序进行在线监测，查询故障等。

五、     焚烧炉控制方案

1、 阴极净化焚烧炉简介：在阴极净化系统焚烧炉中，通过一定比例的重油和空气在焚烧炉中燃烧，焙烧烟气经过焚烧炉时，其中的可燃性物质（沥青和焦油及部分粉尘）被燃烧掉，出来的烟气再进入冷却塔中进入下一个装置。

l 焚烧系统主要由焚烧炉、油枪、重油管路和助燃风管路组成。

l 焚烧系统硬件：1个焚烧炉，3个油枪，2个助燃风机，3个助燃风调节阀，1个重油调节阀，3个雾化电磁阀，3个吹扫电磁阀。

l 监控变量：

模拟量：重油压力 重油流量 重油流量 助燃风流量 焚烧炉温度

数字量：风机、电磁阀、压力开关

l 系统主要参数：

重油压力：2.5~3Kg/m2

重油流量： 最大60m3/h

重油温度：大于80℃

助燃风流量：最大730m3/h

焚烧炉温度：800℃~900℃

2、 焚烧炉控制方案：

系统能够手动点火，自动点火，自动调节焚烧炉温度。通过调节重油流量和助燃风流量来调节焚烧炉的温度，保持800℃~900℃，在这里用PID控制。采用自学习功能控制焚烧炉燃烧，能自动调节焚烧炉的温度，根据预先置入的学习点，可使重油流量或助燃风流量逐渐向电近的学习点调节，最后形成最合适的配比方式。当升温时，先增加风量，再增加油量；降温时，先减少油量，再减少风量。这样能使燃烧效果达最最好。系统可根据焚烧温度来节重油流量和助燃风流量，并随着重油流量的减少和增加，系统自动的关闭和打开相应的油枪工作。动作及时可靠。系统自动报警，自动记录温度、压力等重要参数，并形成报表，系统运行可靠，人机界面友好，操作简单。

下面是控制流程图：