玻璃窯爐氨存儲及供應控制系統(tǒng)設計與研究

1、<p>　　分類號 密級 </p><p>　　UDC注1 </p><p>　　學 位 論 文</p><p>　　玻璃窯爐氨存儲及供應控制系統(tǒng)</p&

2、gt;<p><b>　　設計與研究</b></p><p><b>　?。}名和副題名）</b></p><p><b>　?。ㄗ髡咝彰?lt;/b></p><p>　　指導教師姓名 </

3、p><p>　　申請學位級別 碩士 專業(yè)名稱 控制理論與控制工程 </p><p>　　論文提交日期 2012.03 論文答辯日期 </p><p>　　學位授予單位和日期 </p><p>　　答辯委員會主席

4、 </p><p>　　評閱人 </p><p>　　2012 年 02月 26日</p><p>　　注1：注明《國際十進分類法UDC》的類號。 </p><p><b>　　聲 明</b></p><p>　　本學位論文是我在導師的指導

5、下取得的研究成果，盡我所知，在本學位論文中，除了加以標注和致謝的部分外，不包含其他人已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得任何教育機構的學位或學歷而使用過的材料。與我一同工作的同事對本學位論文做出的貢獻均已在論文中作了明確的說明。</p><p>　　研究生簽名： 年 月 日</p><p>　　學位論文使用授權聲明</p&g

6、t;<p>　　南京理工大學有權保存本學位論文的電子和紙質文檔，可以借閱或上網公布本學位論文的部分或全部內容，可以向有關部門或機構送交并授權其保存、借閱或上網公布本學位論文的部分或全部內容。對于保密論文，按保密的有關規(guī)定和程序處理。</p><p>　　研究生簽名： 年 月 日 </p><p><b>　　摘

7、 要</b></p><p>　　我國氮氧化物排放的日益增多，帶來了酸雨和人體傷害，更造成了巨大的經濟損失，因此國家在“十二五”期間明確提出了減排任務，將氮氧化物控制列為環(huán)境治理的重要課題。玻璃行業(yè)作為污染嚴重的行業(yè)之一，其氮氧化物控制技術的研究也勢在必行。選擇性催化還原法（SCR）是目前國際上應用最多的煙氣脫硝技術，其核心機理是利用氨氣作為還原劑，將氮氧化物還原成為氮氣。本課題以江蘇某玻璃廠玻璃

8、窯爐煙氣脫硝項目為背景，采用基于Profibus-DP現場總線的PLC控制系統(tǒng)來控制還原劑氨的安全存儲及穩(wěn)定供應。</p><p>　　本文首先通過對玻璃窯爐氨存儲及供應工藝的分析，給出氨存儲及供應控制系統(tǒng)的總體設計方案。然后針對系統(tǒng)對安全控制、液氨蒸發(fā)槽恒溫控制及氨氣緩沖罐恒壓控制的特殊要求，對控制策略進行了詳細設計，并通過仿真研究，驗證了系統(tǒng)的控制效果。之后從系統(tǒng)硬件選型、系統(tǒng)組態(tài)、電氣設計、控制軟件及監(jiān)控軟

9、件設計等方面，對整個系統(tǒng)的開發(fā)過程進行詳細敘述；最后介紹了系統(tǒng)調試并對相關工程問題進行討論，系統(tǒng)調試主要分為監(jiān)控系統(tǒng)與PLC聯合調試以及監(jiān)控系統(tǒng)、PLC與虛擬被控對象聯合調試兩部分；工程問題則主要討論了系統(tǒng)供電設計、系統(tǒng)遠程訪問方案以及被控對象仿真方法等方面。</p><p>　　經調試表明，該系統(tǒng)能保證液氨的安全存儲及氨氣的穩(wěn)定供應，能進行工藝參數的實時檢測與自動控制。該系統(tǒng)的設計遵循了安全系統(tǒng)設計原則，對煙氣

10、脫硝項目中的氨存儲及供應控制系統(tǒng)設計具有一定的指導作用。 </p><p>　　關鍵詞： SCR煙氣脫硝，氨存儲及供應，安全控制，解耦控制，單神經元PID，被控對象仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The increasing number of nitrogen oxide emissions h

11、as not only brought acid rain and human damage but also brought huge economic losses to our country. The "12th Five-Year Plan" clearly proposed emission reduction mandate, getting nitrogen oxides control to be

12、an important issue of environmental governance. As one of the polluting industries, the glass industry is in need of new technology to control nitrogen oxides. The selective catalytic reduction (SCR) is the most widely u

13、sed gas denitrifica</p><p>　　This paper firstly gives the system’s overall design through the description and analysis of the ammonia storage and supply process. Then we design the system’s control strategie

14、s according to the need of safty controlling, temperature controlling and pression controlling, simulation research proves that the control strategies can work well. After that the paper describes the whole control syste

15、m’s development process in detail, including the system’s hardware selection, configuration, electrica</p><p>　　Debugging result shows that the system can ensure a safe storage of liquefied ammonia and a ste

16、ady supply of ammonia, capable of process parameters on-line detection and automatic control. The system is designed strictly abide by the principle of safety systems design.，it has a guiding role in the storage and supp

17、ly of ammonia control system design in gas denitrification project.</p><p>　　Keywords: SCR gas denitrification, ammonia storage and supply, security control, decoupling control, single neuron PID, simulation

18、 of controlled object</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>

19、;　　1.1背景及意義1</p><p>　　1.2 技術現狀及發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.2.1 技術現狀2</p><p>　　1.2.2 技術發(fā)展趨勢3</p><p>　　1.3 作者完成的主要工作3</p><p>　　1.4 論文內容安排3</p><p>　　2

20、玻璃窯爐氨存儲及供應分析與描述5</p><p>　　2.1 玻璃窯爐氨存儲及供應分析5</p><p>　　2.1.1 玻璃窯爐氨存儲及供應系統(tǒng)概述5</p><p>　　2.1.2 主要設備及功能5</p><p>　　2.2 玻璃窯爐氨存儲及供應描述7</p><p>　　2.2.1 玻璃窯爐氨存儲及供

21、應P&ID圖7</p><p>　　2.2.2 玻璃窯爐氨存儲及供應工藝流程8</p><p>　　2.3本章小結13</p><p>　　3玻璃窯爐氨存儲及供應控制系統(tǒng)總體方案設計15</p><p>　　3.1 系統(tǒng)功能及技術指標要求15</p><p>　　3.1.1 系統(tǒng)功能要求15<

22、/p><p>　　3.1.2系統(tǒng)控制指標要求17</p><p>　　3.2 總體方案設計17</p><p>　　3.3 本章小結18</p><p>　　4系統(tǒng)控制策略設計與研究19</p><p>　　4.1安全聯鎖控制策略19</p><p>　　4.1.1 安全相關系統(tǒng)設計原則

23、19</p><p>　　4.1.2 事故識別與處理19</p><p>　　4.1.3 安全聯鎖控制策略設計20</p><p>　　4.2液氨蒸發(fā)槽溫度及氨氣緩沖罐壓力控制策略設計與研究26</p><p>　　4.2.1 系統(tǒng)模型26</p><p>　　4.2.2 控制策略設計與研究29</p&

24、gt;<p>　　4.2.3 基于解耦控制策略的控制器設計與研究33</p><p>　　4.3本章小結37</p><p>　　5系統(tǒng)硬件設計與研究39</p><p>　　5.1 系統(tǒng)硬件選型39</p><p>　　5.1.1 控制器及其分布式I/O選型39</p><p>　　5.1.2

25、 執(zhí)行器選型40</p><p>　　5.1.3 傳感器及變送器選型41</p><p>　　5.2 系統(tǒng)組態(tài)42</p><p>　　5.2.1 硬件組態(tài)42</p><p>　　5.2.2 網絡組態(tài)43</p><p>　　5.3硬件資源分配44</p><p>　　5.4系統(tǒng)電

26、氣部分設計47</p><p>　　5.4.1 系統(tǒng)控制柜面板設計47</p><p>　　5.4.2 主電路原理圖設計48</p><p>　　5.4.3 PLC輸入輸出原理圖設計51</p><p>　　5.5本章小結55</p><p>　　6系統(tǒng)軟件設計與研究57</p><p&

27、gt;　　6.1 系統(tǒng)控制軟件設計57</p><p>　　6.1.1 軟件資源分配57</p><p>　　6.1.2 控制軟件總體設計57</p><p>　　6.1.3 控制軟件設計與實現59</p><p>　　6.2系統(tǒng)監(jiān)控軟件設計75</p><p>　　6.2.1 監(jiān)控軟件總體結構設計76&l

28、t;/p><p>　　6.2.2 監(jiān)控界面設計77</p><p>　　6.3本章小結80</p><p>　　7系統(tǒng)調試及工程問題討論81</p><p>　　7.1 系統(tǒng)調試81</p><p>　　7.1.1 監(jiān)控系統(tǒng)與PLC聯合調試81</p><p>　　7.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)、P

29、LC及虛擬被控對象聯合調試83</p><p>　　7.2 工程問題討論與研究90</p><p>　　7.2.1 系統(tǒng)供電設計討論90</p><p>　　7.2.2 系統(tǒng)遠程訪問方案討論91</p><p>　　7.2.3 被控對象仿真方法探討91</p><p>　　7.3本章小結92</p&g

30、t;<p><b>　　8總結與展望93</b></p><p><b>　　8.1總結93</b></p><p><b>　　8.2展望94</b></p><p><b>　　致 謝95</b></p><p><b

31、>　　參考文獻97</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1背景及意義</b></p><p>　　本課題以江蘇某玻璃廠玻璃窯爐煙氣脫硝項目的設計開發(fā)為背景。</p><p>　　玻璃行業(yè)屬于國民經濟的基礎產業(yè)，同時也是造成環(huán)境污染的

32、行業(yè)之一。我國具有眾多的玻璃生產線，很多玻璃企業(yè)的玻璃窯爐煙氣未經脫硝處理就排放到了大氣中，加重了大氣的污染。由玻璃窯爐煙氣造成的大氣污染已逐漸引起國家的重視，對玻璃窯爐煙氣進行脫硝處理已是刻不容緩。玻璃窯爐最主要的燃燒原料是天然氣和重油，燃燒后產生的主要污染物為氮氧化物（NOX）、硫氧化物（SOX）和粉塵。目前國內玻璃窯爐煙氣粉塵和硫氧化物的排放控制技術已基本成熟，部分玻璃企業(yè)已安裝了脫硫除塵設備，然而排放量與硫氧化物相當的氮氧化物卻

33、未得到相同的控制力度。隨著環(huán)保要求的日益嚴格，煙氣脫硝技術越來越受到人們的重視。選擇性催化還原反應法SCR（Selective Catalytic Reduction）是目前脫硝效率最高、運行最穩(wěn)定的煙氣脫硝技術之一，其核心機理是以氨氣（NH3）為還原劑，在催化劑的作用下，有選擇性的把煙氣中的氮氧化物（NOX）還原為氮氣（N2），還原劑氨氣的制備有多種方法，其中通過液氨汽化制取氨氣的方法因具有投資少、運行費用低等優(yōu)點而得到廣泛應用。由于

34、SCR工藝的高選擇性和高效性，現已被廣泛的應用于火力發(fā)電廠、蒸汽燃</p><p>　　從總體上來看，SCR技術的煙氣脫硝系統(tǒng)可分為氨存儲及供應系統(tǒng)和SCR脫硝反應系統(tǒng)，其中，氨存儲及供應系統(tǒng)具有非常重要的作用，氨具有較大的毒害性，若有泄露，再遇上通風不良、防護措施不當等，則存在著人員中毒的危險，其濃度過高時可在短時間內致人窒息死亡，因此，液氨存儲及氨氣供應系統(tǒng)能否正常運行直接影響著整個煙氣脫硝項目的成功與否、掌

35、握著生產一線的安全命脈。</p><p>　　另外，作為重要的化工原料，氨的應用相當廣泛，它是制造硝酸、各類有機及無機化工產品、化學肥料的基本原料，但液氨是壓縮性液化有毒氣體，具有易燃、易爆、高壓等特性，因而其存儲方式較為特殊，必須防止其溫度過高并盡量配備水噴淋等相關防護設備[3]。因此，氨存儲及供應控制系統(tǒng)的設計具有十分重要的科學意義。</p><p>　　本課題就是在此背景下，結合電廠

36、煙氣脫硝控制系統(tǒng)的設計與實踐經驗，對玻璃窯爐氨存儲及供應控制系統(tǒng)進行詳細設計，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行。該氨存儲及供應控制系統(tǒng)應用廣泛，具有重要的科學意義和廣闊的應用前景。</p><p>　　1.2 技術現狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　1.2.1 技術現狀</p><p>　　1. 以氨為還原劑的煙氣脫硝技術現狀</p><p>　　氮

37、氧化物是大氣主要的污染物之一，它會導致光化學煙霧出現、大氣酸沉降、平流層臭氧損耗等，氮氧化物的排放引起了世界各地科研人員的高度關注，人們做了大量的研究工作，并研究出來許多的應用技術。在目前常用的脫除氮氧化物方法中，以氨為還原劑的選擇性催化還原法（SCR）因具有脫硝效率高、還原劑用量少的優(yōu)點而得到了最廣泛的應用[4]。</p><p>　　SCR脫硝技術是20世紀50年代由美國人最先提出，1972年在日本正式開始研

38、究和開發(fā)工作，1975年在日本的發(fā)電廠建立了第一個采用氨作為還原劑的SCR示范工程，其后SCR技術在日本、韓國以及臺灣都得到了廣泛應用，該項技術于1985年引入歐洲，并得到了廣泛發(fā)展。目前，SCR已成為世界上應用最多、最成熟且最有成效的一種煙氣脫硝技術。在歐洲、日本和美國，SCR煙氣脫硝技術現已被廣泛的應用于火力發(fā)電廠、蒸汽燃氣聯合發(fā)電廠、玻璃窯爐以及鋼鐵和水泥加工廠的煙氣處理系統(tǒng)中[5]。</p><p>　　

39、隨著我國NOX排放的日益增多，不僅帶來了酸雨和人體傷害，更造成了巨大的經濟損失，因此，近幾年我國積極開展煙氣脫硝項目，越來越多的發(fā)電廠、加工廠等陸續(xù)安裝了煙氣脫硝裝置以減少NOX氣體的排放。氨作為脫硝最主要的還原劑也得到廣泛的應用。然而由于我國脫硝工作起步較晚，相對缺乏SCR脫硝技術的運行控制經驗，所以在一定程度上還依賴于國際成熟的工藝和技術。另外，我國煙氣脫硝目前還主要應用于在電力行業(yè)，而在玻璃窯爐煙氣脫硝等方面的開發(fā)和應用才剛剛起步

40、[6]。</p><p>　　以氨為還原劑的SCR脫硝技術具有系統(tǒng)簡單、技術成熟、能耗與投資相對低等特點，目前在國內外得到了廣泛應用。我國已投入運行的煙氣脫硝機組絕大部分都采用氨作為脫硝還原劑，因此，其相應的氨存儲及供應控制系統(tǒng)設計也成為重點研究的方向。</p><p>　　2. 化工過程控制技術現狀</p><p>　　當代化學工業(yè)中對過程控制的要求越來越高，自動

41、化設備也越發(fā)先進與復雜，過程控制已成為自動化的一個重要的分支領域，隨著控制系統(tǒng)復雜程度的提高，可編程控制等先進技術得到了廣泛的應用。在化工過程控制領域，傳統(tǒng)的常規(guī)儀表、常規(guī)監(jiān)測及控制設備，很大程度上都由PLC和DCS所代替，尤其是在新擴建和改造項目中，幾乎所有的二次儀表都被PLC和DCS所取代。</p><p>　　PLC是一種含有微處理器的數字式電子設備，它提供豐富的編程語言和功能模塊，可實現順序邏輯控制、計數

42、、定時、各類算術運算以及過程控制等，PLC在各控制系統(tǒng)中因此獲得了廣泛應用，已成為化工過程控制領域中最主要的自動化控制裝置之一[7]。</p><p>　　1.2.2 技術發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著大氣污染的日益嚴重，國家對污染物排放的要求越來越嚴格，國內新建的燃煤電廠、火電廠等均需同步建設脫硝裝置，老廠區(qū)也需要進行脫硝改造。國家對氮氧化物控制的日益嚴格和玻璃行業(yè)新標準的頒布，勢必

43、對玻璃行業(yè)污染物治理提出新要求，玻璃行業(yè)的煙氣脫硝控制技術研究勢在必行。作為煙氣脫硝最主要的還原劑，氨的安全存儲及穩(wěn)定供應將會被人們愈加重視，氨存儲及供應系統(tǒng)的安全性與可靠性將會成為煙氣脫硝系統(tǒng)的重要組成部分[8]。 </p><p>　　對于化工過程控制系統(tǒng)的設計，若要進一步提高系統(tǒng)的自動化水平，必須廣泛的采用現場總線技術、PLC及在線監(jiān)控技術。工業(yè)控制計算機技術的應用、安全環(huán)保、高效節(jié)能必將成為玻璃窯爐氨存儲

44、及供應系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[9]，該控制系統(tǒng)的設計正是順應了氨存儲及供應系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。</p><p>　　1.3 作者完成的主要工作</p><p>　　作者在本項目的設計與研究中主要完成的工作如下：</p><p>　　1．被控對象的分析及總體方案的設計，主要包括對玻璃窯爐氨存儲及供應系統(tǒng)組成及工藝流程的分析和描述，以此為基礎，完成了控制系統(tǒng)的總體方案設計。<

45、/p><p>　　2．控制策略設計，按照工藝要求，設計安全聯鎖控制策略、搭建液氨蒸發(fā)槽溫度及氨氣緩沖罐壓力仿真模型，并對溫度、壓力的控制策略進行仿真與論證。</p><p>　　3．系統(tǒng)硬件設計，包括控制器、傳感器、執(zhí)行器等硬件的選型、系統(tǒng)硬件組態(tài)和網絡組態(tài)以及系統(tǒng)的電氣設計。</p><p>　　4．系統(tǒng)軟件設計，包括控制軟件和監(jiān)控軟件兩部分的設計，其中控制軟件的設計

46、又分為軟件總體設計、軟件資源分配及主控制程序和各子控制程序設計；監(jiān)控軟件設計包括監(jiān)控軟件總體結構設計、監(jiān)控界面設計等。</p><p>　　5．系統(tǒng)調試，主要介紹實驗室調試，包括監(jiān)控系統(tǒng)與PLC聯合調試以及監(jiān)控系統(tǒng)、PLC和虛擬仿真被控對象聯合調試兩部分，同時對控制系統(tǒng)設計時的相關工程問題進行了討論。</p><p>　　1.4 論文內容安排</p><p>　　第

47、1章首先討論本課題的背景及意義，其次闡述了以氨為還原劑的玻璃窯爐煙氣脫硝技術及化工過程控制技術的國內外現狀和發(fā)展趨勢，最后總結了作者完成的主要工作。</p><p>　　第2章對玻璃窯爐氨存儲及供應系統(tǒng)組成進行了詳細的分析，描述了氨存儲及供應的工藝流程。</p><p>　　第3章通過分析玻璃窯爐氨存儲及供應控制系統(tǒng)的功能要求和指標要求，設計了系統(tǒng)的總體控制方案。 </p>

48、<p>　　第4章對系統(tǒng)控制策略進行研究與論證，首先依據安全系統(tǒng)設計原則對系統(tǒng)安全聯鎖控制策略進行設計。其次建立了液氨蒸發(fā)槽溫度及氨氣緩沖罐壓力的仿真模型，在此基礎上對溫度及壓力的控制策略及控制算法進行設計與研究，最后對控制效果進行仿真驗證。 </p><p>　　第5章對系統(tǒng)硬件設計進行敘述，主要包括硬件選型、硬件組態(tài)和網絡組態(tài)、系統(tǒng)硬件資源分配以及系統(tǒng)電氣部分的設計。</p><

49、p>　　第6章詳細敘述了系統(tǒng)的控制軟件及監(jiān)控軟件設計過程。</p><p>　　第7章對系統(tǒng)調試進行詳細敘述并對相關工程問題進行討論。系統(tǒng)調試包括監(jiān)控系統(tǒng)與PLC聯合調試以及監(jiān)控系統(tǒng)、PLC和虛擬仿真被控對象聯合調試兩方面；而工程問題討論主要討論分析了系統(tǒng)的供電設計、系統(tǒng)遠程訪問方案以及被控對象仿真方法。</p><p>　　第8章對全文內容進行總結，對系統(tǒng)設計的不足以及可擴展部分進

50、行展望。</p><p>　　2玻璃窯爐氨存儲及供應分析與描述</p><p>　　2.1 玻璃窯爐氨存儲及供應分析</p><p>　　2.1.1 玻璃窯爐氨存儲及供應系統(tǒng)概述 </p><p>　　玻璃窯爐氨存儲及供應系統(tǒng)主要用于為玻璃窯爐的煙氣脫硝反應提供氨氣作為還原劑，主要的設備有液氨大儲罐、液氨中間罐、卸料壓縮機、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩

51、沖罐、氨氣稀釋槽、廢水池及水噴淋裝置等。由液氨槽車運來的液氨首先被放入液氨大儲罐中存儲，當中間罐液氨量不足時啟動卸料壓縮機，利用卸料壓縮機形成的壓差將液氨大儲罐中的液氨擠入到中間罐內。由中間罐輸出的液氨首先進入蒸發(fā)槽，在蒸發(fā)槽內汽化成為氨氣，再由管線進入氨氣緩沖罐，緩沖罐中存儲的氨氣可供脫硝反應區(qū)使用。設備檢修時或系統(tǒng)緊急情況下排放的氨氣則由管線進入氨氣稀釋槽底部，被稀釋槽內的水吸收后排入廢水池，廢水池中的水由廢水泵升壓后送至廢水處理廠

52、。氨存儲及供應系統(tǒng)工藝示意圖如圖2.1所示，該系統(tǒng)從功能上可劃分為液氨存儲區(qū)和氨氣制備區(qū)兩大部分，液氨存儲區(qū)主要負責液氨的安全卸料及安全存儲，它因此又可細分為卸氨區(qū)和儲罐區(qū)，其中卸氨區(qū)主要包括液氨卸料壓縮機及其相關閥門，負責在需要時將液氨大儲罐中的液氨壓入液氨中間罐；儲罐區(qū)則主要包括液氨大儲罐和中間罐，用來存儲液氨。氨氣制備區(qū)則主要負責將液氨蒸發(fā)成為氨氣并保證氨氣的穩(wěn)壓供應。</p><p>　　圖2.1氨存儲及

53、供應工藝示意圖</p><p>　　2.1.2 主要設備及功能</p><p><b>　　1. 液氨儲罐</b></p><p>　　系統(tǒng)共設置有兩個液氨儲罐，分別稱為液氨大儲罐和液氨中間罐，其中液氨大儲罐是最主要的儲存設備，正常情況下，它可提供10天以上的用量。液氨中間罐則作為過渡容器，用于為蒸發(fā)槽提供液氨，當中間罐液氨量不足時，才從大儲罐

54、中獲取液氨。液氨大儲罐及液氨中間罐上均安裝了液位、溫度及壓力的檢測和變送儀表，將檢測量實時送達PLC控制系統(tǒng)。儲罐的周圍安裝有水噴淋系統(tǒng)，當液氨大儲罐或中間罐的溫度值及壓力值過高時水噴淋系統(tǒng)啟動，對罐體進行降溫處理；在有微量氨氣泄露時也啟動水噴淋系統(tǒng)，吸收氨氣，控制氨氣污染。</p><p><b>　　2. 卸料壓縮機</b></p><p>　　卸料壓縮機首先抽取

55、液氨中間罐中的氨氣，經過壓縮后送入液氨大儲罐，從而將大儲罐內的液氨擠壓入中間罐內。</p><p><b>　　3. 液氨蒸發(fā)槽</b></p><p>　　采用水浴加熱式設計的液氨蒸發(fā)槽內有螺旋管，螺旋管將液氨和溫水隔離開來，液氨裝在螺旋管內，溫水在管外。蒸發(fā)槽與蒸汽管道連通，當蒸汽管道閥門打開時，蒸汽噴入蒸發(fā)槽的水中從而將水加熱，被加熱后的水再通過熱傳遞將管內液氨

56、汽化成為氨氣。蒸發(fā)槽水溫可通過控制進入蒸發(fā)槽的蒸汽流量來保證維持在45℃左右，蒸發(fā)槽水溫若超過70℃則必須切斷蒸汽來源，當蒸發(fā)槽水溫低于15℃時則切斷液氨進料。在氨氣的出口管線上有壓力檢測點，當蒸發(fā)槽氨氣出口壓力高于0.2 MPa時，就切斷液氨進料，使得蒸發(fā)槽出口氨氣維持一定的壓力。</p><p><b>　　4. 氨氣緩沖罐</b></p><p>　　液氨在蒸發(fā)

57、槽內蒸發(fā)為氨氣后進入氨氣緩沖罐，緩沖罐內的氨氣可供脫硝反應區(qū)使用。緩沖罐的作用是穩(wěn)定氨氣的供給壓力，避免其受脫硝反應區(qū)對氨氣需求量變化等因素的影響。緩沖罐的壓力需要通過控制進入蒸發(fā)槽的液氨流量來保證維持在0.15MPa，當緩沖罐壓力過高時則需切斷蒸發(fā)槽液氨進料。</p><p><b>　　5. 氨氣稀釋槽</b></p><p>　　氨氣稀釋槽為頂部淋水、側面進水設

58、計，其主要作用是吸收各設備通過安全閥排放出的氨氣。氨存儲及供應系統(tǒng)各設備排出的氨氣由管線匯集后進入稀釋槽底部，之后被稀釋槽中大量的水所吸收。</p><p><b>　　6. 氨泄露檢測儀</b></p><p>　　氨存儲及供應系統(tǒng)共設置了3個氨泄露檢測儀，用于檢測空氣中氨的濃度，防止氨泄漏事故的發(fā)生。當空氣中氨濃度過高時，氨泄漏檢測儀就發(fā)出報警信號，控制器在接收到

59、此信號時可發(fā)出聯鎖保護指令并進行聲光報警。</p><p>　　7. 廢水池及廢水泵</p><p>　　廢水池和廢水泵主要用于廢水的暫存及排放，氨氣稀釋槽吸收氨氣后形成的廢水直接排放到廢水池，廢水池設有廢水泵，廢水池液位高于設定值時，廢水泵自動啟動，將廢水送至廢水處理廠進行統(tǒng)一處理。</p><p><b>　　8. 水噴淋系統(tǒng)</b><

60、;/p><p>　　水噴淋系統(tǒng)可分為消防水噴淋系統(tǒng)和降溫水噴淋系統(tǒng)兩類，其中，消防水噴淋系統(tǒng)作為緊急情況發(fā)生時的保護設備，氨若與空氣混合，在一定比例下可發(fā)生爆炸，因此必須針對這種情況采取嚴密的措施，采用消防水噴淋系統(tǒng)以保證火災時盡量減少損失；而降溫水噴淋系統(tǒng)則用于防止事故的發(fā)生，當液氨儲罐溫度過高時，降溫水噴淋閥自動打開，將水噴淋到罐表面以進行降溫處理。</p><p><b>　　

61、9. 氮氣吹掃系統(tǒng)</b></p><p>　　氨存儲及供應系統(tǒng)的各個設備都設置了氮氣吹掃通道，在必要時可通過該通道對所有設備都進行氮氣吹掃，防止殘留的空氣與氨氣混合后發(fā)生爆炸。</p><p>　　2.2 玻璃窯爐氨存儲及供應描述</p><p>　　2.2.1 玻璃窯爐氨存儲及供應P&ID圖</p><p>　　根據上

62、文分析將氨存儲及供應系統(tǒng)總體上分為存儲區(qū)和制備區(qū)兩大部分，畫出系統(tǒng)的管道及儀表流程（P&ID）圖，如圖2.2和圖2.3 所示。</p><p>　　圖2.2 液氨存儲區(qū)P&ID圖</p><p>　　圖 2.3 氨氣制備區(qū)P&ID圖</p><p>　　P&ID圖中的主要閥門標號說明表見表2.1。</p><p&g

63、t;　　表2.1 P&ID圖中的閥門標號說明列表</p><p>　　2.2.2 玻璃窯爐氨存儲及供應工藝流程</p><p>　　氨存儲及供應系統(tǒng)工藝流程可描述為以下過程：</p><p>　　1. 啟動前系統(tǒng)工作狀態(tài)檢查，具體如下：</p><p>　　1）檢查液氨大儲罐、液氨中間罐、液氨蒸發(fā)槽及氨氣稀釋槽的液位、溫度等參數是否在

64、規(guī)定的范圍內，檢查是否有故障報警信號。</p><p>　　2）啟動前氨泄漏檢測，讀取各區(qū)的氨泄漏檢測儀數據，檢測是否有氨泄漏現象。</p><p>　　3）啟動前閥位檢查 ，檢查所有的閥門和電機是否都處于關閉狀態(tài)。 </p><p>　　2. 啟動后，進入液氨卸料流程，具體過程如下：</p><p>　　1）依次打開液氨中間罐氨氣出口閥、液

65、氨大儲罐氨氣入口閥和液氨大儲罐液氨出口閥；</p><p>　　2）啟動液氨卸料壓縮機，將液氨大儲罐中的液氨通過氣壓擠入到液氨中間罐，直到液氨中間罐液位達到設定值（2m）；</p><p>　　3）關閉液氨卸料壓縮機，延時約30s；</p><p>　　4）依次關閉液氨中間罐氨氣出口閥、液氨大儲罐氨氣入口閥和液氨大儲罐液氨出口閥。</p><p&

66、gt;　　3. 當液氨中間罐液位高于0.2m時，即可進入液氨蒸發(fā)流程，具體過程如下：</p><p>　　1）打開液氨蒸發(fā)槽蒸汽入口閥；</p><p>　　2）緩慢打開液氨蒸發(fā)槽蒸汽入口流量調節(jié)閥，液氨蒸發(fā)槽水溫度達到設定值（45℃）后，蒸汽流量調節(jié)閥投自動；</p><p>　　3）打開液氨蒸發(fā)槽液氨入口閥； </p><p>　　4）緩

67、慢打開液氨蒸發(fā)槽液氨入口流量調節(jié)閥，氨氣緩沖罐壓力達到設定值 （0.15 MPa）后，液氨流量調節(jié)閥投自動。</p><p>　　4. 此后氨存儲及供應系統(tǒng)進入正常運行工況，系統(tǒng)進入穩(wěn)定狀態(tài) </p><p>　　1）氨氣緩沖槽壓力維持在0.15MPa；</p><p>　　2）液氨蒸發(fā)槽水溫溫度保持在45℃左右；</p><p>　　3）液

68、氨均衡進入液氨蒸發(fā)槽；使液氨供給量和蒸發(fā)量達到平衡；</p><p>　　4）液氨中間罐液位低于0.5m時自動啟動卸料壓縮機補充液氨，液氨進液量保持均衡；</p><p>　　5）液氨蒸發(fā)槽加熱蒸汽管道壓力不低于0.5MPa、加熱蒸汽溫度不低于200℃，否則發(fā)出相應的報警信息； </p><p>　　6）液氨大儲罐內液氨不足時發(fā)出報警信息，嚴重不足時聯鎖停止卸料；&

69、lt;/p><p>　　7）發(fā)生液氨中間罐、液氨蒸發(fā)槽或液氨緩沖罐的溫度、壓力過高等緊急情況時發(fā)出報警信息，必要時開啟降溫噴淋閥，嚴重過高時開啟消防噴淋閥并啟動聯鎖保護措施。</p><p>　　5. 系統(tǒng)啟動后，排放系統(tǒng)即投入運行，具體過程如下：</p><p>　　1）氨氣稀釋槽工藝過程</p><p>　　開啟稀釋槽工藝水入口閥，稀釋槽采用

70、水滿自動溢出設計，考慮到節(jié)約用水，當稀釋槽液位高于液位上限時關閉稀釋槽工藝水入口閥，僅當水位低于液位下限時再次打開稀釋槽工藝水氣動閥。若遇到緊急情況（如中間罐壓力過高等），則稀釋槽工藝水入口閥保持開啟狀態(tài)。為防止稀釋槽溫度過低結冰，在液氨稀釋槽內水溫度低于4 ℃時，打開廠區(qū)蒸汽到稀釋槽氣動閥。</p><p><b>　　2）廢水池工藝過程</b></p><p>　

71、　系統(tǒng)啟動后，當廢水池液位達到上限值時，啟動廢水泵，當其低于下限值時，停止廢水泵。</p><p>　　根據以上氨存儲及供應系統(tǒng)的工藝描述，可得其對應的工藝流程圖。具體如下：</p><p>　　1. 氨存儲區(qū)工藝流程圖</p><p>　　氨存儲區(qū)工藝流程圖如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 液氨存儲區(qū)工藝流程圖</p&g

72、t;<p>　　2. 氨氣制備區(qū)工藝流程圖</p><p>　　氨氣制備區(qū)工藝流程圖如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 氨氣制備區(qū)工藝流程圖</p><p>　　3. 氨氣稀釋槽工藝流程圖</p><p>　　氨氣稀釋槽工藝流程圖如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6 氨氣稀釋槽工藝流

73、程圖</p><p>　　4. 廢水池工藝流程圖</p><p>　　廢水池工藝流程圖如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.7 廢水池工藝流程圖</p><p><b>　　2.3本章小結</b></p><p>　　本章分析了氨存儲及供應系統(tǒng)設備及功能，并在此基礎上描述了氨存儲及供應的工作

74、流程，得到其P&ID圖及工藝流程圖，從而明確了控制任務。</p><p>　　3玻璃窯爐氨存儲及供應控制系統(tǒng)總體方案設計</p><p>　　3.1 系統(tǒng)功能及技術指標要求</p><p>　　3.1.1 系統(tǒng)功能要求</p><p>　　氨存儲及供應系統(tǒng)整體上由氨存儲系統(tǒng)和氨制備系統(tǒng)兩部分組成，最重要的受控設備是液氨蒸發(fā)槽和氨氣緩沖

75、罐。控制系統(tǒng)所需要實現的功能主要有以下5部分：</p><p><b>　　1. 安全控制</b></p><p>　　由于氨具有易燃、易爆的特性，因此安全控制相關設計至關重要，氨存儲及供應系統(tǒng)的控制過程主要存在以下幾個方面的安全控制問題：</p><p>　　1）氨存儲及供應系統(tǒng)的開車過程和停車過程；</p><p>

76、　　2）正常運行中的安全控制；</p><p>　　3）異常狀態(tài)下緊急安全處理；</p><p>　　4）故障報警和記錄等。</p><p>　　為保證系統(tǒng)安全，需要在某些工藝參數高于上限或低于下限時發(fā)出報警信息并在必要時采取聯鎖保護動作，根據工藝要求，對某些檢測參數的報警上限和下限均設置兩個值：報警下限值分為報警下限1和報警下限2，且報警下限2表示比報警下限1更加

77、嚴重的報警信息，此時需要采取安全聯鎖保護動作。工程中將某參數低于報警下限1值時的情況稱為“低”，而將低于報警下限2值時的情況稱為“低低”。同樣的，報警上限值有報警上限1和報警上限2，報警上限2表示比報警上限1更加嚴重的報警信息。工程中將參數高于報警上限1時的情況稱為“高”，將高于報警上限2時的情況稱為“高高”。</p><p>　　氨存儲及供應系統(tǒng)中，需檢測并報警的參數見表3.1，其中“/”表示無。</p&

78、gt;<p>　　表3.1 需檢測并報警的參數表</p><p>　　表3.1需檢測并報警的參數表（續(xù)）</p><p>　　由于氨存儲及供應系統(tǒng)對安全控制具有特殊的需求，因此需對安全聯鎖控制進行詳細的設計，這樣才能實現對危險的快速反應，從而避免事故的發(fā)生。具體安全聯鎖控制策略將在本文第四章中敘述。</p><p><b>　　2. 恒溫控制

79、</b></p><p>　　液氨蒸發(fā)槽水溫需要保持在45℃左右，它可通過控制蒸發(fā)槽蒸汽入口流量調節(jié)閥的開度來實現。</p><p><b>　　3. 恒壓控制</b></p><p>　　由于氨存儲及供應系統(tǒng)主要用于為后續(xù)的脫硝反應區(qū)提供穩(wěn)定的氨氣作為還原劑，因此必須保證氨氣的穩(wěn)壓供應，即便脫硝反應區(qū)當前不在使用氨氣也需要保證緩沖

80、罐中氨氣具有穩(wěn)定的壓力。氨氣緩沖罐的壓力需要維持在0.15MPa，它可通過控制蒸發(fā)槽入口液氨流量調節(jié)閥的開度來實現。</p><p><b>　　4. 液位控制</b></p><p>　　氨存儲及供應系統(tǒng)中，需要進行液位控制的有液氨中間罐、氨氣稀釋槽及廢水池，其中，液氨中間罐液位需維持在0.2m-2.2m之間，液氨量不足時啟動卸料壓縮機從大儲罐中輸送液氨至中間罐；氨

81、氣稀釋槽采用水滿自動溢出設計，但考慮到節(jié)約用水及防止緊急情況發(fā)生，仍需對其液位進行控制，保證其液位正常情況下維持在1.2m-2m之間，事故狀態(tài)下則持續(xù)為其供水以保證泄漏氨氣被水充分吸收；廢水池液位需要保證不高于2.75m。其它設備如液氨大儲罐、液氨蒸發(fā)槽對液位控制要求不高，只需實時檢測其液位值并在必要時（如液位過低時）報警即可。</p><p><b>　　5. 通信功能</b></p

82、><p>　　系統(tǒng)需要具備遠程通信功能，能夠實現與脫硝反應區(qū)控制系統(tǒng)的實時通信、能夠與控制室內的監(jiān)控計算機實時通信。</p><p><b>　　6. 監(jiān)控功能</b></p><p>　　系統(tǒng)需要具備人機互交功能，能夠實現在控制室內的計算機上對現場進行在線監(jiān)控，可實時的讀取氨存儲及供應系統(tǒng)中各檢測點的溫度、壓力、液位等參數，并可實現對現場設備的遠

83、程操作。</p><p>　　3.1.2系統(tǒng)控制指標要求</p><p>　　系統(tǒng)控制指標見表3.2。</p><p>　　表3.2 系統(tǒng)控制指標</p><p>　　3.2 總體方案設計</p><p>　　系統(tǒng)總體方案設計如圖3.1所示。其中，虛線右邊的脫硝反應控制系統(tǒng)不屬于本文的研究范圍,這里不作敘述。</

84、p><p>　　由圖3.1可見，氨存儲及供應控制系統(tǒng)主要由西門子S7-300 PLC、分布式I/O站ET200M、監(jiān)控和調試計算機以及DP現場總線構成。該系統(tǒng)以S7-300 PLC為控制中心，部署于控制室的總控制柜內，其分布式I/O站ET200M1和ET200M2分別部署于氨存儲區(qū)和氨制備區(qū)的現場分控制柜內，用于接收或發(fā)送現場數字量和模擬量信號。PLC通過Profibus DP現場總線與上位機進行通信，實現OS操作員

85、站對現場被控對象的實時監(jiān)控，以及實現ES工程師站對PLC控制程序的編輯或調試。PLC通過Profibus DP方式與分布式IO站進行通信，實現對現場I/O量的實時讀寫。由于系統(tǒng)需要實現與脫硝反應控制系統(tǒng)的數據通信，且考慮到系統(tǒng)將來的升級，因此通過以太網對系統(tǒng)進行擴展，在實現與脫硝反應控制系統(tǒng)通信的同時也實現了系統(tǒng)的遠程數據管理，使得系統(tǒng)維護、升級更加方便且具有了高度的開放性。</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)總

86、體方案圖</p><p><b>　　3.3 本章小結</b></p><p>　　本章首先對氨存儲及供應控制系統(tǒng)的功能要求及技術指標要求進行分析，在此基礎上，對系統(tǒng)總體控制方案進行設計。</p><p>　　4系統(tǒng)控制策略設計與研究</p><p>　　4.1安全聯鎖控制策略</p><p>　

87、　4.1.1 安全相關系統(tǒng)設計原則</p><p>　　安全相關系統(tǒng)主要包括信號報警及安全儀表系統(tǒng)，它們是保證系統(tǒng)安全運行的重要措施。大多數化工過程都要求信號報警、安全儀表系統(tǒng)采用失效安全的原則，使得設備在特定的故障發(fā)生時轉入預定義的安全狀態(tài)。另外，工業(yè)生產裝置中的儀表與設備經常會有防塵、防腐、防震、防干擾、防爆等要求。安全相關系統(tǒng)的主要設計原則如下[10]：</p><p>　　1）對于

88、信號報警、聯鎖保護的設置，動作設定值以及調整范圍必須符合生產工藝的要求；</p><p>　　2）在滿足安全運行的前提下，應當盡量選擇線路簡單、元器件數量少的方案；</p><p>　　3）安全相關系統(tǒng)應當安裝在灰塵少、無腐蝕氣體、振動小、干擾小的場所；</p><p>　　4）應用DCS和PLC時，應采用經權威機構認證的DCS/PLC來構造安全相關系統(tǒng)；</

89、p><p>　　5）安全相關系統(tǒng)中，安裝在危險場所的信號燈、按鈕、檢測裝置、執(zhí)行器等應當符合所在場所的防爆、防火要求；</p><p>　　6）安全相關系統(tǒng)的供電要求與一般儀表供電等級相同，為保證重要的安全儀表能夠穩(wěn)定、可靠的工作，應當為其配備不間斷電源。</p><p>　　4.1.2 事故識別與處理</p><p>　　氨存儲及供應系統(tǒng)既承受

90、高溫高壓，又受液氨的侵蝕和蒸汽、水的沖刷磨損。如果使用不當或對于潛在風險不處理，輕則停機影響生產，重則發(fā)生氨泄漏或爆炸，后果十分嚴重。但是，只要認識和掌握氨的主要特性、了解氨存儲及供應系統(tǒng)存在的主要危險并有針對性的展開防治措施，事故發(fā)生的概率是可以大大降低的。</p><p>　　1. 氨的理化性質 [11]</p><p>　　氨氣是無色氣體，具有強烈的刺鼻氣味，易于液化且易溶于水。氨氣

91、經壓縮后可得液氨，液氨為無色液體，沸點為-33.35℃。相對密度為0.771。氨具有易燃的特性，若有其他可燃物存在，會增強燃燒危險。氨氣是一種腐蝕性氣體，會侵襲粘膜、皮膚和眼睛。當人體吸入量超過1700 ppm時，會引起嚴重的咳嗽、窒息、劇烈的肺水腫和支氣管痙攣，接觸液氨會引起嚴重的灼傷。氨的爆炸極限為16%～25%。 </p><p>　　2. 氨存儲及供應系統(tǒng)存在的危險因素分析[12]</p>

92、<p>　　1）化學爆炸、火災的危險性分析</p><p>　　液氨危險性為“乙類”。氨存儲系統(tǒng)若發(fā)生泄露，遇到明火會有發(fā)生火災、爆炸事故的危險。因此氨存儲及供應系統(tǒng)運行期間要實時監(jiān)控氨氣溫度、氨氣壓力、氨存儲罐溫度等參數，若發(fā)現異常需立即查找原因并及時處理。</p><p><b>　　2）電氣危險性分析</b></p><p>　

93、　氨存儲及供應系統(tǒng)配套的各類配電柜、電纜橋架、電氣設備、電氣開關可能因接地及屏護措施不完善、耐腐蝕性差、耐壓強度低等原因造成短路、漏電而導致電氣事故。由于系統(tǒng)中的氨有易燃易爆的特性，電氣分布在系統(tǒng)中的每個部分，因此任何電氣方面的事故經常會引起發(fā)生火災爆炸事故，且事故影響面廣，損失慘重。</p><p>　　3）觸電傷害危險性分析</p><p>　　氨存儲及供應系統(tǒng)使用的電氣設施、機械設備

94、多，且分布較廣，一旦出現設備異?；蛘呷藛T操作失誤情況，很可能會發(fā)生人身電擊事故。</p><p>　　4）中毒窒息危險性分析</p><p>　　液氨有較大的毒害性，如果發(fā)生氨泄露，遇到作業(yè)場所防護措施不當、通風不良，就存在中毒的危險，當濃度過高時能在短時間內致人死亡。氨存儲區(qū)需有專人就地檢查，一旦發(fā)現有泄漏情況需立即處理。嚴禁在附近地區(qū)發(fā)生火災時和雷雨天進行卸氨工作。</p>

95、<p>　　4.1.3 安全聯鎖控制策略設計</p><p>　　針對上述對氨存儲及供應系統(tǒng)可能發(fā)生的事故分析，對系統(tǒng)安全聯鎖控制策略進行了詳細設計，下文將使用西門子的FBD(Function Block Diagram)語言來描述系統(tǒng)安全聯鎖控制邏輯。需要說明的是，邏輯圖中的液位過高、壓力過大等信號是由液位開關、壓力開關檢測得到，而大儲罐液位值等具體模擬量值則是由變送器轉換而來，之所以區(qū)分檢測元件

96、，是結合工藝要求及成本考慮，具體傳感器的選型說明參見本文第5章的5.1.3節(jié)。</p><p>　　1. 卸料壓縮機聯鎖控制</p><p>　　卸料壓縮機的聯鎖控制邏輯圖如圖4.1所示，其聯鎖停止條件包括以下7項：1）就地停止卸氨站信號有效</p><p>　　2）卸料區(qū)消防噴淋閥已開</p><p>　　3）儲罐區(qū)消防噴淋閥已開<

97、/p><p>　　4）制備區(qū)消防噴淋閥已開</p><p>　　5）卸料壓縮機出口管線壓力高</p><p>　　6）液氨中間罐液位高高（由液位開關檢測）</p><p>　　7）液氨大儲罐液位低低（由液位傳感器檢測再經變送器轉換而來）</p><p>　　以上條件中有任意一項滿足則卸料壓縮機聯鎖停止。僅當所有條件均不滿足

98、時才允許卸料壓縮機啟動。</p><p>　　圖4.1 卸料壓縮機的聯鎖控制邏輯圖</p><p>　　2. 液氨大儲罐液氨出口閥聯鎖控制</p><p>　　液氨大儲罐液氨出口閥聯鎖控制邏輯圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 大儲罐液氨出口閥聯鎖控制邏輯圖</p><p>　　3. 液氨中間罐氨氣出口閥

99、聯鎖控制</p><p>　　液氨中間罐氨氣出口閥聯鎖控制邏輯圖如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 中間罐氨氣出口閥聯鎖控制邏輯圖</p><p>　　4. 液氨大儲罐氨氣入口閥聯鎖控制</p><p>　　液氨大儲罐氨氣入口閥聯鎖控制邏輯圖如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 大儲罐氨氣入口閥聯

100、鎖控制邏輯圖</p><p>　　5. 液氨卸料區(qū)消防噴淋閥控聯鎖制</p><p>　　液氨卸料區(qū)消防噴淋閥聯鎖控制邏輯圖如圖4.5所示。</p><p>　　圖4.5 卸料區(qū)消防噴淋閥聯鎖控制邏輯圖</p><p>　　6. 液氨儲罐區(qū)消防噴淋閥聯鎖控制</p><p>　　液氨儲罐區(qū)消防噴淋閥聯鎖控制邏輯圖如圖4

101、.6所示。</p><p>　　圖4.6 儲罐區(qū)消防噴淋閥聯鎖控制邏輯圖</p><p>　　7. 液氨儲罐區(qū)降溫噴淋閥聯鎖控制</p><p>　　液氨儲罐區(qū)降溫噴淋閥聯鎖控制邏輯圖如圖4.7所示。</p><p>　　圖4.7 儲罐區(qū)降溫噴淋閥聯鎖控制邏輯圖</p><p>　　8. 液氨中間罐緊急氨氣出口閥聯鎖控

102、制</p><p>　　液氨中間罐緊急氨氣出口閥聯鎖控制邏輯圖如圖4.8所示。</p><p>　　圖4.8 中間罐緊急氨氣出口閥聯鎖控制邏輯圖</p><p>　　9. 液氨蒸發(fā)槽液氨入口閥聯鎖控制</p><p>　　液氨蒸發(fā)槽液氨入口閥聯鎖控制邏輯圖如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.9 蒸發(fā)槽液氨入口閥

103、聯鎖控制邏輯圖</p><p>　　10. 液氨蒸發(fā)槽蒸汽入口閥聯鎖控制</p><p>　　液氨蒸發(fā)槽蒸汽入口閥聯鎖控制邏輯圖如圖4.10所示。</p><p>　　圖4.10 蒸發(fā)槽蒸汽入口閥聯鎖控制邏輯圖</p><p>　　11. 氨氣制備區(qū)消防噴淋閥聯鎖控制</p><p>　　氨氣制備區(qū)消防噴淋閥聯鎖控制邏

104、輯圖如圖4.11所示。</p><p>　　圖4.11 制備區(qū)消防噴淋閥聯鎖控制邏輯圖</p><p>　　12. 氨氣稀釋槽工藝水入口閥聯鎖控制</p><p>　　氨氣稀釋槽工藝水入口閥聯鎖控制邏輯圖如圖4.12所示。</p><p>　　圖4.12 稀釋槽工藝水入口閥聯鎖控制邏輯圖</p><p>　　13. 氨

105、氣稀釋槽蒸汽入口閥聯鎖控制</p><p>　　氨氣稀釋槽蒸汽入口閥聯鎖控制邏輯圖如圖4.13所示。</p><p>　　圖4.13 稀釋槽蒸汽入口閥聯鎖控制邏輯圖</p><p>　　14. 廢水泵聯鎖控制</p><p>　　廢水泵聯鎖控制邏輯圖如圖4.14所示。</p><p>　　圖4.14 廢水泵聯鎖控制邏輯

106、圖</p><p>　　4.2液氨蒸發(fā)槽溫度及氨氣緩沖罐壓力控制策略設計與研究</p><p>　　4.2.1 系統(tǒng)模型</p><p>　　液氨蒸發(fā)槽和氨氣緩沖罐是氨存儲及供應系統(tǒng)中非常重要的兩個受控設備，液氨蒸發(fā)槽溫度及氨氣緩沖罐壓力控制邏輯圖如圖4.15所示。</p><p>　　圖4.15液氨蒸發(fā)槽溫度及氨氣緩沖罐壓力控制邏輯圖 &

107、lt;/p><p>　　1. 液氨蒸發(fā)槽溫度模型[13]</p><p>　　液氨蒸發(fā)槽為螺旋管式設計。管內是液氨，管外是溫水。以飽和蒸汽為熱源，將蒸汽噴入液氨蒸發(fā)槽螺旋管外的水中，從而將液氨蒸發(fā)為氨氣。氨蒸發(fā)槽水溫通過控制蒸汽流量調節(jié)閥的開度使其保持在45℃。</p><p>　　將液氨蒸發(fā)槽的水溫作為被控變量，蒸發(fā)槽入口蒸汽流量作為控制變量。一般流量對出口溫度的傳遞

108、函數用以下二階純滯后的環(huán)節(jié)來近似：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　靜態(tài)增益可以用以下公式求?。?lt;/p><p><b>　　（4.2）</b></p><p>　　取蒸汽流量=152kg/h，=320℃，=45℃，=520W/(℃)，=12.63，=0.7253

109、g/ml，=3.7338kg/。根據以上公式和數據，可計算出3。</p><p>　　因此液氨蒸發(fā)槽水溫傳遞函數可表示為：</p><p><b>　　（4.3）</b></p><p>　　2. 氨氣緩沖罐壓力模型[13]</p><p>　　對于氨氣緩沖罐，被控變量為緩沖罐壓力，通過控制進入液氨蒸發(fā)槽的液氨流量來控制

110、緩沖罐的壓力。氨氣緩沖罐的作用非常重要，因為氨存儲及供應系統(tǒng)與SCR脫硝反應系統(tǒng)相互連通，液氨蒸發(fā)槽蒸發(fā)出的氨氣是脫硝反應系統(tǒng)的一個輸入量，它可以保持氨氣進入脫硝反應系統(tǒng)時具有穩(wěn)定的壓力。</p><p>　　氨氣緩沖罐的壓力P和液氨蒸發(fā)槽的液氨進料量d之間的傳遞函數，可采用參考文獻[13]中的方法進行推導：</p><p><b>　　質量平衡方程：</b><

111、/p><p><b>　?。?.4）</b></p><p><b>　　能量平衡方程：</b></p><p><b>　　（4.5）</b></p><p>　　式中：、和分別代表氨氣的質量變化、液氨的質量變化和蒸發(fā)吸熱量，和分別代表蒸發(fā)區(qū)內液氨和氨氣的體積，和分別代表蒸發(fā)區(qū)內

112、液氨和氨氣的焓，為來自液氨卸料壓縮機的液氨的焓，和分別代表蒸發(fā)區(qū)內液氨和氨氣的密度。</p><p>　　由式（4.4）和式（4.5）可整理出壓力變動速度的表達式：</p><p><b>　　（4.6）</b></p><p><b>　　進一步可求得：</b></p><p><b>

113、　?。?.7）</b></p><p>　　對式（4.7）進行拉普拉斯變換，可得到氨氣緩沖罐壓力P與進入液氨蒸發(fā)槽的液氨流量d之間的傳遞函數：</p><p><b>　　（4.8）</b></p><p><b>　　式（4.8）中：</b></p><p><b>　?。?

114、.9）</b></p><p><b>　?。?.10）</b></p><p>　　由氨的物性參數可確定：</p><p>　　=0.7253g/ml，=0.771g/L， =1.374MJ/kg，=380 kJ/kg，</p><p>　　=1650kJ/kg，=330 kJ/kg， 1100kJ/(kg

115、MPa)</p><p>　　因此，=0.0015MJ/kg，=1.375MJ/kg，=6，=3.2</p><p>　　結合工藝，取蒸發(fā)槽的換熱系數K=520W/(℃)，傳熱端差平均值=30℃，換熱面積A=12.63，可求得：</p><p><b>　　（4.11）</b></p><p>　　因液氨的進料量和氨氣緩