脱硝加工电控柜的控制系统及方法与流程

1.本发明涉及烟气加工技术领域，具体涉及脱硝加工电控柜的控制系统及方法。


背景技术：

2.脱硝设备主要是脱去烟气中的nox(氮氧化物)，nox(氮氧化物)进入大气会形成酸雨，酸雨对人类的危害非常大，所以国家一直在提倡环保，以煤炭为燃料的烟气都含有这些物质。目前锅炉的除尘脱硝系统精度低、分辨率低、响应迟钝、稳定性差和重复性差；且传统的脱硝只能手动控制，需要运行人员24小时监视排口nox(氮氧化物)浓度，且常常无法及时根据工作状态的变化及时调整工作系统内的各项所需控制量(如：烟气流量、烟气温度、氨气通量)来保证脱硝加工的合理进行，从而造成脱硝加工效果变差。因此，有必要提出一种脱硝加工电控柜的控制系统及方法来解决上述问题。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术存在的不足，提供了脱硝加工电控柜的控制系统，具体技术方案如下：
4.脱硝加工电控柜的控制系统，所述控制系统包括信息交换模块、运算控制模块、输出模块；
5.所述信息交换模块，用于接收上位机信号，用于获取系统内传感器监测数据并将传感器监测数据发送给运算控制模块；
6.所述运算控制模块，用于将获取的传感器信息与预存阈值信息进行比对分析，判定是否对各控制阀门进行开度调节；
7.所述输出模块，用于根据判定结果通过i/o接口电路输出开关量及标准模拟量信号。
8.作为上述技术方案的改进，所述传感器包括：烟气流量传感器、氨浓度传感器、nox浓度传感器、灰尘吹落量传感器；
9.所述烟气流量传感器，用于监测待脱硝烟气通入流量大小；
10.所述氨浓度传感器，用于监测流出系统外的氨气浓度；
11.所述nox浓度传感器，用于监测脱硝后烟气中nox浓度大小；
12.所述灰尘吹落量传感器，用于监测一定时间内吹灰机吹落挡灰板的灰尘量。
13.作为上述技术方案的改进，所述运算控制模块包括：接收单元、存储单元、判定单元、运算单元；
14.所述接收单元，用于接收系统内传感器所监测的数据信息；
15.所述存储单元，用于预先存储需调节开度的阀门信息以及阀门开度调节所要求的传感器阈值信息；
16.所述判定单元，用于比对接收单元所接收的传感器监测数据与存储单元预先存储的阈值，当获取的传感器监测数据处于预存阈值范围内时，系统内阀门开度保持不变，当获
取的传感器监测数据处于预存阈值范围外时，运算单元根据数据差异比对运算调节阀门开度；
17.所述运算单元，用于根据比对数据计算阀门所需的开度大小。
18.作为上述技术方案的改进，所述运算单元，还用于根据单位时间内灰尘掉落量，烟气通入量、氨气浓度以及nox浓度对所脱硝烟气进行其烟气本身nox浓度计算与灰尘携带含量计算；
19.所述存储单元，还用于对每次运算单元所计算的开度以及烟气原本成分进行对应记录。
20.作为上述技术方案的改进，所述信息交换模块为西门子plc300输入端，所述输出模块为西门子plc300输出端，所述plc具有自检模块；所述信息交换模块与上位监控机通讯连接。
21.作为上述技术方案的改进，所述阀门包括：烟气阀门、喷氨阀门、加热炉气阀门；
22.所述烟气阀门，用于控制通入带脱硝烟气的流量大小；
23.所述喷氨阀门，用于控制喷入氨气的流量大小；
24.所述加热炉气阀门，用于控制通入高温炉气流量大小。
25.本发明还提供了一种脱硝加工电控柜的控制方法，包括如下步骤：
26.s1、所述信息交换模块，用于接收上位机信号，用于获取系统内传感器监测数据并将传感器监测数据发送给运算控制模块；
27.s2、所述运算控制模块，用于将获取的传感器信息与预存阈值信息进行比对分析，判定是否对各控制阀门进行开度调节；
28.s3、所述输出模块，用于根据判定结果通过i/o接口电路输出开关量及标准模拟量信号。
29.作为上述技术方案的改进，比对所接收的传感器监测数据与预先存储的阈值，当获取的传感器监测数据处于预存阈值范围内时，系统内阀门开度保持不变；当获取的传感器监测数据处于预存阈值范围外时，根据数据差异比对运算出阀门所要调节的开度。
30.作为上述技术方案的改进，所述传感器监测数据为待脱硝烟气通入流量大小、流出系统外的氨气浓度、脱硝后烟气中nox浓度大小与一定时间内吹灰机吹落挡灰板的灰尘量；所述阀门为烟气阀门、喷氨阀门与加热炉气阀门。
31.作为上述技术方案的改进，在实现根据数据差异比对运算出阀门所要调节的开度功能之后，根据灰尘掉落率，烟气通入量、氨气浓度以及nox浓度对所脱硝烟气进行其烟气本身nox浓度计算与灰尘携带含量计算；在系统稳定运行之后，对所计算的阀门开度以及烟气原本成分进行对应记录。
32.本发明所述脱硝加工电控柜的控制系统及方法与现有技术相比较，其技术效果如下：
33.1、通过信息交换模块收集各类传感器的监测数据，并将其发送给运算控制模块，通过运算控制模块将现有的监测数据与设定监测阈值进行比对运算进而来调节系统内各控制阀门的开度，从而来对保证整个系统的平稳高效运行；
34.2、通过设置灰尘吹落量传感器，从而能够检测系统内除尘装置的运行状态，且根据除尘装置运行的情况，通过调节阀门来控制通入系统内的烟气量，从而起到增加脱硝加
工的效率且使系统运行更加稳定的效果；
35.3、通过氨浓度传感器与nox浓度传感器，进而把控整个系统的排出气体含量是否满足要求，其二者相互影响，通过运算控制模块进行比对运算能够很好地把握整体系统的排放达标程度，避免长期氨逃逸与氮化物处理不彻底；
36.4、通过运算控制模块中的运算单元计算各传感器监测数据与设定阈值的比对，一方面能够使系统整体运行平稳高效，另一方面能够根据计算的原本成分数据对生产工序工艺进行一定的改良；通过存储单元将数据记录，一方面增加比对样本方便之后脱硝加工中比对的速度与调节阀门的效率，另一方面还能发回上位监控机进行生产数据保存。
附图说明
37.图1为本发明所述脱硝加工电控柜的控制系统系统框架图；
38.图2为本发明所述运算控制模块结构示意图；
39.图3为本发明所述传感器模块结构示意图；
40.图4为本发明所述脱硝加工电控柜的控制方法第一种情况下的控制流程图；
41.图5为本发明所述脱硝加工电控柜的控制方法第二种情况下的控制流程图；
42.图6为本发明所述脱硝加工电控柜的控制方法第三种情况下的控制流程图。
具体实施方式
43.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
44.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
45.实施例
46.如图1所示，本发明所述脱硝加工电控柜的控制系统，所述控制系统包括信息交换模块、运算控制模块、输出模块；所述信息交换模块一方面用于接收上位机信号，另一方面用于获取系统内传感器监测数据并将其发送给运算控制模块；所述运算控制模块用于将获取的传感器信息与预存阈值信息进行比对分析，判定是否对各控制阀门进行开度调节；所述输出模块用于根据判定结果通过i/o接口电路输出开关量及标准模拟量信号。
47.本发明所述脱硝加工电控柜的控制系统，通过信息交换模块收集各类传感器的监测数据，并将其发送给运算控制模块，通过运算控制模块将现有的监测数据与设定监测阈值进行比对运算进而来调节系统内各控制阀门的开度，从而来对保证整个系统的平稳高效运行。
48.如图3所示，所述传感器包括：烟气流量传感器、氨浓度传感器、nox浓度传感器、灰尘吹落量传感器；所述烟气流量传感器用于监测带脱硝烟气通入流量大小；所述氨浓度传感器用于监测流出系统外的氨气浓度；所述nox浓度传感器用于监测脱硝后烟气中nox浓度大小；所述灰尘吹落量传感器用于监测一定时间内吹灰机吹落挡灰板的灰尘量。
49.本发明所述脱硝加工电控柜的控制系统，烟气流量传感器可以监控系统内所通入
的带脱硝烟气流量大小，从而确保整个系统运行效率不会因为通入烟气过少而降低，同时能够通过其他传感器数据对烟气阀门进行调节，在通入烟气整体洁净度相对较好的情况下，能够通入超出标准通气量的烟气使系统的整体运行效率更加迅速；氨浓度传感器与nox浓度传感器用于把控整个系统的排出气体含量是否满足要求，其二者相互影响，通过运算控制模块进行比对运算能够很好地把握整体系统的排放达标程度，避免长期氨逃逸与氮化物处理不彻底；灰尘吹落量传感器用于检测系统内除尘装置的运行状态，当一定时间内吹尘量低于标准设定阈值，说明系统内可能由于带脱硝烟气清洁度不同，烟气处理能力仍未达到上限，此时能够调节烟气阀门使通入的烟气量加大，从而达到系统处理能力的上限，增加脱硝加工的效率，当一定时间内吹尘量高于标准设定阈值，说明系统内可能由于带脱硝烟气清洁度问题，已在饱和极限运行，此时需调节烟气阀门使通入烟气量降低，从而使系统更加稳定。
50.如图2所示，所述运算控制模块包括：接收单元、存储单元、判定单元、运算单元；所述接收单元用于接收系统内传感器所监测的数据信息；所述存储单元用于预先存储需调节开度的阀门信息以及阀门开度调节所要求的传感器阈值信息；所述判定单元用于比对接收单元所接收的传感器监测数据与存储单元预先存储的阈值，当获取的传感器监测数据处于预存阈值范围内时，系统内阀门开度保持不变，当获取的传感器监测数据处于预存阈值范围外时，运算单元根据数据差异比对运算调节阀门开度；所述运算单元用于根据比对数据计算阀门所需的开度大小。
51.所述运算单元还用于根据灰尘掉落率，烟气通入量、氨气浓度以及nox浓度对所脱硝烟气进行其烟气本身nox浓度计算与灰尘携带含量计算；所述存储单元还用于对每次运算单元所计算的开度以及烟气原本成分进行记录。
52.本发明所述脱硝加工电控柜的控制系统，运算单元用于计算阀门开度，与反推带脱硝烟气原本成分数据，进而一方面能够使系统整体运行平稳高效，另一方面能够根据计算的原本成分数据对生产工序工艺进行一定的改良；通过存储单元将数据记录，一方面增加比对样本方便之后脱硝加工中比对的速度与调节阀门的效率，另一方面还能发回上位监控机进行生产数据保存。
53.所述信息交换模块为西门子plc300输入端，所述输出模块为西门子plc300输出端，所述plc还包括自检模块，所述信息交换模块与上位监控机通讯连接。本系统采用plc控制，plc300各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与s7
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200plc比较，s7
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300plc采用模块化结构，具备高速(0.6～0.1μs)的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在s7
‑
300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。simatic人机界面(hmi)从s7
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300中取得数据，s7
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300按用户指定的刷新速度传送这些数据。并且具备强大的通信功能，s7
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300plc可通过编程软件step7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。
54.所述阀门包括：烟气阀门、喷氨阀门、加热炉气阀门；所述烟气阀门用于控制通入带脱硝烟气的流量大小；所述喷氨阀门用于控制喷入氨气的流量大小；所述加热炉气阀门用于控制通入高温炉气流量大小。
55.本发明所述脱硝加工电控柜的控制系统，采用了采用了加热焦炉烟气加高温催化
还原脱硝工艺，此工艺的最佳反应温度为350℃，为此需设计换热器来对通入的烟气进行加热，所述加热炉气阀门便为加热烟气的气体，从反应炉出来后的烟气与原焦炉烟气进行混合加热将带脱硝烟气加热至350℃。因此加热炉气阀门开度跟随烟气阀门开度变化，当烟气阀门开度增加时，通入系统内的烟气变多，此时加热炉气阀门开度也将跟其增加以满足加热烟气的需要，当烟气阀门开度减小时，通入系统内的烟气变少，此时加热炉气阀门开度也将跟其减小已达到节能的效果。
56.本发明所述的脱硝加工电控柜的控制方法，包括如下步骤：
57.s1、一方面用于接收上位机信号，另一方面用于获取系统内传感器监测数据并将其发送给运算控制模块；
58.具体的，利用信息交换模块接收传感器监测数据，此数据为全部传感器监测数据，传感器的打开关闭可由上位监控机控制，信息交换模块可将数据发回给上位监控机与运算控制模块；
59.s2、用于将获取的传感器信息与预存阈值信息进行比对分析，判定是否对各控制阀门进行开度调节；
60.具体的，如图4所示，图4为本发明烟气传感器监测烟气通入量不达标时系统内部流程的一种情况，此时先使烟气通入量达到标准阈值，再根据灰尘量传感器对单位时间内清灰量进行判定，如图4所示，当清灰量在设定阈值内，再对排出气体的nox浓度含量进行判定，如图4所示，当nox排出浓度小于设定阈值时，再对排出气体的氨气浓度含量进行判定，如图4所示，若氨气排出浓度小于设定阈值即脱硝加工系统运行稳定，记录数据维持此状态运行；
61.如图5所示，图5为本发明单位时间内灰尘吹落速率大于标准阈值的情况流程图，此时系统内除尘装置在饱和极限运作，为了保证系统的安全稳定，需要先将烟气阀门开度调小，使进入系统内的待脱硝烟气总量降低，进而避免系统内挡灰板失效导致的系统不稳定；之后再对排出气体的nox浓度含量进行判定，如图5所示，若nox排出浓度小于设定阈值时，再对排出气体的氨气浓度含量进行判定，如图5所示，若氨气排出浓度小于设定阈值即脱硝加工系统运行稳定，记录数据维持此状态运行；若氨气排出浓度大于设定阈值，即此时出现了氨逃逸现象，需要减小喷氨阀门的开度，使喷入系统内的氨量降低，避免氨逃逸浪费；
62.如图6所示，图6为本发明nox排出浓度大于设定阈值时的情况流程图，此时说明系统内氮化物的处理不完全彻底，仍有不少的氮化物排出，污染了空气，在催化剂与高温(300～400℃)条件下，根据化学反应方程式4no 4nh3 o2→
4n2 6h2o、2no2 4nh3 o2→
3n2 6h2o、6no2 8nh3→
7n2 12h2o可知，氮化物能与氨进行反应生成氮气与水，因此，此时增加喷氨阀门开度，让系统内喷入的氨量增加，从而增加脱硝强度，使排出的烟气nox浓度含量达标；
63.当灰尘吹落速率小于标准阈值时，此时说明挡灰板工作上限仍有上升空间，进而增加烟气阀门开度，使系统内进入的烟气量增加直至灰尘吹落速率达到设定阈值内，之后对排出气体的nox浓度含量进行判定，其工作流程与图5、图6一致，根据判定的结果不同对其他阀门进行不同的调节，以满足既能够使系统稳定运行，又能够增大系统整体的脱硝效率；
64.当灰尘吹落速率位于标准阈值时，后续判定工作流程也与图5、图6一致，根据判定
的结果不同对其他阀门进行不同的调节，避免氨逃逸或排出气体含有过量的氮化物；
65.s3、用于根据判定结果通过i/o接口电路输出开关量及标准模拟量信号。
66.具体的，通过输出模块，根据比对判定对阀门发出控制信号，调节各个阀门的开度。
67.另外，各传感器监测的数据经信息交换模块上传至上位监控机，上位监控机不仅可通过显示屏显示整个系统的运行状态，而且还可发出相应的报警信息。
68.需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
69.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。