基于S7-300PLC的烧结脱硫消化器系统设计汪苇榕

基于S7-300PLC的烧结脱硫消化器系统设计汪苇榕

汪苇榕

（福建三安钢铁公司福建泉州362411）

摘要：消化器在烧结脱硫生产工艺中有着至关重要的作用，本文主要介绍消化器工作原理、消化器系统的工艺结构、工艺流程及整改后的控制方式，达到提高产品质量、减低劳动强度的目的。

关键词：消化器；脱硫

一．前言

消化器应用于烧结半干法脱硫系统的石灰消化工序，采用三级消化，通过三级干粉消化器内的合理配水等多到工序将生石灰（CaO）消化成蓬松状的消石灰干粉（Ca（OH）2），其主要化学方程式为：CaO+H2O=Ca（OH）2。消化器所产的消石灰干粉（Ca（OH）2）送入到脱硫吸收塔中与烟气中的二氧化硫反应产生亚硫酸钙（CaSO3）与水，实现烧结烟气脱硫效果，从而消除二氧化硫对空气的污染，其主要化学方程式为：Ca（OH）2+SO2=CaSO3+H2O。

我公司烧结半干法脱硫消化器系统以往存在配水水率波动大、产品品质一般，浪费各种生产资源。在节能减排、高效生产的提倡下，对消化器的改造刻不容缓。本系统以西门子S7-300PLC为核心控制单元，采用现场总线PROFIBUS-DP协议形式；电气系统设计重要的基本连锁关系，其余线号及逻辑处理在PLC系统内部完成，减少了相应的电气逻辑设备单元，优化控制方式及模式；重新计算给水、给料配比方程式，采用PID调节控制水泵变频器频率给定，实现给水给料完美调节方案，产出高质量消石灰干粉。

二、消化器系统工艺结构

如图1为消化器工艺图，消化器主要分为两个系统：给水给料系统与消化系统。

给水给料系统：主要通过螺旋给料机、皮带秤将生石灰仓里面生石灰按设定量取出转运到消化器里面。然后通过消化水泵按要求配比将消化水池水打到消化器里面。主要设备包含：螺旋给料机、皮带秤、消化水泵、水流量计。

消化系统：主要将通过消化鼓风机将空气鼓入到消化器里面，然后三级消化器转动、二级消化器转动、一级消化器转动将送人的生石灰与水进行搅拌混匀反应，通过每级消化器的温度监控来判断消石灰（Ca（OH）2）生成的化学反应效果。主要设备包含：鼓风机、一级消化器、二级消化器、三级消化器、电动圆风门、热电阻。

图1消化器工艺图

三、PLC控制系统设计

本系统以西门子S7-300PLC为核心控制单元，其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好。采用现场总线PROFIBUS-DP协议形式，使用GESS公司现场总线模块GKDP系列为从站，实现现场操作箱手动与自动切换操作形式，简化了电气控制线路；

3.1、程序设计

消化器系统各个设备的启动方式大致一样，可分为三种操作模式：操作箱手动、上位机单动、联锁自动。现以一级消化器程序结构为例，作简要说明，如图3所示。1、当一级消化器操作箱选择手动时，通过操作箱启停按钮来控制一级消化器启停。2、当操作箱选为自动时，通过上位机选择单动操作和自动联锁操作，当选择单动操作时，通过画面窗口启停按钮单动启动一级消化器；当选择自动时，通过程序联锁关系启停一级消化器。

图2一级消化器启停程序图

3.2、自动联锁控制流程设计

如图3流程图所示消化器应先开启消化系统而后给料系统，从而保证消化器内的生石灰完全与水进行消化反应。消化系统中消化鼓风机最先启动可以在消化开始时消化器内的温度与外界温度保持大概一致，在消化时能更准确检测消化所产生的热能，更好地判断消化的情况。在自动联锁控制中选择消化系统在选择成功下启动系统，鼓风机优先开启延时3秒后再依次延时3秒开启三级消化器、二级消化器、一级消化器；给水给料系统应在消化系统开启、给水给料系统选择成功后来进行启动，先开启皮带秤后延时3秒开启螺旋给料机，防止生石灰在皮带秤上发生堵料。消化水泵在螺旋给料机开启后延时55秒后开启，使生石灰能充分地在消化器上均匀铺开，更好与水发生消化反应。关闭消化器系统时点击画面各系统停止，系统自动反序关闭各系统设备，使其不会有生石灰进入消化器内而未能充分反应粘附在消化器上，消化器内的生石灰能够得到完全反应时间，反应结束后能及时被输送出消化器。

图3流程图

3.3、配水水率控制

水率控制在消化器系统中为最为关键部分，水率控制采用PID控制器方式。PID控制器（比例-积分-微分控制器）是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。其控制原理简单，适应性强、鲁棒性强、对模型依赖少。

PID控制主要通过消化水流量设定值、消化水流量实际值与生石灰下料量计算出消化器水泵的给水量，来控制消化水泵变频器的频率，水与生石灰达到更好的比例，提高消石灰品质的效果。消化水流量设定值由水率设定值与生石灰下料量给定值得乘积。程序如图4所示。

图4程序图

四、上位机画面的设计

画面设计软件采用组态王软件6.55版本进行设计，如图5所示。画面设有各设备的运行状态、流量反馈、电流反馈、媒介温度及其流量、电机转速、变频器频率、各流量给定值、参数设定、系统启停、系统复位、上位机单动操作小窗口、参数设定界面，使其整体系统运行情况直观明了。通过反应温度来判断反应情况（一级消化器反应温度在50℃-80℃、二级消化器反应温度在140℃-160℃、三级消化器反应温度在100℃左右）。

图5上位机画面

五、结束语

本文主要介绍消化器的工作原理及旧消化器在生产中所带来的各种问题，新消化器整体系统的设计来改善配水不合理、给料不均匀导致消石灰品质不高影响烧结脱硫效果，新消化器在烧结脱硫系统中投入使用，提高了经济效益，简化设备线路减少故障率、减低劳动强度，人机画面操作简单，提高消石灰合格率、提高烧结脱硫效果。