论文总字数：28403字

摘 要

近年来，随着世界经济的不断发展，工业化程度进一步提升，大气污染问题也越来越严重，SO₂作为大气主要污染物之一，同时也是形成酸雨的主要原因，对人体健康、生态环境等方面都会造成巨大的危害。经过多年的发展，许多传统脱硫技术都已十分成熟，并得到广泛的应用，一些新兴脱硫方法也不断得到发展。柠檬酸钠法是处理含低浓度SO₂的烟气的一种脱硫技术，本文将针对其工艺设计一套过程控制系统，并对该系统进行动态流程模拟。主要研究内容如下：

1.分析工艺流程和化学反应器的特性，确定控制目标和扰动因素，在此基础上设计脱硫工艺的自动控制方案。参考吸收塔和精馏塔的常用控制方案，分别对吸收塔T101和解吸塔T102的进料流量、温度、压力、液位等操作参数设计相应的PID控制回路。

2.为使设计的控制系统能够在实际生产过程中有效运行，本文根据自动控制设计标准分别对控制所需的温度仪表、压力仪表、液位仪表和流量仪表进行选型，确定每一台仪表的具体型号；根据系统要求和物料特性对阀门进行选型，确定其气动特性和流量特性。

3.在使用Aspen Plus流程模拟软件制作的稳态模拟系统上添加动态参数，将稳态模拟文件转化为动态模拟文件，并使用Aspen Dynamics软件对动态模拟系统添加上述控制方案。调整PID参数使得系统在控制方案的作用下能有效克服各类扰动，最终得到稳定的动态模拟结果。

4.使用科远自动化公司的NT6000型DCS系统。通过组态逻辑控制策略，实现I/O点的分配和控制回路的设置；通过组态上位机界面，实现系统监控、PID参数在线调整、数据历史记录和报警记录等多种监控功能。

关键词：柠檬酸钠法脱硫；控制系统设计；仪表选型；Aspen Plus；DCS

Abstract

In the past few years, air pollution, as an accompaniment of developing world economics and industrialization, was increasingly severe. Sulfur dioxide, as one of the main atmospheric pollutants, causes great harm to environment and human health. Meanwhile, this kind of pollutant is responsible for the formation of acid rain. After years of development, traditional Flue Gas Desulfurization(FGD) have become mature enough, and been widely adopted. What’s more, some emerging FGD also obtained their evolution. Sodium Citrate process is one of the FGD that can handle low concentration SO₂ flue gas, the rest of this article will design and stimulate a set of control system that aims at this specific technology.

1. Analyze the process of Sodium Citrate FGD and the features of chemical reactor. Then ascertain the control targets and disturbances of this system, basing on which the FGD control process scheme is designed. Reference the common control schemes of absorption tower and distillation tower and respectively design the PID loops for the feed flow, temperature, pressure, level and other operating parameters of the absorption tower T101 and the disabsorption tower T102.

2. In order to ensure that the control system designed can effectively run in the actual production process, according to the control design industry standard, we select each temperature, pressure, level and flow instrument and give the specific models of each instrument. Select each automatic valve and give the flow characteristics and aerodynamic characteristics of each valve according to the system goal and the material characteristics.

3. Add dynamic parameters on the steady-state simulation system produced by Aspen Plus process simulation software to convert the steady-state simulation file into dynamic simulation file. Add the control scheme we designed with Aspen Plus Dynamic software and then adjust each PID parameters to make sure that the system can overcome every disturbances and will finally get a steady result.

4. Use NT6000V4 DCS system of Seiyon Automation Co. to adopt the control system. Set I/O channel and control loops and realize monitoring function, PID parameters adjust function, data report forms function and alert function by configurating logic control strategy and HMI interface.

Keywords: Sodium Citrate process FGD; Control System Design; Instrument Selection;

Aspen Plus; DCS

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2脱硫技术简介 1

1.2.1石灰石—石灰法 1

1.2.2氨法 2

1.2.3钠碱吸收法 2

1.2.4金属氧化物吸收法 2

1.2.5柠檬酸钠法 3

1.3化工模拟软件 3

1.4分布式控制系统（DCS） 4

1.5研究的目的和意义 5

第二章 柠檬酸钠脱硫工艺分析 6

2.1脱硫工艺流程简介 6

2.1.1酸洗 6

2.1.2吸收 7

2.1.3解吸 7

2.1.4冷却干燥 7

2.2脱硫工艺装置简介 8

2.3脱硫工艺影响因素 8

2.3.1柠檬酸钠溶液浓度的影响 8

2.3.2温度的影响 9

2.3.3液气比的影响 9

2.3.4 pH值的影响 9

第三章 控制方案设计 10

3.1 控制目标与要求分析 10

3.2被控变量与操作变量的选择 10

3.3常用控制方案分析 11

3.3.1温度基本控制 11

3.3.2压力控制 12

3.3.3复杂控制 12

3.4 T0102吸收塔控制系统设计 13

3.4.1吸收塔塔釜液位的控制 14

3.4.2吸收塔进气口流量控制 14

3.4.3吸收塔塔温控制 14

3.4.4吸收塔塔顶压力控制 15

3.5 T0103解吸塔控制系统设计 15

3.5.1解吸塔釜液位控制 16

3.5.2解吸塔底温度控制 16

3.5.3解吸塔顶压力控制 16

第四章 Aspen Plus模拟工艺流程 18

4.1工艺流程的稳态模拟 18

4.2由稳态模拟转到动态模拟 19

4.3添加并检验控制方案 22

4.3.1添加控制回路 22

4.3.2控制效果 24

第五章 控制系统仪表选型 26

5.1自动控制系统仪表选型原则 26

5.2自动控制系统仪表选型 27

5.2.1温度仪表 27

5.2.2压力仪表 27

5.2.3流量仪表 28

5.2.4液位仪表 29

第六章 控制系统的组态 30

6.1科远自动化NT6000系统简介 30

6.1.1 NT6000系统构成 30

6.1.2 NT6000系统软件组成 31

6.2控制器逻辑组态 33

6.2.1硬件选型 33

6.2.2 I/O点及其卡件组态 34

6.2.3逻辑组态 35

6.3监控界面组态 36

6.3.1画面编辑 36

6.3.2报警窗口编辑 39

6.3.3报表编辑 40

6.4运行调试 41

结论 46

参考文献 47

附录1物料衡算表 48

附录2仪表选型统计表 49

致谢 50

第一章 绪论

1.1研究背景

SO₂是形成酸雨的主要原因，其对大气环境的污染，不仅严重破坏生态环境，对人体健康造成威胁，还会腐蚀和破坏建筑物，为人类生活带来安全隐患。占我国面积40%的地区正遭受酸雨危害，并且该趋势还在不断蔓延。每年我国因酸雨和SO₂污染而带来的经济损失已达1100亿元，并且这一数字在今后仍将持续不断地增加。

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