三槽蓄热式废气氧化炉控制系统设计与实现

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蓄热式热氧化法(Regenerative thermal oxidizer,以下简称RTO)作为当前有机废气治理净化效率最高、运行能耗较低的方法之一,已得到广泛使用。论文主要研究了废气治理系统中三槽蓄热式氧化炉的控制方案,以保证整个系统能够达到良好的处理效果,减少运行能耗,并能实现远程访问功能。首先,研究了三槽RTO工艺的基本流程、关键部件以及控制关键点。并对系统控制中的炉温控制、点火控制、换向控制、可燃气体安全控制、系统风机变频控制系统等重点和难点内容进行深入分析。其次,通过数学建模和工况模拟试验对三槽RTO炉的蓄热换向时间和吹扫换向时间进行了研究。为分析蓄热体内部结构和床层间气流特点,本文的氧化炉蓄热床采用混合扩散模型来描述传热过程,模型中所有涉及的影响换热效率的因素有蓄热体床层的高度L、截面流速U、蓄热体的当量尺寸d_p、导热系数k_S及换向时间等,由相关数学方程推导出了最佳蓄热换向时间。另外,通过工况模拟试验的方法,在不同浓度及吹扫风量的工况下进行测量,结果表明:废气浓度高时,采用小风量吹扫风长时间进行净化吹扫较为合适;废气浓度低时,采用大风量短时间集中吹扫较为合适。根据上述的理论分析及试验得出的结论,确定换向控制策略。然后,以某市固体废物综合处理中心料坑挥发性有机废气治理工程为例,对该项目的三槽RTO炉控制系统进行研究并给出了详细设计方案。本控制系统选用西门子S7300系列带有工业以太网口的CPU作为主处理器,实现控制系统的控制精度、响应速度以及稳定性、扩展性需求。燃烧控制系统采用具有SIL2安全级别的专用燃烧控制器进行控制。三槽蓄热式废气氧化炉控制系统在设计中集成了PLC技术、HMI技术、组态技术、控制理论、仪器仪表、计算机和现场总线技术。本次研究通过对控制系统采用双环形网络架构与通讯方式,主要包含了连锁控制、系统报警、提升阀控制、启停控制流程、设备动作连锁表等内容,通过通讯链路的冗余设计,达到了网络通讯实时性和控制系统的稳定性可靠性要求。最后,研究了三槽RTO炉等废气治理设备的远程访问实现方法及实现效果。本论文采用西肯麦的Sitemanger 1139 4G远程工业网关,连接远端现场的工业设备(如PLC或HMI),与西肯麦的Gatemanager和LinkManager搭配使用,并运用互联网或局域网技术在PLC及HMI与移动端用户之间建立安全稳定的通信链路。远程网关内置GPRS/4G调制解调器模块实现基本的远程访问,支持通过内置的调制解调器发送短信报警。具有以太网、GPRS/4G、WiFi 3种联网方式,主要可以通过GM服务器和LMM客户端的相关程序实现相关的移动设备远程监控功能。
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