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1、 SCR 脱硝催化剂生产线 DCS 控制系统“十二五”期间将把氮氧化物列入大气排放总量控制指标中，火电厂强制安装脱硝装置箭在弦上。SCR 系统中最关键部件是催化剂，其成本通常占脱硝装置总投资的 30%-50%。国内火力发电厂只有 10%的机组安装了脱硝装置，氮氧化物已成为主要大气污染源。我国 90%二氧化硫、67%氮氧化物、70%烟尘排放量来自于煤炭的燃烧。其中，燃煤电站、燃煤工业锅炉、燃煤炉窑等烟气排放污染问题最为突出。随着环保形势的日益严峻，仅靠低氮燃烧不能满足更加严格的排放标准，SCR 工艺是减少固定源 NOx 排放的一个行之有效办法。一、SCR 蜂窝脱硝催化剂的特点1.蜂窝式催化剂由多
2、种原料混炼，成型，烧制而成，通体具有活性，磨损不降低活性2.可根据实际烟气条件进行配方设计，针对性强，适应性广；3.高温煅烧工艺烧成，抗锅炉瞬时高温能力优越；4.烟气入口侧设有抗磨损涂层，抗磨损能力强，机械寿命长；5.超细 TiO2 为基材，比表面积大，活性稳定；6.特殊配方设计，抗中毒能力优异；7.使用范围宽广，可靠性高。二、SCR蜂窝脱硝催化剂生产工艺流程蜂窝式催化剂是将 TiO2 与其他活性组分以及陶瓷原料以均相方式结合，按一定配比混合、搓揉均匀后形成模压原料，采用模压工艺挤出成型为蜂窝状单元，最后组装成标准规格的催化剂模块。催化剂所需要的主要原料是超细晶、锐钛型钛白粉，并在生产工艺中加
3、入钨、钡和硅等成分。生产过程为：原料配制工序、混炼工序、挤出工序（预挤出、真空挤出） 、切割工序、干燥工序、窑炉焙烧工序和包装工序。如图 2-1-1图 2-1-1 SCR 蜂窝脱硝催化剂生产工艺流程三、SCR蜂窝脱硝催化剂各生产工段工艺特点及控制要求3.1 自动配料工艺特点及控制要求初始状态：自动投料设备往每个料仓加满定量的物料，每个料仓的物位由各自的物位计进行测量，当物料仓物位超过下限值时，控制系统命令设备进行补料；当物位超过上限值时停止补料。以此保证料仓的原料充足。此时取料小车位于左边初始位置，各料仓出料阀和计量斗出料阀均处于关闭状态。料仓满料之后，投料设备停止投料。经过一定时间（根据工艺
4、要求确定） ，料仓打开出料阀，计量斗开始称取物料，当料仓下方的计量斗根据工艺要求称取定量的物料之后，料仓出料阀关闭。经过一定时间（根据工艺要求确定） ，取料小车由初始位置开始行进，当取料小车到达计量斗下方取料位置时，限位开关开，小车停止，计量斗开始往小车里卸料，当计量斗卸料完毕，限位开关关，小车开进到下一个取料位置进行取料。如此，取料小车依次取完所有物料，最后达到皮带输送机上方，限位开关开，小车停止，小车开始卸料。小车卸料完毕之后，限位开关关，小车回到初始位置等待下一次取料流程。与此同时皮带输送机将物料送入混合仓（搅拌机） ，氨水通过计量斗按照工艺要求定量投入混炼机。混炼机对物料进行充分混合，
5、在此过程中，人工对混炼机内部混合物料进行随机检测，检测混合物料比例是否达标，若不达标，则需要根据要求加入所需的物料。现场自动配料工艺流程如图 3-1-1。图 3-1-1 自动配料示意图该配料控制系统采用浙大优稳 UW500 系列 DCS 控制系统以及称重模块、称重传感器+称重仪表。更为适应工业恶劣环境。执行机构一般为绞刀、皮带、电振机、可控阀门等，大多数情况下用变频器控制。自动配料控制系统操作界面包含的主要内容：（1）计量控制有手动、半自动及全自动运行方式，并可以随时切换。（2）该配料控制系统配方表：配方编号、配方名称、原料桶号、原料名称、计量重量等等。（3）原料表：原料桶号、原料名称、计量级
6、别、落差、大小料供给、阀门开关时间。（4）动态计量程式表：含计量机构的名称、计量时间、稳定时间、产量、归零。（5）计量显示主界面：含计量机构名称、计量设定总重量、当前计量的实际总重量（动态显示） 、当前计量的材料名称、当前计量的材料设定重量、当前计量材料的实际重量（动态显示） 。（6）计量控制主界面：设置如下按纽开关计量开始、计量停止、强迫单步停止（跳过某一种原料计量） 、强迫全部停止（直接跳至最后结束） 、计量（配料）复位（归） 。（7）原料统计报表：可统计当天、当月或某段时间内某种、某几种或全部原料的耗用量。（8）配方生产统计报表：可统计当天、当月或某月某段时间内某个、某几个或全部配方生产
7、重量、某两个计量机构可分开或合并统计。（9）有计量上下限超差报警。3.2 混炼、挤出、切割工序的工艺特点及控制要求SCR 脱硝催化剂生产中，挤出成型设备的控制是保障设备正常运行和产品质量的关键。依据挤出成型设备的控制特点，采用的浙大优稳的 UW500 系列 DCS 控制系统具有功能强大、性能稳定、易于维护等优点。由于进料的不稳定性，手动操作很难使产品达到较理想的水平，且容易出现堵料及其它机械故障等。采用 DCS 控制系统控制，能够改善设备运行的可靠性及连续稳定性，使产品质量达到较高水平。3.2.1 设备工艺特点SCR 脱硝催化剂生产线自动配料完成之后坯体焙烧之前的工艺流程主要包括混炼、预挤出、
8、真空挤出、切割工序 4 个部分，过程见图 3-2-1。图 3-2-1 设备工艺流程混炼机功能是将不同原料成分进行混合，并混炼成一种熔体浆料；喂料机用于吸纳从混炼机流出的熔体浆料，并将其均匀地传送到熔融泵入口进行迅速地升压挤出。经过混炼处理过的熔体浆料，在高压下被挤过模板成蜂窝状；通过切料机被均匀地切割，最后形成标准的蜂窝状催化剂成品，通过传送设备输送到后系统工序。挤出机的自动控制流程如图 2-2 所示。图 3-2-2 挤出机自动控制流程图中，FT-2425 为混炼机入料流量，量程*PT-2426 为喂料机出口压力，量程*3.2.2 控制要求3.2.2.1 主要回路控制挤出机主要需要 3 个控制
9、环节：喂料机控制回路和切料机控制回路。(1) 喂料机控制回路。在混炼机的入口设有一电子秤，可检测入料动态流量，其变化用于控制喂料机的吃料速度。(2) 切料机控制回路。该回路也采用串级控制，即切料机的工作速度由驱动泵的转速和泵的出口压力共同来控制。其中泵的转速作为辅助控制参数，泵出口压力的 PID 输出作为主要控制参数，即通过对切料机转速的控制调节，以保证催化剂产品尺寸均匀，外观合格。3.2.2.2 联锁控制在设备控制中还需要 12 套报警联锁控制，主要报警联锁控制有 7 个。（1）喂料机润滑油压力报警联锁；（2）驱动泵润滑油压力报警联锁；（3）喂料机、切料机电机轴承温度报警联锁；（4）熔融泵网
10、前、后爆破膜状态联锁；（5）切料机切料室视窗开关联锁；（6）喂料机、切料机转速低联锁。3.3 催化剂辊道窑的工艺流程及控制3.3.1 催化剂辊道窑常规控制辊道窑控制实际就是窑炉温度，窑炉气氛和窑炉压力等参数的控制。整个窑炉生产过程分为:输送、干燥、烧成、包装等关健部分，其中主要控制难点集中在干燥窑与烧成窑，常见辊道窑如图 3-3-1 所示。图 3-3-1 辊道窑结构示意图（1）干燥窑控制要点：干燥窑的控制，相对于烧成窑来说，更为复杂。它涉及到温度、湿度、流量、压力、风速等诸多因素，除了以上因素的正常控制问题，还要考虑干燥窑内产品的诸因素的分层控制问题，因为干燥窑的产品在窑内分上中下三层，除了考
11、虑这三层产品的排列（烘干）以外，还要考虑产品在每层的平行排列（产品在平行排列的同时多行排列） ，在每个层面平行控制中要考虑两行或三行并行前进过程中温度和湿度的变化。催化剂坯体从挤出机挤出成型后进入干燥窑窑头（第 1-8 循环） ，此时的坯胎成硬泥膏状，在初步烘干的过程中，温度与流速不宜过高，过高将影响坯体产品产生开裂、吹皮等次品率，温度一般控制在 40-50 度（具体根据工艺要求设定） ，调整辊棍运行的速度可以对胚体在窑炉内滞留时间进行控制，根据本项目工艺特点，应在 1-8 循环内完成；此时窑内的特点是低温、高湿，低流速（风） 。本阶段重点是调节温度和风速。温度测点：由于在干燥窑每个循环上、中
12、、下三层都有热电阻，可以综合三只热电阻的测量值与质量戳，生成本循环的等效温度测量值，作为本循环实际温度数值。由于每个循环之内空气对流，所以该循环内的温度基本上应该是平衡的；DCS 通过 IO 测点的硬件诊断所生成的质量戳，按“三选一”的表决算法选取，同时两支作为参考备用，当其中一只出现故障时，自动选择另一支的温度值作为本循环的调节依据。控制策略：本项目利用烧成窑余热送风实现干燥窑干燥。因此，窑内的特点是低温、高湿、低流速。常规控制一般根据窑内温度调节送风量，因温度滞后、超调等因素使窑内流速与压力产生大的波动，改变泥坯的形态，增加残次品率，同时还影响其他循环的温度和压力。所以控制上应选择压力为主
13、、温度为次的控制思想，首先通过窑内压力测量，送风阀门和抽风变频，构造一个比例控制器，实现窑内压力稳定；在此基础上，通过调节冷热风配比保证一定范围内热风温度的稳定。由此可以选择温度的控制策略为带模糊控制的比例调节器，压力的控制策略为能够快速反应的比例积分微分控制器。此外，窑炉的湿度控制主要由排潮风机根据测得的窑炉湿度来调节，但因为排潮风量过大或过小均影响产品的干燥或形态，所以采用比例微分控制器，通过微分的超前控制效果可以很好的解决窑炉内湿度、温度场分布不均匀的情况。干燥窑的第 4-12 循环，催化剂坯体已初步定型，进入实质性的烘干阶段。本阶段控制特点：高温、高湿、高流量。温度测点：本阶段温度测点
14、分布情况与前三循环相同，综合三只热电阻的测量值与质量戳，生成本循环的等效温度测量值，作为本循环实际温度数值。由于每个循环之内空气对流，所以该循环内的温度基本上应该是平衡的；DCS 通过 IO 测点的硬件诊断所生成的质量戳，按“三选一”的表决算法选取，同时另外两支作为参考备用，当其中一只出现故障时，自动选择另一支的温度值作为本循环的调节依据。控制策略：因本阶段泥坯已初步定型，进入本质性的烘干阶段，此外本阶段窑炉特点：高温、高湿、高流量。本阶段温度控制上虽不必考虑产品形变问题，但由于模糊控制仍是解决多变量、时滞等经典 PID 所不能解决的诸多问题的实用控制策略，所以我们仍选择此策略。压力的控制策略
15、则采用能够快速反应的比例积分微分控制器，因不必考虑产品的形变问题，并且没有相对的高压力就没有高流速。那么比例积分微分控制器中的比例作用明显加强了，并且产品对风速的敏感性相对降低，所以本阶段的排潮风机风量会比较大，具体风量由工艺需求决定。干燥窑的第 13-21 循环的控制，本阶段特点是产品已固化定型，需要快速排除坯体中多余的水分，因此在本阶段不考虑压力和排潮，加速烘干，多余的热气由放散阀直接排空，从而完成整个产品的干燥。出炉的温度为 80-100 度，湿度为 1-1.5%。（2）烧成带控制要点从燃烧带由排烟风机抽过来的多余的热风，在通过预热区的过程中，对准备烧制的产品进行预热；本区最主要的是调节
16、排烟风机与助燃风机的频率，实现对窑内环境的控制，因为本阶段温度不需要控制，所以本节重点阐述压力对预热区的影响。排烟风机主要是把多余的热风带走，在燃烧带由于送风风机不断送风，为窑炉燃烧提供充足的氧气助燃。由于窑炉是密封的，在不漏气的情况下，理论上来说，燃烧区燃烧后的烟气（其中包括助燃风、二氧化碳和水蒸气）与排烟风机排出的热风量相同，不能多也不能少，否则会破坏窑内温度、压力、氧量的平衡，在欠氧时，应加大助燃风机送风量，同时也应加大排烟风机的排烟量，二者的比例关系应由工艺决定，或者在探索中产生。排烟风机排风量过大会造成窑漏气、漏风，过小会造成压力变化，窑内正压变负压或负压变正压，温度也不稳定，严重时会发生爆窑。压力调节可以依靠排烟风机的变频器调节来实现，在窑炉预热区有压力变送器监测预热区压力。排烟风机出口也有压力变送器。排烟风机与助燃风机有连锁关系。如图 3-3-2图 3-3-2 排烟风机与助燃风机有连锁预热区的温度，按照工艺设想，燃烧带抽出的余热应符合预热区的所需要的温度曲线，无需调节。预热区含氧
