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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）电解铝烟气净化控制系统摘 要在电解铝生产过程中会产生大量有害烟气，弥漫在电解车间内部的电解烟气使劳动条件恶化，影响生产工人的身体健康。电解烟气扩散到厂区周围，会对大气环境造成经常性污染。因此，必须对电解烟气进行治理，这样既可保护环境，又可回收氟化盐和Al2O3，降低生产成本。本文设计了以S7-300系列PLC为控制器的烟气净化控制系统。本着环保节能的思路，该系统按工艺流程，针对布袋除尘器出入口压差、烟气出口压力、新鲜和载氟氧化铝料位的检测与控制进行设计，以减少烟气对大气环境的污染，提高回收效益，改善铝电解生产车间的工作环境。关键词：电解铝；烟气净化；PL
2、C控制 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）Electrolytic control flue gas purification systemAbstractA large amount of harmful gas will emit In electrolytic aluminum production process. the flue gas which filled in the electrolysis electrolysis workshop deteriorate the working conditions, affect the health of productio
3、n workers. Electrolysis gas spread to the surrounding of plant, the pollution of the atmospheric environment was caused by recurrent. Therefore, it is necessary to carry out treatment of electrolytic gas, so that it can protect the environment, but also recyclable fluoride salt and Al2O3, lower prod
4、uction costs. In this paper,we design a control system of flue gas purification,which uses a S7-300 series PLC as the controller. Based on the idea of environmental protection and energy saving, according to process of the system, for the bag filter pressure, outlet pressure and fresh gas containing
5、 aluminum fluoride level of detection to control and design, in order to reduce the flue gas of the atmospheric pollution of the environment and improve the recovery efficiency, to improve the the work environment of the electrolytic production. Key words: aluminum; flue gas purification; PLC contro
6、l内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 系统设计背景11.1.1 课题来源11.1.2 研究的目的和意义11.2 国内外研究现状21.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状3第二章 电解铝烟气净化系统62.1 电解铝生产的工艺特点62.2 净化工艺流程72.3 净化系统组成92.3.1 文丘里反应器92.3.2 脉冲袋式除尘器92.3.3 气力提升机102.3.4 风动溜槽112.4 净化控制技术综述112.4.1 自动控制方式选择112.4.2 净化方式选择15第三章 系统设计173.1 系统控制原理及目标173.1.1 控
7、制原理173.1.2 控制目标193.2 压力检测193.3 物位检测203.4 温度检测21第四章 硬件设计234.1 PLC选型234.1.1 SIMATIC S7300 PLC简介234.1.2 S7300的组成部件244.2 模块选择254.2.1 CPU模块254.2.2 数字量输入模块264.2.3 模拟量输入模块264.2.4 数字量输出模块274.2.5 电源模块274.2.6 通信模块284.3 执行器294.3.1 执行器简介294.3.2 执行器选型29第五章 软件设计315.1 STEP 7论述315.1.1 STEP 7简介315.1.2 STEP 7的功能325.2
8、 PLC的I/O地址分配335.3 系统程序流程图345.4 软件编程405.4.1 项目创建405.4.2 硬件组态415.4.3 定义符号表425.4.4 编程界面43结束语44参考文献45附录47致谢64 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 引 言本章首先从课题来源、研究目的以及研究意义等三方面阐明系统设计的背景，然后对国内外烟气净化控制系统的研究现状进行分析。1.1 系统设计背景近十几年来，我国的铝冶炼工业迅速发展，为国民经济的增长做出了重要贡献。但在电解铝生产过程中，会产生大量有害烟气，这种气体严重危害人类的健康，破坏生态环境。由于受经济利益的驱动，扩大产量和降低能耗方面
9、的研究成果较多，环保领域的研究工作尚待深入进行。目前，环境问题越来越受到各国的关注，环境控制是铝电解生产中必须解决的问题。本文以电解铝烟气净化控制为研究内容，通过建立烟气净化控制系统，解决铝电解生产过程中的环境污染问题，从而实现低污染甚至无污染的生产。1.1.1 课题来源本课题“电解铝烟气净化控制系统”，其控制对象是电解铝烟气干法净化系统。目的是减少烟气对大气环境的污染，提高回收效益，改善电解铝生产车间的工作环境。1.1.2 研究的目的和意义环境的持续恶化，正逐步制约着经济的持续发展和人民生活的不断提高，环境保护的迫切性在逐渐增强。伴随铝电解产生的烟气含有大量的粉尘和有毒有害气体。粉尘如：氧化
10、铝、炭粒和冰晶石等；气体如：氟化氢（HF）及阳极效应生成的 CF4与 C2F6等。这些气体，弥漫在电解车间，恶化劳动生产条件，严重影响生产工人的身体健康；若不经过净化处理排放到大气中，则会造成气候变暖，特别是 CF4/C2F6使全球变暖趋势，分别是CO2的6500/9200 倍，严重地影响我们的生存环境。对于固体悬浮物的回收与废气的处理，不同的电解铝厂所用的净化系统一般不同。有些工厂只是单纯地回收了有用的固体悬浮物，对产生的气体却无法处理。基于 PLC 控制（可编程序控制）的烟气净化自动控制系统，就是一种既可回收固体悬浮物又可有效处理废气的自动控制系统。若电解烟气不经收集净化而直接排放，将会对
11、大气环境和周边土壤造成经常性污染，因此必须对电解烟气进行治理并回收氟化盐和氧化铝。1.2 国内外研究现状由于计算机、变频器和传感器等技术在净化控制系统中的应用，美国、加拿大以及德国等几个少数发达国家的净化控制水平较高，其中美国处在国际领先水平。我国的铝冶炼工业在近几十年迅猛发展，但对净化控制技术的研究却相对滞后。下面将对国内外的铝电解烟气净化控制研究现状进行分析。1.2.1 国外研究现状自60年代计算机进入工业应用领域后，美国、加拿大、德国等产铝大国，纷纷将计算机控制技术应用到铝冶炼过程中，使铝冶炼企业从设计、建设、生产到指标优化等方面逐步取得了进展，特别是从二十世纪八十年代开始更是发展迅速。
12、然而，铝电解烟气净化问题的研究还是相对滞后，如大型风机采取直接启动，风量无法调节。近几年，迫于强大的环境政策的压力，发达国家铝冶炼企业向两个方向发展，一方面是提高烟气净化的控制技术和能力；另一方面，采取关闭本国的铝冶炼企业，将其技术设备输送给一些发展中国家，将污染转移，他们再从这些国家进口半成品，因此，对铝电解烟气净化控制方面的研究受到制约。以下就铝电解烟气净化问题对国际上几个知名铝厂进行介绍。(1)瑞典格拉吉斯(Granges)铝厂该厂目前有预焙和上插自焙两种电解槽，共有两个电解铝生产系列，一系列拥有预焙阳极电解槽56台，二系列拥有上插棒自焙阳极电解槽262台。预焙槽与自焙槽烟气由管道引出各
13、自厂房外，再汇入统一管道混合，进入干法烟气净化装置。该系统中，在袋式除尘器前加有干式电除尘器，以预先除去粉尘和冷凝焦油，这样使干法净化回收的载氟氧化铝不含碳，其他杂质含量也很低。该净化控制系统自动化程度比较先进，采用上位机对各运行参数进行监控，能及时反映各工艺部位的工作运行情况，但对设备的运行监控比较落后，有些设备得靠人工巡视。(2)美铝波特兰(Portland)铝厂波特兰电解铝厂共有2个电解铝生产系列，4个电解车间，每个车间拥有102台电解槽，共有408台电解槽。预焙槽烟气由管道引出各自厂房外，再汇入统一管道混合，进入干法烟气净化装置，最终尾气用海水喷淋，中和其中的SO2，效果良好。该净化控
14、制系统自动化程度在国际上领先，采用上位机对各运行参数和设备运转情况进行监控，能及时反映各工艺部位的工作运行情况和设备运转状况，且能通过监控室实现对参数的调整。(3)美国波音电解铝有限公司波音铝电解1、2系列240台220KA电解槽，产量为29.4万吨/年。3系列为336KA四端进电电解槽120台。全厂共504台电解槽，产量为50万吨。波音铝厂电解生产过程中产生的烟气由管道输送至烟气处理装置中，该厂有六套干法吸收处理装置。在处理工艺中，将新鲜氧化铝加入烟气流中进行吸附反应，氟净化效率最高可达99%，载氟氧化铝返回电解槽使用，净化烟气排入大气。该公司进行电解生产的三条生产线达到了世界上最好的排放标
15、准。该净化控制系统的自动化水平在国际上领先，采用上位机对各运行参数和设备运转情况进行监控，能及时的反映各工艺部位的工作运行情况和设备运转状况，且能通过监控室实现对参数调整。1.2.2 国内研究现状最近几年来，在国家加大环境治理力度、提倡绿色生产的环境下，国内铝电解烟气净化控制方面的总体状况得到了很大的改善。前几年的的状况表现在：许多铝冶炼企业只片面追求经济效益，根本就没有烟气净化系统；即使已建立了净化系统的企业，由于投入不足，存在不少问题，归纳为如下几点：(1)系统监控水平简单，无法满足系统安全平稳运行的需要。(2)自动化程度远远落后于现代化企业应具备的装备水平，致使系统运行效率低下。大量的巡视检查工作仍依赖人工完成，工人劳动强度大，人力成本难以降低。另外，所有系统运行的工艺参数以及设备运行的状态参数完全依靠人工记录，可靠度不高。(3)反吹风气缸的电气控制线路故障频繁，成为制约系统运行效率提高的突出问题。除尘器入口阀门为手动操作开关，使除尘器的检查处理极不便利，且无法实现除尘器的单体关闭反吹处理。并且，除尘器反吹风气缸的工作状况没有检测机构，对反吹风气缸的检查处理需要花费大量的人力和时间。(4)现有的低压配电系统容量不足，需进行扩容改造。(5
