钢铁厂焦化控制系统煤气净化控制子系统
本课题基于淮钢集团焦炉煤气的生产工艺流程，设计了一套煤气净化PLC控制系统。论文首先分析了焦炉煤气的特点及杂质含量，根据煤气净化不同方案的特点确定了工艺流程和控制方法。然后根据煤气净化的控制要求完成PLC的硬件配置，确定输入输出点以及电气线路设计，最后分别对冷鼓工段，脱氨工段，粗苯工段三个模块的PLC控制程序进行设计。经过和WINCC监控系统连接调试，该系统能够实现对整个煤气净化生产过程进行控制并且带有报警及处理功能，能够进行系统控制的手自动切换，设备的工作情况以及温度，气压等参数能在监控界面上显示。关键词 焦炉，煤气，净化，PLC控制, WINCC监控
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 现状分析 1
1.3 研究内容 2
2 工艺流程分析 2
2.1 冷鼓工段工艺 3
2.2 脱氨工段工艺 6
2.3 粗苯工段工艺 8
3 PLC硬件系统设计 10
3.1 系统工作原理 10
3.2 PLC的硬件配置 10
3.3 PLC的输入输出点分配 11
4 PLC控制程序设计 15
4.1 程序总体结构 15
4.2 冷鼓工段控制程序设计 16
4.3 脱氨工段控制程序设计 20
4.4 粗苯工段控制程序设计 23
5 控制系统仿真和调试 26
5.1 PLC的仿真调试 26
5.2 PLC和WINCC监控界面的连接调试 30
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
附录A：PLC输入输出点分配表 36
附录B：PLC控制程序 41
1 绪论
1.1 课题背景
从2012年之后开始，全国大部分地区的城市不管多少都有点雾霾天气。到了2013年，雾霾发生频繁，波及面积广，污染程度已经非常严重[1]。我国的PM指数大大高出于国际标准，随着空气污染日益严重，环境承载力越来越弱，环境污染对人民生活的影 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
响和对身体的伤害几乎达到难以承受的程度。
经济飞速发展，环境也要被人们所重视，改善空气污染问题的最主要方法就是要严格执行减排，从源头上减少污染物的排放。焦化工业是钢铁厂中不能缺少的一部分，焦炭是工业的主要生成物，也是冶金工业中所需要的主要燃料。在我国，大概有两百多家的焦化企业，它们中大概约十分之一的生产能力在100万t/a之上，总生产能力过亿。在全球，中国的焦炭产量居于第一位，而焦化产品就包含了一百种以上[2]。炼焦需要的煤在复杂的地质情况下经过复杂反应会含有几百种杂质，当它在焦炉中燃烧时，杂质的大部分和煤气混合在一起。煤中的大概三分之一的硫被转化成硫化物，和氨气以及氢氰酸等一起成为杂质。在煤气成分中，硫化二氢的含量大约为5g/m3~8g/m3，氢氰酸的含量为1g/m3~2.5g/m3。硫化二氢和氢氰酸自身就带有很强的腐蚀性和剧烈的毒性，当人们呼吸的空气含有一点点的硫化二氢就能让人收到生命危险。当焦炉煤气如果没净化就被当做燃料使用时，硫化氢以及他的燃烧产物二氧化硫都含有一定的毒性，也会对坏境造成严重的污染，所以煤气要经过严格的净化过程才能被人们使用[3]。
1.2 现状分析
在2004年，我国发布了《焦化准入条件》，其中明确的规定了当改造或者新建焦炉时一定要同时更新配套的煤气净化设施。到了2006年年底，经过我国发改委核实并批准的厂家仅仅只有108家，然而这几家的产能总和只占了当年焦炭的总产能的百分之三十左右。但是还有大部分的企业没有得到核准，其中的主要原因就是没有配备完善的煤气净化设施。现在我国的煤气净化设施主要包括冷鼓装置，脱硫脱氰装置，脱氨装置以及脱苯装置[4]。没有完善的配套装置，就是指缺少一个或多个装置。
我国不断地引进外国的先进技术以及依靠自身的快速发展，焦炉煤气净化工艺已经步入世界的先进行列；目前的煤气净化工艺已经基本上涵盖了世界上较为先进的技术。当前所有年产焦炭达到一百万吨以上的焦化厂都设有完整的煤气净化系统，能够对来自炼焦炉的荒煤气进行完整的净化处理，去除掉煤气中的硫，氰，氨，苯等各种杂质，使之能够达到国家标准，并能够提供给工业以及居民使用；并同时对净化煤气的化工副产品回收并加以利用。
1.3 研究内容
本课题来自于江苏沙钢集团淮钢特钢有限公司的焦化车间的生产实践。焦化工业是钢铁厂煤化工产业中的一个重要组成部分，其主要产品是焦炭，同时也是冶金工业中的主要燃料。当煤处于炼焦时，除了其中有四分之一左右的产物是焦炭外，还有四分之一左右生成了多种化学产品及荒煤气，而这荒煤气中含有大量的有害物质，会对空气造成严重污染，所以不能直接排放到空气中。所以来自焦炉的荒煤气，需要通过冷鼓工段、脱氨工段、粗笨工段三个工段对其进行净化工艺，只有经过净化过的煤气才能提供用户使用，以及回收净化所产生的副产品来节省能源。
本课题需要采用PLC程序来控制各种机器并对煤气净化的实施控制，同时利用监控软件开发运行界面实施运行监控。课题需要对煤气净化控制系统有很深的了解，以及能够掌握控制要求和加工工艺。完成煤气净化控制系统电气线路设计，完成PLC系统硬件配置及外围输入输出设计，并选择合适的PLC形式然后编写正确的PLC程序来实现煤气净化控制系统控制，其中包括了冷鼓工段的初冷器和风机控制，脱氨工段的洗氨塔、蒸氨塔、氨分解炉控制，粗苯工段的洗苯塔和脱苯塔的控制，所编写的PLC程序应当符合现场设备工艺要求，动作合理准确，并含有完善的报警系统和保护装置。最后要和同组同学实现PLC与监控界面的连接调试。
2 工艺流程分析
图2.1 焦化厂煤气净化流程图
通过上图可以看出，煤气净化有几个过程，其中冷鼓工段，脱氨工段，粗苯工段是我们需要着重分析的。煤气在不同工段中和不同的催化剂充分接触，煤气里的杂质和催化剂发生反应，在净化煤气的同时也产生了不同的产物，对这些产物进行循环利用，也是应该考虑的一部分。不同的工厂会根据自身的需求采用不同的煤气净化方式组合。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 现状分析 1
1.3 研究内容 2
2 工艺流程分析 2
2.1 冷鼓工段工艺 3
2.2 脱氨工段工艺 6
2.3 粗苯工段工艺 8
3 PLC硬件系统设计 10
3.1 系统工作原理 10
3.2 PLC的硬件配置 10
3.3 PLC的输入输出点分配 11
4 PLC控制程序设计 15
4.1 程序总体结构 15
4.2 冷鼓工段控制程序设计 16
4.3 脱氨工段控制程序设计 20
4.4 粗苯工段控制程序设计 23
5 控制系统仿真和调试 26
5.1 PLC的仿真调试 26
5.2 PLC和WINCC监控界面的连接调试 30
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
附录A：PLC输入输出点分配表 36
附录B：PLC控制程序 41
1 绪论
1.1 课题背景
从2012年之后开始，全国大部分地区的城市不管多少都有点雾霾天气。到了2013年，雾霾发生频繁，波及面积广，污染程度已经非常严重[1]。我国的PM指数大大高出于国际标准，随着空气污染日益严重，环境承载力越来越弱，环境污染对人民生活的影 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
响和对身体的伤害几乎达到难以承受的程度。
经济飞速发展，环境也要被人们所重视，改善空气污染问题的最主要方法就是要严格执行减排，从源头上减少污染物的排放。焦化工业是钢铁厂中不能缺少的一部分，焦炭是工业的主要生成物，也是冶金工业中所需要的主要燃料。在我国，大概有两百多家的焦化企业，它们中大概约十分之一的生产能力在100万t/a之上，总生产能力过亿。在全球，中国的焦炭产量居于第一位，而焦化产品就包含了一百种以上[2]。炼焦需要的煤在复杂的地质情况下经过复杂反应会含有几百种杂质，当它在焦炉中燃烧时，杂质的大部分和煤气混合在一起。煤中的大概三分之一的硫被转化成硫化物，和氨气以及氢氰酸等一起成为杂质。在煤气成分中，硫化二氢的含量大约为5g/m3~8g/m3，氢氰酸的含量为1g/m3~2.5g/m3。硫化二氢和氢氰酸自身就带有很强的腐蚀性和剧烈的毒性，当人们呼吸的空气含有一点点的硫化二氢就能让人收到生命危险。当焦炉煤气如果没净化就被当做燃料使用时，硫化氢以及他的燃烧产物二氧化硫都含有一定的毒性，也会对坏境造成严重的污染，所以煤气要经过严格的净化过程才能被人们使用[3]。
1.2 现状分析
在2004年，我国发布了《焦化准入条件》，其中明确的规定了当改造或者新建焦炉时一定要同时更新配套的煤气净化设施。到了2006年年底，经过我国发改委核实并批准的厂家仅仅只有108家，然而这几家的产能总和只占了当年焦炭的总产能的百分之三十左右。但是还有大部分的企业没有得到核准，其中的主要原因就是没有配备完善的煤气净化设施。现在我国的煤气净化设施主要包括冷鼓装置，脱硫脱氰装置，脱氨装置以及脱苯装置[4]。没有完善的配套装置，就是指缺少一个或多个装置。
我国不断地引进外国的先进技术以及依靠自身的快速发展，焦炉煤气净化工艺已经步入世界的先进行列；目前的煤气净化工艺已经基本上涵盖了世界上较为先进的技术。当前所有年产焦炭达到一百万吨以上的焦化厂都设有完整的煤气净化系统，能够对来自炼焦炉的荒煤气进行完整的净化处理，去除掉煤气中的硫，氰，氨，苯等各种杂质，使之能够达到国家标准，并能够提供给工业以及居民使用；并同时对净化煤气的化工副产品回收并加以利用。
1.3 研究内容
本课题来自于江苏沙钢集团淮钢特钢有限公司的焦化车间的生产实践。焦化工业是钢铁厂煤化工产业中的一个重要组成部分，其主要产品是焦炭，同时也是冶金工业中的主要燃料。当煤处于炼焦时，除了其中有四分之一左右的产物是焦炭外，还有四分之一左右生成了多种化学产品及荒煤气，而这荒煤气中含有大量的有害物质，会对空气造成严重污染，所以不能直接排放到空气中。所以来自焦炉的荒煤气，需要通过冷鼓工段、脱氨工段、粗笨工段三个工段对其进行净化工艺，只有经过净化过的煤气才能提供用户使用，以及回收净化所产生的副产品来节省能源。
本课题需要采用PLC程序来控制各种机器并对煤气净化的实施控制，同时利用监控软件开发运行界面实施运行监控。课题需要对煤气净化控制系统有很深的了解，以及能够掌握控制要求和加工工艺。完成煤气净化控制系统电气线路设计，完成PLC系统硬件配置及外围输入输出设计，并选择合适的PLC形式然后编写正确的PLC程序来实现煤气净化控制系统控制，其中包括了冷鼓工段的初冷器和风机控制，脱氨工段的洗氨塔、蒸氨塔、氨分解炉控制，粗苯工段的洗苯塔和脱苯塔的控制，所编写的PLC程序应当符合现场设备工艺要求，动作合理准确，并含有完善的报警系统和保护装置。最后要和同组同学实现PLC与监控界面的连接调试。
2 工艺流程分析
图2.1 焦化厂煤气净化流程图
通过上图可以看出，煤气净化有几个过程，其中冷鼓工段，脱氨工段，粗苯工段是我们需要着重分析的。煤气在不同工段中和不同的催化剂充分接触，煤气里的杂质和催化剂发生反应，在净化煤气的同时也产生了不同的产物，对这些产物进行循环利用，也是应该考虑的一部分。不同的工厂会根据自身的需求采用不同的煤气净化方式组合。
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