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高浓含盐废水蒸发结晶控制系统的设计

发表时间:2019-07-25浏览次数:0次
高浓含盐废水一直是废水处理的难点。很多工艺不能满足处理较高盐浓度废水的条件, 蒸发结晶除盐是处理化工含盐废水处理的关键, 而结晶系统中晶浆浓度难于控制与测量, 且晶浆浓度控制不当会使设备结晶堵塞, 频繁造成生产停机事故, 稳定的控制系统设计是成套工艺否能实现的关键。

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生产工艺简介
本项目采用三效蒸发带蒸发结晶的处理工艺, 其中蒸发工艺段包括一效、二效蒸发器, 由蒸发器、循环泵和分离器三部分组成, 目的是将含盐量较高的废水浓缩到饱和溶液;蒸发结晶工艺段包括三效的加热室、轴流泵、结晶器, 增稠器、出料泵组成, 目的是将饱和溶液进一步蒸发, 达到过饱和浓度后析出晶体, 在结晶器内成核长大后有增稠器初步进行固液分离, 提高晶浆固液比, 然后送到离心机。

整个生产工艺分为两段流程, 即浓盐废水蒸发浓缩段, 和浓盐废水蒸发结晶段, 整体物料成顺流Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ效, 最后从结晶器以晶浆10%固含由晶浆泵排出到增稠器, 增稠器增稠到40%后排出, 晶浆通过卧式离心机进行固液分离。Ⅰ效排出的冷凝水为新鲜蒸汽冷凝水, 可直接回用锅炉, 二、三效及冷凝器冷凝水在系统进行热回收降温后, 检测其COD依据情况, 达到排放标准的可直接外排, 达到回用标准的回用, 达不到标准的进入生化处理系统。

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成套工艺设备的控制系统方案
2.1 蒸发工段的控制目标

第一段流程的控制目标是将浓盐废水蒸发到稳定饱和浓度, 稳定该工段浓盐水的浓度在进入结晶器时的浓度达到饱和浓度, 在各效间输入的热量和通过的浓盐水蒸发能量之间保持热负荷的平衡。同时提供结晶工段热源二次蒸汽的稳定供给, 也使蒸发二次蒸汽的供给与结晶工段的二次蒸汽的消耗保持平衡。

2.2 结晶工段的控制目标

本工段的控制目标是将达到饱和浓度的浓盐水继续蒸发, 产生晶体通过育晶长晶, 再将晶浆输出到增稠器, 同时利用第一段二次蒸汽作为蒸发结晶的热源, 既保证二次蒸汽产生与消耗的热平衡。同时也保证浓盐水饱和溶液的输入与浓晶浆的抽出保持物料平衡。

2.3 系统效间温度梯度控制目标

成套系统在负压下蒸发, 控制效间温差与调配成套系统蒸发总量;以及各效蒸发量匹配及速率。

通过调节整体温差, 来调节成套装置的总蒸发负荷, 通过调节效间温差来控制前后各效蒸发负荷的匹配, 使之与工艺要求相匹配。

温度梯度调节通过系统真空度梯度调节, 通过冷凝器处真空泵提供真空来源, 通过各效间真空调节阀来调配各效间真空梯度。

2.4 成套工艺整体控制解决方案

晶浆浓度的稳定性是成套装置控制的核心。晶浆浓度低则影响晶体生长, 降低处理能力;晶浆浓度高则容易造成管道、设备堵塞。影响晶浆浓度稳定性的因素有;进入系统原水的浓度与流量, 系统整体蒸发量的大小各效蒸发能力的匹配。蒸发能力同蒸发器各效温度差为蒸发提供了原动力, 而效间压差则是各效蒸发温度温差的决定因素。因此对浓盐废水的结晶浓度和进一效新蒸汽的压力进行调节控制, 依据进料量和进料浓度进行进料量调节控制。

进料量设定值依据进料浓度的高低进行调节控制, 调节进料量的设定值, 由变频器调节进料泵转速来控制进料流量。

由于该工艺二次蒸汽多次利用, 传热传质分级进行, 且两侧均发生相变, 热交换负荷大, 工艺流程长, 系统鲁棒性强, 偏差控制反应慢, 时滞性强, 常规的单回路PID控制, 不能达到浓度稳定控制的目的。因此本次控制采用双闭环PID串级控制方案如图1所示。

浓盐水处理工艺流程

即把高浓含盐水结晶浓度调节回路由开环控制变成与一效蒸汽压力连锁控制的闭环控制。其中, 晶浆浓度为主控参数, 一效蒸汽压力为副控参数, 形成双闭环串级调节回路, 一级回路为蒸汽热源控制回路, 在控制系统中起着控制热源稳定的作用, 二级为晶浆浓度控制回路, 蒸汽压力的设定值按结晶浓度的变化进行控制, 通过串级控制, 使两个关键控制回路形成串级, 设定晶浆浓度后, 通过调节压力回路设定值, 再通过压力回路稳定设定值。最终保证被调量满足工艺要求。

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蒸发结晶工艺控制系统的详细设计
3.1 控制系统硬件组成

(1) 人机界面系统设计

本系统选用西门子工业控制计算机 (6AV7240-6DC40-0KA4其性价比高, 运行安全可靠) , 主要实现对成套系统各个工艺参数可视化控制人机接口。具有参数曲线显示辅助功能, 方便控制参数的调整,经过二次开发可对运行数据进行存储和调用查看。

(2) PLC系统

采用西门子主流S7-300系列PLC作为控制站。CPU选取CPU 315-PN/DP该CPU集成了以太网通讯和DP通讯, 不用额外增加通讯模块, 目前在国内外中小型自动控制系统中应用十分广泛。依据系统所需采集的信号类型和数量, 配备相应的模块卡件其中AI:64点 (4~20mA) ;AO:12点 (4~20mA) ;DI:34点;DO:50点。各I/O点数有15%的冗余, 方便系统的扩展性。

(3) 隔离系统

所有PLC模块的输入输出信号均进行信号隔离, 模拟量信号采用魏德米勒信号隔离器, 数字量信号采用欧姆龙小型中间继电器, 防止由于外部短路等电路故障对模块造成损坏。PLC供电与系统仪表供电分开, 独立供电。

(4) 通讯组态。系统硬件通讯组态采用西门子专有S7通讯, 方便系统组态与通讯:模块内通讯采用背板总线方式通讯, 主从站之间采用Profibus-DP通讯;系统与人机界面和集控系统通讯采用TCP/IP通讯。

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结束语
该系统在浓盐废水蒸发结晶控制工艺调试成功。主控参数控制稳定, 极大程度上减少了控制不稳造成的结晶堵塞问题, 提高了平均无故障运行时间, 为用户带来了经济效益和社会效益, 实现了蒸发和蒸发结晶的一体化控制, 浓度串级控制方案可行, 参数调节方便, 具有可推广性。
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