克劳斯硫磺回收控制系统研究与设计

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1、校代码：１０７０８论文分类号：２学学号：１５０５０２１ｆ淡基＃技ＡｆＶ／ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文’ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ克劳斯硫磺回收控制系统研究与设计沈雅斐指导教师姓名：李明辉教授学科名称：机械电子工程论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：克劳斯硫磺回收控制系统研究与设计学科门类：工学一级学科：机械工程培养单位：机电工程学院硕士生：沈雅斐导

2、师：李明辉教授2018年5月ResearchandDesignofClausSulfurRecoveryControlSystemAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByYafeiShenSupervisor：Prof.MinghuiLiMay2018克劳斯硫磺回收控制系统研究与设计摘要随着我国经济高速发展和工业化步伐的加快，能源消耗

3、急剧增加，导致环境日益恶化，如何在工业生产各环节实现能源的高效利用及减少污染排放量是实现工业可持续发展的首要任务。目前，随着全球天然气资源的大量开发，硫磺回收工段成为工业生产中重要的环保工艺，且克劳斯硫磺回收工艺是工业硫回收的主流工艺。优化克劳斯硫磺回收自动控制系统，提升系统自动化水平和稳定性，保证系统安全运行，提高硫磺回收率，减少污染气体的排放，不仅具有一定的经济意义，而且具有重要的社会意义和环保意义。本文以陕西靖边县某天然气硫磺回收项目为背景，以克劳斯工艺为基础，根据硫磺回收的关键控制指标要求，完成了克劳斯硫磺回收自动控制系统的设计，以SiemensS7-

4、400PLC为平台完成了控制系统开发。本文的主要研究工作如下：（1）硫磺回收影响因素分析通过分析三级克劳斯硫磺回收工作原理、工艺流程及控制指标，得出影响硫磺回收率的主要因素为酸气流量、H2S/SO2比值、主燃烧室温度、空速、酸气组分等，其中酸气流量、风/气比、主燃烧室温度为克劳斯硫磺回收的控制关键。（2）硫回收过程数学模型建立深入分析被控对象的内在机理，综合运用机理建模和实验测试法建立硫磺回收过程系统的数学模型，包含酸气流量控制系统、主燃烧室温度控制系统、风/气比控制系统的数学模型，为后序的控制器设计奠定理论基础。（3）硫磺回收过程控制方案设计及仿真研究为使克

5、劳斯硫回收过程酸气流量稳定，针对酸气供气压力频繁波动对进入主燃烧室的酸气量影响的问题，设计酸气流量—压力串级控制方案；针对主燃烧温度受进入主燃烧后部的H2S量频繁影响的问题，设计主燃烧室的温度—流量串级控制方案，并设计模糊控制器替代人工自动调整进主燃室后部酸气流量比值系数，以适应工况变化；为获得良好的H2S/SO2比值，设计了风/气比串级分程控制方案；针对对象参数时变问题，设计模糊控制器自动调整各主要PID控制器的参数，以获得良好的控制性能，并对各控制器仿真研究。I（4）克劳斯硫磺回收自动控制系统的实现本项目以SiemensStep7+Wincc为软件开发平台

6、，完成I/O点统计、硬件配置、控制柜设计、网络构建及HMI界面的开发，结合MATLAB软件和OPC通讯技术，实现控制算法的应用，最终完成克劳斯硫磺回收DCS控制系统的开发。本文根据实际项目的控制需求，对天然气硫磺回收工段自动控制系统进行设计，完成了项目的DCS控制系统开发，满足硫磺回收自动控制的高标准需求，实现硫磺回收率的提高。该系统已交付客户使用，客户反馈系统操作方便、安全稳定、控制精度高，对克劳斯硫磺回收自动控制系统的设计具有一定的借鉴意义。关键字：克劳斯，硫磺回收，模糊控制，PLC400，HMIIIResearchandDesignofClausSulf

7、urRecoveryControlSystemABSTRACTEnvironmenthasbeendeterioratedwiththerapiddevelopmentofeconomyandtheaccelerationofindustrializationinChina,whichleadedenergyconsumptionincreaseddramatically.Thistaskofachievingsustainabledevelopmenttoachieveefficientlyuseofenergyandreducepollutionexten

8、dinginallaspectsofi