熔鹽爐自動控制的應用

李文波

摘 要：熔巖爐控制中包含了諸多先進的技術(shù)，將其應用在自動化控制和生產(chǎn)中，有利于提高設(shè)備生產(chǎn)效率和質(zhì)量。文章中針對熔巖爐自動控制，分析了應用的幾點策略，希望能夠為有關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：熔鹽爐；自動控制；應用

PLC自動控制，是近年來大工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的方向，它是由PLC、計算機軟件和硬件、自動控制設(shè)備等多項技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。目前部分老的熔鹽爐燃燒系統(tǒng)還在采用傳統(tǒng)的繼電器控制，如果采用PLC系統(tǒng)進行控制，可以更可靠地保證其穩(wěn)定、安全運行，確保整個裝置的穩(wěn)定運行；可以由軟件取代故障率較高的繼電器輸入輸出，確保故障的迅速排除，此項改造是具有深遠意義的工作。

1 熔鹽爐控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 PLC控制與原有繼電器控制方式的比較

熔鹽爐燃燒采用PLC控制和原有的繼電器控制方式相比具有以下明顯優(yōu)勢：

（1）直觀而集中地顯示爐體各項運行參數(shù)。合理的人機交互界面，操作人員能快速通過上位機啟停整個裝置；時刻顯示啟動過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，如熔鹽爐燃燒運行的進出口壓力、爐膛負壓、煙氣氧含量、測點溫度、燃油量或者燃氣量等幾十個運行參量的瞬時值、累計值及給定值；并能按需要在上位機的畫面上顯示各個測點的歷史曲線，顯示整個裝置的工作趨勢，使操作人員掌握設(shè)備的運行狀態(tài)；通過完善的音響和報警界面給人更加直觀形象的故障報警，減少操作人員觀察的疲勞和失誤。

（2）可以按需要隨時打印或定時打印，能對運行狀況進行準確的書面記錄，便于事故追查和分析，防止事故的瞞報漏報現(xiàn)象；一定程度上降低操作人員的實際工作量。

熔鹽爐的控制系統(tǒng)采用熔鹽爐自帶的 PLC 控制程序，具體而言，一次儀表向 PLC 傳送回路信號，其中包括鍋爐本體的溫度、壓力、流量、氧量，還可將其他檢測點的相關(guān)信息都在上位機的操作畫面上予以顯示。熔鹽爐 PLC 控制系統(tǒng)分為手動與自動操作[1]。其中，自動控制 PLC 控制系統(tǒng)自主監(jiān)控上位機的操作，具有自動化和智能化的設(shè)備啟停功能。手動控制則要求操作人員時刻注意運作情況，根據(jù)特定問題變化，利用操作箱來完成手動控制，被控制對象包括變頻器、氣動閥及調(diào)節(jié)閥等。熔鹽爐 PLC 控制系統(tǒng)對熔鹽爐和外圍設(shè)備的監(jiān)測、報警及控制，有助于熔鹽爐的安全運作，促使熔鹽爐的上內(nèi)、上外、下外、盤管等部分的正常溫度，還能規(guī)范霧化蒸汽、燃油、天然氣、燃燒空氣等燃料的壓力，進一步調(diào)整燃油、燃氣、熔鹽等流量參數(shù)的報警值和連鎖值。并通過以上各項指標，積極保證熔鹽爐 PLC控制系統(tǒng)的安全管理和正常工作。

1.2 結(jié)構(gòu)與運行原理

熔鹽爐控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對加熱系統(tǒng)的集中監(jiān)控和分散管制利用鼓風機來加速空氣預熱器的工作效率，通過增加供風量來提高熔鹽的溫度。除了對風的嚴控，還有對油的限制。爐內(nèi)燃燒的介質(zhì)分為重油或天然氣兩種[2]。這些原料經(jīng)過泵站或被管道運輸?shù)綘t的頂部。再經(jīng)過調(diào)節(jié)閥，最后達到燃燒器，在燃燒器中促發(fā)燃油的最佳燃燒效果，以最大熔鹽溫度產(chǎn)生具有足量壓力的熱能。蒸汽經(jīng)由蒸汽閥到達爐頂，直接從氣態(tài)被霧化成液態(tài)，這些直徑大小相當?shù)囊旱文軌虼龠M燃燒過程。經(jīng)過足量燃燒，煙氣從爐膛中被排出，并將空氣預熱器中的空氣予以加熱，使其變成熱空氣，再進入爐膛內(nèi)部。PLC 控制系統(tǒng)包括了工控上位機、聲光報警裝置、PLC 軟件、顯示器、打印機等部分。通過自動化編程進行供油、點火、供氣、供風等自動化操作。關(guān)注所規(guī)定的熔鹽爐的安全燃燒數(shù)值，并對爐內(nèi)壓力、溫度、流量等動態(tài)運行的參數(shù)數(shù)值予以記錄，分析整體運作的數(shù)據(jù)參數(shù)，確保熔鹽爐的安全運行和平穩(wěn)操作，達到滿足經(jīng)濟燃燒的價值，除了自動化和智能化等機械控制，PLC 控制系統(tǒng)還能自動生成工作日志和日產(chǎn)耗的統(tǒng)計報表[3]。這些科學數(shù)據(jù)避免了人為的錯誤性和局限性，也在某種程度上阻止了手工記錄的誤差以及人為的隨意等問題的出現(xiàn)。因為 PLC 具有輸入和輸出光電隔離、冗余電源保護、冗余控制器切換等功能，所以，硬件配置不僅完善，功能強大，而且擴展性和可靠性都很好，抗干擾能力強，出現(xiàn)故障的幾率極低。

2 熔鹽爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)

2.1 進出口鹽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)

進出口鹽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)即指依據(jù)對燃燒介質(zhì)和燃燒空氣的控制與調(diào)節(jié)，通過控制變化量以及進出口的溫差，進而保證熔鹽爐燃燒器的正常運行，以確保出口熔鹽帶走足夠熱量完成能量交換。

2.2 送風調(diào)節(jié)系統(tǒng)

送風調(diào)節(jié)系統(tǒng)影響著爐膛空氣過剩的系數(shù)變化，通過這些系數(shù)變化來控制燃料量和送風量之間的配比，進而提高送風調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作效率。因為燃燒器的安全管理主要依據(jù)于含氧量，所以，對風量的調(diào)節(jié)可參照含氧量的降低情況來予以控制，若是下降猛烈且突然，則可立即自動連鎖燃燒器。

2.3 爐膛壓差調(diào)節(jié)系統(tǒng)

爐膛壓差調(diào)節(jié)系統(tǒng)對風壓的變化予以控制，利用壓差自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)來改變爐膛負壓的大小，以提高燃燒的效率和節(jié)能作用。譬如風壓大可造成爐膛內(nèi)煙氣的大量丟失，煙氣將含有熱量的熱氣帶走，致使爐膛內(nèi)的負壓加大[4]。丟失的熱能導致燃燒介質(zhì)的消耗加劇，爐膛內(nèi)部的運作進入微負壓狀態(tài)，以提高爐內(nèi)的燃燒效率。為了確保穩(wěn)定的爐膛負壓狀態(tài)，應該針對負荷變化來相應調(diào)整燃料的送風量和供給量。然而，PLC 控制系統(tǒng)自動調(diào)整變化量的穩(wěn)定性方面存在優(yōu)勢，不僅保證了每個變化量的均勻變化和可靠運行，而且還實現(xiàn)了燃耗的安全性和科學性。雖然，排煙道在燃燒周期末期可能會出現(xiàn)部分阻塞現(xiàn)象，但 PLC 控制系統(tǒng)在自動化基礎(chǔ)上依然能實現(xiàn)手動操作，借增加進風量放棄燃燒的經(jīng)濟性，保證了燃燒的安全運行。

3 熔鹽爐控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

以上針對熔鹽爐控制系統(tǒng)的各控制回路原理做了簡要分析，依據(jù)以上分析，我們知道構(gòu)建一個可靠性強、智能化的控制系統(tǒng)是保證熔鹽爐安全運行的基礎(chǔ)。熔鹽爐控制系統(tǒng)是典型的多變量、多連鎖、對安全性要求極高的控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)設(shè)計上我們采用集中控制分散驅(qū)動（P）T方案）的集散控制思想，把控制系統(tǒng)分為三層：

（1）信息管理層：完成系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)的設(shè)定、實時數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)的監(jiān)視與控制、歷史數(shù)據(jù)的查看、數(shù)據(jù)報表的記錄與打印、報警與故障的提示處理等功能；主要由上位工控機（IPC）、組態(tài)開發(fā)軟件、應用程序、通訊模塊等組成。

（2）控制層：主要完成各種控制動作命令、實時數(shù)據(jù)的采樣與處理、連鎖動作的關(guān)聯(lián)表達、控制算法的實現(xiàn)、異?，F(xiàn)象的自動處理等功能；主要由可編程邏輯控制器（PLC）的開關(guān)量模塊、模擬量模塊、智能PID調(diào)節(jié)儀、變頻器、PLC應用程序等組成。

（3）設(shè)備層：主要接受來自PLC的控制命令，執(zhí)行相應的動作或提供相應的檢測數(shù)據(jù)。主要由斷路器、交流接觸器、壓力變送器、溫度變送器、流量變送器、電動開關(guān)閥、模擬信號隔離分配器等組成。

結(jié)束語：

綜上所述，通過分析熔巖爐自動控制，有利于提高相關(guān)設(shè)備的運行效率，并且推動我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，為今后相關(guān)生產(chǎn)與制造提供先進的技術(shù)支持。

參考文獻：

[1]汪琦，俞紅嘯，張慧芬. 熱載體加熱爐結(jié)構(gòu)與供熱循環(huán)系統(tǒng)智能化控制的應用研究[J]. 化工裝備技術(shù)，2016，37（02）：27-33.

[2]韓國新，盛麗娜. 煉鐵廠高爐綜合自動化控制系統(tǒng)的研究與應用[J]. 數(shù)字技術(shù)與應用，2013，（03）：22.

[3]劉志剛. 電廠鍋爐自動化控制系統(tǒng)分析[J]. 中國石油和化工標準與質(zhì)量，2012，32（08）：257.

[4]周盛宏. 煉鋼廠轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)自動化控制[J]. 機電信息，2011，（12）：113-114.