制酸轉(zhuǎn)化系統(tǒng)始動(dòng)爐優(yōu)化升級(jí)改造實(shí)踐

但亮亮

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司貴溪冶煉廠，江西貴溪335424）

江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司貴溪冶煉廠現(xiàn)有4套冶煉煙氣制酸系統(tǒng)，均采用接觸法制酸工藝。轉(zhuǎn)化工序設(shè)置始動(dòng)爐系統(tǒng)，為預(yù)熱氣體提供外部熱量，制酸系統(tǒng)開車時(shí)將轉(zhuǎn)化器催化劑床層溫度由常溫逐步升溫至催化劑起燃溫度以上，進(jìn)入正常生產(chǎn)過程。另外，始動(dòng)爐系統(tǒng)在進(jìn)轉(zhuǎn)化器一段煙氣SO2濃度長(zhǎng)時(shí)間低于熱平衡濃度時(shí)進(jìn)行補(bǔ)溫。未通預(yù)熱風(fēng)時(shí)，始動(dòng)爐爐膛溫度控制在500 ℃，預(yù)熱器底部溫度控制在400 ℃。通入預(yù)熱風(fēng)時(shí)爐膛溫度控制在1 000 ℃，預(yù)熱器底部溫度控制在580 ℃，預(yù)熱器出口溫度控制在520 ℃以內(nèi)。燃燒風(fēng)機(jī)提供燃燒所需氧氣，稀釋風(fēng)機(jī)一、二次風(fēng)控制調(diào)整爐膛溫度和預(yù)熱器底部溫度。

1 存在問題

為進(jìn)一步適應(yīng)清潔生產(chǎn)的需求，2016年貴溪冶煉廠硫酸車間二系統(tǒng)始動(dòng)爐完成由燃油變?yōu)槿紵烊粴獾母脑臁?016年10月二系統(tǒng)年修期間，三、四系列始動(dòng)爐在運(yùn)行升降溫過程中存在以下問題：

1）始動(dòng)爐用天然氣流量計(jì)存在偏差。始動(dòng)爐用天然氣流量計(jì)的計(jì)量不準(zhǔn)確，不能指導(dǎo)操作工對(duì)始動(dòng)爐運(yùn)行參數(shù)調(diào)整。進(jìn)始動(dòng)爐天然氣沒有進(jìn)行預(yù)混，燃燒火焰偏黃，燃燒效率不高，且燃燒初期火焰易被吹滅。

2）風(fēng)氣比難以控制。升降溫操作過程中均為儀表操作工手動(dòng)調(diào)整燃燒風(fēng)和天然氣的調(diào)配比，容易出現(xiàn)風(fēng)氣比過大或過小現(xiàn)象，使得升降溫曲線偏離溫度控制要求。燃燒風(fēng)與天然氣比例達(dá)不到最佳，導(dǎo)致燃燒不充分，爐內(nèi)氣流斷面壓差發(fā)生波動(dòng)，引起爐體及附屬設(shè)備振動(dòng)大、噪聲大。運(yùn)行期間出現(xiàn)過稀釋風(fēng)機(jī)自動(dòng)閥門氣源管被振脫現(xiàn)象，運(yùn)行過程中存在隱患。

3）溫控調(diào)節(jié)性差。始動(dòng)爐二次稀釋風(fēng)閥控制預(yù)熱器底部溫度，線性調(diào)節(jié)差，需頻繁大幅度調(diào)整閥門開度，增加了操作工作量。

2 解決方案

為了解決上述問題，使操作過程中變得簡(jiǎn)便智能，保障始動(dòng)爐系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，2020年8月貴溪冶煉廠開始著手對(duì)三、四系列始動(dòng)爐附屬設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造。

2.1 增設(shè)新型智能燃燒器系統(tǒng)

三、四系列始動(dòng)爐各增設(shè)1套新型智能燃燒器系統(tǒng)。燃燒器為分體式結(jié)構(gòu)，由燃燒機(jī)、燃?xì)忾y組（含點(diǎn)火閥組）、火口磚、PLC控制箱和供風(fēng)系統(tǒng)組成[1]。

燃燒機(jī)是使燃料和助燃空氣以合理的配比進(jìn)行充分混合、在爐膛內(nèi)實(shí)現(xiàn)燃燒的部件，包括分體式燃燒機(jī)殼體、燃?xì)恻c(diǎn)火電極、燃燒器芯體、燃燒器接線箱、UV探頭等[2]。燃?xì)忾y組是為燃燒機(jī)體提供穩(wěn)定壓力和流量并能夠?qū)崿F(xiàn)安全關(guān)閉手動(dòng)球閥和壓力監(jiān)測(cè)的部件，包括手動(dòng)球閥、壓力表、過濾器、減壓閥、單作用氣動(dòng)球閥、燃?xì)鈮毫ψ兯推骱忘c(diǎn)火支路、閥檢漏系統(tǒng)、點(diǎn)火燃?xì)忾y組（氣球閥、調(diào)壓器、電磁閥）等。點(diǎn)火支路包括單作用氣動(dòng)球閥、手動(dòng)球閥、燃?xì)夤?、點(diǎn)火金屬軟管等。

燃燒器安裝應(yīng)符合下列要求：①嚴(yán)禁在設(shè)備及被焊工件表面引燃電弧，試驗(yàn)電流或隨意焊接臨時(shí)支撐物；②燃燒器噴嘴標(biāo)高±2 mm；③保證角度偏差小于0.5°，四角高度偏差小于10 mm；④燃燒器噪音不應(yīng)大于75 dB（A）；⑤燃燒器振動(dòng)速度不應(yīng)大于5 mm/s。

按照燃燒機(jī)的運(yùn)行程序要求，系統(tǒng)進(jìn)行燃燒控制時(shí)按控制原理的功能可劃分為：?jiǎn)?dòng)條件驗(yàn)證、前掃氣、檢漏、燃燒閥和風(fēng)量關(guān)到小火位置、建立點(diǎn)火火焰、建立主火火焰、根據(jù)負(fù)荷信號(hào)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)空燃比例調(diào)節(jié)、熄火、后吹掃等。同時(shí)，系統(tǒng)具備故障報(bào)警和鎖定 （停機(jī)）保護(hù)功能，確保燃燒器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

四系列新燃燒器進(jìn)風(fēng)管管徑與舊燃燒器不一樣，現(xiàn)場(chǎng)加工制作“S”型向內(nèi)280 mm的長(zhǎng)度為1 m燃燒風(fēng)管。管道的安裝要符合GB 50236—2011《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范》要求。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置PLC控制箱

在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置燃燒器系統(tǒng)PLC控制箱，PLC控制箱是現(xiàn)場(chǎng)與儀表DCS信息交換的工具，對(duì)燃燒器各部件進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，以確保燃燒系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

現(xiàn)場(chǎng)控制箱切至“遠(yuǎn)程”時(shí)，預(yù)熱器出口煙氣溫度由檔位控制，爐膛溫度及預(yù)熱器底部溫度由稀釋風(fēng)閥自動(dòng)控制或手動(dòng)控制?，F(xiàn)場(chǎng)控制箱切至“本地”時(shí)，預(yù)熱器出口煙氣溫度、爐膛溫度及預(yù)熱器底部溫度由檔位控制。

2.3 始動(dòng)爐溫度計(jì)儀表電纜更換為專用電纜

始動(dòng)爐溫度計(jì)儀表電纜更換為防爆專用電纜，燃燒器閥組信號(hào)接至現(xiàn)場(chǎng)操作箱。另加裝1根485通訊電纜專用接收器，將始動(dòng)爐壓力點(diǎn)、溫度點(diǎn)、風(fēng)機(jī)閥門開度等信號(hào)傳輸至現(xiàn)場(chǎng)PLC控制箱上，控制箱切至 “遠(yuǎn)程”可實(shí)現(xiàn)儀表DCS上一鍵啟停。

2.4 新增升降溫控制程序

新增PLC控制程序，對(duì)始動(dòng)爐爐膛內(nèi)升溫及降溫進(jìn)行控制。始動(dòng)爐爐膛在進(jìn)行升降溫時(shí)可設(shè)定初始溫度及終點(diǎn)溫度，按照PLC程序內(nèi)保留的溫度升降曲線可自行進(jìn)行調(diào)節(jié)控制溫度的相關(guān)參數(shù)，例如稀釋風(fēng)機(jī)出口閥開度。

2.5 新增儀表通訊點(diǎn)

原有始動(dòng)爐流量計(jì)、儀表壓力計(jì)、天然氣泄漏報(bào)警器及電纜保留利舊，相關(guān)溫度及電纜、燃燒風(fēng)機(jī)、稀釋風(fēng)機(jī)閥門電纜利舊。將原電纜接至現(xiàn)場(chǎng)PLC控制柜，再通過485通訊電纜傳信號(hào)至DCS系統(tǒng)。其他新增閥門及點(diǎn)火信號(hào)由現(xiàn)場(chǎng)PLC控制柜內(nèi)動(dòng)作，儀表DCS上有狀態(tài)信號(hào)。

3 實(shí)施效果

相關(guān)硬件設(shè)備安裝調(diào)試完畢，程序自動(dòng)控制和燃燒器檔位調(diào)節(jié)都引入到DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一鍵智能操作，其中火力檔位分為11檔，分別設(shè)置好每一檔對(duì)應(yīng)的燃?xì)忾y、空氣閥、稀釋風(fēng)閥位調(diào)節(jié)開關(guān)位信號(hào)，實(shí)現(xiàn)最佳燃?xì)獗取?/p>

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)準(zhǔn)備工作完畢，現(xiàn)場(chǎng)控制柜切至“遠(yuǎn)程”控制，儀表室接收到信號(hào)后點(diǎn)擊DCS上二系列始動(dòng)爐操作畫面中的“遠(yuǎn)程啟動(dòng)”按鈕，以下程序自動(dòng)運(yùn)行：

啟動(dòng)燃燒風(fēng)機(jī)、稀釋風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常后系統(tǒng)自動(dòng)將燃燒風(fēng)調(diào)節(jié)閥打開至吹掃閥位，進(jìn)行點(diǎn)火前爐膛吹掃，同時(shí)系統(tǒng)將進(jìn)行燃?xì)忾y組的檢漏。首先進(jìn)行燃?xì)饪傞y的檢漏步驟，再進(jìn)行主燃?xì)忾y、放散閥和點(diǎn)火閥檢漏，檢漏通過進(jìn)入下一步，檢漏未通過則報(bào)警鎖定燃燒器。

吹掃完成后，燃燒風(fēng)機(jī)風(fēng)閥自動(dòng)調(diào)小至點(diǎn)火閥位，燃燒器檔位位于初始“1”檔，啟動(dòng)點(diǎn)火閥和點(diǎn)火器，火焰監(jiān)視器監(jiān)測(cè)到火焰信號(hào)常亮，點(diǎn)火成功。點(diǎn)火成功后可根據(jù)系統(tǒng)升溫要求逐步調(diào)大燃燒器檔位。爐膛溫度和預(yù)熱器底部溫度均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

利用二系統(tǒng)定修期間，改造升級(jí)的始動(dòng)爐系統(tǒng)圓滿地完成催化劑恒溫吹掃、系統(tǒng)換氣任務(wù)。在運(yùn)行過程中由于天然氣先經(jīng)過預(yù)混，燃燒充分熱效率高，各檔位閥門開度值通過多次試驗(yàn)，獲得最佳風(fēng)氣比。燃燒過程中火焰顏色均呈現(xiàn)淡藍(lán)色，燃燒效果好，同時(shí)燃燒風(fēng)機(jī)及稀釋風(fēng)機(jī)出口風(fēng)管振動(dòng)值大幅下降，由超過1 mm降至100 μm以下。而采用程序控制一鍵式啟停，操作便捷穩(wěn)定可靠，多點(diǎn)安全檢測(cè)聯(lián)鎖監(jiān)控確保了安全有效運(yùn)行。三、四系列始動(dòng)爐改造成功也為制酸系統(tǒng)始動(dòng)爐后續(xù)改造提供了很好的思路和樣板。

4 燃燒器故障原因分析

燃燒器故障原因分析及排除措施見表1。

表1 燃燒器故障原因分析及排除措施

5 結(jié)語

始動(dòng)爐系統(tǒng)優(yōu)化改造后，制酸系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間停車后人工操作始動(dòng)爐的工作量大為減少。通過DCS系統(tǒng)調(diào)節(jié)相關(guān)儀表參數(shù)，儀表操作工可以騰出時(shí)間去關(guān)注其他系統(tǒng)參數(shù)，對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行帶來很大幫助。