焙燒生產工藝燃燒控制系統分析

摘 要：在焙燒爐燃燒系統中S7-300進行了應用，保證了焙燒爐的安全生產與工藝標準，但是也經常出現系統故障造成系統部運行，嚴重影響焙燒質量，對故障進行分析，避免出現相似故障時長時間處理影響系統運行。本文主要分了焙燒生產工藝及燃燒控制系統，焙燒車間的燃燒系統功能與特點，焙燒車間燃燒系統故障檢測與排除，焙燒車間燃燒系統安全設計。

關鍵詞：焙燒；燃燒系統；西門子模塊

中圖分類號：TF806.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 14-0000-01

一、焙燒生產工藝及燃燒控制系統

當前，陽極焙燒生產中普遍使用的是環狀敞開式焙燒爐。裝陽極炭塊處是爐室，一般每隔28-36h一套火焰系統向前一爐室同步推進。其工作原理是：當移動燃燒架到某個爐室時，充分混合天然氣和空氣之后在這個爐室的火道內燃燒，促使該爐室達到設定最高溫度。

燃燒架主要用于把天然氣噴射至火道并且對加熱區的火道溫度積極控制。總共有三臺燃燒架，分別是在加熱區的三個相鄰爐室的火道上進行設置。燃燒架上有8只對火道溫度進行測量的熱電偶。同時裝有16只對天然氣流量進行控制的電磁閥與天然氣噴嘴。選擇電磁閥。為了確保得到均勻的陽極焙燒爐室溫度，將兩只電磁閥安裝在每個火道上，每一火道的兩只電磁閥分別對應上游及下游火道噴射天然氣。在各個加熱區，上下游電磁閥形成了不同的天然氣給入量。此外一臺燃燒架控制模塊還安裝在燃燒架上。

燃燒架控制模塊，分別包含了分散式控制系統和DCS輸入輸出接口、DCS人機界面、電源裝置等。在燃燒架上安裝了燃燒架控制模塊。DCS在控制模塊內利用輸入接口接受由熱電偶測量火道溫度傳來的溫度信號。在現場自動方式下，在DCS比較火道溫度和溫度的對應設定數值，假如存在偏差，則采用一種特殊為焙燒爐控制專業研制的控制算法運輸輸出一個信號對電磁閥的輸出功率積極改變。在遠距離方式下，利用無線通訊的方式熱電偶測量火道溫度的溫度信號傳輸至中央控制系統，中央控制系統按照已經預先設置在其內部的程序自行計算出電磁閥的輸出功率，通過現場DCS指揮電磁閥動作實現生產工藝。至此實現對溫度曲線進行控制的要求。

二、焙燒車間的燃燒系統功能與特點

（1）實現了自動控制陽極焙燒溫度，降低了員工的勞動強度，對勞動環境進行了改善；（2）在保證焙燒及預熱區爐室負壓要求的基礎上，實現了自動控制系統負壓；（3）提高了控制火道溫度的精準度，預熱爐室火道溫度和設計溫度之間不會超過15℃差異；焙燒爐室火道溫度和設計溫度不會超過2℃的差異；（4）零壓控制冷卻區下游，避免返火；（5）利用了安全故障連鎖，具有自動切斷自然氣功能，進一步提升了生產安全系數；（6）瀝青產生了99%的燃盡率，提高了揮發份利用率，有效減少了消耗天氣然的量，降低了排放有害物質；（7）自動調節控制與顯示焙燒爐各火道燃氣量、焙燒溫度和負壓，陽極溫度表示，設置了中央級現場兩級控制。可以從手動切換至自動。通過計算機構成的中央控制系統基本功能有顯示、設定、控制、處理數據和報警燈。現場控制系統由DCS構成具體包括調節、檢測和報警。

三、焙燒車間燃燒系統故障檢測與排除

在焙燒過程中，焙燒質量的好壞主要通過溫度測量直觀顯示，溫度通過火道及制品熱電偶測量，通過mV值經輸入模塊轉換為直觀的溫度在現場觸摸屏及中控室上位機顯示出來。

在2013年至2014年間經常出現天然氣壓力無顯示，更換壓力變送器等工作，將換下變送器重新校驗正常，沒有找出問題的關鍵。在近期出現27#燃燒架部分數據（包括制品熱電偶、天然氣壓力）無法讀取，更換新的模塊，問題依然存在。制品溫度1，2，3天然氣壓力濃度監測等信號在觸摸屏，上位機均無法正常顯示，對照圖紙找到幾個信號的共同點，連接筆記本在線監視硬件和軟件相關故障報警信息，在線聯機緩沖區診斷，出現ADC/ADC故障，為數模轉換故障，根據提示OB82，對斷線監測進行屏蔽，繼續查找故障也即PIW入口參數為7FFF，此報錯為溢出報警，測量現場電壓正常，查看圖紙接線正確，仔細查找AI模塊數據及安裝參數，發現前連接器10#11#端子未接地，導致出現懸浮電壓，此模塊內的制品溫度1，2，3天然氣壓力濃度監測超出量程范圍，將前連接器的10#11#接到20#的外殼接地恢復正常。

此故障衍生出了一些問題，在安裝使用西門子的電壓測量模塊中將電壓測量的地接到20#電源的地，避免出現懸浮電壓影響其他測量信號。

四、焙燒車間燃燒系統安全設計

焙燒爐需要爐內根據一定溫度曲線實行，對爐內溫度提出了一些要求，系統采集多種數據，按照工藝要求實施閉環控制，操作過程自動化程度極高，在控制室可以設定有關參數，設計升溫曲線，調整焙燒爐的運行過程，并且在畫面上直接顯示這一過程。

PLC主控制器對焙燒爐的燃燒進行控制，在外界條件允許時主控制器對燃燒控制器發出噴氣指令，對電磁閥進行調節操作，燃燒控制器對整個過程積極控制，火焰檢測提供正常反饋以后，完成噴氣動作。主控制器傳動正常燃燒信號。在設計過程中，各個燃燒回路安裝檢測設備，主控器對信號指令執行情況進行判斷是根據其反饋信號，由爐內溫度檢測反饋信號驗證指令給定數值控制效果。按照工藝要求，提供電磁閥噴吹時間設定，爐內溫度、檢測管路壓力，向控制器積極反饋，實行調整修正，最終實現燃燒系統的閉環控制。

五、結束語

在投入運行焙燒爐燃燒系統之后，通過技術人員的積極努力，總結了大量的經驗，尋找問題解決的具體方法，促使穩定、可靠運行這一燃燒系統，為連續進行焙燒爐生產奠定了重要基礎。

參考文獻：

[1]譚斌.陰極焙燒爐燃燒自動控制概述[J].炭素技術，2009（03）.

[2]郭力.炭素陽極環式焙燒爐燃燒計算機控制及網絡技術的應用[J].輕金屬，2012（01）.

[作者簡介]翟小康（1982.03-），男，山西新絳縣人，助理工程師，本科，主要工作：電氣自控（焙燒二車間技術員）。