活性炭再生爐溫度控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

安丙峰 蔣勇銘

（1.天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司；2.中國(guó)石油青海油田井下作業(yè)公司生產(chǎn)服務(wù)中心）

在活性炭再生爐控制系統(tǒng)中，爐內(nèi)溫度的控制是至關(guān)重要的，若爐內(nèi)溫度過(guò)低，則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品不合格；若爐內(nèi)溫度過(guò)高，則會(huì)大量燒毀活性炭、布袋等，直接造成系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間停車維修，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。 在活性炭再生爐控制系統(tǒng)中，爐內(nèi)溫度波動(dòng)大且難以控制，經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，其溫度值與天然氣量、助燃空氣風(fēng)量、活性炭進(jìn)料量、活性炭進(jìn)料濕度、活性炭進(jìn)料溫度、引風(fēng)機(jī)引風(fēng)量及負(fù)壓值有關(guān)，其中任何一個(gè)參數(shù)變化，都會(huì)直接影響活性炭再生爐爐內(nèi)溫度。 為此，筆者根據(jù)活性炭再生爐控制系統(tǒng)工藝流程的特點(diǎn)，經(jīng)分析論證后，提出了一套針對(duì)活性炭再生爐爐內(nèi)溫度的控制方案， 同時(shí)介紹了采用西門子S7-300 PLC和TP1200 精智觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整套工藝流程的監(jiān)控。

1 工藝流程簡(jiǎn)介

活性炭再生爐控制系統(tǒng)工藝流程如圖1 所示。 來(lái)自原料倉(cāng)儲(chǔ)倉(cāng)的活性炭經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)入再生爐加料斗并由螺旋輸送機(jī)送入活性炭再生爐內(nèi)，在此活性炭與燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫?zé)煔獠⒘鹘佑|，高溫焙燒再生。 隨著活性炭再生爐的轉(zhuǎn)動(dòng)，活性炭由再生爐入口向出口方向移動(dòng)，再生后的活性炭由活性炭再生爐尾端排出并進(jìn)入帶夾套水冷卻的螺旋輸送機(jī)，輸送的同時(shí)冷卻降溫至150 ℃左右。 由螺旋輸送機(jī)冷卻降溫后的活性炭輸送至振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，篩分出的細(xì)粉直接在振動(dòng)篩底部包裝后由叉車運(yùn)走，篩分出來(lái)的大顆粒送入氣體輸送單元。 活性炭再生爐蒸發(fā)出的水蒸氣與活性炭再生爐內(nèi)降溫的煙氣和少量粉塵一起由活性炭再生爐尾部排氣口排出并進(jìn)入后續(xù)焚燒系統(tǒng)。 燃燒系統(tǒng)空氣過(guò)剩系數(shù)取1.05～1.10，采用比調(diào)閥控制天然氣用量，由尾氣溫度控制空氣用量，實(shí)現(xiàn)空氣與天然氣之間的完全燃燒。 活性炭再生爐出口尾氣管道上設(shè)有壓力傳感器，可通過(guò)調(diào)整尾氣排風(fēng)機(jī)入口閥門開度穩(wěn)定再生爐工作壓力。

圖1 活性炭再生爐控制系統(tǒng)工藝流程

2 活性炭再生爐爐內(nèi)溫度分析

活性炭進(jìn)料量由進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥和進(jìn)料螺旋轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，因此選用進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥的反饋頻率作為衡量進(jìn)料螺旋進(jìn)料量大小的參數(shù)。 而活性炭的濕度、溫度跟活性炭原料有關(guān)，隨季節(jié)和環(huán)境溫度稍有不同，可忽略不計(jì)。

引風(fēng)機(jī)風(fēng)量、系統(tǒng)負(fù)壓值是由尾氣抽吸系統(tǒng)決定的，可通過(guò)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度、引風(fēng)機(jī)管線和蝶閥開度來(lái)控制尾氣抽吸系統(tǒng)的引風(fēng)量和尾氣系統(tǒng)負(fù)壓值。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

經(jīng)以上分析，設(shè)計(jì)前饋溫度控制回路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)活性炭再生爐爐內(nèi)溫度的控制，由活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度值來(lái)控制天然氣助燃空氣進(jìn)風(fēng)量，再由天然氣助燃空氣進(jìn)風(fēng)量通過(guò)比調(diào)閥來(lái)控制天然氣量，控制系統(tǒng)中加入尾氣抽吸系統(tǒng)的負(fù)壓值、進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥的頻率值作為前饋參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度值的控制。 測(cè)量值采集點(diǎn)主要有活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度值、活性炭再生爐爐內(nèi)二區(qū)溫度值、活性炭再生爐尾氣出口溫度值、 活性炭再生爐尾氣出口壓力值、活性炭再生爐物料出口溫度值、天然氣燃燒系統(tǒng)助燃空氣調(diào)節(jié)閥閥門開度、引風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)蝶閥閥門開度及進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥的反饋頻率等。

3.1 控制方案

對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)講，所有的控制都是圍繞著活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度而展開的，這是因?yàn)榛钚蕴吭偕鸂t爐內(nèi)一區(qū)溫度在整個(gè)控制系統(tǒng)中的作用至關(guān)重要，一旦該溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)異常，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)的癱瘓或失調(diào)，直接造成設(shè)備的損壞，帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失。 所以在整個(gè)控制系統(tǒng)中，加設(shè)活性炭再生爐爐內(nèi)二區(qū)溫度點(diǎn)，其主要作用是配合活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度來(lái)對(duì)再生爐爐內(nèi)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 在整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度和二區(qū)溫度高報(bào)警和溫度高高聯(lián)鎖，當(dāng)活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度和二區(qū)溫度過(guò)高時(shí)，通過(guò)聲音報(bào)警等形式通知操作員， 以便操作員及時(shí)采取相應(yīng)措施；當(dāng)活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度和二區(qū)溫度高高報(bào)警時(shí)，整個(gè)天然氣系統(tǒng)聯(lián)鎖停止加熱并且停止進(jìn)料。

活性炭再生爐屬于轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，測(cè)量活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度和二區(qū)溫度需選用無(wú)線溫度變送器， 通過(guò)無(wú)線溫度測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，再將溫度值上傳至西門子S7-300 PLC 系統(tǒng)做監(jiān)控。

進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)料量的大小直接影響活性炭再生爐爐內(nèi)溫度。 若當(dāng)前系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中，為避免因引風(fēng)機(jī)引風(fēng)量、系統(tǒng)負(fù)壓值或進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)料量的突然增大或變小而引起的系統(tǒng)失調(diào)，在增大或減小引風(fēng)機(jī)引風(fēng)量、系統(tǒng)負(fù)壓值或進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)料量頻率時(shí)，宜緩慢增大或減小，以使系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運(yùn)行。 為此，在增大或減小進(jìn)料旋轉(zhuǎn)閥頻率時(shí)，將原來(lái)的階躍上升或階躍下降變?yōu)樾本€緩慢上升或斜線緩慢下降，斜率的大小應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行計(jì)算。

另外，在系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程中，即系統(tǒng)還未處于平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，操作員若改變了某一參數(shù)（如減小引風(fēng)機(jī)引風(fēng)量、系統(tǒng)負(fù)壓值等），將會(huì)對(duì)正在調(diào)節(jié)中的系統(tǒng)造成很大影響，有礙于整個(gè)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，為防止這種誤操作，構(gòu)架的控制系統(tǒng)操作系統(tǒng)應(yīng)加以防范。

3.2 硬件和軟件

為了保證活性炭再生爐系統(tǒng)安全、 經(jīng)濟(jì)、連續(xù)可靠地運(yùn)行，本控制系統(tǒng)選用PLC 對(duì)活性炭再生爐系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，操作人員可在現(xiàn)場(chǎng)操作盤上實(shí)現(xiàn)對(duì)活性炭再生爐系統(tǒng)啟、停和正常運(yùn)行工況的監(jiān)控， 且控制系統(tǒng)同時(shí)具備事故工況報(bào)警、聯(lián)鎖和保護(hù)功能。

根據(jù)以上要求，選用西門子S7-300 PLC 系列產(chǎn)品和TP1200 精智觸摸屏搭建整個(gè)控制系統(tǒng)，能夠監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)每一個(gè)模擬量和數(shù)字量、調(diào)整過(guò)程設(shè)定值、建立趨勢(shì)畫面并獲得趨勢(shì)信息、顯示操作指導(dǎo)、聲音報(bào)警及打印報(bào)表等。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)活性炭再生爐系統(tǒng)的工藝流程特點(diǎn)，設(shè)計(jì)活性炭再生爐系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)，使得活性炭再生爐系統(tǒng)再生爐爐內(nèi)溫度能夠控制在有效的溫度范圍內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)得到平穩(wěn)運(yùn)行。 實(shí)際生產(chǎn)情況表明，該系統(tǒng)杜絕了不合格產(chǎn)品、燒毀布袋等現(xiàn)象，有效地提高了生產(chǎn)能力，節(jié)省了生產(chǎn)成本，創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟(jì)效益。