酸氣灼燒爐燃燒器的改造

胡海東，劉曉丹，孫紹華

（廊坊職業技術學院，河北 廊坊065000）

在工業生產控制過程中，PLC的應用非常廣泛，在石油化工、機械制造、汽車、輕工業、冶金等領域的應用都得到了長足的發展。在生產設備中引入基于PLC的自動控制技術，不但能提高自動化水平，減少勞動強度，還可提高生產效率和設備的安全性。

新疆桑南凝析油氣處理站的一臺酸氣灼燒爐在一次點爐過程中，突然出現回火爆燃現象，造成燃燒器燒毀的事故。經調查，燃燒器屬于引射燃燒器，由于生產年代較遠，存在刮風容易熄火、再次點火困難、燃燒頭老化等諸多問題。為盡快恢復生產，作業區制定了灼燒爐燃燒系統改造方案，重新定做焚燒爐燃燒控制設備，通過修改引射燃燒器為強制鼓風式燃燒器（強排式燃燒器），該設備能夠自動控制燃燒器的吹掃、點火及火焰檢測，熄火報警遠傳等。此套設備主要分為三部分：燃燒控制、灼燒爐控制和遠端控制。

1 燃燒控制部分

燃燒控制部分在完成點火前具有自動吹掃、自動點火、火焰自動檢測、停爐后自動吹掃、安全連鎖等功能，由機械結構和控制系統兩部分組成。控制主體是西門子LFL1.1322系列燃燒控制器和S7－200PLC，機械主體是噴嘴結構。

燃燒控制系統采用全自動強排式廢氣燃燒器，具有自動點火和安全連鎖功能。燃燒點火過程嚴格按照TSGZB001-2008《燃油燃氣燃燒器安全技術規則》執行。當火焰建立穩定后，開啟廢氣閥門實施焚燒。如果出現意外熄火，則切斷燃料氣閥門和廢氣閥門。

1.1 點火控制

燃燒器采用西門子LFL1.1322系列燃燒控制器，通過其實現自動點火控制。具體的功能：有點火前自動吹掃、自動點火、火焰自動檢測、廢氣燃燒自動配風、停爐后自動吹掃、熄火連鎖燃氣切斷保護、獨立手動啟動風機等。

當燃燒控制器啟動后，首先進行火焰檢測（無火為正常）和設備安全連鎖檢測，當檢測合格后啟動燃燒鼓風機，在風機啟動后，實時進行風機風壓檢測，直到燃燒器至停運狀態為止。若在啟動后6秒鐘內探測不到風壓信號，則燃燒器鎖定并報警。當風壓檢測通過后，風門開啟到最大位置進行全風量的吹掃，吹掃時間為1~3分鐘，在吹掃完畢后，風門自動關閉達到起始位置。電子打火器開始打火，打火2秒鐘后開啟燃料氣，如果2秒鐘內檢測不到火焰存在，系統會立即鎖定燃燒器并報警。燃料氣火焰建立并穩定8秒鐘后開啟廢氣電磁閥，并緩慢的釋放廢氣同時隨動調節配風，至此點火過程完成。

1.2 安全連鎖

安全連鎖功能通過S7-200PLC實現，主機型號為CPU224XP，選配兩塊EM231模擬量輸入模塊和一塊EM232模擬量輸出模塊。EM231模塊采集溫度、流量傳感器傳入的4-20 mA標準電流信號，通過PLC程序轉換為工程量并在觸摸屏監控界面上顯示，實時與PLC內設定的排煙溫度、爐膛溫度、廢氣流量報警值相比較，當燃燒器自身發生故障、燃燒過程中出現意外熄火或當排煙溫度、爐膛溫度、廢氣流量高于其設定的報警值時，輸出繼電器Q0.0動作驅動蜂鳴器報警，輸出繼電器Q0.1動作，在關閉燃燒器的同時關閉燃料氣閥門和廢氣閥門，實現安全連鎖功能。

1.3 噴嘴結構

燃燒器的噴嘴部分重新設計制作，新噴嘴的結構可將廢氣和燃料氣同時從燃燒器出口噴出，實現廢氣直接噴入穩定火焰根部，讓廢氣全程通過火焰的高溫區，保證廢氣可靠分解。

2 灼燒爐控制部分

灼燒爐控制部分采用西門子S7-200PLC作為控制核心，通過觸摸屏組態進行參數的設置和監控。灼燒爐控制系統有兩個重要的自動調節控制功能和一個手動控制功能。

2.1 配風、溫度的PID調節功能

在工程實際中應用最廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節，以其結構簡單、穩定性好、工作可靠調整方便而成為工業控制的主要技術，高性能的S7-200PLC具有PID控制功能，作為PID控制器，根據系統的誤差，利用比例、積分、微分參數計算出控制量從而進行控制。

灼燒爐設備在改造之前，助燃風閥門和冷卻風閥門不能自動調節，存在配風不足廢氣燃燒不充分、配風過量過度耗費燃料氣、熱量排放過多等問題。

該灼燒爐在廢氣燃燒時配風具有PID[1]自動調節功能，其調節原理是根據廢氣流量值調節助燃風閥門的開度，由用戶設定一個理想的廢氣流量值作為目標值。當實際廢氣流量值低于目標值時，完全燃燒廢氣所需要的空氣量減小，則助燃風閥門的開度就調小；當廢氣流量高于目標值時，燃燒廢氣所需要的空氣量較大，則助燃風閥門開度對應的調大，其開度由EM232模塊的AQW4口輸出4-20 mA標準電流信號，驅動助燃風閥門伺服電機實現準確調節。助燃風和廢氣是通過同一管口噴出的，助燃風量增加，則廢氣量減小，反之廢氣量則增加，兩個量增減方向相反。通過此項PID調節功能可使廢氣流量保持穩定，自動調節助燃風量，確保廢氣被完全燃燒，有效地提高廢氣燃燒的效率。

排煙溫度也具有PID自動調節功能，其調節原理是根據排煙溫度值按比例調節冷卻風閥門的開度，由用戶設定排煙溫度的目標值，比如70℃，當排煙溫度低于70℃時，為使排煙溫度所需要的冷卻風量減少，則冷卻風閥門的開度就調小，當排煙溫度高于70℃時，則冷卻風閥門開度對應的調大，其開度由EM232模塊的AQW6口輸出4-20 mA標準信號驅動冷卻風閥門伺服電機實現自動準確調節。通過此項PID調節功能可使排煙溫度保持穩定，有效地減少熱量的排放，節省大量的燃料氣。

2.2 手動控制功能

為方便現場控制設備，灼燒爐控制系統專門設定了手動控制功能，在需要手動控制助燃風閥門或冷卻風閥門的開度時，將觸摸屏上相應的控制滑桿推到“手動”位置，在屏上手動值區域內觸摸并鍵入開度值，即可手動控制助燃風閥門或冷卻風閥門的開度。當需要自動調節助燃風閥門或冷卻風閥門時，將觸摸屏上的控制滑桿推到“自動”位置，灼燒控制系統即可實現廢氣燃燒配風和排煙溫度的準確自動控制。

3 遠端控制部分

針對灼燒爐作業區和中控室相距較遠不便于經常往返操作的現狀，采用了遠程控制解決方案，實現灼燒爐系統數據的上傳和遠程監控，在S7-200PLC中編寫符合Modbus協議[2]的從站通訊程序，實時將灼燒爐系統數據通過RS485總線上傳至上位機，上位機的監控軟件采用VB語言[3]開發定制，遠程監控廢氣切斷閥、燃氣切斷閥的狀態和灼燒爐的遠端停爐。

4 結束語

在灼燒爐設備中，采用重新設計制造的噴嘴結構，引入以西門子S7-200PLC和燃燒控制器為核心的自動控制系統，提高了廢氣燃燒的效率，減少了熱量的排放，節省了燃料氣，另外還避免了可燃物吹掃置換不干凈的隱患。通過灼燒爐控制系統改造，克服了刮風容易熄火、熄火后不易點火、點火電極容易燒變形損壞、燃燒頭老化等問題，實現了灼燒過程的自動控制，減少了人工操作，設備生產的安全性得到了很大提升。經過一段時間的運轉，應用效果良好。

[1]西門子公司.SIMATICS7-200可編程控制器手冊[M].北京:國防工業出版社，2000.

[2]喬永衛.基于Modbus協議的自動控制系統的通信研究[J].自動化與儀表，2012(08):34-37.

[3]王韋偉.Visual Basic程序設計與應用開發[M].北京:清華大學出版社，2012.