DCS系統(tǒng)對(duì)玻璃窯爐換向火焰的控制

王波 孫國(guó)義

（1. 威海中玻鍍膜玻璃股份有限公司 威海 264200；2. 山東威高集團(tuán)醫(yī)用高分子制品股份有限公司 威海 264210）

0 引言

目前，大部分浮法玻璃生產(chǎn)企業(yè)使用重油作為燃料來熔化原料，在使用過程中會(huì)出現(xiàn)換向時(shí)重油噴出后火焰又黑又長(zhǎng)，直接沖擊大碹磚和對(duì)面胸墻磚，導(dǎo)致窯爐發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的損毀，在所有硬件設(shè)備保持不變的前提下，通過不斷調(diào)整優(yōu)化DCS程序，最終使換向火焰達(dá)到較好的狀態(tài)。

1 DCS控制火焰換向

在浮法玻璃的生產(chǎn)過程中，熔化工段的控制是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，包括火焰換向控制、窯壓控制、液面控制、溫度控制等。其中火焰換向控制對(duì)窯爐和蓄熱室的保護(hù)至關(guān)重要。為了充分利用蓄熱室回收熱量加熱進(jìn)入窯爐的空氣，換向時(shí)間間隔要適當(dāng)，一般為20 min切換一次。每次換向時(shí)序到達(dá)時(shí)依次關(guān)閉相應(yīng)閥門，使得一側(cè)的火焰全部關(guān)閉，因助燃風(fēng)、空交機(jī)、重油系統(tǒng)各種閥門等開關(guān)都需要?jiǎng)幼鲿r(shí)間，因此窯內(nèi)會(huì)保持無火時(shí)間約30 s，之后按DCS控制時(shí)序依次打開另一側(cè)各個(gè)閥門，直至重油燃料噴出燃燒，完成一次火焰換向控制。目前，雖然PLC、DCS等在工業(yè)上應(yīng)用越來越廣泛，火焰換向定時(shí)、延時(shí)控制比較容易實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)于換向初期各個(gè)閥門鎖定的控制以及各個(gè)時(shí)序長(zhǎng)短的控制需要按實(shí)際情況不斷進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，最終使全部控制達(dá)到優(yōu)化組合。

2 換向時(shí)火焰長(zhǎng)度過長(zhǎng)的危害

當(dāng)換向動(dòng)作開始時(shí)，DCS程序控制正常燃燒的火焰結(jié)束噴吹后，經(jīng)過短暫?；穑硪粋?cè)再次噴吹時(shí)，由于開油電磁閥突然打開，管路中重油經(jīng)過調(diào)節(jié)閥后直接輸送到窯爐內(nèi)燃燒，突然釋放的壓力使得上火火焰過長(zhǎng)，壓力過大且渾濁，燃料無法全部燃燒，最直接的危害就是火焰直接沖擊對(duì)面的胸墻磚和大碹磚，對(duì)其產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損害，可能導(dǎo)致窯爐的窯齡嚴(yán)重縮短，對(duì)窯內(nèi)玻璃的質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，瞬間噴出的大量重油無法充分燃燒，落到玻璃液表面上會(huì)形成部分雜質(zhì)，使得玻璃的等級(jí)下降，造成直接的經(jīng)濟(jì)損失。另外，不完全燃燒的重油與氧氣結(jié)合生成的一氧化碳間接污染大氣，影響環(huán)保的指標(biāo)。而部分無法充分燃燒的重油沒有產(chǎn)生熱量，因此，每次換火需要多噴相同數(shù)量的重油來補(bǔ)充這些熱量熔化原料，增加了重油的使用量，也間接增加了原材料的成本。

3 DCS系統(tǒng)對(duì)換向火焰控制的調(diào)整過程

某重油噴吹系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。

圖1 重油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

整套重油控制系統(tǒng)由油泵、回油切斷閥、回油調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、重油調(diào)節(jié)閥、蒸汽列管加熱器、霧化閥、吹掃閥以及各種手動(dòng)閥門等組成。重油在油站中間罐加熱后，通過油泵持續(xù)打壓輸送給熔化工段油槍室，經(jīng)過蒸汽列管加熱器加熱后使用重油總流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，然后分配給16個(gè)分支流量計(jì)管路，按照每個(gè)小爐的熱量分配比來設(shè)置每個(gè)分支調(diào)節(jié)閥的重油流量設(shè)定值，調(diào)節(jié)閥穩(wěn)定控制后的重油輸送至窯爐內(nèi)，換向動(dòng)作時(shí)，提前打開上火側(cè)的霧化氣（即壓縮空氣），待開油電磁閥打開，被霧化后的重油進(jìn)入熔窯與空氣中高溫氧氣混合燃燒熔化原料。其中一級(jí)油壓調(diào)節(jié)閥通過控制回油量的大小使重油壓力穩(wěn)定到設(shè)定值要求范圍內(nèi)，回油切斷閥的作用是在換向時(shí)序到達(dá)時(shí)打開閥門使管路中重油流回油站，降低油槍室內(nèi)管路中的油壓。霧化氣將重油霧化后可充分燃燒。

3.1 重油系統(tǒng)控制時(shí)序

DCS系統(tǒng)內(nèi)計(jì)時(shí)模塊1196 s計(jì)時(shí)到達(dá)時(shí)，輸出一個(gè)準(zhǔn)備換向的預(yù)鈴信號(hào)，通知室內(nèi)操作人員注意換向，同時(shí)提醒現(xiàn)場(chǎng)施工或檢修工作人員遠(yuǎn)離即將進(jìn)行換向動(dòng)作的閥門或電機(jī)等，防止發(fā)生意外人身傷害的事故。預(yù)鈴結(jié)束后，重新從0 s開始計(jì)時(shí)，如圖2所示。

圖2 重油程控流程圖

計(jì)時(shí)器達(dá)到T1s后打開回油切斷閥，使重油經(jīng)過回油管路流回至油站。計(jì)時(shí)器達(dá)到T2s時(shí)打開吹掃閥吹掃噴槍管路內(nèi)余留的重油，防止?；饌?cè)的噴槍內(nèi)余留的重油焦化，且余油在第二次噴火時(shí)進(jìn)入窯爐，會(huì)產(chǎn)生不完全燃燒的現(xiàn)象，影響玻璃質(zhì)量，間接對(duì)大氣造成污染，吹掃閥保持Ts后關(guān)閉。計(jì)時(shí)器達(dá)到T3s時(shí)關(guān)閉控油電磁閥，然后依次進(jìn)行廢氣閘板、助燃風(fēng)、霧化介質(zhì)的換向動(dòng)作，廢氣閘板和助燃風(fēng)蝶閥大約需要8 s才能完成換向動(dòng)作，因此開油電磁閥打開時(shí)序至少要比風(fēng)和廢氣動(dòng)作時(shí)序晚開10 s以上。在各個(gè)動(dòng)作反饋給DCS的信號(hào)正常后，開始準(zhǔn)備正常上火，T7s開油閥，T8s關(guān)閉回油閥，完成一次換向循環(huán)。

3.2 換向后對(duì)重油火焰進(jìn)行調(diào)整

換向時(shí)開油電磁閥打開后，油管路內(nèi)聚集的油壓瞬間釋放到窯內(nèi)，導(dǎo)致噴出的重油遇氧氣燃燒后火焰又黑又渾濁，壓力增大，沖擊對(duì)面胸墻磚和大碹磚，油壓調(diào)節(jié)閥幾秒鐘內(nèi)來不及調(diào)節(jié)，高壓重油噴出十余秒后又出現(xiàn)油壓短時(shí)間降低、火焰縮短的現(xiàn)象，整個(gè)過程大約持續(xù)20 s后火焰才能恢復(fù)明亮且長(zhǎng)度適中的狀態(tài)。為解決這一問題，首先將回油切斷閥關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)，即開油電磁閥打開后，回油切斷閥繼續(xù)保持打開狀態(tài)7 s后再關(guān)閉，使得上火時(shí)油壓保持比設(shè)定值低20～30 kPa；第二步，開油后，因油壓需要保持比正?？刂浦档偷膲毫Γ趽Q向時(shí)序到達(dá)時(shí)，使用DCS中ES/MA模塊鎖定油壓調(diào)節(jié)閥為手動(dòng)狀態(tài)，其輸出值開度值比正常調(diào)節(jié)開度大8%，防止上火時(shí)因油壓較低，調(diào)節(jié)閥大幅度調(diào)節(jié)而產(chǎn)生波動(dòng)，導(dǎo)致窯內(nèi)火焰長(zhǎng)度發(fā)生較大變化，30 s后火焰達(dá)到正常狀態(tài)，解鎖調(diào)節(jié)閥，恢復(fù)自動(dòng)控制；第三步，16個(gè)分支油量調(diào)節(jié)閥在換向時(shí)序到達(dá)時(shí)開度值減小15～20后鎖定，然后使用Rmp 功能塊緩開輸出，每秒增加0.5個(gè)開度值，使開油后油量比正常流量值減小20～30 kg/h，然后緩慢增加到正常流量值。圖3為1#油調(diào)節(jié)閥修改后的控制程序。

圖3 DCS中重油單支槍調(diào)節(jié)閥控制程序

與原控制程序相比，增加了SFT、ADD、Rmp、Timer等控制模塊。打開時(shí)間延長(zhǎng)5 s，將吹掃閥后管路中的未噴出的重油全部吹掃干凈，防止管路中剩余重油焦化堵塞管路，且減少下次噴吹時(shí)的重油量。表1為調(diào)整的各變量對(duì)比。

表1 調(diào)整過程各變量變化情況

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)摸索各個(gè)控制單元的鎖定開度值、鎖定、解鎖時(shí)間，最終使得換向時(shí)火焰狀態(tài)達(dá)到較好的狀態(tài)。

4 優(yōu)化后應(yīng)用效果

經(jīng)過在DCS中不斷調(diào)整程序和時(shí)序，換火時(shí)火焰狀態(tài)由開始渾濁發(fā)黑、沖擊力強(qiáng)，改善為現(xiàn)在的長(zhǎng)度適中、火焰明亮。整個(gè)調(diào)整方案最大的作用為減弱上火時(shí)火焰對(duì)碹墻的沖擊作用，有效地保護(hù)了窯內(nèi)大碹磚和胸墻磚，對(duì)延長(zhǎng)窯齡起到了關(guān)鍵性的作用。按照正常換向20 min/次，假設(shè)一條線窯齡為6年，每年每條線的窯爐折舊為W萬元，每20 min至少有30 s時(shí)間嚴(yán)重沖擊大碹和胸墻磚，窯齡延長(zhǎng)總的保護(hù)措施為100%，火焰侵蝕對(duì)窯齡的保護(hù)作用按照0.5/20×100%＝2.5%計(jì)算，因此每年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為W×2.5%＝0.025W萬元。另外，對(duì)節(jié)省重油、提高玻璃質(zhì)量等級(jí)等方面也會(huì)間接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，換向時(shí)噴出重油過多，燃料不能充分燃燒，造成浪費(fèi)，影響玻璃質(zhì)量。此次時(shí)序調(diào)整后，根據(jù)初步測(cè)算，每次換火時(shí)前兩分鐘內(nèi)重油量是調(diào)整前的80%，平均每支油槍燒油量180 kg/h，即3 kg/min，每次換火節(jié)省油量按計(jì)算的一半考慮，每次換火16支油槍共節(jié)約的油量為3×2×20%×50%×16=9.6 kg；20 min換火一次，一天24 h共換火72次，重油價(jià)格按照4000元/噸計(jì)算，年創(chuàng)造效益為：9.6×72×365/1000×4000＝100.9萬元。

5 結(jié)語

在以重油為燃料的浮法玻璃生產(chǎn)中，通過不斷變換控制思路，利用DCS程控為調(diào)節(jié)手段，對(duì)熔化換向控制上火時(shí)火焰長(zhǎng)短和壓力進(jìn)行調(diào)控，取得了非常好的效果，目前在我公司三條玻璃生產(chǎn)線上都進(jìn)行了應(yīng)用，對(duì)保護(hù)窯爐、提高玻璃質(zhì)量、節(jié)約燃料、保護(hù)環(huán)境等各個(gè)方面都起到了積極作用。以天然氣或其它可燃物質(zhì)作為燃料的生產(chǎn)線，也可以參照以上控制方案進(jìn)行調(diào)整。