活性炭再生爐溫度控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計

安丙峰 蔣勇銘

（1.天華化工機械及自動化研究設計院有限公司；2.中國石油青海油田井下作業(yè)公司生產(chǎn)服務中心）

在活性炭再生爐控制系統(tǒng)中，爐內(nèi)溫度的控制是至關重要的，若爐內(nèi)溫度過低，則會導致產(chǎn)品不合格；若爐內(nèi)溫度過高，則會大量燒毀活性炭、布袋等，直接造成系統(tǒng)長時間停車維修，帶來經(jīng)濟損失。 在活性炭再生爐控制系統(tǒng)中，爐內(nèi)溫度波動大且難以控制，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，其溫度值與天然氣量、助燃空氣風量、活性炭進料量、活性炭進料濕度、活性炭進料溫度、引風機引風量及負壓值有關，其中任何一個參數(shù)變化，都會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，經(jīng)分析論證后，提出了一套針對活性炭再生爐爐內(nèi)溫度的控制方案， 同時介紹了采用西門子S7-300 PLC和TP1200 精智觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)對整套工藝流程的監(jiān)控。

1 工藝流程簡介

活性炭再生爐控制系統(tǒng)工藝流程如圖1 所示。 來自原料倉儲倉的活性炭經(jīng)旋轉閥進入再生爐加料斗并由螺旋輸送機送入活性炭再生爐內(nèi)，在此活性炭與燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫煙氣并流接觸，高溫焙燒再生。 隨著活性炭再生爐的轉動，活性炭由再生爐入口向出口方向移動，再生后的活性炭由活性炭再生爐尾端排出并進入帶夾套水冷卻的螺旋輸送機，輸送的同時冷卻降溫至150 ℃左右。 由螺旋輸送機冷卻降溫后的活性炭輸送至振動篩進行篩分，篩分出的細粉直接在振動篩底部包裝后由叉車運走，篩分出來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入后續(xù)焚燒系統(tǒng)。 燃燒系統(tǒng)空氣過剩系數(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有壓力傳感器，可通過調(diào)整尾氣排風機入口閥門開度穩(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

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

引風機風量、系統(tǒng)負壓值是由尾氣抽吸系統(tǒng)決定的，可通過調(diào)節(jié)引風機風門開度、引風機管線和蝶閥開度來控制尾氣抽吸系統(tǒng)的引風量和尾氣系統(tǒng)負壓值。

3 控制系統(tǒng)設計

經(jīng)以上分析，設計前饋溫度控制回路來實現(xiàn)對活性炭再生爐爐內(nèi)溫度的控制，由活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度值來控制天然氣助燃空氣進風量，再由天然氣助燃空氣進風量通過比調(diào)閥來控制天然氣量，控制系統(tǒng)中加入尾氣抽吸系統(tǒng)的負壓值、進料旋轉閥的頻率值作為前饋參數(shù)，實現(xiàn)對活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度值的控制。 測量值采集點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、引風機的調(diào)節(jié)蝶閥閥門開度及進料旋轉閥的反饋頻率等。

3.1 控制方案

對于整個控制系統(tǒng)來講，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，這是因為活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度在整個控制系統(tǒng)中的作用至關重要，一旦該溫度監(jiān)測點出現(xiàn)異常，將會導致整個控制系統(tǒng)的癱瘓或失調(diào)，直接造成設備的損壞，帶來不必要的經(jīng)濟損失。 所以在整個控制系統(tǒng)中，加設活性炭再生爐爐內(nèi)二區(qū)溫度點，其主要作用是配合活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度來對再生爐爐內(nèi)溫度進行監(jiān)測。 在整個系統(tǒng)中設置活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度和二區(qū)溫度高報警和溫度高高聯(lián)鎖，當活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度和二區(qū)溫度過高時，通過聲音報警等形式通知操作員， 以便操作員及時采取相應措施；當活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度和二區(qū)溫度高高報警時，整個天然氣系統(tǒng)聯(lián)鎖停止加熱并且停止進料。

活性炭再生爐屬于轉動設備，測量活性炭再生爐爐內(nèi)一區(qū)溫度和二區(qū)溫度需選用無線溫度變送器， 通過無線溫度測量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉換，再將溫度值上傳至西門子S7-300 PLC 系統(tǒng)做監(jiān)控。

進料旋轉閥進料量的大小直接影響活性炭再生爐爐內(nèi)溫度。 若當前系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運行中，為避免因引風機引風量、系統(tǒng)負壓值或進料旋轉閥進料量的突然增大或變小而引起的系統(tǒng)失調(diào)，在增大或減小引風機引風量、系統(tǒng)負壓值或進料旋轉閥進料量頻率時，宜緩慢增大或減小，以使系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運行。 為此，在增大或減小進料旋轉閥頻率時，將原來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，斜率的大小應根據(jù)具體情況進行計算。

另外，在系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程中，即系統(tǒng)還未處于平穩(wěn)運行時，操作員若改變了某一參數(shù)（如減小引風機引風量、系統(tǒng)負壓值等），將會對正在調(diào)節(jié)中的系統(tǒng)造成很大影響，有礙于整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，為防止這種誤操作，構架的控制系統(tǒng)操作系統(tǒng)應加以防范。

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、連續(xù)可靠地運行，本控制系統(tǒng)選用PLC 對活性炭再生爐系統(tǒng)進行監(jiān)控，操作人員可在現(xiàn)場操作盤上實現(xiàn)對活性炭再生爐系統(tǒng)啟、停和正常運行工況的監(jiān)控， 且控制系統(tǒng)同時具備事故工況報警、聯(lián)鎖和保護功能。

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控制系統(tǒng)，能夠監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)每一個模擬量和數(shù)字量、調(diào)整過程設定值、建立趨勢畫面并獲得趨勢信息、顯示操作指導、聲音報警及打印報表等。

4 結束語

根據(jù)活性炭再生爐系統(tǒng)的工藝流程特點，設計活性炭再生爐系統(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)，整個系統(tǒng)得到平穩(wěn)運行。 實際生產(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)濟效益。