蓄热式梭式窑自动控制系统的设计与应用

第6期机电技术67蓄热式梭式窑自动控制系统的设计与应用

郑春辉

(河北津顺节能技术开发有限公司,河北迁西 064302)

摘要:蓄热式燃烧技术是国内比较先进的燃烧技术,具有高效节能､温度分布均匀､低NOx排放等特点,在轧钢､陶瓷等行业已经得到了广泛的应用。文章介绍了蓄热式梭式窑自动控制系统的设计与应用。

关键词:梭式窑;自动控制;节能

中国分类号:TQ175 文献标识码:A 文章编号:1672-4801(2012)06-067-02

高温燃气梭式窑是一种新型高温间歇窑,该窑升温快､温差小,产品焙烧质量可达95%以上,节能率较常规梭式窑能达到30%以上,是目前国内陶瓷及耐火材料行业较先进的热工设备之一。节能型梭式窑总体优势是:高产､优质､低耗;生产操作简便,使用安全､可靠;设备选型适当,电控､仪控等系统及自动化技术措施可靠､先进､经济实用。

郑州安耐克事业有限公司2座蓄热式梭式窑是河北津顺节能技术开发有限公司投资与东大合作建设的。自控系统采用西门子PLC组建控制主站,集设备顺控与PID调节控制为一体,实现了梭式窑2人操作模式,能够极大地提高梭式窑操作性和安全性。

1 蓄热式梭式窑自动控制系统构成

蓄热式梭式窑自动控制系统由电气柜､PLC(西门子产品)､人机界面和现场仪表执行机构等构成。现场仪表执行机构种类较多,包括点火器､火焰检测器､电磁阀､气动快切阀､燃气泄漏报警器等。

系统采用两级控制方式,即监控级和现场设备级。监控级包括西门子S7PLC控制主站､监控管理计算机与配套软件,并通过Profibus总线实现设备间通讯;现场设备级包括各种采集仪表及执行设备。

2 蓄热式梭式窑自动控制系统现场设备级

两座蓄热式梭式窑共用1套摆渡车实现窑车进出窑控制,摆渡车上安装有行走电机,液压站及液压驱动装置,行走位置开关。

每座蓄热式梭式窑设置2台变频鼓风机用于提供助燃空气,2台变频风机工作制度为一用一备;1台变频引风机用于排出废气;1台点火风机用于点火烧嘴使用;1台拖动电机用于开启和关闭炉门,同时炉门上设置有启动压紧装置用于锁闭炉门。

燃气总管路上安装减压阀､气动快速切断阀､气动调节阀;助燃空气总管路上安装电动调节阀;助燃空气与烟气通过气动四通换向阀实现切换。炉窑两侧分别安装8套自动点火装置与助燃气烧嘴电磁阀,能够同时控制点火用燃气电磁阀与点火用助燃空气电磁阀。

炉窑两侧与窑顶共安装11支B型热电偶用于炉温测量,16只K型热电偶用于烟道温度测量。窑顶设置压力采样点,采集炉窑压力信号;在燃气总管和助燃空气主管各设置压力采样点与流量采样点,采集燃气与助燃空气压力与流量。燃气总管道及压缩空气储气罐上各设有高低压压力测量开关,监测燃气与压缩空气是否满足使用需求。炉窑窑体外设置可燃气体探测仪,监测燃气是否泄漏。

3 蓄热式梭式窑自动控制系统监控级

两座蓄热式梭式窑分别建设PLC主站,通过Profibus总线与监控计算机通讯,监控室内2台监控计算机互为备用,可同时对2座炉窑进行监控。监控室内另外安装有打印机,以供打印各种趋势记录及报表。

自动控制系统实现现场各种工艺参数采集设备的数据采集,按照设定的温度曲线和人工下达的指令驱动现场设备,实现远程单体/联动控制。按功能系统包括以下几组功能:

1) 参数采集:自动控制系统采集现场温度､压力､气体流量､电动调节阀开度､电磁阀阀位､变频器与电机工作状态数据,并在工艺流程监控界面上显示；

2) 设备驱动:PLC的DO点通过中间继电器

作者简介:郑春辉(1974-),男,工程师,研究方向:PLC自动控制技术的开发与应用｡

机电技术 2012年12月68

隔离,安全控制现场电机的启停､启动阀门的开关､点火烧嘴置位点火。每个设备的操作分为手动/自动两种方式,也即单体/联动,单体操作方式下设备间取消连锁,用于检修设备､调试时使用;正常生产状况下使用联动操作方式,所有设备按照工艺要求及安全操作要求连锁,并按照工艺要求自动执行,实现自动烧制与冷却；

3) 温度曲线设定与解算:系统提供温度曲线设定接口,可录入10条不同的温度曲线,曲线设定完成后装载,即可形成二维图形的曲线,方便查阅使用;烧制过程中系统自动根据设定好的曲线､烧制时间､当前炉窑温度解算出下个时间点的温度设定值与升温速率,自动生成升温方案；

4) 温度跟踪控制:温度跟踪控制为整个系统的核心部分,整个燃烧系统由温度PID控制､燃气流量PID控制､助燃空气PID控制3个PID控制器构成。通过温度PID控制器给定燃气流量设定值,燃气流量调节PID控制器调节燃气流量,对燃气流量按照工艺要求处理后形成助燃控制流量给定值；

控制结构图如图1所示。

图1 控制结构图

5) 炉窑压力控制:正常烧制过程中炉窑内压力为微正压状态,通过调节引风机转速控制炉内压力,炉窑压力控制使用单环PID控制,控制结构图如图2所示；

6) 历史趋势､报警记录与查询:通过使用西门子WINCC自带的数据记录功能,形成数据历史趋势图形和报警数据报表。

图2 引风机频率

4 蓄热式梭式窑自动控制流程

根据蓄热式梭式窑烧制工艺,其烧制过程中自动控制流程详见图3。

图3 自动控制流程图

五结束语

新型蓄热式高温梭式窑在技术上成熟可靠,比传统意义上的梭式窑节能30%以上,可有效降低生产成本,提高产品的市场竞争力。蓄热式梭式窑自动控制系统的应用,极大减轻人工操作的同时能够提高烧成质量,温度压力控制精确度高,点火调试成功并投入正常运行,各项技术经济指标均达到预期要求,具有一定的推广应用价值。

参考文献:

[1] 高增丽.蓄热燃烧技术在燃气梭式窑上的应用[J].冶金能源,2007(5).

[2] 朱长华.蓄热式加热炉燃烧技术[J].湖南冶金,2001(6).