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45m煅烧滚筒烘干机燃烧控制系统设计与实现
发布时间：2013-10-18 09:21 来源：未知
石油焦煅烧是生产阳极的先行关，其作用是排除原料中的水分、挥发分，提高碳质原料的密度和机械强度，提高原料的导电性和化学稳定性，为生产碳阳极提供原料。煅后焦的质量直接关系到后续工序的进行，关系到最终产品的质量。
兖矿科澳铝业有限公司用于阳极炭素石油焦煅烧的45m滚筒烘干机，原配有相应的控制系统，经过系统分析，存在如下问题：(1)目前滚筒烘干机内衬使用情况只能通过巡检员肉眼观察，由于滚筒烘干机窑体较长，难以及时发现局部脱落、掉砖，甚至红窑等情况。(2)在冷却机排料端，虽然可参照上位机显示的相关温度数据，通过人工调整冷却水量达到控制排料温度的目的，但该方法操作工劳动强度较大。延误调整易造成水量过大，使煅后焦湿度大，影响产品质量。(3)窑内三个温度带的长度、位置，特别是煅烧带的长度和位置是直接反映烧成工况的重要参数，系统采用人工目测方式，不能及时发现温度带的偏移趋势，影响滚筒烘干机煅烧产品质量的稳定。(4)现有的石油焦煅烧系统中没有窑尾烟气含氧量检测，无法合理控制煅烧给风量，影响煅后焦的实收率，造成较大的经济损失。为改进以上缺点，对原控制系统进行了升级设计，实现过程如下，富通新能源销售木屑颗粒机、木屑烘干机等生物质燃料成型、木屑烘干机械设备。
1、设计原理
在原系统基础上．45m滚筒烘干机燃烧控制硬件系统增加滚筒烘干机简体红外扫描仪+氧化锆烟气氧含量分析仪+现场PLC控制器+以太网+上位机，结合上位控制、管理软件，运用现代控制理论，使滚筒烘干机煅烧系统实现：测量和显示煅烧带位置、长度及其变化趋势；实时监测窑内衬破损、红窑等情况并及时报警；根据排料温度以及蒸汽温度高低通过控制阀门开度自动调节直冷水流量，实现排料温度的自动控制功能；实现窑尾烟气含氧量的在线检测功能，并可通过滚筒烘干机燃烧控制辅助管理系统，实现手动／自动控制的无扰切换功能。滚筒烘干机燃烧控制系统构成如图1所示。
2、设计方案
2.1煅烧带温度、位置测量方案设计
利用扫描窑皮温度测量煅烧带位置，利用窑内物料温度扫描测量煅烧带最高温度，运用图像处理技术，利用窑内物料温度测量结果对窑皮温度场图像进行补偿，可有效提高煅烧带位置检测的精度。
2.2冷却窑排料温度控制方案设计
通过对现场冷却窑系统及相关数据的分析，得出排料温度与蒸汽温度具有很强的相关性，排料温度滞后蒸汽温度17min～20min。因此，系统确定了以蒸汽温度为被控对象的闭环控制方案，即采用串级PID调节器，通过控制直接冷却水流量来控制排料温度简化为通过控制挡板开度来控制蒸汽温度，解决了大滞后温度控制的难题。同时在控制系统中根据煅烧窑的排料温度、入料量、煅后焦块粉比等扰动量，进行前馈控制，进一步减小排料温度的波动。
2.3控制系统整体方案设计
由于原系统的PLC选用的是AB的SLC500系列，考虑与原系统的兼容及升级需要，新系统仍以AB的PLC为控制设备，选择了AB的LOGIX 62系列PLC。通过以太网与原系统PLC，以及上位工控机组成两级分布式控制系统。PLC负责采集现场输出信号，驱动现场执行机构，PC机作为算法运算以及上位监控设备，主要实现控制算法、数据库管理，完成车间的生产运行监控等功能。原系统上位机组态选用的是RSview 32，为了考虑与原系统的兼容及升级需要，新系统选用RSview SE组态编程软件进行组态软件设计。
2.4设备选型
滚筒烘干机简体温度扫描仪选用以法国HGH探头为扫描探头的红外窑筒体扫描仪。氧含量分析系统主要测试窑尾氧气含量，用以分析滚筒烘干机内的燃烧状况。窑尾的温度最高达到1100℃，主要考虑氧化锆探头的耐高温性，系统选择耐温为1400℃的氧化锆探头，而沉灰室上方距滚筒烘干机中心还有1. 5m的距离，现在市场上能耐1400℃的氧化锆只有1. 2m．专门定制了ZO - 3003型氧化锆氧量分析仪。
3、系统调试
3.1系统上位软件的设计与总体调试
实现整个监控画面的设计，按现场要求实现了负压、风量、尾气氧含量等设备运行状态的动态显示，故障语音报警等功能。完成远程控制、手动／自动切换控制功能，以及历史数据管理保存、历史曲线显示等。
3.2煅烧带位置测量算法软件开发调试
利用扫描窑皮温度测量煅烧带位置，使用窑内物料温度扫描测量煅烧带最高温度，对窑皮温度场图像进行补偿的方案，以及运用图像处理技术完成了煅烧带图像边界特征提取算法，实现了煅烧带的划分。通过现场大量的实验验证，结果和现场观察基本吻合。
3.3冷却窑排料温度控制算法及软件实现
以蒸汽温度为控制对象，下料量作为前馈，将各种干扰诸如煅后焦形状、环境温度等作为模糊修正的排料温度自动控制方案，采用串级模糊PID控制算法完成了排料温度的自动控制。
4、应用效果
4.1温度带位置的实时检测
系统采用滚筒烘干机简体红外温度扫描十窑内物料温度扫描测检方案，运用图像处理技术，提出了煅烧带图像边界特征提取算法，实现了煅烧带的划分，完成了煅烧带位置、长度、偏移方向及偏移速度的实时检测。为现场操作人员进行工况调节提供了温度带的定量数据，对进一步稳定燃烧工况，减少炭损具有重要的意义。燃烧带位置及变化趋势如图2所示：
4.2排料温度自动控制
新系统采用以蒸汽温度控制为外环，直冷水流量控制为内环的双闭环PID控制结构，实现了排料温度的串级PID控制算法，解决了冷却窑大滞后、非线性被控对象的自动控制难题。提高了冷却窑排料温度控制的技术水平，实现煅后焦温度的稳定控制。
5、结语
燃烧控制系统应用后，不仅实现了滚筒烘干机破损预警，提高煅烧石油焦的实收率和质量，通过自动控制和氧气测量装置，还有效抑制一些有害气体的排放，防止环境污染；同时，直接冷却水自动控制的投入，可以节约大量用水，提高设备的使用率。可见，这一系统技术性佳，具有较好的经济效益和社会效益。
