酸气灼烧炉燃烧器的改造

胡海东，刘晓丹，孙绍华

（廊坊职业技术学院，河北 廊坊065000）

在工业生产控制过程中，PLC的应用非常广泛，在石油化工、机械制造、汽车、轻工业、冶金等领域的应用都得到了长足的发展。在生产设备中引入基于PLC的自动控制技术，不但能提高自动化水平，减少劳动强度，还可提高生产效率和设备的安全性。

新疆桑南凝析油气处理站的一台酸气灼烧炉在一次点炉过程中，突然出现回火爆燃现象，造成燃烧器烧毁的事故。经调查，燃烧器属于引射燃烧器，由于生产年代较远，存在刮风容易熄火、再次点火困难、燃烧头老化等诸多问题。为尽快恢复生产，作业区制定了灼烧炉燃烧系统改造方案，重新定做焚烧炉燃烧控制设备，通过修改引射燃烧器为强制鼓风式燃烧器（强排式燃烧器），该设备能够自动控制燃烧器的吹扫、点火及火焰检测，熄火报警远传等。此套设备主要分为三部分：燃烧控制、灼烧炉控制和远端控制。

1 燃烧控制部分

燃烧控制部分在完成点火前具有自动吹扫、自动点火、火焰自动检测、停炉后自动吹扫、安全连锁等功能，由机械结构和控制系统两部分组成。控制主体是西门子LFL1.1322系列燃烧控制器和S7－200PLC，机械主体是喷嘴结构。

燃烧控制系统采用全自动强排式废气燃烧器，具有自动点火和安全连锁功能。燃烧点火过程严格按照TSGZB001-2008《燃油燃气燃烧器安全技术规则》执行。当火焰建立稳定后，开启废气阀门实施焚烧。如果出现意外熄火，则切断燃料气阀门和废气阀门。

1.1 点火控制

燃烧器采用西门子LFL1.1322系列燃烧控制器，通过其实现自动点火控制。具体的功能：有点火前自动吹扫、自动点火、火焰自动检测、废气燃烧自动配风、停炉后自动吹扫、熄火连锁燃气切断保护、独立手动启动风机等。

当燃烧控制器启动后，首先进行火焰检测（无火为正常）和设备安全连锁检测，当检测合格后启动燃烧鼓风机，在风机启动后，实时进行风机风压检测，直到燃烧器至停运状态为止。若在启动后6秒钟内探测不到风压信号，则燃烧器锁定并报警。当风压检测通过后，风门开启到最大位置进行全风量的吹扫，吹扫时间为1~3分钟，在吹扫完毕后，风门自动关闭达到起始位置。电子打火器开始打火，打火2秒钟后开启燃料气，如果2秒钟内检测不到火焰存在，系统会立即锁定燃烧器并报警。燃料气火焰建立并稳定8秒钟后开启废气电磁阀，并缓慢的释放废气同时随动调节配风，至此点火过程完成。

1.2 安全连锁

安全连锁功能通过S7-200PLC实现，主机型号为CPU224XP，选配两块EM231模拟量输入模块和一块EM232模拟量输出模块。EM231模块采集温度、流量传感器传入的4-20 mA标准电流信号，通过PLC程序转换为工程量并在触摸屏监控界面上显示，实时与PLC内设定的排烟温度、炉膛温度、废气流量报警值相比较，当燃烧器自身发生故障、燃烧过程中出现意外熄火或当排烟温度、炉膛温度、废气流量高于其设定的报警值时，输出继电器Q0.0动作驱动蜂鸣器报警，输出继电器Q0.1动作，在关闭燃烧器的同时关闭燃料气阀门和废气阀门，实现安全连锁功能。

1.3 喷嘴结构

燃烧器的喷嘴部分重新设计制作，新喷嘴的结构可将废气和燃料气同时从燃烧器出口喷出，实现废气直接喷入稳定火焰根部，让废气全程通过火焰的高温区，保证废气可靠分解。

2 灼烧炉控制部分

灼烧炉控制部分采用西门子S7-200PLC作为控制核心，通过触摸屏组态进行参数的设置和监控。灼烧炉控制系统有两个重要的自动调节控制功能和一个手动控制功能。

2.1 配风、温度的PID调节功能

在工程实际中应用最广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节，以其结构简单、稳定性好、工作可靠调整方便而成为工业控制的主要技术，高性能的S7-200PLC具有PID控制功能，作为PID控制器，根据系统的误差，利用比例、积分、微分参数计算出控制量从而进行控制。

灼烧炉设备在改造之前，助燃风阀门和冷却风阀门不能自动调节，存在配风不足废气燃烧不充分、配风过量过度耗费燃料气、热量排放过多等问题。

该灼烧炉在废气燃烧时配风具有PID[1]自动调节功能，其调节原理是根据废气流量值调节助燃风阀门的开度，由用户设定一个理想的废气流量值作为目标值。当实际废气流量值低于目标值时，完全燃烧废气所需要的空气量减小，则助燃风阀门的开度就调小；当废气流量高于目标值时，燃烧废气所需要的空气量较大，则助燃风阀门开度对应的调大，其开度由EM232模块的AQW4口输出4-20 mA标准电流信号，驱动助燃风阀门伺服电机实现准确调节。助燃风和废气是通过同一管口喷出的，助燃风量增加，则废气量减小，反之废气量则增加，两个量增减方向相反。通过此项PID调节功能可使废气流量保持稳定，自动调节助燃风量，确保废气被完全燃烧，有效地提高废气燃烧的效率。

排烟温度也具有PID自动调节功能，其调节原理是根据排烟温度值按比例调节冷却风阀门的开度，由用户设定排烟温度的目标值，比如70℃，当排烟温度低于70℃时，为使排烟温度所需要的冷却风量减少，则冷却风阀门的开度就调小，当排烟温度高于70℃时，则冷却风阀门开度对应的调大，其开度由EM232模块的AQW6口输出4-20 mA标准信号驱动冷却风阀门伺服电机实现自动准确调节。通过此项PID调节功能可使排烟温度保持稳定，有效地减少热量的排放，节省大量的燃料气。

2.2 手动控制功能

为方便现场控制设备，灼烧炉控制系统专门设定了手动控制功能，在需要手动控制助燃风阀门或冷却风阀门的开度时，将触摸屏上相应的控制滑杆推到“手动”位置，在屏上手动值区域内触摸并键入开度值，即可手动控制助燃风阀门或冷却风阀门的开度。当需要自动调节助燃风阀门或冷却风阀门时，将触摸屏上的控制滑杆推到“自动”位置，灼烧控制系统即可实现废气燃烧配风和排烟温度的准确自动控制。

3 远端控制部分

针对灼烧炉作业区和中控室相距较远不便于经常往返操作的现状，采用了远程控制解决方案，实现灼烧炉系统数据的上传和远程监控，在S7-200PLC中编写符合Modbus协议[2]的从站通讯程序，实时将灼烧炉系统数据通过RS485总线上传至上位机，上位机的监控软件采用VB语言[3]开发定制，远程监控废气切断阀、燃气切断阀的状态和灼烧炉的远端停炉。

4 结束语

在灼烧炉设备中，采用重新设计制造的喷嘴结构，引入以西门子S7-200PLC和燃烧控制器为核心的自动控制系统，提高了废气燃烧的效率，减少了热量的排放，节省了燃料气，另外还避免了可燃物吹扫置换不干净的隐患。通过灼烧炉控制系统改造，克服了刮风容易熄火、熄火后不易点火、点火电极容易烧变形损坏、燃烧头老化等问题，实现了灼烧过程的自动控制，减少了人工操作，设备生产的安全性得到了很大提升。经过一段时间的运转，应用效果良好。

[1]西门子公司.SIMATICS7-200可编程控制器手册[M].北京:国防工业出版社，2000.

[2]乔永卫.基于Modbus协议的自动控制系统的通信研究[J].自动化与仪表，2012(08):34-37.

[3]王韦伟.Visual Basic程序设计与应用开发[M].北京:清华大学出版社，2012.