李 榮

(四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

磷銨干燥多變量自控系統(tǒng)技改

李 榮

(四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

針對(duì)磷銨滾筒式噴霧干燥工藝控制不穩(wěn)定且產(chǎn)品質(zhì)量經(jīng)常出現(xiàn)不合格情況的問題，設(shè)計(jì)了多變量自控系統(tǒng)技改方案。改造后，生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了精確控制，生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性有所提高，大幅提高了磷銨產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。

多變量自控系統(tǒng) 噴霧干燥 磷銨 滾筒式

噴霧干燥是把含有固體成分的液體分散成小液滴，較溫和地除去液滴中水分的技術(shù)。磷銨滾筒式噴霧干燥工藝?yán)渺F化器將一定濃度的液體分散成小液滴，與熱空氣相遇后由于熱交換溶劑迅速揮發(fā)水分而成為粉末或顆粒狀固體，從而達(dá)到干燥物料的目的。傳統(tǒng)的滾筒式噴霧干燥控制全部采用人工操作，存在系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、人力成本高且勞動(dòng)強(qiáng)度大，不同班組生產(chǎn)操作差異大的現(xiàn)象。為保證產(chǎn)品質(zhì)量(要求含水量小于5%)，企業(yè)常常按產(chǎn)品含水量小于1%的指標(biāo)控制生產(chǎn)，致使資源浪費(fèi)大；當(dāng)粉料水分有偏差時(shí)，人工調(diào)節(jié)波動(dòng)大、調(diào)節(jié)時(shí)間長，粉料品質(zhì)得不到保證。為此，筆者進(jìn)行噴霧干燥多變量自控系統(tǒng)的技術(shù)改造。

1 磷銨滾筒式噴霧干燥系統(tǒng)

滾筒式噴霧干燥系統(tǒng)(圖1)由滾筒式噴霧干燥器、鏈條式燃煤熱風(fēng)爐、噴漿控制和計(jì)量、旋風(fēng)分離和尾氣水膜除塵以及控制系統(tǒng)組成。磷銨產(chǎn)品質(zhì)量要求含水量小于5%，因而產(chǎn)品的水含量在4.5%左右是最佳狀態(tài)[1]。控制參數(shù)為尾氣溫度和尾氣負(fù)壓，只要這兩個(gè)參數(shù)穩(wěn)定，磷銨產(chǎn)品的含水量就能基本保持穩(wěn)定。

圖1 滾筒式噴霧干燥系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖

滾筒式噴霧干燥器。過程變量有熱風(fēng)流量、溫度、濕度，磷銨料漿流量、密度、溫度。干燥器機(jī)頭負(fù)壓，控制目標(biāo)是尾氣溫度、負(fù)壓；熱風(fēng)3個(gè)參數(shù)、料漿3個(gè)參數(shù)和機(jī)頭負(fù)壓7個(gè)參數(shù)中的任何一個(gè)參數(shù)發(fā)生變化都會(huì)引起尾氣溫度和負(fù)壓變化，而且在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，料漿3個(gè)參數(shù)中任意一個(gè)參數(shù)發(fā)生變化還會(huì)引起熱風(fēng)3個(gè)參數(shù)變化。該過程是多變量且相互關(guān)聯(lián)耦合的，手動(dòng)控制要達(dá)到最佳狀態(tài)幾乎不可能，因而必須采用多變量解耦控制[2]才能使生產(chǎn)過程穩(wěn)定長周期運(yùn)行。

鏈條式燃煤熱風(fēng)爐(圖2)。過程參數(shù)有鏈條運(yùn)行和停止時(shí)間比，鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)，爐膛負(fù)壓，爐膛溫度，控制目標(biāo)是熱風(fēng)溫度恒定；生成的熱風(fēng)溫度隨鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、煤的質(zhì)量(燃值)和鏈條運(yùn)轉(zhuǎn)比的變化而變化；熱風(fēng)流量隨鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化；熱風(fēng)濕度隨著煤濕度和空氣濕度的變化而變化，天晴和下雨都會(huì)影響裝置的運(yùn)行。

圖2 鏈條式燃煤熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)示意圖

噴漿系統(tǒng)。料漿溫度和密度隨上工段變化而變化，料漿流量變頻控制。

尾氣系統(tǒng)。控制目標(biāo)是尾氣壓力和溫度。

2 多變量自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

滾筒式噴霧干燥多變量自控系統(tǒng)(圖3)由燃燒爐控制子系統(tǒng)、料漿控制子系統(tǒng)、熱風(fēng)溫度控制子系統(tǒng)、負(fù)壓控制子系統(tǒng)、尾氣溫度控制子系統(tǒng)和微機(jī)控制平臺(tái)系統(tǒng)組成。

圖3 滾筒式噴霧干燥多變量自控系統(tǒng)組成

燃燒爐控制子系統(tǒng)。PIC-101通過引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速閉環(huán)調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在-50Pa左右；TI-101檢測(cè)顯示爐膛溫度，TIC-102通過鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速閉環(huán)調(diào)節(jié)去干燥設(shè)備熱風(fēng)溫度穩(wěn)定在390℃左右；鏈條運(yùn)行停止時(shí)間比K根據(jù)熱風(fēng)溫度TI-102和尾氣溫度TI-103進(jìn)行調(diào)節(jié)，(ΔTE102×K1+ΔTE103×K2)/K=ΔK；計(jì)算周期以當(dāng)改變K值時(shí)，熱風(fēng)溫度發(fā)生顯著變化所需時(shí)間為最小時(shí)間，K1和K2的值根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況設(shè)定。

料漿控制子系統(tǒng)。FIC-101通過料漿泵變頻調(diào)速閉環(huán)調(diào)節(jié)料漿流量，采用電磁流量計(jì)檢測(cè)流量；由于料漿濃度和溫度會(huì)受料漿工序的影響，使得干燥系統(tǒng)的進(jìn)口熱風(fēng)溫度、尾氣溫度等參數(shù)發(fā)生變化，在該控制系統(tǒng)中主要考慮進(jìn)口熱風(fēng)溫度和尾氣溫度變化確定流量調(diào)節(jié)回路FIC-101設(shè)定值的變化量ΔKFS101=(ΔTE102×KF1+ΔTE103×KF2)/FS101(FS101為料漿流量調(diào)節(jié)設(shè)定值)；檢測(cè)料漿噴嘴壓力PIA-102，實(shí)現(xiàn)超壓報(bào)警，溫度由料漿工序檢測(cè)顯示，密度人工分析。

熱風(fēng)溫度控制子系統(tǒng)。系統(tǒng)負(fù)責(zé)將干燥機(jī)進(jìn)口熱風(fēng)溫度TIC-102和尾氣溫度TIC-103協(xié)調(diào)控制在規(guī)定范圍內(nèi)；系統(tǒng)根據(jù)熱風(fēng)溫度和尾氣溫度智能判斷和計(jì)算燃煤鏈條運(yùn)行停止時(shí)間比以及噴漿流量的調(diào)節(jié)量。

負(fù)壓控制子系統(tǒng)。PIC-101通過引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速閉環(huán)調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓；PIC-104通過尾氣風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速閉環(huán)調(diào)節(jié)尾氣負(fù)壓，并根據(jù)機(jī)頭負(fù)壓PI-103的實(shí)際情況調(diào)整尾氣負(fù)壓設(shè)定值。

尾氣溫度控制子系統(tǒng)。尾氣溫度控制TIC-103確定產(chǎn)品質(zhì)量，當(dāng)超出規(guī)定范圍時(shí)，系統(tǒng)將智能改變FIC-101切換到手動(dòng)狀態(tài)并報(bào)警，其他控制系統(tǒng)改變?yōu)榉锹?lián)動(dòng)解耦狀態(tài)，手動(dòng)調(diào)節(jié)料漿流量；當(dāng)尾氣恢復(fù)到正常范圍內(nèi)時(shí)，料漿控制切換成自動(dòng)狀態(tài)，投運(yùn)聯(lián)動(dòng)解耦。

微機(jī)控制系統(tǒng)由操作臺(tái)、工控機(jī)、打印機(jī)、控制站機(jī)柜、系統(tǒng)電源、系統(tǒng)CPU(帶以太網(wǎng)口)、系統(tǒng)底板、輸入輸出模塊及繼電器等組成。系統(tǒng)的檢測(cè)控制設(shè)備包括溫度檢測(cè)熱電偶和熱電阻、壓力變送器、電磁流量計(jì)及變頻器等。系統(tǒng)采用Windows軟件、人機(jī)界面系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件、下位機(jī)編程軟件和組態(tài)應(yīng)用軟件。

微機(jī)控制系統(tǒng)的操作過程為：原熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和尾氣風(fēng)機(jī)手動(dòng)風(fēng)門全開，風(fēng)量由變頻器調(diào)節(jié)。開機(jī)順序：成品輸送機(jī)→干燥機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)→尾氣風(fēng)機(jī)→熱風(fēng)爐引風(fēng)機(jī)→熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機(jī)→鏈條運(yùn)行電機(jī)→熱風(fēng)溫度達(dá)到要求時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行投自動(dòng)→啟動(dòng)料漿泵進(jìn)料→手動(dòng)調(diào)節(jié)料漿流量待尾氣溫度達(dá)到要求時(shí)流量調(diào)節(jié)投自動(dòng)、投運(yùn)聯(lián)動(dòng)解耦程序。停機(jī)順序：解除聯(lián)動(dòng)解耦程序→停料漿泵→停熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機(jī)→停熱風(fēng)爐引風(fēng)機(jī)→停尾氣風(fēng)機(jī)→停鏈條電機(jī)→停干燥機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)→停成品輸送機(jī)。

微機(jī)控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)控制：尾氣風(fēng)機(jī)故障停機(jī)→聯(lián)鎖停止料漿泵、熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)；熱風(fēng)爐引風(fēng)機(jī)故障停機(jī)→聯(lián)鎖停止料漿泵、熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機(jī)；熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機(jī)故障停機(jī)→聯(lián)鎖停止料漿泵。

微機(jī)控制系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理、動(dòng)態(tài)工藝流程、報(bào)警與事件管理、分組控制畫面、控制參數(shù)設(shè)置畫面、趨勢(shì)曲線、歷史曲線、報(bào)表生成和打印以及操作權(quán)限管理等。

3 結(jié)束語

磷銨滾筒噴霧干燥多變量自控系統(tǒng)的技改方案，較好地解決了人工操作系統(tǒng)不穩(wěn)定、能耗高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。方案用于四川高宇化工有限公司磷銨干燥系統(tǒng)改造取得了較好的效果，現(xiàn)場(chǎng)回饋系統(tǒng)工作穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)和料漿泵電耗節(jié)約15%以上，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，水分保證在4.5%左右，提高了生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)量提高了10%以上。

[1] 郭輝,應(yīng)建康,陳瑜,等.粉狀磷銨生產(chǎn)流程綜述[J].化肥工業(yè),2002,29(2):12～14.

[2] 高肇凌,郭雪,張少雷,等.基于模糊PID控制的煤層氣智能排采系統(tǒng)應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化,2016,52(1):46～49.

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2017-03-07，

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李榮(1965-)，高級(jí)工程師，從事工業(yè)企業(yè)節(jié)能，電氣傳動(dòng)控制、過程自動(dòng)設(shè)計(jì)，自動(dòng)控制的教學(xué)與研究，285911250@qq.com。