喬正陽

（中原大化集團(tuán)有限公司，河南 濮陽457000）

熔鹽爐是化工行業(yè)中常用的加熱爐，熔鹽的穩(wěn)定性好且節(jié)能。三聚氰胺裝置中的熔鹽爐屬螺旋管式圓筒爐，為反應(yīng)器熔鹽提供熱量，因此對熔鹽爐的穩(wěn)定性以及升溫變化要求高[1]。熔鹽爐升溫達(dá)不到要求或者熄火，裝置會減負(fù)荷生產(chǎn)或者停止生產(chǎn)，嚴(yán)重影響企業(yè)的效益[2]。

熔鹽為一定比例的硝酸鈉、亞硝酸鈉、硝酸鉀的混合物，最高溫度可達(dá)600℃以上，三胺裝置中熔鹽工作溫度一般460℃左右，在常壓下的熔點(diǎn)為142.2℃，沸點(diǎn)為680℃[3]。熔鹽具有良好的耐熱穩(wěn)定性，易于控制，且傳熱系數(shù)高，能夠快速吸收熱能，節(jié)約能源，而且熔鹽的密度和黏度都隨溫度上升而減小[4]。熔鹽爐升溫穩(wěn)定，也是對生產(chǎn)安全的一種保障。雖然熔鹽比較穩(wěn)定，但是熔鹽溫度過高，熔鹽將會發(fā)生分解反應(yīng)，產(chǎn)生黑色堅硬固體[5]，對爐管內(nèi)壁造成堵塞，分解的氣體會與爐管金屬發(fā)生反應(yīng)，嚴(yán)重影響爐管的壽命；若熔鹽溫度低，達(dá)不到工藝要求，會造成三聚氰胺結(jié)晶，堵塞管道[6]。

本文主要對三聚氰胺裝置的熔鹽爐進(jìn)行一些改造，并根據(jù)燃燒尾氣進(jìn)行含氧量分析，調(diào)節(jié)天然氣與助燃風(fēng)的比例，使熔鹽爐更加穩(wěn)定和節(jié)約能源。

1 熔鹽爐F8101工作原理

熔鹽爐F8101采用雙層四回程的螺旋盤管，輕質(zhì)耐熱混凝土材料結(jié)構(gòu)，主要由燃?xì)忾y、風(fēng)門以及輔助拉桿構(gòu)成，三者均用伺服電機(jī)調(diào)節(jié)開度。F8101具體技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 F8101技術(shù)參數(shù)

熔鹽爐F8101有停止、預(yù)熱、正常及冷卻四種模式。熔鹽加熱升溫過程主要包括點(diǎn)火、暖爐、熔鹽預(yù)熱和調(diào)節(jié)負(fù)荷四個階段。點(diǎn)火階段主要是把天然氣點(diǎn)燃，通常點(diǎn)火時間為60 s，對溫度影響變化不大，此時天然氣閥門開度為12%，風(fēng)門跟輔助拉桿的開度均為1%。暖爐階段沒有負(fù)載也沒有熔鹽，主要是對空管加熱，避免預(yù)熱階段升溫過快，導(dǎo)致管道炸裂。此時為手動調(diào)節(jié)燃燒負(fù)荷為10%，采用“起-?！弊詣臃绞?，直到熔鹽爐出口溫度達(dá)到240℃。

熔鹽預(yù)熱階段主要是通入熔鹽介質(zhì)，使它快速升溫達(dá)到熔點(diǎn)變成液體，此階段也是采用自動“啟-?！弊詣涌刂颇Ｊ?。根據(jù)升溫速率要求，手動調(diào)節(jié)預(yù)熱、停止時間以及燃燒負(fù)荷。

調(diào)節(jié)負(fù)荷階段主要設(shè)定溫度,一般約為460℃。根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷或者工藝要求需要，由控制器PID自動對出口爐溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到工藝需要的溫度，并穩(wěn)定在該溫度。低于設(shè)定溫度，燃燒負(fù)荷增大；達(dá)到設(shè)定溫度，再減小負(fù)荷，直至溫度穩(wěn)定。

2 伺服電機(jī)的改進(jìn)

燒嘴長期處在高溫環(huán)境，可能會產(chǎn)生一定的變形，對后期的點(diǎn)火動作造成一定的影響。

伺服電機(jī)動作、輔助拉桿或者風(fēng)門動作卡澀或者伺服電機(jī)無動作、動作不到位，都會對點(diǎn)火造成很大影響，造成裝置停車。因此，將原伺服電機(jī)改換成帶反饋的伺服電機(jī)，通過反饋信號可以直接看出電機(jī)動作到不到位，直接找到點(diǎn)火不成功的原因，解決問題，最大程度保證裝置正常運(yùn)行。

伺服電機(jī)采用德國Schimph施姆弗傳動與控制技術(shù)有限公司的01-15/30 N2與01-15/30 N3兩種型號，具體技術(shù)參數(shù)見表2。用DP通訊模塊SM6-6GK7342-5DA03-0XE0與原處理器PLC-6ES7314-1AG14-0AB0通訊連接，分別采用模擬量模塊SM7-331-7KF02-0AB0與SM8-332-5HD01-0AB0作 為模擬量的輸入與輸出。燃?xì)饬髁块y位置反饋、風(fēng)門擋板位置反饋、輔助拉桿位置反饋以及燃?xì)庳?fù)荷給定分別通過模擬量輸入模塊SM7-331-7KF02-0AB0的第零、一、二、四通道輸入；燃?xì)饬髁块y位置給定、風(fēng)門擋板位置給定、輔助拉桿位置給定分別通過模擬量輸出模塊SM8-332-5HD01-0AB0的第零、一、二通道輸出。

表2 電機(jī)技術(shù)參數(shù)

更換帶反饋的伺服電機(jī)，可以實(shí)時觀察到燃?xì)饬髁块y、風(fēng)門擋板及輔助拉桿的位置狀態(tài)，避免了因觀察不到風(fēng)門與輔助拉桿位置不到位而引起的問題，減少生產(chǎn)中的隱患，大大提高了熔鹽爐的穩(wěn)定性。

3 預(yù)熱程序修改

預(yù)熱階段主要是將熔鹽加熱到指定溫度，升溫過快，容易引起熔鹽氧化或爐管破裂[7]，升溫太慢，則達(dá)不到工藝要求。改造前，預(yù)熱啟停全由人工操作現(xiàn)場“啟-?！保粌H影響熔鹽升溫的要求，也浪費(fèi)人力資源。在預(yù)熱模式及滿足點(diǎn)火條件下，增加預(yù)熱循環(huán)時間程序“CYCLE TIME T1”控制熔鹽爐的啟停。即預(yù)熱一段時間，冷卻一段時間，一直循環(huán)，直至達(dá)到升溫需求。預(yù)熱及冷卻時間卻可手動調(diào)節(jié)，滿足各個階段的升溫要求，程序段如圖1所示。

圖1 預(yù)熱循環(huán)時間程序段示意圖

4 燃燒分析

充分燃燒一份天然氣大約需要十份空氣，天然氣燃燒方程式見式（1）和式（2）。天然氣燃燒不充分，既會對資源造成浪費(fèi)，又增加企業(yè)成本。氧含量過高，又會帶走大量余熱，造成大量的熱量損失。根據(jù)熱力學(xué)公式計算，WKG70/-2A型號熔鹽爐燃燒尾氣氧含量以4～4.5為宜，天然氣既能充分燃燒，又不會造成過多的熱量損失。熔鹽爐天然氣燃燒是否充分，主要取決于燃?xì)饬髁块y位置、風(fēng)門擋板位置及輔助拉桿位置三者之間的比例。風(fēng)門擋板開度太大，會造成助燃風(fēng)流量大，造成熱量損失。調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁块y開度大，會造成天然氣燃燒不充分。通過測定燃燒尾氣含氧量，來調(diào)節(jié)三者之間配比，三者配比曲線見圖2。

圖2 燃燒分析曲線圖

由圖2可得，當(dāng)燃?xì)饬髁块y位置為12%、風(fēng)門擋板位置為1%、輔助拉桿位置1%時，即為熔鹽爐的點(diǎn)火位。熔鹽爐常用位置為80%～90%，因此重點(diǎn)主要調(diào)節(jié)80%～90%之間三者的配比?？梢钥闯?，三者之間不成線性關(guān)系。最大位置時，燃?xì)饬髁块y位置為36.5%、風(fēng)門擋板位置為39%、輔助拉桿位置為37.5%。當(dāng)燃燒負(fù)荷在80%～90%之間時，燃燒尾氣氧含量均在4%～4.5%之間。

5 總結(jié)

（1）通過更換帶反饋的伺服電機(jī)，可以實(shí)時觀察到燃?xì)饬髁块y、風(fēng)門擋板及輔助拉桿的位置狀態(tài)，大大提高了熔鹽爐的穩(wěn)定性。

（2）增加預(yù)熱循環(huán)程序段，可以自動啟停，預(yù)熱及冷卻時間也可以手動調(diào)節(jié)，滿足各個階段的升溫要求。

（3）WKG70/-2A型號熔鹽爐燃燒尾氣氧含量以4%～4.5%為宜。當(dāng)燃燒負(fù)荷在80%～90%之間時，燃燒尾氣氧含量均在4%～4.5%之間。最大負(fù)荷時，燃?xì)饬髁块y位置為36.5%、風(fēng)門擋板位置為39%、輔助拉桿位置為37.5%。