燃燒過程解決方案

1、燃燒過程解決方案一、簡介制漿造紙工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一，是個技術(shù)、資金密集型的行業(yè)。制漿與造紙的工藝流程如圖所示：燃燒，就是通過燃燒濃黑液這一燃燒-氧化還原過程回收黑液中的化學(xué)品和有機(jī)物燃燒所產(chǎn)生的熱能的過程，工藝流程如圖1所示。該燃燒過程包括黑液的干燥、熱分解、氣化、 氧化和還原等物理和化學(xué)過程。因此對燃燒過程主要控制目標(biāo)是良好、安全的燃燒狀態(tài)；提 供良好、穩(wěn)定的化學(xué)反應(yīng)所需的環(huán)境，以保證獲得最大回收率和最高熱效率；同時又要避免“黑爐”事故。*油怡御f前分汽F1Q620380去砒來自苛化2004年08月31日14 時 02 分 37 U*入移I gUCTX I口. 口，I二、控

2、制方案目前，國內(nèi)外對黑液燃燒過程的控制研究的不多，尤其是國內(nèi)，燃燒過程的主要設(shè) 備堿回收爐的控制狀況非常落后，缺乏有效的控制手段和控制策略。黑液燃燒控制特別是堿 回收爐控制的難點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：燃燒機(jī)理的復(fù)雜性。燃燒過程一般分為3個階段，在每個階段，有不同的復(fù)雜 的化學(xué)反應(yīng)，需要不同的燃燒工藝要求，這對建立模型來說是很困難的。影響黑液燃燒的因素很多。從燃燒的原料到工藝條件，都會影響燃燒過程，這 使得本來就十分復(fù)雜的燃燒過程變的尤為復(fù)雜。堿回收爐燃燒的特殊性。堿回收爐不同于一般鍋爐，會造成泄露、黑爐甚至爆炸 等不安全工況。參數(shù)檢測的困難。堿回收爐的溫度很難檢測，是由于燃燒介質(zhì)會吸附在測量探頭 上

3、，造成測量誤差增大并很容易造成傳感器損壞，所以尋找簡便且可靠的溫度測量方法十分 困難。另外，排放尾氣中的一氧化碳和氧氣含量很難直接測量，并有較大的時滯。目前，黑液燃燒控制的目的主要是在防止堿爐產(chǎn)生黑爐、爆炸的前提下實現(xiàn)還原 區(qū)（墊層）溫度和過氧量控制。1、單純反饋控制墊層溫度和一次風(fēng)量之間存在極值關(guān)系，可以通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)量來控制墊層溫度。為保持燃燒質(zhì)量，可以由煙氣中含氧量來控制黑液干形物流量。反饋控制器一般采用PI控 制律。2、比值控制在反饋控制的基礎(chǔ)上，為控制墊層溫度和保持燃燒質(zhì)量，可以設(shè)置比例控制確定空 氣流量和黑液干形物的流量。同樣，我們可以采用單閉環(huán)、雙閉環(huán)比值控制和變比值控制方 案，

4、控制器一般采用PI控制律，以消除靜差。其中單閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)可見圖2-1。圖2-1燃燒過程單閉環(huán)控制示意圖 3、前饋+PI反饋控制把黑液干形物流量的變化（或加上組分的變化）當(dāng)作擾動，利用前饋技術(shù)產(chǎn)生合適 的控制量去調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量，是燃燒系統(tǒng)維持在較好的狀態(tài)。在利用墊層溫度組成反饋控制回路， 這樣可以不需要精確的前饋模型見圖2-2。圖2-2燃燒過程前饋反饋控制示意圖 4、優(yōu)化控制燃燒過程優(yōu)化控制，針對以堿回收爐為核心的特殊廢熱鍋爐，回繞著穩(wěn)定、安全運(yùn) 行；最高還原率；最高熱效率這三個主要控制目標(biāo)，首先建立了一個包括黑液干燥、熱分解、 氣化、氧化和還原等物理和化學(xué)過程的堿回收爐燃燒過程的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。根據(jù)

5、該模型設(shè)計 了還原區(qū)溫度自尋優(yōu)控制策略，以保持還原區(qū)墊層表面溫度的最優(yōu)，從而提高堿回收爐的還 原率。同時為了使鍋爐獲得最高熱效率，對于這樣一個以燃燒黑液為主的特殊鍋爐，以進(jìn)風(fēng) 量與煙道氣含氧量輸入-輸出數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，設(shè)計了堿回收爐過氧量自適應(yīng)跟蹤控制系統(tǒng)， 從而獲得了堿回收爐的高熱效率。為保證回收爐的安全運(yùn)行，避免爆炸（puffing），對“黑 爐”這一堿回收爐的特殊事故進(jìn)行了必要的檢測、預(yù)報和消除控制。同時對這一又具有一般 鍋爐特性的廢熱回收爐進(jìn)行了成熟的和必要的監(jiān)控，以保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和有效運(yùn)行。最優(yōu)回收率和最高熱效率控制策略還原區(qū)溫度自尋優(yōu)控制策略，是針對堿回收爐燃燒過程的特殊性提出

6、的，提高回收 率的優(yōu)化控制策略。通過對特殊燃燒過程的機(jī)理分析，按照能量和物料平衡原則，建立了堿 回收爐燃燒過程動態(tài)數(shù)學(xué)模型。以自動尋找還原區(qū)優(yōu)化溫度為目標(biāo)，控制燃燒爐底部進(jìn)風(fēng)量， 以獲得最優(yōu)回收率。堿回收爐過氧量自適應(yīng)跟蹤控制系統(tǒng)，是針對堿回收爐燃料-黑液的特殊性，即其濃度、熱值等的不確定性，很難實現(xiàn)鍋爐燃燒常用的空/燃比控制，以使燃燒狀態(tài)保持最優(yōu)。通過機(jī)理分析和實踐運(yùn)作的經(jīng)驗表明，煙氣含氧量和回收爐上部送風(fēng)量是衡量熱回收效率的 主要指標(biāo)。為此采用堿回收爐過氧量自適應(yīng)優(yōu)化跟蹤控制，使回收爐獲得高的熱回收效率。“黑爐”監(jiān)控“黑爐”（blackout）是堿回收爐生產(chǎn)操作過程中的一個特殊又具有很大危

7、險性的故 障。這是由于堿回收爐的主燃料是制漿后經(jīng)蒸發(fā)濃縮的黑液，由于其燃燒過程的復(fù)雜性，即 黑液先干燥和熱分解，然后燃燒可燃?xì)夂秃嘉铩３跗谑俏鼰岱磻?yīng)，最終是放熱反應(yīng)。加之 回收過程形成墊層等，使黑液燃燒的正常與否與黑液的性質(zhì)及其狀態(tài)存在很大的關(guān)系，而這 些影響因素又難以控制。所以“黑爐”的產(chǎn)生有其必然性。如何消除這必然性及“黑爐”對 持續(xù)生產(chǎn)和安全運(yùn)行帶來的危害呢？系統(tǒng)根據(jù)已知工藝參數(shù)，設(shè)計了一套“黑爐”檢測、預(yù) 報及消除控制方案，以保證堿回收爐的正常運(yùn)行。三、系統(tǒng)配置根據(jù)黑液燃燒過程的生產(chǎn)工藝和控制方案、優(yōu)化過程的要求，我們?yōu)榇伺渲冒踩?靠的SunyTDCS9200集散控制系統(tǒng)來監(jiān)督、控

8、制和優(yōu)化。SunyTDCS9200集散控制系統(tǒng)實現(xiàn) 過程控制、邏輯控制、順序控制等功能；具有模塊化柔性設(shè)計；提供開放數(shù)據(jù)接口、現(xiàn)場總 線與互聯(lián)網(wǎng)接入；順應(yīng)時代發(fā)展潮流，吸收最新電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)，具有可靠 性高、系統(tǒng)開放、構(gòu)成靈活、界面友好、功能強(qiáng)大、維護(hù)簡便的特點(diǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：I/OM模塊01I/OM模塊02I/OM模塊03UOM模塊16I/OM模塊16IOM 模塊16I/Om模板01I/OM模塊01VOM模塊0311I/O模板02I IB Im II/OM模塊02Snet驅(qū)動控制模板I/O臭板32BmI/OM模塊01I/OM模塊02IOM模塊03現(xiàn)場控制站其中控制站負(fù)責(zé)對

9、現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和完成控制功能，并通過高速、可 靠而開放的冗余系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)于操作站相連，能夠?qū)崿F(xiàn)于其它集散型計算機(jī)控制系統(tǒng)、上層 管理系統(tǒng)的無縫連接。操作員站/工程師站，采用主流工控機(jī)設(shè)備，裝有 Windows 2000 Professional操作系統(tǒng)和先進(jìn)的組態(tài)軟件SunyTuch 7.0，友好的人機(jī)界面，實時、安全、 可靠地對燃燒過程進(jìn)行監(jiān)視、控制，實現(xiàn)了燃燒的優(yōu)化控制和安全操作。四、小結(jié)綜上所述，在制漿造紙的重要工段燃燒過程使用SunyTDCS9200集散控制系統(tǒng)具有 以下特點(diǎn)和性能指標(biāo)：特點(diǎn)特殊燃燒過程建模根據(jù)堿回收爐燃燒黑液、回收堿的特殊性，從黑液燃燒的物理化學(xué)機(jī)理出發(fā)建立燃燒過程數(shù) 學(xué)模型。從而實現(xiàn)提高回收率的還原區(qū)溫度自尋優(yōu)優(yōu)化控制。適合特殊要求的控制策略在特殊燃燒過程數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，開發(fā)了還原區(qū)溫度自尋優(yōu)控制策略；在進(jìn)風(fēng)量-煙道氣含 氧量數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，開發(fā)了堿回收爐過氧量自適應(yīng)跟蹤控制系統(tǒng)?？煽康陌踩Ｗo(hù)針對堿回收爐會出現(xiàn)“黑爐”這一熄火特殊事故，為避免爆炸Puffing），進(jìn)行必要的檢測、 估計、預(yù)報和消除控制。先進(jìn)的DCS系統(tǒng)先進(jìn)的Suny TDCS9200集散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了燃燒過程的優(yōu)化控制和安全操作，友好的人 機(jī)界面，實時、安全、可