工程案例八D3赠烧控制系统在热风炉中的应用 一，概述 中国铝业中州分公司化学品氧化铝生产是目前氧化铝行业的一种新工艺，改变了中州分 公司产品结构单一的局面。其中细白氢氧化铝的生产工艺复柔，烘干温度较高并且烘干过程 中对杂质的含量要求严格，生产中采用热风炉煤气如热烘干的方式。由于细白生产线的控制 系饶选用了JX-300XCS系统，因此对热风护的控制也基于该系统实现，JX-300%CS是 在JX一100、JX-200,JX-300基留上，经不断完善、是高面全新设计的新一代全 数字化CS装置.该系统深用了上世纪90年代微处理器、CRT图形暴示和网格通讯等领域 的最新技术。该系统具有以下特点：高速、可靠、开放的通讯网路5cetIⅡ：分散、独立、 功能送大的控制站：多功能的协议转换接口：全智能化设计：任意沉余配置：简单，易川的组态 手段和工具：丰富、实用、友好的实时监控界面：事件记录功能：安装方便，维护简单。 二、热风炉燃烧系统的构成 通入热风炉的煤气感烧产生高温烟气。送风机强送入的冷空气，通过热交换器与高温 烟气发生热交换后选入干燥系统，对氯氧化侣料浆进行除水干燥。 1,感烧墨 燃烧器包括燃烧器木体，点火装置、火焰检测装置和气动推进器，燃烧器本体采用扩散 式结构，并配以带直流段的旋蓝稳燃器以增强燃烧效果，燃烧器采用直接点火方式即由点火 器直接引燃模气烧嘴。高能点火装置包括点火器，高压屏蔽电线和点火枪。火焰检测装置这 用Fireye公司的Phoenix85VT,两个火始检测器沉余配置。选用防爆型气体推进器. 2.感气管阁系统 燃气管阀系统包括手动藏止罚、快关阀，流量调节阀，流量变送墨、压力变送器、温度 变送器、压力表、金属软管、管路附件等。控制阀门和各种变送器均深用刷爆型。 3,助燃风系统 助燃风系统包括风机、空气调节阀、压力表和管路附件。 三，控制系饶配置 1。系统硬件 本项目采用的牧、硬件平台是SUPOON JX-300T集散控制系统.硬件由现场控制站，操 作站、工程师站，通讯网络和打印机组成。如图1所示
工程案例八 DCS 燃烧控制系统在热风炉中的应用 一、概述 中国铝业中州分公司化学品氧化铝生产是目前氧化铝行业的一种新工艺,改变了中州分 公司产品结构单一的局面。其中细白氢氧化铝的生产工艺复杂,烘干温度较高并且烘干过程 中对杂质的含量要求严格,生产中采用热风炉煤气加热烘干的方式。由于细白生产线的控制 系统选用了 J X - 300X DCS 系统,因此对热风炉的控制也基于该系统实现。J X- 300X DCS 是 在 J X - 100 、J X - 200 、J X -300 基础上, 经不断完善、提高而全新设计的新一代全 数字化 DCS 装置,该系统采用了上世纪 90 年代微处理器、CRT 图形显示和网络通讯等领域 的最新技术。该系统具有以下特点:高速、可靠、开放的通讯网络 Scnet II ;分散、独立、 功能强大的控制站;多功能的协议转换接口;全智能化设计;任意冗余配置;简单、易用的组态 手段和工具;丰富、实用、友好的实时监控界面;事件记录功能;安装方便,维护简单。 二、热风炉燃烧系统的构成 通入热风炉的煤气燃烧产生高温烟气。送风机强制送入的冷空气,通过热交换器与高温 烟气发生热交换后进入干燥系统,对氢氧化铝料浆进行除水干燥。 1．燃烧器 燃烧器包括燃烧器本体、点火装置、火焰检测装置和气动推进器。燃烧器本体采用扩散 式结构,并配以带直流段的旋流稳燃器以增强燃烧效果。燃烧器采用直接点火方式,即由点火 器直接引燃煤气烧嘴。高能点火装置包括点火器、高压屏蔽电缆和点火枪。火焰检测装置选 用 Fireye 公司的 Phoenix85UVF ,两个火焰检测器冗余配置。选用防爆型气体推进器。 2．燃气管阀系统 燃气管阀系统包括手动截止阀、快关阀、流量调节阀、流量变送器、压力变送器、温度 变送器、压力表、金属软管、管路附件等。控制阀门和各种变送器均采用防爆型。 3．助燃风系统 助燃风系统包括风机、空气调节阀、压力表和管路附件。 三、控制系统配置 1．系统硬件 本项目采用的软、硬件平台是 SUPCON J X -300X 集散控制系统。硬件由现场控制站, 操 作站、工程师站, 通讯网络和打印机组成, 如图 1 所示
图1控制系统硬件组咸 现场控制站是系统中直接与现场打交道的1/0处理单元，完成整个现场的实时监控功 能。如数据采集，信号处理，运算输出等，它通过现场通信网络向其他站，如操作站、工程 韩站等提供或接受工业过程的实时信息。同时控制站采川1：】格备用沉余配置。出现故 障时能自动切换。挖制站由主控制卡、数据转发卡、1/0卡件、供电单元等构成。主控制 卡是控制站的软硬件核心，负责协调控制站内的所有卡件之间的关系并实菌各项控制任务。 数据转发卡是系统1/0机瓷的核心单元，是主控制卡连I/0卡件的中闻环节，它一方面壑 动SS总线，另一方面管理本机笼的1/0卡作，控制站内部深用SS网络连接，该网络 为主控制卡粉挥式令牌网，采用存储转爱通信协议.是控制站各卡件之间进行信息交换的通 道，操作站是由工业P巴机，CT等组成的人机系统，是操作人员完成过程监控管理任务的环 境。工程师站是为专业工程技术人员设计的，内装有相应的组态平台和系统维护工具。通过 系统组态平台生成适合于生产工艺要求的应用系统。 2.系统软件 J【一300X系统软件基于中文idcs操作系统开发，此次我们所选用的是运行在中文 1ndws2T4.0上，用户界面友好，所有的命令都化为形象直观的功能图标，只需用鼠标点 击相应的指令即可完成相应的操作。JX-300成软件包主要由以下组件组成：SCK灯系统组 态载件，SraW流程图制作载件，SCFor■服表制作款件，S0 Cont rol图形组志载件，SCLang 语言组态教件，AdvanTrol实时监控款件，其中ScKey实现JX-300X的组志工作，包括 总体信息，控制站组态，操作站组志态，报表组态四部分组成，该软件充分支持各种控制方案， 软件包含有SCX拉制语言、梯形图、顺序控利语言、功能块等算法组态工具及报表、打印 管理、流程图设计操作等附属配套软件。系饶采用分卖的树状结构管理组态信息，具有在线 帮助功能。 四、控制系统设计
图 1 控制系统硬件组成 现场控制站是系统中直接与现场打交道的 I/ O 处理单元, 完成整个现场的实时监控功 能。如数据采集、信号处理、运算输出等, 它通过现场通信网络向其他站, 如操作站、工程 师站等提供或接受工业过程的实时信息。同时控制站采用 1 : 1 热备用冗余配置, 出现故 障时能自动切换。控制站由主控制卡、数据转发卡、I/ O 卡件、供电单元等构成。主控制 卡是控制站的软硬件核心,负责协调控制站内的所有卡件之间的关系并实施各项控制任务。 数据转发卡是系统 I/ O 机笼的核心单元,是主控制卡连 I/ O 卡件的中间环节,它一方面驱 动 SBUS 总线,另一方面管理本机笼的 I/ O 卡件。控制站内部采用 SBUS 网络连接,该网络 为主控制卡指挥式令牌网,采用存储转发通信协议,是控制站各卡件之间进行信息交换的通 道。操作站是由工业 PC 机、CRT 等组成的人机系统,是操作人员完成过程监控管理任务的环 境。工程师站是为专业工程技术人员设计的,内装有相应的组态平台和系统维护工具。通过 系统组态平台生成适合于生产工艺要求的应用系统。 2．系统软件 J X - 300X 系统软件基于中文 Windows 操作系统开发,此次我们所选用的是运行在中文 Windows2NT4. 0 上,用户界面友好,所有的命令都化为形象直观的功能图标,只需用鼠标点 击相应的指令即可完成相应的操作。J X - 300X 软件包主要由以下组件组成:SCKey 系统组 态软件、SCDraw 流程图制作软件、SCForm 报表制作软件、SCCont rol 图形组态软件、SCLang 语言组态软件、AdvanTrol 实时监控软件。其中 ScKey 实现 J X - 300X 的组态工作, 包括 总体信息, 控制站组态, 操作站组态, 报表组态四部分组成。该软件充分支持各种控制方案, 软件包含有 SCX 控制语言、梯形图、顺序控制语言、功能块等算法组态工具及报表、打印 管理、流程图设计操作等附属配套软件。系统采用分类的树状结构管理组态信息,具有在线 帮助功能。 四、控制系统设计
燃烧站由CS远程控制，能白动实现阀门滑漏检测，炉轻吹扫、启炉条件检测，点火， 火焰检测、灭火保护等功能，并能根据炉整温度调节燃料及助燃风量。我们采用J黑~30城 软件包中的图彩编程工具S0 Cont rol来编制燃烧站的控制程序。S0C0 nt rol依据IEC1131 一3标准，为用户提供高效的图形编程环境，内部集成了1D编辑器、D编辑器、S℃编辑 器、S引语言编辑器。 1.洗漏检测 快关阀103,04,105是否清漏，关弱到燃烧站设备和运行人员的安全。因此，在燃 烧站运行前，冬须首先对其进行油漏检测。 (1)V04滋漏检测 在燃烧站所有设备处干原始状态下，启动V04油露检测程序：政散快关阀V05关一风机 开→调节阀06开度至0多。上述程序完成后，等候0秒，由计算机判断V04阀与03阀 之间的压力变送器P12值，如变大，则04闲有淮漏，变大的速度越旋，则漫福越严重。 (2)V0国澄漏检测 在燃烧站所有设备处于原始状态下，启动V03铜混漏检测程序： 放散快关阀V05关一手动候止阀01全开一调节网V02开度至30%。 上运程序完成后，等候20秒，检测压力变送器P12值，如变大，则03阀有澄漏.读数变 大速度越快，则液漏越严重。 (3)05漫漏检测 在燃烧站所有设备处于原始状态下，启动05灌漏检测程序： 放散快关阀V05关一手动截止阁01全开一调节网V02开度至30%一开快关，V03 并保特5秒后关闭。 上运程序完成后，等候0秒，检测压力变送器PI2值，如读数变小，则V0防阀有淮漏，读 数变小速度越快，则滑漏越严重。 2.炉粮吹扫 在冷炉启动前和点火失贩后必须对炉腔系统进行一次吹扫.以有效的清除在炉壁、热交 换器，烟道中可能积聚的任何可燃气体，否则，保护系统阻止任何燃料进入炉整。吹扫介质为 助燃风。吹扫是在下列条件均满足并保持的情况下，进行5分钟计时的， 时间可调。 ——一燃气管道所有设备在原的状态 助燃风机开。 一一一助燃风博节阀开度≥50s. 整个吹扫计时过程均应满足上述条件，在此期间任一条件丧失，则吹扫累计时间置零，待 所有许可条件重新建立，运行人员才可重新启动吹扫程序。 3.点火
燃烧站由 DCS 远程控制,能自动实现阀门泄漏检测、炉膛吹扫、启炉条件检测、点火、 火焰检测、灭火保护等功能,并能根据炉膛温度调节燃料及助燃风量。我们采用 J X - 300X 软件包中的图形编程工具 SCCont rol 来编制燃烧站的控制程序。SCCont rol 依据 IEC1131 - 3 标准,为用户提供高效的图形编程环境,内部集成了 LD 编辑器、FBD 编辑器、SFC 编辑 器、ST 语言编辑器。 1．泄漏检测 快关阀 V03 、V04 、V05 是否泄漏,关系到燃烧站设备和运行人员的安全。因此,在燃 烧站运行前,必须首先对其进行泄漏检测。 （1）V04 泄漏检测 在燃烧站所有设备处于原始状态下,启动 V04 泄露检测程序:放散快关阀 V05 关→风机 开→调节阀 V06 开度至 50 %。上述程序完成后,等候 20 秒,由计算机判断 V04 阀与 V03 阀 之间的压力变送器 PI2 值,如变大,则 V04 阀有泄漏,变大的速度越快,则泄漏越严重。 （2）V03 泄漏检测 在燃烧站所有设备处于原始状态下,启动 V03 阀泄漏检测程序: 放散快关阀 V05 关→手动截止阀 V01 全开→调节阀 V02 开度至 30 %。 上述程序完成后,等候 20 秒,检测压力变送器 PI2 值,如变大,则 V03 阀有泄漏,读数变 大速度越快,则泄漏越严重。 （3）V05 泄漏检测 在燃烧站所有设备处于原始状态下,启动 V05 泄漏检测程序: 放散快关阀 V05 关→手动截止阀 V01 全开→调节阀 V02 开度至 30 % →开快关阀 V03 并保持 5 秒后关闭。 上述程序完成后,等候 20 秒,检测压力变送器 PI2 值,如读数变小,则 V05 阀有泄漏,读 数变小速度越快,则泄漏越严重。 2．炉膛吹扫 在冷炉启动前和点火失败后必须对炉膛系统进行一次吹扫,以有效的清除在炉膛、热交 换器、烟道中可能积聚的任何可燃气体,否则,保护系统阻止任何燃料进入炉膛。吹扫介质为 助燃风。吹扫是在下列条件均满足并保持的情况下,进行 5 分钟计时的, 时间可调。 ———燃气管道所有设备在原始状态。 ———助燃风机开。 ———助燃风调节阀开度≥50 %。 整个吹扫计时过程均应满足上述条件,在此期间任一条件丧失,则吹扫累计时间置零,待 所有许可条件重新建立,运行人员才可重新启动吹扫程序。 3．点火
在进行一次成功的吹扫后，进行点火的准备，点火的允许条件：风机运行，调情阀8开 度≥30%，压力变送器PI1速数正常。 点火程序如下： 0法漏检测→03漫漏检测05祖湘桧测炉粮欢扫+点火允许·关放散国05 一开快关阀03一开点火器·点火卷工作一开快关阀04一喷嘴着火。 火检输出有点火信号，点火成功。点火结束后，点火枪自动退回。在启动点火过程中，如 燃气阀 0叫开启、点火器发火结束后，据烧器未按证实点燃（即火检无火），则立即发出“点火 失败”信号 1.停炉程序 关快关阀V0A+关快关阀03+开欧散阀05·的吹扫： 5,煤气流量白动调节及助燃风量白动控制 炉控的温度通过对煤气流量及助赠风风量的自动调节来实现。我们通过SC3语言编程 来白动判断系统的工作极式，实现I心控制。助感风流量与规气瓷景是一种非线形的随动关 系，在编程中依靠系统白带的折线表来实现，折线表是用折线近似的方法将信号曲线分段线 性化以达到对非线性信号的线性化处理。折线表类型可分为一推折线表和二推折线表两种： 当整条折线较平稳，即将X轴平分成几段相同长度的线段，相邻二点所对应Y触上值之差基 本相同，此时将这条折线表定义为一维折线表：相反，将这条折线表定义为二维折线表： 五，结语 热风护燃烧控制作为特种氧化铝生产控制的一个环节，依托C5系统，通过多种编程方 式，实现了对煤气燃烧的可靠控制整个系统动作灵敏，安全系数高，通过半年多的运行，该系 统性能福定可靠，取得了良好的经济效益，实践表明，JX一300瓜强大的运算及编程功能， 良好的实时通讯能力，能够适应各种复杂场合的应用
在进行一次成功的吹扫后,进行点火的准备,点火的允许条件:风机运行、调节阀 V06 开 度≥30 % ,压力变送器 PI1 读数正常。 点火程序如下: V04 泄漏检测→V03 泄漏检测→V05 泄漏检测→炉膛吹扫→点火允许→关放散阀 V05 →开快关阀 V03 →开点火器→点火器工作→开快关阀 V04 →喷嘴着火。 火检输出有点火信号,点火成功。点火结束后,点火枪自动退回。在启动点火过程中,如 燃气阀 V04 开启、点火器发火结束后,燃烧器未被证实点燃(即火检无火) ,则立即发出“点火 失败”信号。 4．停炉程序 关快关阀 V04 →关快关阀 V03 →开放散阀 V05→炉膛吹扫。 5．煤气流量自动调节及助燃风量自动控制 炉膛的温度通过对煤气流量及助燃风风量的自动调节来实现。我们通过 SCX 语言编程 来自动判断系统的工作模式,实现 PID 控制。助燃风流量与煤气流量是一种非线形的随动关 系,在编程中依靠系统自带的折线表来实现,折线表是用折线近似的方法将信号曲线分段线 性化以达到对非线性信号的线性化处理。折线表类型可分为一维折线表和二维折线表两种。 当整条折线较平稳,即将 X 轴平分成几段相同长度的线段,相邻二点所对应 Y 轴上值之差基 本相同,此时将这条折线表定义为一维折线表;相反,将这条折线表定义为二维折线表。 五、结语 热风炉燃烧控制作为特种氧化铝生产控制的一个环节,依托 DCS 系统,通过多种编程方 式,实现了对煤气燃烧的可靠控制,整个系统动作灵敏,安全系数高。通过半年多的运行,该系 统性能稳定可靠,取得了良好的经济效益。实践表明,J X - 300X 强大的运算及编程功能、 良好的实时通讯能力,能够适应各种复杂场合的应用