基于PLC的一氧化碳焚燒爐控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　2．1 控制機理

　　CO在適當?shù)母邷厍已鯕獬渥愕沫h(huán)境下可迅速燃燒并徹底分解為無害氣體，而在較低的溫度或氧氣不足的條件下，則可能無法完全分解。因此，利用焚燒爐的溫度及氧氣補充是控制的關(guān)鍵。CO焚燒爐先利用燃燒器將燃燒室爐膛溫度升高，同時用風機使燃燒室爐膛內(nèi)氧氣充足，然后由PLC根據(jù)熱電偶等溫控設(shè)備所檢測到的溫度范圍值，按預(yù)定程序啟動燃氣或燃油控制單元，將瓦斯氣或燃油送入燃燒室充分燃燒，燃燒室出來的高溫煙氣與催化裂化再生煙氣充分混合，引起CO煙氣起燃和完全燃燒。在CO燃燒過程中會釋放出熱能，可令混合室溫度進一步上升，此時PLC又可控制燃燒器火焰噴嘴的開關(guān)進行溫度調(diào)控，令混合室溫度處在配以風機單元提供的二次風一個適當?shù)姆秶鷥?nèi)，既保障混合室的安全又保證再生煙氣中的CO等有害氣體充分完全燃燒。

　　2．2 監(jiān)控對象

　　(1)焚燒爐本體：包括燃燒室和混合室。工藝中的控制關(guān)鍵點是焚燒爐的溫度，包括燃燒室溫度、混合室溫度、焚燒爐出口溫度等。

　　(2)燃燒器單元：燃燒器單元包括燃燒器本體、點火裝置和火焰監(jiān)測裝置。燃燒器本體采用擴散式結(jié)構(gòu)，并配以旋流穩(wěn)燃器以增強燃燒效果。本燃燒器一共設(shè)有六個噴嘴，呈環(huán)狀排列，可根據(jù)工藝要求開啟任何一個或多個。點火裝置采用伸縮式直接點火方式，選用帶信號反饋的高能點火裝置，由伸縮式點火槍、點火器和閥組等組成?；鹧鏅z測裝置是由紫外光進行檢測的火焰監(jiān)視器、信號處理器、控制組件和冷卻閥組等構(gòu)成，用于監(jiān)測燃燒器火焰。

　　(3)燃料控制系統(tǒng)：分燃氣控制單元和燃油控制單元。燃氣控制單元包括自力式調(diào)壓閥、電動快關(guān)閥、電磁放散閥、低壓蒸汽吹掃電磁閥、燃氣氣動調(diào)節(jié)閥、阻火器和燃氣高、低壓力開關(guān)等儀器儀表；燃油控制單元包括自力式調(diào)壓閥、電磁快關(guān)閥、低壓蒸汽吹掃電磁閥、燃油氣動調(diào)節(jié)閥、阻火器和燃油高、低壓力開關(guān)等設(shè)備。閥門儀器儀表均采用防爆型以確保安全。PLC根據(jù)焚燒爐燃燒室和混合室的溫度調(diào)節(jié)燃氣調(diào)節(jié)閥開度和燃油閥組，以調(diào)整燃燒器的燃料量和二次供風量，最終修正混合室的溫度。

　　(4)一次和二次助燃風單元：由鼓風機、電動風門、空氣過濾器及風管道等組成，為燃燒器提供適宜的助燃風和火焰檢測器等設(shè)備冷卻吹掃，同時為PLC提供連鎖信號。

　　(5)安全保護單元由燃料高低壓報警開關(guān)，停機吹掃閥組、泄漏檢測組件和上位機DCS緊急控制組件等。

　　(6)操作控制柜用于現(xiàn)場點火、運行和停機操作，火檢處理器、現(xiàn)場顯示報警，風機自動控制系統(tǒng)及與上位機DCS與現(xiàn)場儀表轉(zhuǎn)接等。

　　2．3 控制系統(tǒng)

　　選用SIMATIC S7-300 PLC作為核心控制設(shè)備，是因為其具有可靠性高、抗干擾能力強、硬件配套齊全、維修方便等特點。向上和上位機DCS通訊，接受上位機的命令，并將燃燒系統(tǒng)的工況如實傳送給上位機。向下接受各種模擬量、數(shù)字量和開關(guān)量信號，同時，控制燃燒器單元、燃料控制系統(tǒng)、一次、二次供風單元和各種現(xiàn)場設(shè)備等。為實現(xiàn)燃燒系統(tǒng)的自動控制功能，專門設(shè)計控制系統(tǒng)的軟硬件部分。其硬件包括檢測儀表、可控閥組、點火裝置、火焰監(jiān)視組件、風機控制組件、安全保護裝置和控制柜內(nèi)的隔離單元，以及PLC控制中心?，F(xiàn)場各種檢測裝置將監(jiān)測信號通過輸入輸出隔離單元將信號送入PLC控制中心，進行邏輯運算和相應(yīng)的控制調(diào)節(jié)等。

　　PLC可同時接受燃燒現(xiàn)場操作人員和上位機DCS的操作指令，對燃燒系統(tǒng)的運行過程進行監(jiān)控。為保障燃燒系統(tǒng)的安全可靠和維護改造，PLC采用冗余配置。燃燒控制系統(tǒng)作為整個余熱鍋爐自動控制的一個相對獨立的子系統(tǒng)，完成自身功能的同時可受控于余熱鍋爐DCS控制中心。控制系統(tǒng)采用SIEMENS Step 7 V5．2軟件平臺設(shè)計完成控制程序。PLC系統(tǒng)控制程序能完成對相應(yīng)硬件設(shè)備控制的同時，自動進行安全連鎖檢查，確認設(shè)備當動及運行過程的安全條件，并自動進行安全自鎖并保護。