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催化裂化再生工藝有完全再生和不完全再生兩種形式。對于不完全再生工藝，煙氣中含有3％～10％的一氧化碳，其回收利用是節約能源保護環(huán)境的一項重要課題。對于完全再生工藝，由于熱平衡及再生設備的限制，往往需要改造再生設施，設備投入比較大。此外，重油催化裂化進(jìn)料中含有較高的貴重金屬(如，鉑、銠等)，生產(chǎn)運行中引起催化劑失效，助燃劑損失也較大。因此．催化裂化再生工藝常采用不完全再生工藝，配以后續裝置清除一氧化碳氣體。許多煉油廠(chǎng)設置一氧化碳余熱鍋爐，輔以瓦斯氣助燃，回收C0高溫再生煙氣的物理顯熱和化學(xué)能，同時(shí)消除再生煙氣中CO及其他有害氣體對大氣的污染。 目前，CO焚燒爐和余熱鍋爐控制系統采用國外進(jìn)口模塊化的集散控制系統(DCS)、順序控制系統(SCS)，設備價(jià)格比較昂貴。另外。由于知識產(chǎn)權保護和技術(shù)溝通問(wèn)題，設備一旦出現問(wèn)題，現場(chǎng)技術(shù)人員無(wú)法及時(shí)判斷、處理異�，F象，再生煙氣中CO及其他有害氣體無(wú)法完全燃燒或爆燃，造成下游裝置的余熱鍋爐爐管超溫，過(guò)熱蒸汽品質(zhì)降低等嚴重事故。針對以上情況研究和設計了一套獨立的基于PLC的焚燒自動(dòng)控制系統，該設計簡(jiǎn)單易行，設備成本和維護費用較低，降低了對國外技術(shù)的依賴(lài)性，大幅度地提高了生產(chǎn)的安全性和可靠性。 1、焚燒爐工藝概況 CO焚燒爐為圓筒形直立結構，其下部為燃料燃燒室，中下部為催化再生煙氣與二次風(fēng)混燃的混合室。催化再生煙氣進(jìn)入焚燒爐后與燃燒后的高溫煙氣充分混合，使催化再生煙氣溫度達到著(zhù)火點(diǎn)(約850℃)，使CO在焚燒爐內絕熱燃燒。焚燒后產(chǎn)生的高溫煙氣進(jìn)入余熱鍋爐系統，用于產(chǎn)生3．82 MPa，450℃的中壓過(guò)熱蒸汽。 焚燒爐燃燒室部分采用環(huán)形進(jìn)氣、進(jìn)風(fēng)系統，進(jìn)風(fēng)管環(huán)形布設于燃燒室外側，在燃燒室壁四周開(kāi)設有均勻分布的若干進(jìn)氣／進(jìn)風(fēng)口，使燃氣(燃油)從四周徑向噴入燃燒室，在燃燒室內形成渦流，使燃料充分完全燃燒�；旌鲜也糠植捎猛瑯拥脑O計理念，中下部的再生煙氣經(jīng)多個(gè)徑向圓孔切向進(jìn)入焚燒爐，二次風(fēng)供給系統是沿煙氣噴口周邊進(jìn)風(fēng)，確保再生煙氣與燃燒室出口的高溫煙氣充分強烈混合，使再生煙氣在焚燒爐內絕熱燃燒。 燃燒器采用油氣聯(lián)合燃燒器，油氣管為套裝結構，中間為油嘴，外套管為氣嘴，油嘴為壓力蒸汽霧化油，氣嘴采用0．3～0．5 MPa高壓瓦斯，可油、氣單燒，也可油氣混燒。本例以瓦斯氣為主，若瓦斯量不足等異常情況發(fā)生時(shí)，補燒燃料油。 2 、焚燒爐控制系統組成 根據焚燒爐的燃燒工藝，確保裝置的安全運作，并考慮節省投資，焚燒系統原則流程控制圖如圖1所示。 圖1 焚燒系統原則流程控制圖 2．1 控制機理 CO在適當的高溫且氧氣充足的環(huán)境下可迅速燃燒并徹底分解為無(wú)害氣體，而在較低的溫度或氧氣不足的條件下，則可能無(wú)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(shí)用風(fēng)機使燃燒室爐膛內氧氣充足，然后由PLC根據熱電偶等溫控設備所檢測到的溫度范圍值，按預定程序啟動(dòng)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(lái)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(guò)程中會(huì )釋放出熱能，可令混合室溫度進(jìn)一步上升，此時(shí)PLC又可控制燃燒器火焰噴嘴的開(kāi)關(guān)進(jìn)行溫度調控，令混合室溫度處在配以風(fēng)機單元提供的二次風(fēng)一個(gè)適當的范圍內，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(diǎn)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(diǎn)火裝置和火焰監測裝置。燃燒器本體采用擴散式結構，并配以旋流穩燃器以增強燃燒效果。本燃燒器一共設有六個(gè)噴嘴，呈環(huán)狀排列，可根據工藝要求開(kāi)啟任何一個(gè)或多個(gè)。點(diǎn)火裝置采用伸縮式直接點(diǎn)火方式，選用帶信號反饋的高能點(diǎn)火裝置，由伸縮式點(diǎn)火槍、點(diǎn)火器和閥組等組成�；鹧鏅z測裝置是由紫外光進(jìn)行檢測的火焰監視器、信號處理器、控制組件和冷卻閥組等構成，用于監測燃燒器火焰。 (3)燃料控制系統：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壓閥、電動(dòng)快關(guān)閥、電磁放散閥、低壓蒸汽吹掃電磁閥、燃氣氣動(dòng)調節閥、阻火器和燃氣高、低壓力開(kāi)關(guān)等儀器儀表；燃油控制單元包括自力式調壓閥、電磁快關(guān)閥、低壓蒸汽吹掃電磁閥、燃油氣動(dòng)調節閥、阻火器和燃油高、低壓力開(kāi)關(guān)等設備。閥門(mén)儀器儀表均采用防爆型以確保安全。PLC根據焚燒爐燃燒室和混合室的溫度調節燃氣調節閥開(kāi)度和燃油閥組，以調整燃燒器的燃料量和二次供風(fēng)量，最終修正混合室的溫度。 (4)一次和二次助燃風(fēng)單元：由鼓風(fēng)機、電動(dòng)風(fēng)門(mén)、空氣過(guò)濾器及風(fēng)管道等組成，為燃燒器提供適宜的助燃風(fēng)和火焰檢測器等設備冷卻吹掃，同時(shí)為PLC提供連鎖信號。 (5)安全保護單元由燃料高低壓報警開(kāi)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)操作控制柜用于現場(chǎng)點(diǎn)火、運行和停機操作，火檢處理器、現場(chǎng)顯示報警，風(fēng)機自動(dòng)控制系統及與上位機DCS與現場(chǎng)儀表轉接等。 2．3 控制系統 選用SIMATIC S7-300 PLC作為核心控制設備，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(diǎn)。向上和上位機DCS通訊，接受上位機的命令，并將燃燒系統的工況如實(shí)傳送給上位機。向下接受各種模擬量、數字量和開(kāi)關(guān)量信號，同時(shí)，控制燃燒器單元、燃料控制系統、一次、二次供風(fēng)單元和各種現場(chǎng)設備等。為實(shí)現燃燒系統的自動(dòng)控制功能，專(zhuān)門(mén)設計控制系統的軟硬件部分。其硬件包括檢測儀表、可控閥組、點(diǎn)火裝置、火焰監視組件、風(fēng)機控制組件、安全保護裝置和控制柜內的隔離單元，以及PLC控制中心�，F場(chǎng)各種檢測裝置將監測信號通過(guò)輸入輸出隔離單元將信號送入PLC控制中心，進(jìn)行邏輯運算和相應的控制調節等。 PLC可同時(shí)接受燃燒現場(chǎng)操作人員和上位機DCS的操作指令，對燃燒系統的運行過(guò)程進(jìn)行監控。為保障燃燒系統的安全可靠和維護改造，PLC采用冗余配置。燃燒控制系統作為整個(gè)余熱鍋爐自動(dòng)控制的一個(gè)相對獨立的子系統，完成自身功能的同時(shí)可受控于余熱鍋爐DCS控制中心�？刂葡到y采用SIEMENS Step 7 V5．2軟件平臺設計完成控制程序。PLC系統控制程序能完成對相應硬件設備控制的同時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行安全連鎖檢查，確認設備當動(dòng)及運行過(guò)程的安全條件，并自動(dòng)進(jìn)行安全自鎖并保護。 3 、焚燒爐控制系統設計 3．1 燃燒過(guò)程及其控制 當本體設備工況和上下游工藝需啟動(dòng)焚燒爐，其燃燒過(guò)程框圖如圖2所示。當控制系統啟動(dòng)，由風(fēng)機吹掃爐膛，目的是將爐膛內原有的氣體吹掃干凈，以防止爐內殘留可燃氣體，點(diǎn)火時(shí)引起爆燃損壞燃燒室，同時(shí)為燃燒室補充足夠的氧氣。 圖2 燃燒過(guò)程框圖 根據本次工藝要求，為確保再生煙氣中的CO能完全焚燒�？刂葡到y設定的燃燒室最低溫度為1 000℃，混合室設定的最低溫度為850℃。根據燃燒瓦斯量及其組分確定出其燃燒所需的理論一次通風(fēng)量，保證助燃的瓦斯能在燃燒室內充分燃燒；二次風(fēng)量應在一次風(fēng)調整到位的基礎上，根據燃燒室溫度等參數再進(jìn)行調整，以確保CO在高溫下完全燃燒。在運行中，要通過(guò)總風(fēng)量的調節，以及一次風(fēng)和二次風(fēng)的合理分配來(lái)組織合理的爐風(fēng)空氣動(dòng)力工況和燃燒工況。在燃燒室溫度低于1 000℃，須點(diǎn)燃多個(gè)噴嘴或開(kāi)啟燃油系統，加速升溫；當爐溫達1 100℃時(shí)，為了爐膛的安全及節省能源，可關(guān)閉部分噴嘴或燃油系統，此時(shí)維持燃燒室溫度。 3．2 功能實(shí)現 為滿(mǎn)足CO焚燒爐的經(jīng)濟運行和安全生產(chǎn)，焚燒控制系統不僅具有備程序控制、負荷自動(dòng)調節和安全保護等功能，各狀態(tài)指示、報警及控制均可在PLC上自動(dòng)實(shí)現。為此設計若干子程序分別實(shí)現自動(dòng)點(diǎn)火、管道安全自動(dòng)吹掃、泄漏檢測、自動(dòng)滅火和燃料補充等功能。 (1)自動(dòng)點(diǎn)火：點(diǎn)火過(guò)程全部實(shí)現自動(dòng)化，操作人員在點(diǎn)火條件完全具備工況下點(diǎn)擊啟動(dòng)點(diǎn)火按鈕或在PLC監控屏幕下啟動(dòng)點(diǎn)火按鈕，點(diǎn)火子程序啟用，對應設備完成相應的動(dòng)作。開(kāi)始風(fēng)機運行，吹掃電磁閥BW1、電動(dòng)閥BVl和BV2打開(kāi)，吹掃管道5min后，電動(dòng)閥BV1和BV2關(guān)閉，引燃電磁閥GVl和GV2打開(kāi)，點(diǎn)火裝置BE持續點(diǎn)火5s火焰建立，燃氣電動(dòng)閥BV1和BV2打開(kāi)，5s后引燃電磁閥GV1和GV2關(guān)閉，調節閥TY1調火，最后火焰監視器UV監視燃燒。若無(wú)火檢信號，則立即關(guān)閉所有燃氣閥，同時(shí)發(fā)出“點(diǎn)火失敗”報警。 (2)管道自動(dòng)吹掃：在點(diǎn)火啟動(dòng)前、點(diǎn)火失敗后、停機后或運行過(guò)程中，都需要對燃燒室及燃料氣管道及閥組進(jìn)行吹掃，以有效地清除爐膛、管閥和煙道中可能*的可燃氣體，以防發(fā)生安全事故。 (3)泄漏檢測：燃料氣管道聯(lián)接和電動(dòng)快關(guān)閥及放散閥是否泄漏，關(guān)系到燃燒站設備和操作人員的安全。在燃燒站冷啟動(dòng)前，燃燒室、管道和閥組吹掃后，必須進(jìn)行泄漏檢測。該子程序分為調節閥TY1泄漏子程序、電動(dòng)閥BV1泄漏子程序、電動(dòng)閥BV2泄漏子程序、電磁閥GW1泄漏子程序等。 (4)自動(dòng)滅火：當燃料信號或上位機DCS發(fā)出停爐等信號時(shí)，焚燒爐自動(dòng)滅火進(jìn)入備起狀態(tài)或停爐狀態(tài)，同時(shí)在PLC控制柜上聲光報警并指示停爐原因如下：風(fēng)機故障、燃料氣高低壓報警、火焰監視器無(wú)火焰信號、控制閥故障等。 4 、結語(yǔ) 該設計方案經(jīng)東北某石油化工公司應用證明，基于PLC的一氧化碳焚燒爐控制系統能滿(mǎn)足的一氧化碳焚燒的技術(shù)指標，能在惡劣的現場(chǎng)環(huán)境下長(cháng)時(shí)間穩定運行。經(jīng)環(huán)保部門(mén)驗收，該焚燒爐所排放的尾氣完全符合國家的排放標準�？刂葡到y故障率低，性?xún)r(jià)比高，充分顯示了其適應性強，可靠性高的特點(diǎn)，對于中小型的燃燒控制系統應用有一定的推廣價(jià)值。 |
