林天勤

龍巖煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，福建省龍巖市新羅區(qū)乘風(fēng)路1299號(hào)364000

燃燒爐是燃油管道式烘絲機(jī)HXD（Lamina High Expansion Dryer）的重要設(shè)備，主要為HXD提供熱能，將工藝氣體加熱到要求溫度，使煙絲中的水分迅速蒸發(fā)，以獲得滿足工藝要求含水率的煙絲［1］，其燃燒介質(zhì)主要有天然氣和柴油兩種。燃燒爐工作的穩(wěn)定性對(duì)HXD的工藝氣流溫度控制產(chǎn)生直接影響，并將影響到HXD對(duì)出口煙絲含水率的控制［2］。生產(chǎn)中一旦出現(xiàn)燃燒爐熄火現(xiàn)象，重新恢復(fù)生產(chǎn)至少需要20 min以上，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量不合格煙絲，增大能源消耗。為解決該問(wèn)題，郭國(guó)良等［3］通過(guò)在燃油管道式烘絲機(jī)增加工藝氣體的旁路風(fēng)管，采用聯(lián)動(dòng)風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒爐和旁路風(fēng)管的風(fēng)量，以快速調(diào)節(jié)工藝氣體溫度。該方法雖然能快速獲得穩(wěn)定的工藝氣流溫度，但并沒(méi)有從根本上解決燃燒爐本身設(shè)計(jì)中存在的缺陷。為此，對(duì)燃燒爐原柴油管路系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，將燃燒爐溫度由單回路控制改為串級(jí)控制，改進(jìn)助燃風(fēng)機(jī)風(fēng)量控制方法，以提高燃燒爐系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和燃燒效率。

1 存在問(wèn)題

1.1 工作原理

HXD由一套密封的工藝氣體循環(huán)管道系統(tǒng)組成［3］，煙絲經(jīng)DCC（High Humidity Direct Conditioning Recirculating Cylinder）滾筒加溫加濕后，通過(guò)進(jìn)料氣鎖進(jìn)入膨脹系統(tǒng)與工藝氣體混和，經(jīng)過(guò)干燥膨脹管道，在高溫高濕的工藝氣體作用下，煙絲中的水分迅速蒸發(fā)，且經(jīng)過(guò)干燥和膨脹后進(jìn)入旋風(fēng)分離器，慢慢地滑進(jìn)出料氣鎖。工藝氣體從旋風(fēng)分離器出來(lái)后，經(jīng)過(guò)風(fēng)機(jī)被分成兩部分，一部分被排出，另一部分被返回到燃燒爐的換熱器加熱到所需的工藝氣體溫度［4］。

改進(jìn)前燃燒爐柴油管路系統(tǒng)控制原理見(jiàn)圖1。柴油經(jīng)過(guò)油泵電機(jī)加壓后，經(jīng)過(guò)溢流閥穩(wěn)壓，然后經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓閥和控制閥調(diào)節(jié)流量大小，再按順序依次經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓閥、電磁閥和油槍。柴油的最終流量由溢流閥和穩(wěn)壓閥的壓力以及控制閥的開(kāi)度決定，控制閥開(kāi)度由聯(lián)桿機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)控制。聯(lián)桿機(jī)構(gòu)由氣動(dòng)控制閥驅(qū)動(dòng)，同時(shí)控制柴油流量和助燃風(fēng)機(jī)風(fēng)量，聯(lián)桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作是否順暢對(duì)系統(tǒng)溫度控制有較大影響。

1.2 存在問(wèn)題及分析

由于現(xiàn)有燃燒爐柴油管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，執(zhí)行元件的控制精度低，因此對(duì)工藝氣流溫度的控制效果不理想。主要原因是：

（1）助燃空氣風(fēng)量與柴油流量通過(guò)聯(lián)桿機(jī)構(gòu)由一個(gè)控制器控制，該控制器同時(shí)控制流量控制閥和助燃風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)。采用機(jī)械調(diào)節(jié)方式的控制閥需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)觀察燃燒爐火焰燃燒情況進(jìn)行閥門(mén)開(kāi)度調(diào)整，在溫度控制過(guò)程中，助燃空氣風(fēng)量與柴油流量很難保持在一個(gè)合適比例，從而影響柴油的燃燒效率，并使火焰探測(cè)器檢測(cè)到的火焰信號(hào)不穩(wěn)定。燃燒爐在降溫過(guò)程中，為防止燃燒爐熄火，控制閥的最小閥位值設(shè)定較大，柴油流量不能控制得足夠低，從而出現(xiàn)工藝氣流溫度上升較快、下降較慢情況。在換牌生產(chǎn)時(shí)，降溫時(shí)間長(zhǎng)，需要人工干預(yù)閥門(mén)開(kāi)度，延長(zhǎng)了換牌時(shí)間，造成柴油浪費(fèi)。由于流量與風(fēng)量的比例不合適，助燃空氣風(fēng)量太小會(huì)造成柴油燃燒不充分，使熱交換器產(chǎn)生積垢；助燃空氣風(fēng)量太大，熱量被直接排到大氣中，增大了柴油消耗［4］。

（2）燃燒爐溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)單閉環(huán)控制回路，通過(guò)PID的輸出直接調(diào)節(jié)控制閥的閥門(mén)開(kāi)度，閥門(mén)開(kāi)度與柴油流量?jī)H是一種正相關(guān)關(guān)系，控制對(duì)象特性不穩(wěn)定，因此溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，見(jiàn)圖2。由于燃燒爐的溫度控制響應(yīng)速度較慢，使HXD出口的煙絲含水率波動(dòng)較大，對(duì)產(chǎn)品工藝質(zhì)量的穩(wěn)定性有較大影響［4］。

2 改進(jìn)方法

2.1 管路系統(tǒng)

改進(jìn)后柴油管路系統(tǒng)見(jiàn)圖3。在柴油管路上增加了質(zhì)量流量計(jì)，用于檢測(cè)柴油流量，也有助于調(diào)整助燃空氣風(fēng)量。將原控制閥更換為控制精度高且穩(wěn)定性好的氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，并從聯(lián)桿機(jī)構(gòu)中獨(dú)立出來(lái)，由閥門(mén)定位器單獨(dú)控制。為減少管路中的影響因素，將控制閥后面的穩(wěn)壓閥去掉，直接由溢流閥保證壓力，由氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥控制流量大小。

根據(jù)車(chē)間每天使用的柴油消耗估算，HXD工作時(shí)的流量為50～100 kg/h?？紤]到控制閥到油槍噴嘴有一段距離，而采用液化氣點(diǎn)燃柴油只有10 s，對(duì)流量的計(jì)量精度要求不高，因此選用了管徑較大的DN8質(zhì)量流量計(jì)，以保證在點(diǎn)火過(guò)程中柴油能夠迅速到達(dá)噴嘴。燃燒爐在正常工作時(shí)，柴油流量為60 kg/h左右，工作壓力為0.5 MPa，為使氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥工作在50%左右的閥位，選擇了氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥KP值為0.25的等百分比特性的閥門(mén)，保證流量控制精確，溫度控制穩(wěn)定，同時(shí)也延長(zhǎng)了閥門(mén)的使用壽命。

2.2 溫度控制系統(tǒng)

改進(jìn)后溫度控制系統(tǒng)采用串級(jí)控制以提高工藝氣流溫度的控制精度［5］，見(jiàn)圖4。根據(jù)燃燒爐的設(shè)定溫度獲得柴油流量設(shè)定值，再通過(guò)調(diào)節(jié)氣動(dòng)薄膜閥門(mén)的開(kāi)度控制流量大小以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒爐溫度的調(diào)節(jié)。由于柴油流量與燃燒爐溫度具有較強(qiáng)的線性關(guān)系，通過(guò)控制柴油流量以提高爐溫控制的穩(wěn)定性。對(duì)于柴油流量，通過(guò)PID運(yùn)算對(duì)氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，可以迅速達(dá)到設(shè)定的流量值。為此對(duì)該系統(tǒng)的控制程序進(jìn)行了編程，增加了溫度控制PID程序和流量控制PID程序。經(jīng)過(guò)設(shè)備調(diào)試，將點(diǎn)火時(shí)的固定閥門(mén)開(kāi)度設(shè)定在50%，此時(shí)流量為60 kg/h左右，可以保證點(diǎn)火成功。為防止流量太小時(shí)爐子熄火、流量太大時(shí)將爐子和熱交換器燒壞，在降溫過(guò)程中設(shè)定柴油最小流量為36 kg/h，保證爐子火焰信號(hào)穩(wěn)定；在加熱過(guò)程中設(shè)定柴油最大流量為110 kg/h，使燃燒爐可快速升溫到570℃左右，火焰燃燒情況良好。

2.3 助燃風(fēng)機(jī)風(fēng)量控制

為了使助燃風(fēng)機(jī)風(fēng)量與柴油流量保持在最佳比例，對(duì)風(fēng)量的控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。首先將風(fēng)量調(diào)節(jié)由原來(lái)的風(fēng)門(mén)控制改為變頻器控制，然后根據(jù)柴油流量調(diào)整助燃風(fēng)機(jī)的頻率。具體步驟為：點(diǎn)燃燃燒爐，將助燃風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)固定在一個(gè)位置保持不變，通過(guò)手動(dòng)設(shè)定不同的柴油流量，然后不斷地調(diào)整助燃風(fēng)機(jī)的變頻器頻率，再利用Testo 335型煙氣分析儀檢測(cè)燃燒爐尾氣的化學(xué)成分含量和柴油的燃燒效率，見(jiàn)表1。可見(jiàn)，柴油流量與風(fēng)機(jī)頻率并不成比例關(guān)系，但總體趨勢(shì)是正相關(guān)的，為此將其模擬為3個(gè)線性方程并進(jìn)行編程，見(jiàn)表2。根據(jù)檢測(cè)到的柴油流量計(jì)算風(fēng)機(jī)頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)助燃風(fēng)機(jī)風(fēng)量的控制。

表1 不同柴油流量和風(fēng)機(jī)頻率下煙氣分析儀采集到的燃燒爐尾氣數(shù)據(jù)

表2 柴油流量與風(fēng)機(jī)頻率的線性方程

3 改進(jìn)效果

改進(jìn)前后工藝氣體溫度和燃燒爐火焰信號(hào)歷史趨勢(shì)圖對(duì)比見(jiàn)圖5。

由圖5可知，改進(jìn)后工藝氣流溫度的響應(yīng)速度和控制穩(wěn)定性都有較大提高，燃燒爐的火焰信號(hào)增強(qiáng)且穩(wěn)定。改進(jìn)后的油管路系統(tǒng)運(yùn)行可靠，提高了控制精度和點(diǎn)火成功率，點(diǎn)火失敗或熄火故障次數(shù)由原來(lái)的每月至少2次減少為0。由于助燃風(fēng)機(jī)風(fēng)量與柴油流量比例合適，減少了熱量散失，防止了因柴油不完全燃燒使熱交換器出現(xiàn)積垢情況，提高了柴油的燃燒效率，降低了柴油消耗。改進(jìn)后燃燒爐在較低油量下能夠穩(wěn)定燃燒，在換牌需要降低工藝氣流溫度時(shí)，工藝氣流溫度降低30℃所需時(shí)間由20 min減少到10 min左右，縮短了換牌時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

［1］陳良元.卷煙生產(chǎn)工藝技術(shù)［M］.鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

［2］岳先領(lǐng)，何佳滿，周一飛，等.燃油管道式烘絲機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)燃油消耗問(wèn)題的改進(jìn)［J］.煙草科技，2009（2）：34-35.

［3］郭國(guó)良，張世成，李輝，等.燃油管道式烘絲機(jī)工藝氣體溫度控制的改進(jìn)［J］.煙草科技，2009（9）：18-19.

［4］鄭利鋒，丁康鐘，廖強(qiáng)，等.黃金分割截距法在優(yōu)化HXD燃燒爐溫度上的應(yīng)用［J］.煙草科技，2010（7）：11-13.

［5］郭一楠，?？×郑w峻，等.過(guò)程控制系統(tǒng)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.