CN115215532B - 一种玻璃熔窑压力控制方法及其控制系统 - Google Patents

一种玻璃熔窑压力控制方法及其控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种玻璃熔窑压力控制方法及其控制系统，属于玻璃生产制造技术领域，包括：AI模块、DI模块、AO模块、和DO模块，上述模块均与PID模块通信连接，在换火开始的时刻，换火程序锁住PID模块的输出值，并记录输出值为换火期间熔窑烟道闸板阀位计算的基准值；换火过程中换火程序用所述基准值分别乘以三个阶段的换火系数，得到每一个阶段的熔窑烟道闸板阀位；换火结束后，换火程序自动屏蔽，PID模块解锁对烧火期间的熔窑压力进行控制，更好的解决了玻璃熔窑在换火过程中熔窑压力的波动，避免了熔窑压力大幅波动造成的对窑体耐火材料的冲刷，延长了窑炉寿命，提高了玻璃产品的品质。

Description

一种玻璃熔窑压力控制方法及其控制系统
技术领域
本发明涉及玻璃生产制造技术领域，特别涉及一种玻璃熔窑压力控制方法及其控制系统。
背景技术
换火的原理包括：1、换火的原因，玻璃熔窑采用左右两侧燃烧器轮流烧火的方式熔化玻璃原料，每一侧烧火20分钟后切换到另一侧；2、换火程序，在左右两侧燃烧器进行烧火切换的过程中，如果不采取适当的处理措施，则熔窑内的压力将出现剧烈波动，严重影响玻璃成品的质量，因此，DCS（分散控制系统）系统专门编制了一套换火控制程序对换火期间的玻璃熔窑压力进行控制，使其在允许的范围内波动；3、换火程序控制的方式，在换火期间，熔窑烟道闸板的阀位被固定在某个适当的数值，以此来抑制熔窑压力的升高和降低；4、换火的工艺流程，通常的换火过程分为3个阶段完成：第一阶段，天然气的关闭；第二阶段，空气交换器换向、管道吹扫、开启本次冷却及关闭另一侧冷却气；第三阶段，天然气重新打开。由于天然气的压力高达180～220KP左右，对熔窑压力的影响非常明显，因此，在第一阶段天然气关闭之后，熔窑压力会大幅度下降，在第三阶段天然气重新打开之后熔窑压力会大幅度上升，威力抑制熔窑压力下降的幅度，在第一阶段烟道闸板的阀位要尽可能的关小，同时为了抑制熔窑压力上升的幅度，在第三阶段烟道闸板的阀位尽可能的开大，第二阶段烟道闸板一般介于第一阶段和第三阶段的阀位之间。
但是由于目前绝大部分玻璃熔窑企业都利用烟气进行余热发电和对烟气进行脱硝和脱硫环保处理，玻璃熔窑抽力来源由烟囱变为引风机，抽力稳定性变差，特别是在运行一段时间后，由于在发电、脱硫和脱硝管道中积灰，阻力逐步加大，抽力会变得越来越不稳定，熔窑的压力波动就会更大。目前大多数企业采取运行每3～5月停脱硫等手段清理管道积灰方式进行处理。但是由于玻璃熔窑压力波动越大，烟气中的带走的粉尘也越多，脱硫、脱硝过程中管道累计的积灰也会更加频繁，同时为达到烟气排放标准，将会大大增加企业生产成本，因此，通过PID（执行调节控制）换火系数控制熔窑压力的熔窑烟道闸板开关变得更加频繁，这就导致了在换火过程中熔窑压力控制更加困难，为了减少熔窑压力对窑体的冲刷、玻璃品质以及烟气中粉尘等的影响，亟需一种能很好控制玻璃熔窑换火过程中压力自动控制程序系统，从而减少熔窑压力波动，达到减少烟气粉尘等排放，延长熔窑寿命，降低企业生产成本，实现节能减排的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的目前玻璃熔窑在换火过程中压力波动大，以及由于玻璃熔窑压力波动大，烟气中带走的粉尘也越多，脱硫、脱硝过程中管道累计的积灰也会更加频繁，同时为达到烟气排放标准，将会大大增加企业生产成本的不足，提供一种玻璃熔窑压力控制方法及其控制系统。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种玻璃熔窑压力控制方法，包括以下步骤：
步骤一：换火开始的时刻，换火程序锁住所述PID模块的输出值，并记录所述输出值为换火期间熔窑烟道闸板阀位计算的基准值；
步骤二：换火过程中所述换火程序用所述基准值分别乘以三个阶段的换火系数，得到每一个阶段的熔窑烟道闸板阀位；
步骤三：换火结束后，所述换火程序自动屏蔽，所述PID模块解锁对换火期间的熔窑压力进行控制。
采用上述技术方案，能够使得熔窑压力控制更加稳定，换火过程中熔窑压力能够控制在±1pa，管道中残留烟气中二氧化硫的排放能够减少200～300mg/m3，防止了由于玻璃熔窑压力波动较大，而导致在进行脱硝、脱硫环保处理过程中，烟气中带走的粉尘较多，脱硝、脱硫过程中的积灰也会更加频繁，降低了企业的生产成本，实现了节能减排的目的，提高了玻璃工艺中的熔窑压力稳定性，熔窑压力波动减小，窑体冲刷减弱，减少了窑体的维修成本，延长了熔窑的寿命，提高了玻璃产品的品质。
作为本发明的优选方案，所述步骤二中的三个阶段分别为：
第一阶段：关闭天然气；
第二阶段：控制交换器换向、管道吹扫、开启本次冷却气及关闭另一侧冷却气；
第三阶段：天然气重新打开。
作为本发明的优选方案，所述第一阶段的换火系数为S1、所述第二阶段的换火系数为S2、所述第三阶段的换火系数为S3，其中S1＜S2=S3。
作为本发明的优选方案，所述步骤三中换火结束后包括两个换火系数，分别为S4和S5，其中S4=S5。
采用上述技术方案，能够使得换火系数的整定更加方便。
作为本发明的优选方案，所述换火系数不能低于0.5，同时不能高于1.5。
采用上述技术方案，减小了熔窑烟道闸板的动作幅度，保证了熔窑烟道旋转闸板动作的安全性。
作为本发明的优选方案，所述S4和所述S5为换火结束后延时解锁期间熔窑烟道闸板阀位。
作为本发明的优选方案，所述S4和所述S5设置为趋近于1.0。
另一方面，一种玻璃熔窑压力控制程序系统，所述玻璃熔窑压力控制系统采用了上述任一所述的玻璃熔窑压力控制方法，所述玻璃熔窑压力控制系统包括：PID模块、AI模块、AO模块、DI模块、DO模块，所述AI模块、所述DI模块、所述AO模块、所述DO模块均与所述PID模块通信连接；
所述AI模块用于将熔窑压力的现场电流信号转换为所述PID模块能够识别的二进制代码；
所述DI模块用于将现场开关量电压信号转换为所述PID模块能够识别的数字量代码；
所述PID模块用于接收所述AI模块和所述DI模块输出的所述二进制代码和所述数字量代码，并对所述二进制代码和所述数字量代码进行运算处理；
所述AO模块用于将所述PID模块运算后得到的阀位数据转换为电流信号；
所述DO模块用于将所述PID模块运算后的数字量代码转换为开关量电压信号。
采用上述技术方案，通过PID模块来对现场电流信号和现场开关电压信号进行运算处理，更好的解决了玻璃熔窑在换火过程中熔窑压力的波动，避免了熔窑压力大幅波动造成的对窑体耐火材料的冲刷，延长了窑炉寿命，提高了玻璃产品的品质。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：能够使得熔窑压力控制更加稳定，换火过程中熔窑压力能够控制在±1pa，管道中残留烟气中二氧化硫的排放能够减少200～300mg/m3，防止了由于玻璃熔窑压力波动较大，而导致在进行脱硝、脱硫环保处理过程中，烟气中带走的粉尘较多，脱硝、脱硫过程中的积灰也会更加频繁，降低了企业的生产成本，实现了节能减排的目的，提高了玻璃工艺中的熔窑压力稳定性，熔窑压力波动减小，窑体冲刷减弱，减少了窑体的维修成本，延长了熔窑的寿命，提高了玻璃产品的品质；能够使得换火系数的整定更加方便；减小了熔窑烟道闸板的动作幅度，保证了熔窑烟道旋转闸板动作的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的一种玻璃熔窑压力控制程序方法的流程图；
图2为本发明实施例3所述的一种玻璃熔窑压力控制程序系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种基于实施例1所述的玻璃熔窑压力控制系统的玻璃熔窑压力控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一：换火开始的时刻，换火程序锁住所述PID模块的输出值，并记录所述输出值为换火期间熔窑烟道闸板阀位计算的基准值；
步骤二：换火过程中所述换火程序用所述基准值分别乘以三个阶段的换火系数，得到每一个阶段的熔窑烟道闸板阀位；
步骤三：换火结束后，所述换火程序自动屏蔽，所述PID模块解锁对烧火期间的熔窑压力进行控制。
作为本发明的优选方案，所述步骤二中的三个阶段分别为：
第一阶段：关闭天然气；
第二阶段：控制交换器换向、管道吹扫、开启本次冷却气及关闭另一侧冷却气；
第三阶段：天然气重新打开。
所述第一阶段的换火系数为S1、所述第二阶段的换火系数为S2、所述第三阶段的换火系数为S3，其中S1＜S2=S3。
所述步骤三中换火结束后包括两个换火系数，分别为S4和S5，其中S4=S5。
所述换火系数不能低于0.5，同时不能高于1.5。
所述S4和所述S5为换火结束后延时解锁期间熔窑烟道闸板阀位。
所述S4和所述S5设置为趋近于1.0。
采用上述技术方案，能够使得熔窑压力控制更加稳定，换火过程中熔窑压力能够控制在±1pa，管道中残留烟气中二氧化硫的排放能够减少200～300mg/m3，防止了由于玻璃熔窑压力波动较大，而导致在进行脱硝、脱硫环保处理过程中，烟气中带走的粉尘较多，脱硝、脱硫过程中的积灰也会更加频繁，降低了企业的生产成本，实现了节能减排的目的，提高了玻璃工艺中的熔窑压力稳定性，熔窑压力波动减小，窑体冲刷减弱，减少了窑体的维修成本，延长了熔窑的寿命，提高了玻璃产品的品质。
实施例2
本实施例为实施例1的具体实施方式：
玻璃熔窑换火控制程序按工艺换火过程的三个阶段将程序控制流程分为3步，分别为STEP01、STEP02和STEP03。
STEP01：对应于工艺换火过程的第一阶段；
STEP02：对应于工艺换火过程的第二阶段；
STEP03：对应于工艺换火过程的第三阶段。
对于换火期间熔窑烟道闸板的阀位给定值，控制程序采用“基准值”乘以“换火系数”的方式自动计算得出。
基准值：许多玻璃熔窑基准值由程序自动追踪正常烧火时熔窑烟道闸板阀位控制所述PID模块的输出值获得，其数值为换火期间所述PID模块的固定输出值，范围0～100%。但是，如果抽力波动，所述PID模块的换火系数为控制熔窑压力的稳定，熔窑烟道闸板的开度变化就会很频繁，所述PID模块获得的烟道闸板阀位输出值就会出现偏离中心值较远的情况，就会出现换火过程中熔窑压力波动大的情况。为改善这种情况，基准值采用认为设定模式，人工根据需要和熔窑烟道闸板阀位中心值进行设定。
在不换火的时间段内阀位的输出值是由PID模块自动运算所得，在换火时间段内阀位的输出值则由某一个基准值乘以换火系数得出，此基准值可以是PID模块的锁定值，也可以不是。
在换火期间PID输出锁定有两个作用，一个是作为换火时间段内阀位输出值的基准计算值，一个是作为换火过程结束之后，PID重新进行自动运算的阀位基准值。在通用的换火控制模式下，是以PID锁定的阀位作为换火时间段内阀位计算的基准值；在本方案的换火控制模式下，PID锁定的阀位只作为换火结束之后PID重新自动计算的阀位基准值，不作为换火时间段内阀位输出值的基准计算值。
换火系数：根据换火期间熔窑压力的变化情况认为整定的数值。考虑到熔窑烟道闸板动作的安全性，熔窑烟道闸板的动作幅度不能太大，因此，换火系数最低不能低于0.5，最高不能高于1.5。
由于换火控制程序分为STEP01、STEP02和STEP03三步，因此，为每一步设置一个可认为整定的换火系数S1、S2和S3。
换火开始的时刻，换火程序锁住所述PID模块的输出值，并记录此输出值作为换火期间熔窑烟道闸板阀位计算的基准值，之后的换火过程中程序用基准值乘以相应流程步（STEP01、STEP02和STEP03）的换火系数得到每一步的熔窑烟道闸板阀位。换火结束之后，换火程序被自动屏蔽，熔窑压力PID模块解锁对烧火期间的熔窑压力进行控制。
换火系数的整定：换火系数的有5个，分别为S1、S2、S3、S4、S5。其中S1、S2、S3对应于换火过程的三个步骤，S4、S5为换火结束之后换火程序延时解锁时间段内的熔窑烟道闸板阀位。
换火系数整定的原则：
S1：对应于熔窑压力的最低点，设定换火系数为0.5；
S2和S3：对应于熔窑压力的最高点，设定换火系数为1.5；
S4和S5：对应于换火过程结束之后延时解锁期间熔窑压力的和，越接近于1.0越好，通常设为1.05，并且不需要修改。
具体的，熔窑压力是受熔窑烟道闸板阀位控制的，熔窑烟道闸板阀位越大，熔窑压力越小；熔窑烟道闸板阀位越小，熔窑压力越大。这一步也是系数乘以基准值得到输出阀位，即系数S4和S5分别乘以基准值。根据经验，S4和S5设定为接近于1.0的固定数值即可，不需要更改。
趋势图上熔窑压力的最高点对应于S4和S5，但实际上熔窑压力的最高点是由S2和S3时间段内熔窑压力的最高点数值决定的。如果S3时间段内熔窑压力过高，则S4和S5无论数值为多大，熔窑压力的最高点都将过高；如果S3时间段内熔窑压力过低，则S4和S5无论数值为多小，熔窑压力的最低点都将偏低。为了换火系数整定的方便，S1单独设定，S2和S3 设为相同的数值，S4和S5设为相同的数值。
具体的，控制程序技术细则为：
（1）建立新变量：
①DB21.DBD92作为左火换右火的人为输入变量（基准值）；
②DB21.DBD96作为右火换左火的人为输入变量（基准值）；
③DB21.DBD388作为换火基准阀位的计算变量（基准值）。
（2）查找已有变量：
①左火换右火指示位，经搜索程序并进行验证，为M13.6；
②右火换左火指示位，经搜索程序并进行验证，为M13.7。
其中，指示位是控制程序运算需要的二进制数字量信号。换火程序包括两段程序，第一段是由左侧烧火切换到右侧烧火，第二段是由右侧烧火切换到左侧烧火，这两段程序只能有一段运行。这个指示位是用来指示控制程序应该运行第一段程序还是运行第二段程序。
（3）编制LAD程序：
①左火换右火指示位M13.6置位时，DB21.DBD92赋值给DB21.DBD388；
②右火换左火指示位M13.7置位时，DB21.DBD96赋值给DB21.DBD388；
③不换火时M13.6和M13.7都不置位，PID块输出变量MV_P230赋值给DB21.DBD388；
④DB21.DBD388直接赋给变量MAN_MV230作为换火阀位基准值。
（4）编译并下载程序。
实施例3
一种玻璃熔窑压力控制程序系统，如图2所示，包括：所述玻璃熔窑压力控制系统采用了实施例1中任一所述的玻璃熔窑压力控制方法，所述玻璃熔窑压力控制系统包括：PID模块、AI模块、AO模块、DI模块、DO模块，所述AI模块、所述DI模块、所述AO模块、所述DO模块均与所述PID模块通信连接；
所述AI模块用于将熔窑压力的现场电流信号转换为所述PID模块能够识别的二进制代码；
所述DI模块用于将现场开关量电压信号转换为所述PID模块能够识别的数字量代码；
所述PID模块用于接收所述AI模块和所述DI模块输出的所述二进制代码和所述数字量代码，并对所述二进制代码和所述数字量代码进行运算处理；
所述AO模块用于将所述PID模块运算后得到的阀位数据转换为电流信号；
所述DO模块用于将所述PID模块运算后的数字量代码转换为开关量电压信号。
采用上述技术方案，通过PID模块来对现场电流信号和现场开关电压信号进行运算处理，更好的解决了玻璃熔窑在换火过程中熔窑压力的波动，避免了熔窑压力大幅波动造成的对窑体耐火材料的冲刷，延长了窑炉寿命，提高了玻璃产品的品质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种玻璃熔窑压力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：换火开始的时刻，换火程序锁住PID模块的输出值，并记录所述输出值为换火期间熔窑烟道闸板阀位计算的基准值；
步骤二：换火过程中所述换火程序用所述基准值分别乘以三个阶段的换火系数，得到每一个阶段的熔窑烟道闸板阀位；
所述步骤二中的三个阶段分别为：
第一阶段：关闭天然气；
第二阶段：控制交换器换向、管道吹扫、开启本侧冷却气及关闭另一侧冷却气；
第三阶段：天然气重新打开；
所述第一阶段的换火系数为S1、所述第二阶段的换火系数为S2、所述第三阶段的换火系数为S3，其中S1＜S2=S3；
所述换火系数不能低于0.5，同时不能高于1.5；
步骤三：换火结束后，所述换火程序自动屏蔽，所述PID模块解锁对换火期间的熔窑压力进行控制；
上述控制方法采用的玻璃熔窑压力控制系统包括：PID模块、AI模块、AO模块、DI模块、DO模块，所述AI模块、所述DI模块、所述AO模块、所述DO模块均与所述PID模块通信连接；
所述AI模块用于将熔窑压力的现场电流信号转换为所述PID模块能够识别的二进制代码；
所述DI模块用于将现场开关量电压信号转换为所述PID模块能够识别的数字量代码；
所述PID模块用于接收所述AI模块和所述DI模块输出的所述二进制代码和所述数字量代码，并对所述二进制代码和所述数字量代码进行运算处理；
所述AO模块用于将所述PID模块运算后得到的阀位数据转换为电流信号；
所述DO模块用于将所述PID模块运算后的数字量代码转换为开关量电压信号。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃熔窑压力控制方法，其特征在于，所述步骤三中换火结束后包括两个换火系数，分别为S4和S5，其中S4=S5。
3.根据权利要求2所述的一种玻璃熔窑压力控制方法，其特征在于，所述S4和所述S5为换火结束后延时解锁期间熔窑烟道闸板阀位。
4.根据权利要求3所述的一种玻璃熔窑压力控制方法，其特征在于，所述S4和所述S5设置为1.05。
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