磷铵干燥多变量自控系统技改

李 荣

(四川信息职业技术学院)

磷铵干燥多变量自控系统技改

李 荣

(四川信息职业技术学院)

针对磷铵滚筒式喷雾干燥工艺控制不稳定且产品质量经常出现不合格情况的问题，设计了多变量自控系统技改方案。改造后，生产过程实现了精确控制，生产过程的稳定性有所提高，大幅提高了磷铵产品的质量和产量。

多变量自控系统 喷雾干燥 磷铵 滚筒式

喷雾干燥是把含有固体成分的液体分散成小液滴，较温和地除去液滴中水分的技术。磷铵滚筒式喷雾干燥工艺利用雾化器将一定浓度的液体分散成小液滴，与热空气相遇后由于热交换溶剂迅速挥发水分而成为粉末或颗粒状固体，从而达到干燥物料的目的。传统的滚筒式喷雾干燥控制全部采用人工操作，存在系统运行不稳定、人力成本高且劳动强度大，不同班组生产操作差异大的现象。为保证产品质量(要求含水量小于5%)，企业常常按产品含水量小于1%的指标控制生产，致使资源浪费大；当粉料水分有偏差时，人工调节波动大、调节时间长，粉料品质得不到保证。为此，笔者进行喷雾干燥多变量自控系统的技术改造。

1 磷铵滚筒式喷雾干燥系统

滚筒式喷雾干燥系统(图1)由滚筒式喷雾干燥器、链条式燃煤热风炉、喷浆控制和计量、旋风分离和尾气水膜除尘以及控制系统组成。磷铵产品质量要求含水量小于5%，因而产品的水含量在4.5%左右是最佳状态[1]。控制参数为尾气温度和尾气负压，只要这两个参数稳定，磷铵产品的含水量就能基本保持稳定。

图1 滚筒式喷雾干燥系统的组成结构示意图

滚筒式喷雾干燥器。过程变量有热风流量、温度、湿度，磷铵料浆流量、密度、温度。干燥器机头负压，控制目标是尾气温度、负压；热风3个参数、料浆3个参数和机头负压7个参数中的任何一个参数发生变化都会引起尾气温度和负压变化，而且在系统稳定运行时，料浆3个参数中任意一个参数发生变化还会引起热风3个参数变化。该过程是多变量且相互关联耦合的，手动控制要达到最佳状态几乎不可能，因而必须采用多变量解耦控制[2]才能使生产过程稳定长周期运行。

链条式燃煤热风炉(图2)。过程参数有链条运行和停止时间比，鼓风机、引风机调节，炉膛负压，炉膛温度，控制目标是热风温度恒定；生成的热风温度随鼓风机、引风机转速、煤的质量(燃值)和链条运转比的变化而变化；热风流量随鼓风机、引风机转速的变化而变化；热风湿度随着煤湿度和空气湿度的变化而变化，天晴和下雨都会影响装置的运行。

图2 链条式燃煤热风炉结构示意图

喷浆系统。料浆温度和密度随上工段变化而变化，料浆流量变频控制。

尾气系统。控制目标是尾气压力和温度。

2 多变量自控系统设计

滚筒式喷雾干燥多变量自控系统(图3)由燃烧炉控制子系统、料浆控制子系统、热风温度控制子系统、负压控制子系统、尾气温度控制子系统和微机控制平台系统组成。

图3 滚筒式喷雾干燥多变量自控系统组成

燃烧炉控制子系统。PIC-101通过引风机变频调速闭环调节炉膛负压稳定在-50Pa左右；TI-101检测显示炉膛温度，TIC-102通过鼓风机变频调速闭环调节去干燥设备热风温度稳定在390℃左右；链条运行停止时间比K根据热风温度TI-102和尾气温度TI-103进行调节，(ΔTE102×K1+ΔTE103×K2)/K=ΔK；计算周期以当改变K值时，热风温度发生显著变化所需时间为最小时间，K1和K2的值根据实际运行工况设定。

料浆控制子系统。FIC-101通过料浆泵变频调速闭环调节料浆流量，采用电磁流量计检测流量；由于料浆浓度和温度会受料浆工序的影响，使得干燥系统的进口热风温度、尾气温度等参数发生变化，在该控制系统中主要考虑进口热风温度和尾气温度变化确定流量调节回路FIC-101设定值的变化量ΔKFS101=(ΔTE102×KF1+ΔTE103×KF2)/FS101(FS101为料浆流量调节设定值)；检测料浆喷嘴压力PIA-102，实现超压报警，温度由料浆工序检测显示，密度人工分析。

热风温度控制子系统。系统负责将干燥机进口热风温度TIC-102和尾气温度TIC-103协调控制在规定范围内；系统根据热风温度和尾气温度智能判断和计算燃煤链条运行停止时间比以及喷浆流量的调节量。

负压控制子系统。PIC-101通过引风机变频调速闭环调节炉膛负压；PIC-104通过尾气风机变频调速闭环调节尾气负压，并根据机头负压PI-103的实际情况调整尾气负压设定值。

尾气温度控制子系统。尾气温度控制TIC-103确定产品质量，当超出规定范围时，系统将智能改变FIC-101切换到手动状态并报警，其他控制系统改变为非联动解耦状态，手动调节料浆流量；当尾气恢复到正常范围内时，料浆控制切换成自动状态，投运联动解耦。

微机控制系统由操作台、工控机、打印机、控制站机柜、系统电源、系统CPU(带以太网口)、系统底板、输入输出模块及继电器等组成。系统的检测控制设备包括温度检测热电偶和热电阻、压力变送器、电磁流量计及变频器等。系统采用Windows软件、人机界面系统软件和应用软件、下位机编程软件和组态应用软件。

微机控制系统的操作过程为：原热风炉鼓风机、引风机和尾气风机手动风门全开，风量由变频器调节。开机顺序：成品输送机→干燥机转动电机→尾气风机→热风炉引风机→热风炉鼓风机→链条运行电机→热风温度达到要求时风机运行投自动→启动料浆泵进料→手动调节料浆流量待尾气温度达到要求时流量调节投自动、投运联动解耦程序。停机顺序：解除联动解耦程序→停料浆泵→停热风炉鼓风机→停热风炉引风机→停尾气风机→停链条电机→停干燥机转动电机→停成品输送机。

微机控制系统的联锁保护控制：尾气风机故障停机→联锁停止料浆泵、热风炉鼓风机和引风机；热风炉引风机故障停机→联锁停止料浆泵、热风炉鼓风机；热风炉鼓风机故障停机→联锁停止料浆泵。

微机控制系统的功能是实现数据采集和处理、动态工艺流程、报警与事件管理、分组控制画面、控制参数设置画面、趋势曲线、历史曲线、报表生成和打印以及操作权限管理等。

3 结束语

磷铵滚筒喷雾干燥多变量自控系统的技改方案，较好地解决了人工操作系统不稳定、能耗高、劳动强度大、产品质量不稳定的问题。方案用于四川高宇化工有限公司磷铵干燥系统改造取得了较好的效果，现场回馈系统工作稳定，风机和料浆泵电耗节约15%以上，产品的质量稳定，水分保证在4.5%左右，提高了生产过程的稳定性，单位时间内产量提高了10%以上。

[1] 郭辉,应建康,陈瑜,等.粉状磷铵生产流程综述[J].化肥工业,2002,29(2):12～14.

[2] 高肇凌,郭雪,张少雷,等.基于模糊PID控制的煤层气智能排采系统应用[J].石油化工自动化,2016,52(1):46～49.

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李荣(1965-)，高级工程师，从事工业企业节能，电气传动控制、过程自动设计，自动控制的教学与研究，285911250@qq.com。