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胡來貴，王成林
1 裝置簡介
中國石化總公司安慶分公司的Ⅲ套硫磺回收聯合裝置(Ⅲ.S.R.U)是1995年經總廠批準進行設計的一項“綠色工程”，其設計能力為年產2萬噸硫磺。聯合裝置包括富液再生、硫磺回收、尾氣焚燒、硫磺造粒包裝機及第Ⅲ套循環水場。過程控制儀表選用美國SMAR公司的現場總線控制系統(簡稱FCS系統) 。而本裝置的一個最特殊的、在工藝上與常規硫磺回收不同之處是增加了超級克勞斯反應，從而保證了硫的回收率達98.9％。而控制超級克勞斯(Super clause)反應的控制方案就是本文所要討論的先進燃燒器控制系統，是本裝置除FCS外的一個獨立的控制系統，它所使用的控制儀表是日本橫河的YS170可編程調節器。
2 工藝概況
主燃燒器是主燃燒爐的一部分，它是和主燃燒爐組合在一起的。主燃燒器是國外進口的專用設備，是荷蘭達卡公司的專利產品。主燃燒器中放置一支點火槍，點火時點火頭進入到空氣與燃料氣混合室。
主燃燒器工作原理是空氣從主燃燒器的空氣分配室中通過，空氣配風器中的徑向葉片獲得很強的旋轉速度。當空氣從氣鼻中出來后就能達到最大風速。在這個點上，燃料和空氣流相混合。主燃燒爐帶有一個錐形擴散器，氣體從這里離開。火焰前部分區域的高等級湍流大大提高了燃燒效率，這種設計導致有耐火襯里材料的燃燒爐中靠近對角壁和氣槍的區域形成強的渦流，這種渦流使火焰較穩定并在反應室的前部獲得很高的熱強度，在最高溫度下發生氧化反應。在燃燒器中適量空氣和酸性氣或燃料氣強烈混合，在主燃燒爐中進行高溫熱反應。主燃燒器所需空氣量是由先進的燃燒器控制系統進行控制的。
在常規克勞斯運行模式時，所需空氣量使得第二級克勞斯反應器出口過程氣中硫化氫含量與二氧化硫含量比值等于2；在超級克勞斯運行模式時，使得進入超級克勞斯反應器的過程氣的濃度達到0.6%～0.9%。工藝是否開超級克勞斯的控制，通過切換開關HS007來實現。
在操作方面，空氣與酸性氣的比值控制器QIC001輸出信號是非常重要的一個信號。正常情況下它隨酸性氣對空氣量的特殊要求在極為狹窄的范圍內變化。為避免干擾、如900型硫化氫在線分析儀不正常操作時，該信號應略超出正常操作量程極限。如控制器QIC001已被切換到手動方式，則可使用QIC001手操輸出作為比例設定值，使空氣與酸性氣流量-流量比例控制仍處于自動方式操作，該設定值非常緩慢而仔細地調節，精確地讀出該信號是非常重要的。
QIC001的過程值應該是實際測量的硫化氫的百分數。若QIC001和FIC008都是手動方式，QIC001輸出信號的跟蹤功能將有效地使切換開關無擾動地切換至自動方式。
3 問題的提出
3.1 進行改造的原因
先進燃燒器控制系統(Advance Burner Control System，簡稱ABC控制系統)，是荷蘭達卡(Comprimo)公司的專利產品。裝置在設計時，全部引進進口設備及其控制系統。由于本裝置的FCS系統是進行數字化通訊的，而ABC系統是模擬量信號，故設計院在引進ABC全套產品時，考慮到應用二臺CD600可編程調節器來為ABC系統服務，將ABC系統的過程變量信號在CD600內進行處理，而后再將信號送至ABC系統。ABC系統使用了三臺YS170可編程調節器，在這三臺調節器之間組成YSNET網進行通訊，以進行其控制的參數傳遞。
ABC系統專為超級克勞斯工藝而設計的主燃燒爐F401控制方案。其主要的控制目的是控制最佳的空氣量，以達到使酸性氣中的硫元素能最大限度地轉化為硫，提高硫磺的回收率。充分燃燒是硫磺回收裝置獲得最佳操作和最佳轉化率的關鍵因素之一。主燃燒爐是硫磺回收裝置的核心設備，它對保證硫回收轉化率98.9％，乃至對整個聯合裝置安全平穩生產都起著舉足輕重的作用。
裝置在開工之初，出現了制約ABC系統正常投用的三個問題：首先是三臺YS170有其中一臺的通訊模板壞了，ABC系統的YSNET不能進行正常的通訊，過程變量的參數不能進行傳遞；其次是在工藝生產上是否開超級克勞斯的控制器選擇不能很好地切換，ABC系統的工藝過程參數不能在FCS的CRT上指示，嚴重影響了操作員的正常操作；另外，沒有充分發揮具有先進技術的FCS的功能，重復投資。通過分析ABC系統控制原理后發現它將簡單的操作復雜化了，需將其組態編程簡化。
針對以上所提三個問題，加上本裝置使用的是先進的現場總線控制系統，有能力用現場總線儀表的所有功能，來實現用YS170所實現的控制方案。
3.2 ABC系統控制原理
主燃燒器的工藝控制流程圖如圖1所示。
當主燃燒器的空氣太少時，過量的硫化氫將進入超級克勞斯段，這將使超級克勞斯轉化器的溫度失去控制而引起催化劑中毒。控制系統包括兩個控制回路：
(1) 空氣與酸性氣的比例控制回路（前饋流量控制回路）；
(2) 硫化氫分析儀控制回路（反饋流量控制回路）。
在第一個控制回路中，所需的空氣流量通過測量酸性氣流量(FT001)和燃料氣流量(FT010)使各自的流量信號乘以各自的空氣與酸性氣比值（由Y002和Y001表示）計算得出，結果即為各自所需的空氣量。兩股空氣量相加(Y007)，就是所需的空氣流量信號，這用來決定流量調節器FIC008的設定值。調節器(FIC008)的測量值為實際的總空氣量，即主燃燒空氣和旁路空氣流量之和。FIC008控制旁路流量（微空氣）調節閥。由于設定復位時間短，該回路保證快速而又準確地隨進料氣流量變化而變化。
FIC008輸出信號控制旁路空氣調節閥，同時也是調節器FIC009的測量值。調節器FIC009的輸出信號控制主空氣調節閥。短時間內，調節器FIC009的設定值決定該系統緩慢地使旁路空氣調節閥回到其初始設定位置。通常情況下（除去裝置負荷非常低的情況），旁路空氣流量的最佳位置為額定量程的50%，由于調節閥的壓降為實際裝置負荷的一個功能函數，閥的最佳位置也是實際裝置負載一個功能函數，該功能函數由Y009決定。為避免多余的相互干擾，該功能函數必須提供一個低流量的過濾器。
尾氣分析儀的輸出信號(H2S%)代表尾氣中硫化氫的濃度，為了獲得所需求的自動增益，該閥與設定值(H2S SP)之間的偏差必須乘以實際酸性氣流量信號。QIC001減去實際H2S測量信號得出的設定值(HIC003)，再加上設定值信號，即為修正的過程值。部分儀表系統不能執行負信號，這種情況下必須應用不同的算法來執行同一功能，但要避免負信號，調節器QIC001的輸出信號表示空氣與酸性氣的比值要求，也就是調節器FIC008的設定值。實際空氣總量，即Y008的輸出信號是調節器FIC008的測量值。
如上所述流量
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