玻璃配合料從加料口加入窯爐后.經(jīng)高溫加熱熔化成玻璃液，進(jìn)行澄清、均化、冷卻，然后經(jīng)過(guò)供料通道進(jìn)入成形區(qū)成型。沿窯池的縱向方向。按玻璃液的熔化過(guò)程相應(yīng)地分成熔化部、工作部、供料通道。流液洞前稱為熔化部.流液洞后稱為工作部。如圖1所示。
橫火焰是指窯內(nèi)火焰方向從一側(cè)流向另一側(cè)，橫越熔窯的寬度。與玻璃液流方向垂直，用蓄熱室作為余熱回收設(shè)備。即助燃空氣通過(guò)蓄熱室預(yù)熱后由小爐到達(dá)熔化池內(nèi).與天然氣混合燃燒產(chǎn)生大量熱量傳遞給混合料及玻璃液.煙氣從熔窯一側(cè)小爐排出.流經(jīng)蓄熱室的時(shí)候.將大量余熱傳給蓄熱室內(nèi)格子磚.磚的溫度隨著通過(guò)煙氣的時(shí)間延長(zhǎng)逐漸升高，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的加熱后.換向閘板改變煙氣和助燃空氣流向。
玻璃的熔制是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程.它包括一系列物理化學(xué)現(xiàn)象和反應(yīng)。這些現(xiàn)象和反應(yīng).使各種原料的機(jī)械混合物變成了復(fù)雜的熔融物即玻璃液。大致可分為5個(gè)階段：硅酸鹽形成、玻璃形成、澄清、均化和冷卻。對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)的玻璃池窯.玻璃形成過(guò)程的各個(gè)階段是在池窯的不同部位.同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的.玻璃液在不同階段有不同的物理化學(xué)反應(yīng).對(duì)溫度有不同的要求。因此溫度是影響玻璃熔制質(zhì)量的主要因素.必須沿池窯的縱向。根據(jù)玻璃熔制要求建立有利于玻璃熔制的穩(wěn)定的溫度曲線。
玻璃熔制過(guò)程中.玻璃液面有一規(guī)定高度.要求穩(wěn)定.其上下波動(dòng)范圍要求在±0.5mm之內(nèi)。在正常情況下.玻璃液面的波動(dòng)說(shuō)明投料量有波動(dòng).會(huì)造成窯內(nèi)溫度的波動(dòng)。玻璃液面的波動(dòng).一方面影響成型作業(yè)的穩(wěn)定。從而影響玻璃的產(chǎn)量和質(zhì)量：另一方面會(huì)加劇對(duì)池壁耐火材料的侵蝕.這不僅污染玻璃液造成許多缺陷.還會(huì)縮短熔窯使用壽命。
窯爐內(nèi)壓力大小、穩(wěn)定程度也對(duì)爐內(nèi)溫度、液面高低即液位有影響。筆者希望窯內(nèi)壓力在熔化部接近玻璃液面處是零壓，并要求穩(wěn)定。這樣既沒(méi)有冷空氣吸入.也沒(méi)有火焰從空口逸出。但零壓是臨界狀態(tài).較難控制.通常控制在微正壓范嗣內(nèi)。玻璃窯爐的投資昂貴.作為高溫設(shè)備.在它服務(wù)期限內(nèi)不能輕易地停工檢修和進(jìn)行更換改造?而玻璃熔化過(guò)程的復(fù)雜性、干擾因素眾多、干擾來(lái)源不易確定、調(diào)整措施見(jiàn)效滯后.都使得玻璃窯爐的穩(wěn)定運(yùn)行極為困難。生產(chǎn)工廠的經(jīng)濟(jì)效益將在很大程度上取決于玻璃窯爐的生產(chǎn)狀態(tài)。為此.玻璃窯爐要求功能齊全、性能可靠的控制系統(tǒng)來(lái)保證工藝參數(shù)的穩(wěn)定。
1窯爐自動(dòng)控制系統(tǒng)
窯爐控制系統(tǒng)必須保證窯爐的溫度、壓力、液位、燃燒系統(tǒng)的流量等熱工參數(shù)的穩(wěn)定.保證燃燒過(guò)程中的正常換向。在安全的前提下.控制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)的控制精度是衡量整套系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo).目前有采用plc控制系統(tǒng)和由單回路控制器冗余控制主要t藝參數(shù)。用小型plc冗余控制換向過(guò)程：有使用dcs控制系統(tǒng).用一臺(tái)微型plc冗余控制換向過(guò)程。隨控制技術(shù)的發(fā)展，基于plc的dcs系統(tǒng)目前在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用.可編程控制器（plc）與dcs控制系統(tǒng)的界限區(qū)別也越來(lái)越模糊。
2溫度控制系統(tǒng)
溫度控制系統(tǒng)包括熔化池溫度控制、工作池溫度控制、通道溫度控制。因窯爐是一個(gè)較大的熱t(yī)對(duì)象.各個(gè)地方的溫度有很大的差異.無(wú)法全部進(jìn)行測(cè)量.只能由工藝人員選擇關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)量值進(jìn)行加權(quán)平均作為溫度過(guò)程值（pv），并把這個(gè)pv作為被控量改變?nèi)剂狭髁?。以維持該平均值的穩(wěn)定。因此它義包含了燃?xì)饪刂坪椭伎諝饪刂啤?br>2.1熔化池溫度控制原理
溫度設(shè)定值（sp）與溫度過(guò)程值（pv）之間的偏差經(jīng)控制器運(yùn)算后.得出一個(gè)輸出值作為燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)的設(shè)定值.同時(shí)乘以一個(gè)空燃比系數(shù)作為助燃空氣的設(shè)定值，再經(jīng)pid控制器運(yùn)算后調(diào)整各自的流量控制閥。保證正常的燃燒狀況.進(jìn)而得到穩(wěn)定的溫度。這樣就形成了溫度和燃?xì)獾拇?jí)控制。在實(shí)際工作中.經(jīng)常使用兩種方式控制熔化池溫度，一是自動(dòng)控制天然氣總流量，手動(dòng)分配各小爐天然氣流量的方式。圖2所示為控制天然氣總管流量控制熔化池溫度的方塊圖。
二是自動(dòng)控制小爐天然氣流量的方式。圖3所示為控制ⅳ個(gè)小爐天然氣流量控制熔化池溫度的方塊圖。
圖2、圖3中，r為溫度，q。、q。分別為天然氣和助燃空氣的流量，sp、pv分別為設(shè)定值和過(guò)程值。對(duì)于溫度控制器，采用過(guò)pid算法、位式控制法和模糊控制算法.由于玻璃窯爐是一個(gè)大的熱1二對(duì)象，具有熱慣性大、滯后時(shí)間長(zhǎng)和隨機(jī)干擾多的特點(diǎn).pid算法整定出合適的參數(shù)比較困難，基本上處于手動(dòng)控制模式。
位式控制模式思路是：根據(jù)溫度過(guò)程值與溫度設(shè)定值的偏差.規(guī)定在一定時(shí)間內(nèi)分幾次調(diào)整完一定量的燃?xì)?結(jié)合操作人員的經(jīng)驗(yàn)和季節(jié)變化來(lái)設(shè)定調(diào)整時(shí)間段、燃?xì)饷看握{(diào)整量及總調(diào)整量，模糊控制算法是把操作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為若干法則.依照人們模糊推理過(guò)程確定推理法則，根據(jù)實(shí)時(shí)采集并模糊化的信息。按確定的推理法則輸}n控制指令。使用出料量、環(huán)境溫度和控制溫度偏差及其變化率4個(gè)變量，把這些值分段模糊化.確定控制集合.通過(guò)if?then?找到對(duì)應(yīng)的控制值輸出到燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥。由于窯爐有上述特點(diǎn).確定了一個(gè)5～15rain的調(diào)節(jié)周期和一次5。20ncmh調(diào)整量.在實(shí)際應(yīng)用中加權(quán)溫度控制在±l℃范圍。
2.2工作池溫度控制原理
工作池是熔化池和通道的連接部分.玻璃液在此進(jìn)一步澄清、均化。大部分時(shí)間處于冷卻過(guò)程。本部分壓力一般只監(jiān)測(cè)不進(jìn)行控制.其穩(wěn)定基本取決于燃?xì)獾牧髁糠€(wěn)定.參數(shù)的穩(wěn)定對(duì)玻璃質(zhì)量具有十分重要的意義。
工作池溫度也是一個(gè)測(cè)量溫度的加權(quán)值。對(duì)于燃?xì)夤艿郎嫌休敵鲂盘?hào)的流量測(cè)量裝置且沒(méi)有安裝比例閥的情況下?？梢允褂脠D2的控制模式.只是空燃比較大而已。
對(duì)于燃?xì)夤艿郎习惭b有比例閥的情況下.一般采用分程控制模式。所謂分程控制模式是：當(dāng)工作池溫度pid控制回路的輸出處于0～50%時(shí).助燃空氣流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度固定在適當(dāng)開(kāi)度如50%.天然氣流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度處于自動(dòng)控制狀態(tài)。這樣在過(guò)量空氣狀態(tài)下運(yùn)行。從而對(duì)工作池進(jìn)行冷卻：當(dāng)控制回路的輸出為50%～時(shí).天然氣流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度固定在.同時(shí)逐漸打開(kāi)助燃空氣流量調(diào)節(jié)閥.隨著助燃空氣從50%。增加.比率調(diào)節(jié)器成比率地增加天然氣流量.這樣在正常的空燃比狀態(tài)下運(yùn)行.對(duì)工作池進(jìn)行加熱，如圖4所示。
2.3通道溫度控制原理
通道是一個(gè)用耐火材料砌筑的封閉的供料道.它具有分配和輸送玻璃液的作用。在通道中，玻璃液通過(guò)準(zhǔn)確的溫度調(diào)節(jié)和進(jìn)一步均化.達(dá)到成型的要求。這里的參數(shù)波動(dòng)將導(dǎo)致玻璃不良上升，通道外的冷卻風(fēng)也可以對(duì)局部區(qū)域降溫.但大部分調(diào)溫依賴于燃燒系統(tǒng).它所用的燒槍一般是無(wú)焰的，某區(qū)加權(quán)溫度的控制經(jīng)控制器調(diào)節(jié)助燃空氣閥門(mén).空氣流過(guò)預(yù)調(diào)好的混合器時(shí).就與一定比例的天然氣混合，進(jìn)入通道燃燒。如圖5所示。
由于助燃空氣用量較大.當(dāng)環(huán)境溫差較大時(shí)對(duì)溫度控制將產(chǎn)生非常明顯的影響.為此我們利用余熱從碹頂引來(lái)熱空氣.自動(dòng)控制冷、熱空氣進(jìn)入助燃風(fēng)機(jī)的閥門(mén)開(kāi)度.使得助燃風(fēng)溫度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。為窯爐溫度控制創(chuàng)造了一定有利的條件。對(duì)于上述任何控制回路.根據(jù)需要可以隨時(shí)實(shí)現(xiàn)定值控制，增加了控制系統(tǒng)的靈活性。
3熔化池壓力控制系統(tǒng)
爐壓控制系統(tǒng)一般由測(cè)壓裝置、控制器和調(diào)壓機(jī)構(gòu)組成。測(cè)壓裝置通常由窯爐后部?jī)蓚?cè)的胸墻上插入爐內(nèi)取壓.兩個(gè)壓力管道連接后從中間部位引一管到差壓變送器高壓側(cè).同樣方法在爐內(nèi)取壓管附近取一窯爐外部氣壓信號(hào)送至變送器低壓側(cè)，得到的信號(hào)傳送給pid控制器.pid輸出去調(diào)節(jié)煙道上的調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度.利用簡(jiǎn)單的負(fù)反饋回路把窯爐的壓力穩(wěn)定控制在規(guī)定的范同內(nèi)。
為了保證窯爐的燃燒效率和溫度穩(wěn)定.熔化池壓力采用微正壓控制。熔化池天然氣流量和助燃風(fēng)流量大小和變化都將直接引起熔化池壓力波動(dòng)。因此熔化池壓力控制采用了帶有前饋的pid控制模式.即前饋pid算法會(huì)首先檢測(cè)到天然氣和助燃風(fēng)流量的變化.從而提前調(diào)整壓力擋板開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)熔化池壓力穩(wěn)定。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，窯爐壓力的控制精度達(dá)到±1.96 pa。工作示意圖見(jiàn)圖6。
雖然正常燃燒期間窯爐壓力得到很好的控制.但在換向期間由于天然氣流量突然降到零.系統(tǒng)平衡突然被打破.控制系統(tǒng)不能馬上彌補(bǔ)天然氣流量的損失.造成壓力大幅波動(dòng)，引起窯爐溫度、玻璃液位也產(chǎn)生較大波動(dòng).影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。雖然不能消除這種壓力波動(dòng).但可以采取一些措施.如適當(dāng)增加換向期間助燃空氣流量部分彌補(bǔ)天然氣流量的消失.煙道上增加補(bǔ)氣閥適時(shí)適量打開(kāi)相對(duì)減小煙道的抽力和換向期間關(guān)小調(diào)壓閥開(kāi)度等措施.盡可能縮小壓力波動(dòng)范圍。達(dá)到幾乎不影響液位的程度。
4液位控制衡
液位控制系統(tǒng)一般由液位計(jì)、控制器、變頻柜和加料機(jī)組成。目前較為先進(jìn)的是使用激光液位計(jì)。安裝于液面較為穩(wěn)定的丁作池.其測(cè)量精度為±o.01mln。加料機(jī)采用的是螺旋式加料機(jī).每臺(tái)加料機(jī)對(duì)應(yīng)一臺(tái)變頻器，正常情況液位控制在±0.15 mm。
工作過(guò)程如下：液位計(jì)的測(cè)量信號(hào)傳送到控制器.經(jīng)控制器運(yùn)算后的輸出信號(hào)送到變頻器.控制加料機(jī)螺旋桿的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)加料量的多少.玻璃原料在熔化池內(nèi)經(jīng)過(guò)充分的熔化、反應(yīng)等復(fù)雜的過(guò)程才能通過(guò)流液洞進(jìn)入工作池.整個(gè)過(guò)程需要時(shí)間長(zhǎng).玻璃液通過(guò)后續(xù)控制裝置穩(wěn)定出料量.故而玻璃液位控制系統(tǒng)具有大慣性、大滯后和無(wú)自平衡能力的特點(diǎn)。因此，平時(shí)維護(hù)好關(guān)鍵沒(méi)備如液位計(jì)、加料機(jī)，并根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃的變更調(diào)整控制器的參數(shù).才能保持液位穩(wěn)定。如圖7所示。
對(duì)于控制器，可以是高、低速兩位式的控制方式，大多數(shù)使用pid控制器。如果要用較少的變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)加料機(jī).需要在變頻器后手動(dòng)調(diào)整加料機(jī)的加料比例。針對(duì)加料機(jī)使用臺(tái)數(shù)多少問(wèn)題.原則上根據(jù)加料機(jī)大小、加料位置寬窄等綜合考慮.盡量使用多臺(tái)加料機(jī).這樣在維修加料機(jī)時(shí)對(duì)液位控制的影響較小。
液位控制能否達(dá)到t藝要求.在液位控制系統(tǒng)外主要集中到熔化池壓力穩(wěn)定上。因熔化池與工作池經(jīng)流液洞相連形成一個(gè)連通器，壓力波動(dòng)將引起液面變化.在穩(wěn)定壓力上已經(jīng)采取了多種措施。液位控制系統(tǒng)主要有液位計(jì)、加料機(jī)，對(duì)液位計(jì)，按其使用手冊(cè)做好日常維護(hù)，保證正常穩(wěn)定工作即可。加料機(jī)螺旋桿磨損zui終影響加料能力。為此需定期檢測(cè)螺旋桿的旋轉(zhuǎn)情況就可確定加料機(jī)加料能力，并可發(fā)出加料停止報(bào)警;記錄螺旋桿t作壽命.即同等混合料需要多少轉(zhuǎn)可以加完，以判斷螺旋桿磨損情況;在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有螺旋桿旋轉(zhuǎn)信號(hào)，即為加料停止。圖8為某窯爐監(jiān)控畫(huà)面。
5結(jié)語(yǔ)
窯爐溫度、流量、壓力控制系統(tǒng)同時(shí)作用于一個(gè)對(duì)象.它們之間相互又相互影響。控制系統(tǒng)是窯爐生產(chǎn)的中樞神經(jīng).其可靠性將直接影響窯爐運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。控制系統(tǒng)不但耍功能強(qiáng)大。還要便于操控，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，要學(xué)習(xí)t藝知識(shí)。掌握工藝人員的需求.才能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的系統(tǒng)。