试论DCS在铜冶炼余热锅炉自动给水系统中的应用

摘 要 本文主要分析了在铜冶炼余热锅炉自动给水系统中,如何应用DCS,对于生产中给水的控制及其影响控制系统的复杂性提出了解决方法,同时简述了控制系统的性质特征和使用规则,就如何整合余热锅炉自动给水控制系统和总厂MES进行了分析。

关键词 余热锅炉;给水系统;应用措施

前言

铜冶炼加工厂一般采用工艺的都是火法冶炼。具体来说,先将混合铜精矿置入艾萨炉,进行熔炼,接着将生成的冰铜和其他物质转入贫化电炉,对它们进行分离处理,接着用卧式转炉对分离品进行吹炼,将其处理成粗铜、渣等物质。处理完成之后,粗铜会被阳极反射炉进一步炼化,生成的烟气会被余热锅炉回收处理之后,由硫酸厂进行二次加工。烟尘和转炉渣会统一返入电炉。由于整个工艺的复杂性,当前还不能将其数学化进行分析[1]。在冶炼过程中,锅炉产生的烟气会与设备的受热面接触,从而发生热量的交换,实现汽水分离,产出的蒸汽进行余热加工,从而实现节能减排。相比较一般的工艺锅炉,总厂的余热锅炉难以实现自动给水的功能,因此,需要开发针对此类锅炉的特色方案,来实现给水控制系统的功能。

1 系统功能和结构

1.1 系统功能

低压以及中压余热锅炉自动给水系统,可以很好地在生产过程中实现控制功能。主要有以下几点:①在低压余热锅炉中,可以对汽包给水系统进行实时控制,包括水位、水压等数值的监测。②在中压余热锅炉中,可以同时对汽包给水系统以及除氧器系统进行控制,包括转炉、锅炉烟气温度等。③对生产过程中各项数值进行监测,必要时进行警报。④定期生成DCS报表。

1.2 系统结构

余热锅炉自动给水控制系统由众多子系统构成,包括工程师站、操作员站、过程控制网络等多个分点。其中,工程师站可以通过内部的系统平台以及相关设备,生成需求的系统;操作员站则是协助操作员完成生产中的数据显示、管理以及信息调整;现场控制站则是协调控制系统与实际生产设备,用于实现生产过程中的信息交换、电子仪器数据传输等;过程控制网络则是实现以上几个站点之间的连接,实现各个站点的通讯与信息传输。

2 控制原理

2.1 汽包水位控制

(1)控制低压余热锅炉汽包水位。低压余热锅炉的自动给水控制系统,是一个经过改造的项目,所以系统原来的检测仪表不能够很好地满足当下的需要。同时在冶炼的过程中,由于周期不同,转炉受炉温对汽包水位的影响较大,而电炉和反射炉不太会受影响,在调节的时候,为了将这种影响降到最低,使用蒸汽流量作为控制水位的信号指数,使用串级三冲量变PID参数作为调节手段,而影响较小的电炉和反射炉,则使用单冲量变PID即可。经过实际应用,证明这两种新的调节方案,对各自控制对象有着明显的效果,新调节方案,不仅使得整个系统更加灵活,而且简化了操作,对汽包水位的控制发挥了重大作用。

(2)变PID参数的意义。在控制汽包水位中,不论是采用前馈,还是单冲量以及串级三冲量,这都是理论方法,在实际应用中,并不能取得预期成效[2]。因此如果能够结合变PID参数的方式,就是在不同的水位情况下,PID参数的选用不尽相同,根据具体情况具体分析,尤其是在不同生产炉子的控制中,达到了预期的目标,不仅使得汽包水位稳定,而且降低了调节阀的使用次数,延长了生产设备的使用年限。

(3)中压余热锅炉汽包水位的控制方案。对于中压余热锅炉来说,主要采用的是汽包蒸汽流量作为它的前馈信号,制定了汽包给水流量和汽包水位串级的前馈加串级反馈的方式。通过设定不同的水位控制值,满足摇炉与不摇炉两种情形下的需求,将汽包水位稳定在需求水位。与此同时,还需要增加识别信号,针对转炉和阳极炉,用于吹炼和停吹的时候加以控制,当DCS接收到该识别信号之后,会发出指令,使得系统设置延时两分钟,两分钟之后,汽包水位处于真实状态,此时,再根据需求进行水位控制。之后,再根据操作人员的经验以及仪器数值,对调节回路进行设置,让它更平稳地运行,符合生产需要。

2.2 除氧器压力及水位控制

在本次系统中,主要采用定压的方式,去对除氧器进行压力控制。在除氧器中,被调量是蒸汽压力,被调介质是蒸汽。水位控制系统主要控制在除氧器中的水位,使得除氧器中的水量符合标准,从而正常运行[3]。一般来说,除氧器中采用的是单冲量回路PID调节,因为除氧器的调节能力较强,可以较好地自我调节,PID调节则作为辅助调节。

3 余热锅炉自动给水控制系统与总厂MES的整合

为了使得总厂进入信息化、现代化,实现机械自动化生产,因此需要对铜冶炼MES进行改造。之前,各分厂由于设备的限制,只能实现自我的自动化,不能实时共享数据信息,改造之后,各分厂相互之间不再处于断开状态,实现了生产数据共享、实时传输,总厂统一采集信息,进行合理分配。根据各分厂信息以及状况,总厂可以制定出更适合的方案,优化生产进程,节省建设成本。对各分厂进行实时指挥,高度统一集体进度与进程,为生产出优质量的产品而铺下基础,提高总厂的综合竞争力。

4 结束语

由于DCS的介入,在低压余热锅炉自动给水控制系统中,近十台余热锅炉以及十一个汽包远距离实现了自动控制给水。中压余热锅炉中的四台余热锅炉同样实现了自动控制给水,取消了原先的人工控制,提高了系統设备的精确性以及生产安全性。DCS应用之后,对整个生产系统的重要数据,能够很好地实时监测与控制,包括蒸汽压力、汽包水位、水压力、运行温度等。生产过程中,DCS会定期生成运行报告、趋势图等,给相关工作人员提供了很好的参考依据,在日后对这些余热锅炉进行使用、升级、维护以及修理做了大量准备工作,同时保障了余热锅炉运行的安全,也降低了企业整体的运行成本。最重要的是,余热锅炉自动给水系统与总厂的整合,为总厂进一步扩大生产,提供了坚实的保障。

参考文献

[1] 李建国,庞建明,杨林,等.DCS在大型硅钙电炉烟气余热发电系统中的应用[J].中国冶金,2017,27(2):74-77.

[2] 周天驰,胡国军.铜冶炼厂SO2风机停车时全厂联锁控制详解[J].有色冶金设计与研究,2017,38(4):27-29.

[3] 王晓宇.三催余热锅炉能效监测技术研究与应用[J].辽宁工业大学学报(自然科学版),2017,37(6):396-399.