銀轉(zhuǎn)爐天然氣燃燒器控制系統(tǒng)改造

侯幫炬， 吳建華， 胡 俊

(大冶有色稀貴金屬廠， 湖北 黃石 435000)

銀轉(zhuǎn)爐天然氣燃燒器控制系統(tǒng)改造

侯幫炬， 吳建華， 胡 俊

(大冶有色稀貴金屬廠， 湖北 黃石 435000)

針對銀轉(zhuǎn)爐的天然氣燃燒器實(shí)踐應(yīng)用中的不足和缺陷，對控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。本控制系統(tǒng)由西門子LMV51系列程序控制器、SQM伺服執(zhí)行器等組成，通過Canbus總線進(jìn)行控制?，F(xiàn)場外圍控制由觸摸屏和PLC組成。現(xiàn)場工況通過Profibus DP總線傳送到廠中控系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過改造控制系統(tǒng)，銀轉(zhuǎn)爐達(dá)到了安全、節(jié)能、管控一體化的要求。

自動控制； 程序控制器； Canbus總線

在白銀冶煉過程中，通常使用小轉(zhuǎn)爐對粗銀粉進(jìn)行吹煉除雜及熔鑄成陽極進(jìn)行電解。近年來隨著大冶有色稀貴金屬廠白銀產(chǎn)量的大幅攀升及國家節(jié)能減排工作的推進(jìn)，恰逢大冶有色稀貴新工業(yè)園建設(shè)，為銀轉(zhuǎn)爐燃燒控制系統(tǒng)再次進(jìn)行改造升級帶來機(jī)遇，升級改造后的銀轉(zhuǎn)爐自2013年4月改造投產(chǎn)以來，使用效果較好?，F(xiàn)場通過觸摸屏進(jìn)行操作調(diào)節(jié)，界面友好，燃燒器過程參數(shù)通過Profibus DP通信接入園區(qū)橫河CS3000總控DCS系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)過程參數(shù)實(shí)時(shí)記錄保存，歷史趨勢查詢、能耗分析等功能。本文還對運(yùn)行過程中常見故障進(jìn)行了分析總結(jié)，并提出處理對策。

1 工藝設(shè)備簡介和改造歷程

銀轉(zhuǎn)爐外觀結(jié)構(gòu)類似于銅轉(zhuǎn)爐，中間采用耐高溫鍋爐鋼板卷制，內(nèi)部采用耐火磚砌筑熔池，兩邊是可拆卸端蓋，方便爐窯砌筑和檢修，爐體滾圈通過四只拖滾支撐，爐體齒圈和減速機(jī)齒輪嚙合傳動，通過電機(jī)正反轉(zhuǎn)進(jìn)加料和出料操作。燃燒器安裝在傳動裝置對面爐體端蓋上，風(fēng)、氣管和燃燒器連接，隨轉(zhuǎn)爐一起轉(zhuǎn)動，燃燒過程煙氣通過高溫風(fēng)機(jī)引入收塵器，回收有價(jià)金屬和尾氣達(dá)標(biāo)排放，轉(zhuǎn)爐主體設(shè)備圖見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)爐主體設(shè)備圖

大冶有色稀貴金屬廠自2000年開始使用銀轉(zhuǎn)爐吹煉工藝，將粗銀粉加入銀轉(zhuǎn)爐升溫融化加藥造渣，插入空壓風(fēng)管進(jìn)行吹煉進(jìn)一步驅(qū)除雜質(zhì)，經(jīng)取樣化驗(yàn)合格澆模鑄錠成銀陽極進(jìn)行電解，最終通過中頻熔鑄成品位99.99%以上銀錠，大冶有色稀貴金屬廠生產(chǎn)的“大江”牌白銀已通過倫敦貴金屬交易所注冊認(rèn)證。

燃燒系統(tǒng)能源歷經(jīng)燃油、燃?xì)飧脑欤?004年成功實(shí)現(xiàn)柴油燃燒器到天然氣燃燒器過渡，能耗成本有了大幅下降，且消除了柴油沒有充分燃燒的黑煙造成的廠房污染，廠房環(huán)境得到改善；2007年由于白銀產(chǎn)量的增加，轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)能改造，生產(chǎn)能力由2 t/爐增加到4 t/爐，燃燒器也由原來的國產(chǎn)燃燒器升級為美國Hauck公司SVG260MR型進(jìn)口燃燒器，核心部件為西門子LFL1.335程序控制器。

2 存在的主要問題及分析

改造前燃燒系統(tǒng)相對于原國產(chǎn)天然氣燃燒器，天然氣消耗有小幅下降，由于使用西門子LFl1.335燃燒器專用程控器安全性有了一定程度提高，但是仍存在以下幾個(gè)方面的問題，主要體現(xiàn)如下：

(1) 點(diǎn)火、探火裝置可靠性不高，點(diǎn)火電極經(jīng)常由于積碳或高溫陶瓷炸裂漏電無法點(diǎn)火，且使用離子探針經(jīng)常探測不到火焰誤報(bào)，導(dǎo)致燃燒系統(tǒng)經(jīng)常保護(hù)并點(diǎn)不著火，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，維護(hù)壓力大。

(2) 火焰不好調(diào)節(jié)，完全靠人工控制手動球閥開啟度來控制火焰大小，且空燃比不好調(diào)節(jié)，容易發(fā)生火焰不穩(wěn)定熄滅或燃燒不充分現(xiàn)象。

(3) 由于火焰調(diào)節(jié)不便，以至于操作工人在整個(gè)生產(chǎn)過程中始終保持最大火力，一方面造成能源浪費(fèi)，另一方面對燃燒器和轉(zhuǎn)爐壽命有影響。

3 改造方案及對策

針對燃燒器在實(shí)際使用過程中的不足，在工業(yè)園建設(shè)過程中進(jìn)行了改造，燃燒器系統(tǒng)見圖2。

圖2 燃燒器系統(tǒng)圖

主要改造過程如下：

(1) 使用進(jìn)口點(diǎn)火電極，杜絕了陶瓷炸裂的問題，便捷更換處理的的高壓帽接頭，可避免積塵漏電，由于方便拆卸，電極積炭清理便利；另使用紫外線火焰探測器QRA10MC取代離子探針，探火靈敏度增加且更為可靠。為了延長探測器使用壽命，避免高溫?fù)p壞探測器，在燃燒器接口上加裝三通，通入壓縮風(fēng)進(jìn)行冷卻，點(diǎn)火電極和火焰探測器使用壽命大為延長，由原來的4個(gè)爐期提高到12個(gè)爐期。

(2) 天然氣雙電磁閥組后增加SQM45.295A9電動蝶閥執(zhí)行器，助燃風(fēng)官道上增加SQM48.497A9電動蝶閥執(zhí)行器。其中SQM45.295A9額定轉(zhuǎn)矩 3 Nm (保持轉(zhuǎn)矩減去1.5 Nm)，運(yùn)行時(shí)間10～120 s，通過CAN bus控制和反饋信號，使用步進(jìn)電機(jī)，前支架，D型驅(qū)動軸；SQM48.497A9額定轉(zhuǎn)矩20 Nm，運(yùn)行時(shí)間30～120 s，通過CAN bus控制和反饋信號，轉(zhuǎn)角0～90°，使用步進(jìn)電機(jī)、前支架及平行槽驅(qū)動軸?？刂凭却鬄樘岣?。

(3) 將原LFl1.335升級為LMV51.100C2程序控制器。LMV51是一個(gè)專業(yè)燃燒器管理系統(tǒng)，它包括一個(gè)基于微處理器的主控制器及相關(guān)監(jiān)控組件，該集成燃/空比燃燒控制器適用于強(qiáng)制鼓風(fēng)式燃燒器，可同時(shí)控制4執(zhí)行器并進(jìn)行負(fù)荷控制。LMV51系統(tǒng)具有控制和監(jiān)控功能。為方便參數(shù)調(diào)節(jié)，標(biāo)配了AZL52顯示和操作單元。它帶有4×16字符背景文本顯示功能，用于控制面板安裝的分離單元。

(4)增加一套S7- 200PLC系統(tǒng)，對過程開關(guān)量和模擬量進(jìn)行采集及輔助控制，另通過和AZL52顯示和操作單元進(jìn)行MODBUS RTU通信，采集LMV51.100C2程序控制器參數(shù)，PLC系統(tǒng)通過EM277通信模塊和園區(qū)橫河CS3000系統(tǒng)進(jìn)行Profibus DP通信，將過程參數(shù)上傳到DCS操作站畫面監(jiān)控顯示。達(dá)到安全、可靠、節(jié)能、管控一體化的要求。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖見圖3。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

4 參數(shù)設(shè)置及常見故障處理

4.1 AZL參數(shù)設(shè)置

通過AZL按系統(tǒng)實(shí)際配置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，具體參數(shù)設(shè)置參見LMV51用戶手冊。其中調(diào)節(jié)執(zhí)行器參數(shù)設(shè)置按如下方式執(zhí)行：

(1) 先確保將LMV51和調(diào)節(jié)執(zhí)行器之間通過西門子AGG5.641專用電纜進(jìn)行連接，并接線無誤；

(2) 進(jìn)入AZL《Params & Display 參數(shù)&顯示》→《Actuators執(zhí)行器》→《Addressing編址》該菜單包括編址執(zhí)行器的選擇 (例如空氣執(zhí)行器)。通過適當(dāng)?shù)墓鈽?biāo)選擇和按Enter按鈕用戶可以選擇需要的執(zhí)行器功能。通過Enter按鈕啟動地址分配。AZL稍后將會提示用戶按編址執(zhí)行器上的按鈕。AZL5…確認(rèn)成功的地址分配。當(dāng)然，執(zhí)行器的地址要進(jìn)行檢查，防止現(xiàn)在出現(xiàn)閃爍代碼。對于該系統(tǒng)的其它執(zhí)行器該過程可以重復(fù)進(jìn)行，但是 AZL5… 不允許重復(fù)分配。否則，AZL…會通知用戶該執(zhí)行器已被使用；執(zhí)行器通過 LED 給出地址號。閃爍間隔是200 ms：1pulse，1個(gè)脈沖?air actuator空氣執(zhí)行器，2 pulses2個(gè)脈沖?gas actuator燃?xì)鈭?zhí)行器，在每一個(gè)閃爍循環(huán)后，有1.2 s的暫停[1]；

(3) 當(dāng)需要更換，維修或編址錯誤(用戶造成的地址分配錯誤)時(shí)，該功能可以對已經(jīng)編址好的執(zhí)行器進(jìn)行重新設(shè)置。使用該功能時(shí)，用戶必須在正常運(yùn)行下長按執(zhí)行器編址按鈕至少10 s。然后執(zhí)行器將會重新設(shè)置它的地址，這些地址由待機(jī)狀態(tài)下LED指示。

(4) 選擇旋轉(zhuǎn)方向定義時(shí)，由 AZL5…進(jìn)入以下菜單：《Params & Display 參數(shù)&顯示》→《Actuators執(zhí)行器》→《DirectionRot旋轉(zhuǎn)方向》，可以選擇《Standard逆時(shí)》 和《Reversed順時(shí)針》：檢查旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，每一個(gè)執(zhí)行器都要移動到無故障待機(jī)模式的初始位置。參數(shù)被編入主控器文檔內(nèi)，這樣當(dāng)更換執(zhí)行器時(shí)就不需要再重新進(jìn)入旋轉(zhuǎn)方向。設(shè)置點(diǎn)火位置或曲線后，只有刪除設(shè)置菜單《Delete Curves刪除曲線》上的曲線和點(diǎn)火位置后才可以改變旋轉(zhuǎn)方向[1]。

(5) 設(shè)置空/燃比曲線，在存儲的過程中，LMV5…會根據(jù)輸出的上升對各曲線點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。這就意味著只要輸出設(shè)置正確，就可以任意輸入曲線點(diǎn)。以這種方法一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，直到達(dá)到最小輸出點(diǎn)。存儲最小輸出點(diǎn)后，離開曲線設(shè)置。設(shè)置空/燃比曲線參數(shù)，見表1。

表1 空/燃比曲線設(shè)置參數(shù)

4.2 常見故障檢查處理

(1) 火焰探測器故障，將UV 火焰探測器拆下可以通過打火機(jī)火焰進(jìn)行檢測，如檢測得到火焰電流說明UV探測器正常；

(2) 點(diǎn)火系統(tǒng)，可將點(diǎn)火變壓器和點(diǎn)火電極一起拆下，除進(jìn)行常規(guī)外觀、繞組阻值、絕緣等檢查外，可以給點(diǎn)火變壓器初級通電，看電極是否能放電或存在漏電現(xiàn)象，檢查過程注意點(diǎn)火變壓器放電高壓，且點(diǎn)火針金屬部分不能和地及其它導(dǎo)體短接，另安裝時(shí)要將針尖安裝到適當(dāng)角度；

(3) 壓力開關(guān)和電磁閥等可以通過觸摸屏查看狀態(tài)是否正常；

(4) 伺服執(zhí)行器“Position Fault Air Actuator”或“Internal Fault Gas Actuator”故障檢查伺服執(zhí)行器轉(zhuǎn)角是否在正常0～90°范圍內(nèi)，在待機(jī)狀態(tài)下，可以嘗試將伺服輸出軸小角度適當(dāng)轉(zhuǎn)動，只需將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)回到伺服執(zhí)行器0～90°范圍內(nèi)，就可以排除故障，且執(zhí)行器可以自動轉(zhuǎn)回到起始位0°；

(5) 其余故障不多見，LMV51可以自動診斷，通過查詢AZL上故障代碼，參考用戶手冊進(jìn)行排除。

4 效益分析及不足

本次改造，徹底解決了轉(zhuǎn)爐燃燒器燃燒安全性問題，完全實(shí)現(xiàn)自動點(diǎn)火、火力無極調(diào)節(jié)、溫度控制，天然氣燃燒火焰質(zhì)量好熱值高，大幅降低了銀轉(zhuǎn)爐吹煉銀粉過程中天然氣單耗，陰陽極板單耗由改造前的1.0 Nm3/kg降低到改造后的0.8 Nm3/kg,一年約可減少天然氣消耗70 000 Nm3,節(jié)約生產(chǎn)成本20余萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。同時(shí)燃燒工況傳送DCS系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌控設(shè)備工況和能耗，關(guān)鍵過程參數(shù)可以長期保存。

不足之處由于受限于轉(zhuǎn)爐熔池溫度高，直接連續(xù)測溫很困難，且又要避免測溫元件污染銀，因此本次測溫采用爐轉(zhuǎn)內(nèi)預(yù)埋測溫套管間接測溫，缺點(diǎn)是有測溫滯后嚴(yán)重，且溫差規(guī)律性受整個(gè)系統(tǒng)影響建模困難，期待今后實(shí)踐中再加以改進(jìn)。

[1] 陸俊.燃燒器技術(shù)操作[M].昆明：昆明文化出版社，2012.

[2] 劉蓉，劉文斌.燃?xì)馊紵c燃燒裝置[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3] 王秉銓.工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[4] 東北工學(xué)院，北京鋼鐵學(xué)院.冶金爐熱工及構(gòu)造[M].北京：中國工業(yè)出版社，1961.

[5] 姜正候.燃?xì)夤こ碳夹g(shù)手冊[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1993.

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[8] GB/T 19839—2005.工業(yè)燃油燃?xì)馊紵魍ㄓ眉夹g(shù)條件[S].

[9] 周立功.項(xiàng)目驅(qū)動-CAN-bus現(xiàn)場總線基礎(chǔ)教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

[10] 陳忠平，侯玉寶.西門子S7- 200系列PLC自學(xué)手冊[M].北京：人民郵電出版社，2008.

The Reformation of Control System of Gas Burner of Converter for Silver

HOU Bang-ju，WU Jian-hua，HU Jun

Aimming at the insufficient and defect of the gas burner of the converter for silver, upgrading of control system has been accomplished. This control system consists of SIEMENS LMV51 series program controller, SQM servo actuator and etc. The system is controlled by CANBUS profibus. The peripheral control system consists of touch screen and PLC. The working site is real-time monitored by DP profibus. The messages could be sent to the center control system through the profibus. Through the technical reformation, the system could be safe, energy saving and integration of management and control.

automatic control；programming controller；CANBUS profibus

2015-09-02

侯幫炬(1980-)，男，湖北大冶人，大學(xué)本科，電氣工程師，主要從事電氣、儀表、DCS等方面工作。

TF832

B

1003-8884(2015)06-0030-04