冷軋噴霧焙燒鹽酸再生系統(tǒng)負(fù)壓控制策略

邱光習(xí)，劉 軍

（新冶高科技集團(tuán)有限公司，北京 100081）

冷軋酸洗產(chǎn)生的大量廢鹽酸，屬于《國家危險(xiǎn)廢物名錄》規(guī)定的危險(xiǎn)廢物，如不進(jìn)行資源循環(huán)再利用處置，不僅環(huán)保效益差，而且是對資源的巨大浪費(fèi)。噴霧焙燒鹽酸再生工藝不僅實(shí)現(xiàn)了廢酸環(huán)保處理，還實(shí)現(xiàn)了氯和鐵資源的循環(huán)再利用。在噴霧焙燒的過程中，影響產(chǎn)品質(zhì)量問題的主要因素是負(fù)壓和溫度等參數(shù)的控制，如果系統(tǒng)負(fù)壓控制偏差偏大，則出現(xiàn)爐內(nèi)溫度分布不均，會導(dǎo)致爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)不穩(wěn)定，造成氧化鐵粉質(zhì)量不穩(wěn)定等現(xiàn)象，從而造成氧化鐵粉質(zhì)量的下降或不達(dá)標(biāo)。因此，對焙燒爐煙氣負(fù)壓的穩(wěn)定控制至關(guān)重要。在噴霧焙燒過程壓力和溫度的建模與控制方面，一般是用計(jì)算流體力學(xué)和傳熱學(xué)等相關(guān)知識建立數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行相應(yīng)數(shù)值模擬和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。而用這些模型進(jìn)行噴霧焙燒系統(tǒng)負(fù)壓的在線控制時(shí)，因存在高階方程的求解計(jì)算量大和病態(tài)等問題，導(dǎo)致噴霧焙燒系統(tǒng)負(fù)壓控制還不成熟，目前主要采用的閉環(huán)PID控制策略。

1 實(shí)驗(yàn)閉環(huán)控制原理

如圖1所示，經(jīng)典的閉環(huán)控制理論包括PID控制器、執(zhí)行器、控制對象、檢測變送以及干擾這幾部分元素。當(dāng)外部干擾使得被控對象發(fā)生變化時(shí)，實(shí)際值會發(fā)生變化，檢測變送把變化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋給PID控制器，PID控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后控制執(zhí)行器，進(jìn)而克服擾動，穩(wěn)定被控對象。

圖1 閉環(huán)控制原理圖

2 結(jié)果與討論

圖2是噴霧焙燒鹽酸再生的工藝流程圖，在這里我們要利用吸收塔和洗滌塔之間的廢氣風(fēng)機(jī)（變頻電機(jī)）來閉環(huán)控制系統(tǒng)的壓力（維持穩(wěn)定的焙燒爐頂設(shè)定值負(fù)壓）。下面我們來分析閉環(huán)控制的各股元素：

a）設(shè)定值：爐頂負(fù)壓給定——根據(jù)工藝需要此值要設(shè)定為負(fù)值（通常為-200Pa）；

b）實(shí)際值：爐頂負(fù)壓反饋——差壓變送器檢測實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)需要加入濾波；

c）PID控制器：使用西門子Step7程序里面自帶PID控制器；

d）執(zhí)行器：西門子變頻器和變頻電機(jī)——這里將二者視為一個整體；

e）控制對象：爐頂負(fù)壓；

f）干擾：主要可控干擾有噴槍流量變化、燒嘴空氣和燃?xì)饬髁孔兓?、爐底鐵粉輸出風(fēng)量等。

圖2 噴霧焙燒鹽酸再生工藝流程圖

為了系統(tǒng)閉環(huán)控制能夠正常工作調(diào)節(jié)焙燒爐負(fù)壓，需要作幾個假設(shè)：①假設(shè)系統(tǒng)焙燒爐頂?shù)较礈焖臒煔夤苈废到y(tǒng)通暢且密封良好，沒有發(fā)生堵塞或者漏氣等情況；②假設(shè)系統(tǒng)儀表傳感器工作正常，系統(tǒng)參數(shù)傳遞真實(shí)，沒有壓力表零位漂移等現(xiàn)象；③假設(shè)爐底鐵粉正常輸出沒有把爐底堵死。

2.1 噴槍流量對焙燒爐頂負(fù)壓影響

當(dāng)系統(tǒng)焙燒爐進(jìn)料噴槍的流量變大，其他工況沒有發(fā)生變化時(shí)，焙燒爐頂?shù)臏囟葧档?，焙燒爐頂壓力會降低，這時(shí)壓力變送器的檢測值會降低，實(shí)際壓力下降，經(jīng)過PID控制器計(jì)算后給定變頻器的電機(jī)轉(zhuǎn)速會下降，變頻電機(jī)旋轉(zhuǎn)變慢，焙燒爐頂負(fù)壓升高回到設(shè)定值。同樣，噴槍流量變小時(shí)，PID控制器控制變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速變快，穩(wěn)定實(shí)際值。

2.2 燒嘴燃?xì)饬繉Ρ簾隣t頂負(fù)壓影響

當(dāng)系統(tǒng)燃?xì)饬考哟髸r(shí)，焙燒爐頂溫度升高，壓力變大，壓力變送器檢測實(shí)際值升高，經(jīng)過PID控制器計(jì)算以后給變頻器的電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，焙燒爐頂負(fù)壓減小回到設(shè)定值。反之，當(dāng)燃?xì)饬枯^少時(shí)，焙燒爐頂溫度降低，壓力變小，壓力變送器檢測實(shí)際值降低，經(jīng)過PID控制器計(jì)算以后給變頻器的電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，焙燒爐頂壓力升高回到設(shè)定值。

由于焙燒爐頂壓力是由焙燒爐頂溫度決定的，而干擾有很多種，把多種干擾看為一個整體，這個整體最后的作用結(jié)果是使得焙燒爐頂溫度升高還是降低，而焙燒爐頂?shù)臏囟茸兓瘺Q定其壓力的變化，這也就是說正常生產(chǎn)時(shí)焙燒爐頂溫度要被控制在一定的范圍內(nèi)，這樣焙燒爐頂負(fù)壓才會被正常調(diào)節(jié)控制。當(dāng)爐頂溫度很高，使得爐頂負(fù)壓增加，導(dǎo)致PID控制器給變頻器的輸出達(dá)到變頻器的最大轉(zhuǎn)速也不能有效降低爐頂負(fù)壓時(shí)，PID控制器將出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，故而生產(chǎn)過程中控制焙燒爐頂溫度是最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。

3 結(jié)語

通過對噴霧焙燒鹽酸再生系統(tǒng)負(fù)壓控制原理進(jìn)行介紹分析，充分了解了焙燒爐負(fù)壓特性，有助于生產(chǎn)操作人員駕馭噴霧焙燒鹽酸再生系統(tǒng)，分析處理生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題并快速解決，保證焙燒爐生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定。