試論DCS在銅冶煉余熱鍋爐自動(dòng)給水系統(tǒng)中的應(yīng)用

吳曉霞 張鴻云

摘 要 本文主要分析了在銅冶煉余熱鍋爐自動(dòng)給水系統(tǒng)中，如何應(yīng)用DCS，對(duì)于生產(chǎn)中給水的控制及其影響控制系統(tǒng)的復(fù)雜性提出了解決方法，同時(shí)簡(jiǎn)述了控制系統(tǒng)的性質(zhì)特征和使用規(guī)則，就如何整合余熱鍋爐自動(dòng)給水控制系統(tǒng)和總廠MES進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 余熱鍋爐；給水系統(tǒng)；應(yīng)用措施

前言

銅冶煉加工廠一般采用工藝的都是火法冶煉。具體來(lái)說(shuō)，先將混合銅精礦置入艾薩爐，進(jìn)行熔煉，接著將生成的冰銅和其他物質(zhì)轉(zhuǎn)入貧化電爐，對(duì)它們進(jìn)行分離處理，接著用臥式轉(zhuǎn)爐對(duì)分離品進(jìn)行吹煉，將其處理成粗銅、渣等物質(zhì)。處理完成之后，粗銅會(huì)被陽(yáng)極反射爐進(jìn)一步煉化，生成的煙氣會(huì)被余熱鍋爐回收處理之后，由硫酸廠進(jìn)行二次加工。煙塵和轉(zhuǎn)爐渣會(huì)統(tǒng)一返入電爐。由于整個(gè)工藝的復(fù)雜性，當(dāng)前還不能將其數(shù)學(xué)化進(jìn)行分析[1]。在冶煉過(guò)程中，鍋爐產(chǎn)生的煙氣會(huì)與設(shè)備的受熱面接觸，從而發(fā)生熱量的交換，實(shí)現(xiàn)汽水分離，產(chǎn)出的蒸汽進(jìn)行余熱加工，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。相比較一般的工藝鍋爐，總廠的余熱鍋爐難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)給水的功能，因此，需要開(kāi)發(fā)針對(duì)此類鍋爐的特色方案，來(lái)實(shí)現(xiàn)給水控制系統(tǒng)的功能。

1 系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)功能

低壓以及中壓余熱鍋爐自動(dòng)給水系統(tǒng)，可以很好地在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)控制功能。主要有以下幾點(diǎn)：①在低壓余熱鍋爐中，可以對(duì)汽包給水系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，包括水位、水壓等數(shù)值的監(jiān)測(cè)。②在中壓余熱鍋爐中，可以同時(shí)對(duì)汽包給水系統(tǒng)以及除氧器系統(tǒng)進(jìn)行控制，包括轉(zhuǎn)爐、鍋爐煙氣溫度等。③對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各項(xiàng)數(shù)值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，必要時(shí)進(jìn)行警報(bào)。④定期生成DCS報(bào)表。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

余熱鍋爐自動(dòng)給水控制系統(tǒng)由眾多子系統(tǒng)構(gòu)成，包括工程師站、操作員站、過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)分點(diǎn)。其中，工程師站可以通過(guò)內(nèi)部的系統(tǒng)平臺(tái)以及相關(guān)設(shè)備，生成需求的系統(tǒng)；操作員站則是協(xié)助操作員完成生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)顯示、管理以及信息調(diào)整；現(xiàn)場(chǎng)控制站則是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)與實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的信息交換、電子儀器數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋贿^(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)則是實(shí)現(xiàn)以上幾個(gè)站點(diǎn)之間的連接，實(shí)現(xiàn)各個(gè)站點(diǎn)的通訊與信息傳輸。

2 控制原理

2.1 汽包水位控制

（1）控制低壓余熱鍋爐汽包水位。低壓余熱鍋爐的自動(dòng)給水控制系統(tǒng)，是一個(gè)經(jīng)過(guò)改造的項(xiàng)目，所以系統(tǒng)原來(lái)的檢測(cè)儀表不能夠很好地滿足當(dāng)下的需要。同時(shí)在冶煉的過(guò)程中，由于周期不同，轉(zhuǎn)爐受爐溫對(duì)汽包水位的影響較大，而電爐和反射爐不太會(huì)受影響，在調(diào)節(jié)的時(shí)候，為了將這種影響降到最低，使用蒸汽流量作為控制水位的信號(hào)指數(shù)，使用串級(jí)三沖量變PID參數(shù)作為調(diào)節(jié)手段，而影響較小的電爐和反射爐，則使用單沖量變PID即可。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，證明這兩種新的調(diào)節(jié)方案，對(duì)各自控制對(duì)象有著明顯的效果，新調(diào)節(jié)方案，不僅使得整個(gè)系統(tǒng)更加靈活，而且簡(jiǎn)化了操作，對(duì)汽包水位的控制發(fā)揮了重大作用。

（2）變PID參數(shù)的意義。在控制汽包水位中，不論是采用前饋，還是單沖量以及串級(jí)三沖量，這都是理論方法，在實(shí)際應(yīng)用中，并不能取得預(yù)期成效[2]。因此如果能夠結(jié)合變PID參數(shù)的方式，就是在不同的水位情況下，PID參數(shù)的選用不盡相同，根據(jù)具體情況具體分析，尤其是在不同生產(chǎn)爐子的控制中，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，不僅使得汽包水位穩(wěn)定，而且降低了調(diào)節(jié)閥的使用次數(shù)，延長(zhǎng)了生產(chǎn)設(shè)備的使用年限。

（3）中壓余熱鍋爐汽包水位的控制方案。對(duì)于中壓余熱鍋爐來(lái)說(shuō)，主要采用的是汽包蒸汽流量作為它的前饋信號(hào)，制定了汽包給水流量和汽包水位串級(jí)的前饋加串級(jí)反饋的方式。通過(guò)設(shè)定不同的水位控制值，滿足搖爐與不搖爐兩種情形下的需求，將汽包水位穩(wěn)定在需求水位。與此同時(shí)，還需要增加識(shí)別信號(hào)，針對(duì)轉(zhuǎn)爐和陽(yáng)極爐，用于吹煉和停吹的時(shí)候加以控制，當(dāng)DCS接收到該識(shí)別信號(hào)之后，會(huì)發(fā)出指令，使得系統(tǒng)設(shè)置延時(shí)兩分鐘，兩分鐘之后，汽包水位處于真實(shí)狀態(tài)，此時(shí)，再根據(jù)需求進(jìn)行水位控制。之后，再根據(jù)操作人員的經(jīng)驗(yàn)以及儀器數(shù)值，對(duì)調(diào)節(jié)回路進(jìn)行設(shè)置，讓它更平穩(wěn)地運(yùn)行，符合生產(chǎn)需要。

2.2 除氧器壓力及水位控制

在本次系統(tǒng)中，主要采用定壓的方式，去對(duì)除氧器進(jìn)行壓力控制。在除氧器中，被調(diào)量是蒸汽壓力，被調(diào)介質(zhì)是蒸汽。水位控制系統(tǒng)主要控制在除氧器中的水位，使得除氧器中的水量符合標(biāo)準(zhǔn)，從而正常運(yùn)行[3]。一般來(lái)說(shuō)，除氧器中采用的是單沖量回路PID調(diào)節(jié)，因?yàn)槌跗鞯恼{(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，可以較好地自我調(diào)節(jié)，PID調(diào)節(jié)則作為輔助調(diào)節(jié)。

3 余熱鍋爐自動(dòng)給水控制系統(tǒng)與總廠MES的整合

為了使得總廠進(jìn)入信息化、現(xiàn)代化，實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)，因此需要對(duì)銅冶煉MES進(jìn)行改造。之前，各分廠由于設(shè)備的限制，只能實(shí)現(xiàn)自我的自動(dòng)化，不能實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)信息，改造之后，各分廠相互之間不再處于斷開(kāi)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享、實(shí)時(shí)傳輸，總廠統(tǒng)一采集信息，進(jìn)行合理分配。根據(jù)各分廠信息以及狀況，總廠可以制定出更適合的方案，優(yōu)化生產(chǎn)進(jìn)程，節(jié)省建設(shè)成本。對(duì)各分廠進(jìn)行實(shí)時(shí)指揮，高度統(tǒng)一集體進(jìn)度與進(jìn)程，為生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)量的產(chǎn)品而鋪下基礎(chǔ)，提高總廠的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于DCS的介入，在低壓余熱鍋爐自動(dòng)給水控制系統(tǒng)中，近十臺(tái)余熱鍋爐以及十一個(gè)汽包遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制給水。中壓余熱鍋爐中的四臺(tái)余熱鍋爐同樣實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制給水，取消了原先的人工控制，提高了系統(tǒng)設(shè)備的精確性以及生產(chǎn)安全性。DCS應(yīng)用之后，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)，能夠很好地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，包括蒸汽壓力、汽包水位、水壓力、運(yùn)行溫度等。生產(chǎn)過(guò)程中，DCS會(huì)定期生成運(yùn)行報(bào)告、趨勢(shì)圖等，給相關(guān)工作人員提供了很好的參考依據(jù)，在日后對(duì)這些余熱鍋爐進(jìn)行使用、升級(jí)、維護(hù)以及修理做了大量準(zhǔn)備工作，同時(shí)保障了余熱鍋爐運(yùn)行的安全，也降低了企業(yè)整體的運(yùn)行成本。最重要的是，余熱鍋爐自動(dòng)給水系統(tǒng)與總廠的整合，為總廠進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)，提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 李建國(guó)，龐建明，楊林，等.DCS在大型硅鈣電爐煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)冶金，2017，27（2）：74-77.

[2] 周天馳，胡國(guó)軍.銅冶煉廠SO2風(fēng)機(jī)停車時(shí)全廠聯(lián)鎖控制詳解[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2017，38（4）：27-29.

[3] 王曉宇.三催余熱鍋爐能效監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，37（6）：396-399.