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給水系統(tǒng)中，如何應(yīng)用DCS，對于生產(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，同時簡述了控制系統(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。具體來說，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，對它們進(jìn)行分離處理，接著用臥式轉(zhuǎn)爐對分離品進(jìn)行吹煉，將其處理成粗銅、渣等物質(zhì)。處理完成之后，粗銅會被陽極反射爐進(jìn)一步煉化，生成的煙氣會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)爐渣會統(tǒng)一返入電爐。由于整個工藝的復(fù)雜性，當(dāng)前還不能將其數(shù)學(xué)化進(jìn)行分析[1]。在冶煉過程中，鍋爐產(chǎn)生的煙氣會與設(shè)備的受熱面接觸，從而發(fā)生熱量的交換，實現(xiàn)汽水分離，產(chǎn)出的蒸汽進(jìn)行余熱加工，從而實現(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現(xiàn)自動給水的功能，因此，需要開發(fā)針對此類鍋爐的特色方案，來實現(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給水系統(tǒng)，可以很好地在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)控制功能。主要有以下幾點(diǎn)：①在低壓余熱鍋爐中，可以對汽包給水系統(tǒng)進(jìn)行實時控制，包括水位、水壓等數(shù)值的監(jiān)測。②在中壓余熱鍋爐中，可以同時對汽包給水系統(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對生產(chǎn)過程中各項數(shù)值進(jìn)行監(jiān)測，必要時進(jìn)行警報。④定期生成DCS報表。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

余熱鍋爐自動給水控制系統(tǒng)由眾多子系統(tǒng)構(gòu)成，包括工程師站、操作員站、過程控制網(wǎng)絡(luò)等多個分點(diǎn)。其中，工程師站可以通過內(nèi)部的系統(tǒng)平臺以及相關(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)場控制站則是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)與實際生產(chǎn)設(shè)備，用于實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的信息交換、電子儀器數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋贿^程控制網(wǎng)絡(luò)則是實現(xiàn)以上幾個站點(diǎn)之間的連接，實現(xiàn)各個站點(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給水控制系統(tǒng)，是一個經(jīng)過改造的項目，所以系統(tǒng)原來的檢測儀表不能夠很好地滿足當(dāng)下的需要。同時在冶煉的過程中，由于周期不同，轉(zhuǎn)爐受爐溫對汽包水位的影響較大，而電爐和反射爐不太會受影響，在調(diào)節(jié)的時候，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指數(shù)，使用串級三沖量變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)過實際應(yīng)用，證明這兩種新的調(diào)節(jié)方案，對各自控制對象有著明顯的效果，新調(diào)節(jié)方案，不僅使得整個系統(tǒng)更加靈活，而且簡化了操作，對汽包水位的控制發(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三沖量，這都是理論方法，在實際應(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。對于中壓余熱鍋爐來說，主要采用的是汽包蒸汽流量作為它的前饋信號，制定了汽包給水流量和汽包水位串級的前饋加串級反饋的方式。通過設(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，還需要增加識別信號，針對轉(zhuǎn)爐和陽極爐，用于吹煉和停吹的時候加以控制，當(dāng)DCS接收到該識別信號之后，會發(fā)出指令，使得系統(tǒng)設(shè)置延時兩分鐘，兩分鐘之后，汽包水位處于真實狀態(tài)，此時，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)驗以及儀器數(shù)值，對調(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]。一般來說，除氧器中采用的是單沖量回路PID調(diào)節(jié)，因為除氧器的調(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，實現(xiàn)機(jī)械自動化生產(chǎn)，因此需要對銅冶煉MES進(jìn)行改造。之前，各分廠由于設(shè)備的限制，只能實現(xiàn)自我的自動化，不能實時共享數(shù)據(jù)信息，改造之后，各分廠相互之間不再處于斷開狀態(tài)，實現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享、實時傳輸，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。對各分廠進(jìn)行實時指揮，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)，提高總廠的綜合競爭力。

4 結(jié)束語

由于DCS的介入，在低壓余熱鍋爐自動給水控制系統(tǒng)中，近十臺余熱鍋爐以及十一個汽包遠(yuǎn)距離實現(xiàn)了自動控制給水。中壓余熱鍋爐中的四臺余熱鍋爐同樣實現(xiàn)了自動控制給水，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，對整個生產(chǎn)系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)，能夠很好地實時監(jiān)測與控制，包括蒸汽壓力、汽包水位、水壓力、運(yùn)行溫度等。生產(chǎn)過程中，DCS會定期生成運(yùn)行報告、趨勢圖等，給相關(guān)工作人員提供了很好的參考依據(jù)，在日后對這些余熱鍋爐進(jìn)行使用、升級、維護(hù)以及修理做了大量準(zhǔn)備工作，同時保障了余熱鍋爐運(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)，提供了堅實的保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 李建國，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].中國冶金，2017，27（2）：74-77.

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

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