曹銀強

(白銀有色集團股份有限公司 銅業(yè)公司,甘肅 白銀 730900)

白銀有色集團銅業(yè)公司(以下簡稱白銀銅業(yè))25 萬t/a 陰極銅閃速熔煉系統(tǒng)及其配套的環(huán)境集煙系統(tǒng)于2019 年6 月建成投產(chǎn)運行,在閃速熔煉主廠房一般設有閃速爐、轉(zhuǎn)爐、回轉(zhuǎn)式陽極爐及18 模圓盤澆鑄機等主要設備。銅冶煉廠的主要冶煉原料為銅精礦,其中除含有銅、鐵、硅以外,還含有硫、砷等其它成分,在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量含有二氧化硫的有害煙氣及粉塵,危害人身健康,腐蝕設備設施,污染周邊環(huán)境。針對此情況設計安裝配套的環(huán)境集煙系統(tǒng),用于收集廠房內(nèi)有害煙塵并進一步處理。在實際運行過程中,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐環(huán)境集煙系統(tǒng)中煙塵收集效率無法滿足生產(chǎn)要求,導致現(xiàn)場環(huán)境煙塵無法得到有效處理,制約了25 萬t/a 陰極銅閃速爐系統(tǒng)達產(chǎn)達標。為解決上述問題,從電氣控制方面對該環(huán)境集煙系統(tǒng)進行改造,使轉(zhuǎn)爐環(huán)境集煙系統(tǒng)的運行情況逐步穩(wěn)定,收塵效率達到生產(chǎn)要求。

1 環(huán)境集煙系統(tǒng)簡述

1.1 轉(zhuǎn)爐工藝特點

轉(zhuǎn)爐工序配置了三臺Φ4 490 ×13 000 的轉(zhuǎn)爐,其中兩臺轉(zhuǎn)爐熱態(tài)進行交換作業(yè),一臺冷態(tài)備用或爐修。裝有冰銅的包子由吊車裝入轉(zhuǎn)爐后送風吹煉。轉(zhuǎn)爐吹煉為間斷作業(yè),分造渣期和造銅期。在生產(chǎn)期裝有冰銅的包子由吊車裝入轉(zhuǎn)爐后進行冶煉作業(yè),在此生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量有害煙氣。雖然在冶煉工藝及設備設計中已經(jīng)盡可能采用各種密閉措施保障無泄漏,但由于轉(zhuǎn)爐傾轉(zhuǎn)、倒銅、捅風眼等操作,在其過程中含有二氧化硫及其有害煙氣會從轉(zhuǎn)爐各種漏風點及其配套設備中泄露出來。因此,為保證生產(chǎn)現(xiàn)場冶煉煙氣得到有效控制,在銅冶煉工藝中的多處現(xiàn)場設備安裝各種類型的環(huán)集煙罩,利用這些環(huán)集煙罩進行空間封閉,以確保煙氣從煙道抽離后被送入到后部煙塵處理工序。

1.2 環(huán)境集煙系統(tǒng)工藝流程及構(gòu)成

白銀銅業(yè)閃速熔煉的環(huán)境集煙系統(tǒng)是將閃速熔煉區(qū)域廠房內(nèi)所有的排煙罩用管道連接起來,這些排煙罩裝設在各個煙氣泄漏處,通過環(huán)集排風機在排煙罩內(nèi)形成負壓,將煙氣進行收集,防止煙氣擴散到廠房內(nèi),造成環(huán)境污染。最終,收集到環(huán)境集煙系統(tǒng)的煙氣通過尾氣脫硫進一步處理,達標后再通過煙囪排放到高空處煙氣擴散,其工藝流程圖如圖1所示。

圖1 環(huán)境集煙系統(tǒng)工藝流程圖

環(huán)境集煙系統(tǒng)主要由吸塵罩、電動開閉閥、手動調(diào)節(jié)閥、管道、袋式收塵器和離心通風機所組成。此系統(tǒng)共有兩套環(huán)境集煙系統(tǒng),分別是閃速爐環(huán)境集煙系統(tǒng)和轉(zhuǎn)爐環(huán)境集煙系統(tǒng),其中一套是將一臺閃速爐爐口環(huán)境煙氣進行收集處理;另一套是將三臺轉(zhuǎn)爐爐口左右兩側(cè)環(huán)集煙氣、轉(zhuǎn)爐房頂十處環(huán)集煙氣及三臺陽極爐環(huán)集煙氣進行收集處理。

1.3 轉(zhuǎn)爐環(huán)境集煙系統(tǒng)工作特點

由于每套環(huán)境集煙系統(tǒng)所對應的工藝不同,故在各個排煙管道處設置了電動開閉閥、手動調(diào)節(jié)閥,根據(jù)工藝特點利用聯(lián)鎖控制對電動開閉閥進行控制,同時裝設手動調(diào)節(jié)閥,避免因電動閥無法運行時造成煙氣污染。通過工藝流程分析,確定各生產(chǎn)周期排煙罩所排放的煙氣量,控制系統(tǒng)能根據(jù)各生產(chǎn)情況,有效調(diào)節(jié)環(huán)集排煙風機的運行頻率,一方面能有效處理泄漏的煙氣量,達到環(huán)保要求,另一方面還可實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

結(jié)合轉(zhuǎn)爐工藝的特點,在轉(zhuǎn)爐環(huán)境集煙系統(tǒng)中轉(zhuǎn)爐爐口處安裝有雙側(cè)對開平拉式環(huán)集煙罩。當轉(zhuǎn)爐造銅時,需要將銅包內(nèi)銅水倒入轉(zhuǎn)爐,此時打開雙側(cè)對開平拉式環(huán)集煙罩對有害煙氣進行收集,倒完銅水后,閉合雙側(cè)煙罩;當轉(zhuǎn)爐造渣時,需要將銅水倒入銅包中,此時對雙側(cè)對開平拉式環(huán)集煙罩的操作同上。

2 存在問題

在銅冶煉轉(zhuǎn)爐工藝中的環(huán)境集煙系統(tǒng)中環(huán)集煙罩采用雙側(cè)對開平拉式環(huán)集煙罩,此形式煙罩能最大程度將煙氣密閉收集至煙罩內(nèi)部,也存在環(huán)集煙罩本體沉重、規(guī)格尺寸過大的缺點,造成該煙罩在運行過程中慣性較大,不易控制,針對此特點進行控制設計,進而提高其控制的準確度。

因此,在設計階段為了準確控制環(huán)集煙罩,采用了減速齒輪箱的方式實現(xiàn)對環(huán)集煙罩的減速控制,雖然減速機能夠在一定程度上實現(xiàn)對環(huán)集煙罩運行速率的控制,但減速機的齒輪箱輸出速率偏快,導致對環(huán)集煙罩精準控制仍存在較困難的問題,從而增大對環(huán)集煙罩及其附屬設備設施的損壞率。同時,由于銅冶煉現(xiàn)場工藝環(huán)境復雜多變、廠區(qū)內(nèi)環(huán)境溫度高、動力電纜運行易產(chǎn)生干擾信號等問題,導致雙側(cè)對開平拉式煙罩頻繁出現(xiàn)運行不同步的現(xiàn)象,影響了其控制的精準度,不能完全將煙氣置于封閉空間。

3 改造措施

3.1 改造方案確定

轉(zhuǎn)爐環(huán)集煙罩系統(tǒng)的雙側(cè)對開平拉式煙罩是兩套傳動系統(tǒng),由兩臺電機各自帶動左右兩側(cè)的煙罩,分別為第一環(huán)集煙罩及其減速機、第二環(huán)集煙罩及其減速機。煙罩、減速機與電機之間的連接屬于硬連接,目前該系統(tǒng)的控制方式為通過按鈕點動的方式分別控制兩側(cè)煙罩。在轉(zhuǎn)爐環(huán)集煙罩系統(tǒng)運行過程中,經(jīng)常出現(xiàn)兩側(cè)煙罩關不嚴,或在關閉過程中兩側(cè)煙罩碰撞現(xiàn)象時有發(fā)生。

為改善現(xiàn)有技術中無法對環(huán)集煙罩進行更準確控制的問題,結(jié)合實際的需要和現(xiàn)有的設備條件,利用變頻控制技術針對環(huán)集煙罩的控制系統(tǒng)進行改造,設計出一套環(huán)集煙罩控制裝置,該裝置能夠準確實現(xiàn)煙罩的同步運行,實現(xiàn)更加精準的控制。

環(huán)集煙罩控制裝置由開關組件、變頻控制柜、第一環(huán)集煙罩、第一環(huán)集煙罩減速機及其電機、第二環(huán)集煙罩、第二環(huán)集煙罩減速機及其電機共同構(gòu)成,其示意圖如圖2 所示。

圖2 環(huán)集煙罩控制裝置示意圖

該環(huán)集煙罩控制裝置是變頻控制柜利用變頻器進行控制,能夠在不同的控制模式下實現(xiàn)第一環(huán)集煙罩減速機及其電機和第二環(huán)集煙罩減速機及其電機的正反轉(zhuǎn)及變速控制,進而帶動第一環(huán)集煙罩和第二環(huán)集煙罩精準運行。通過開關組件控制變頻控制柜的控制模式,以控制環(huán)集煙罩電機的轉(zhuǎn)速先變慢,然后再停止到位,實現(xiàn)環(huán)集煙罩從運動狀態(tài)到停止狀態(tài)時的準確定位,同時實現(xiàn)左右兩環(huán)集煙罩的同步運行。

3.2 電氣控制原理

將變頻器、開關組件、環(huán)集煙罩電機三者之間通過限位開關、接觸器的邏輯控制,實現(xiàn)對東、西雙側(cè)環(huán)集煙罩同步開關到位的作用,從而有變頻器控制兩臺電動機同步正反轉(zhuǎn)運行的電氣線路,如圖3 所示。該控制原理圖中包含控制回路斷路器(QS)、變頻器、正轉(zhuǎn)啟動按鈕(SB1)、反轉(zhuǎn)啟動按鈕(SB2)、東煙罩旋鈕(SA1)、西煙罩旋鈕(SA2)、接觸器(KM1、KM2)、東煙罩開到位限位開關(SQ1)、東煙罩關到位限位開關(SQ2)、西煙罩開到位限位開關(SQ3)、西煙罩關到位限位開關(SQ4)、三相交流電動機(M1、M2)、開到位指示燈(HW1)、關到位指示燈(HW2)。

圖3 環(huán)集煙罩控制原理圖

當轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)排煙需要煙罩打開/關閉時,啟動正/反轉(zhuǎn)按鈕,變頻器接收到正/反啟動信號,控制兩臺電機同步正/反轉(zhuǎn)。具體工作原理如下:合上斷路器QS,使主回路、控制回路帶電。煙罩打開時,按下按鈕SB1,接觸器KM1、KM2 得電吸合,東西煙罩電機正轉(zhuǎn),當東西煙罩運動到東西煙罩開到位的限位開關SQ1、SQ3 時,接觸器KM1、KM2 失電,電機停轉(zhuǎn),開到位信號燈HW1 亮;反轉(zhuǎn)時,按下按鈕SB2,接觸器KM1、KM2 得電吸合,東西煙罩電機反轉(zhuǎn),當東西煙罩運動到東西煙罩關到位的限位開關SQ2、SQ4 時,接觸器KM1、KM2 失電,電機停轉(zhuǎn),關到位信號燈HW2 亮。若某一個煙罩沒有開關到位,需要單獨控制其中一個煙罩的開關時,則可旋轉(zhuǎn)旋鈕SA1 或SA2,直到該煙罩運行到相應位置。

為避免環(huán)集煙罩慣性問題造成周邊設備的損壞,利用限位開關的預設位置控制電機運行速度。當環(huán)集煙罩運行至該預設位置時,限位開關的導通狀態(tài)發(fā)生變化,接觸器的控制端接收到限位開關的觸發(fā)信號,控制環(huán)集煙罩電機停止工作,由于環(huán)集煙罩的慣性較大,在環(huán)集煙罩電機停止工作后仍會繼續(xù)運動一段距離,當其運動至極限位置時,其速度已經(jīng)減小。

4 改造后效果

改造后的轉(zhuǎn)爐環(huán)境集煙系統(tǒng)的煙罩控制裝置運行良好,基本解決了轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中SO2及有害煙塵和粉塵的氣體泄漏問題。通過檢測,廠房內(nèi)外排的SO2濃度均小于20 mg/Nm3。此次改造主要有以下優(yōu)點:

(1)從節(jié)能角度,變頻控制系統(tǒng)能比較準確地根據(jù)轉(zhuǎn)爐環(huán)集系統(tǒng)的需求來控制煙罩的輸出,達到節(jié)約能源目的。

(2)從降低維護成本角度,采用變頻控制系統(tǒng),該電氣控制原理方式具有加、減速平穩(wěn),運行可靠,控制簡單的優(yōu)點,極大提高了設備自動化程度,同時電機軟啟動減少了對部分電氣部件和機械部件的沖擊。