铜冶炼余热锅炉给水系统自动控制的实现.pdf
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1、第 3 4卷第 6期 2 0 1 0年 1 1月 冶 金自 动 化 Me t a l l u r g i c a l I nd u s t r y Aut o ma t i o n V o 1 3 4 No 6 NO V 2 01 0 系 统与装置 铜冶炼余热锅炉给水 系统 自动控制的实现 步辉 ( 云南铜业股份有限公司 冶炼加工总厂, 云南 昆明 6 5 0 1 0 2 ) 摘要: 以铜冶炼余热锅炉给水系统为对象 , 根据其生产工艺对给水系统控制的特殊影响以及系统的复杂性, 设 计了有效的控制方案 , 主要有汽包水位控制、 汽包蒸汽压力控制 、 除氧器水位及压力控制、 水泵联锁及给水压力 控
2、制, 还有若干非常规调节, 包括变 P I D参数控制和特殊规则控制等。其 中, 汽包水位控制分为常规控制和结合 现场经验开发的特殊控制策略, 针对这些控制策略编制了相应的控制程序。生产实践结果表明, 这些控制方案 均取得了良好的控制效果 , 实现了铜冶炼余热锅炉给水系统的自动控制。 关键词: 铜冶炼 ; 余热锅炉; 汽包水位控制 ; 给水控制 中图分类号 : T F 8 1 1 ; T F 3 5 5 文献标 志码 : B文章编号 : 1 0 0 0 - 7 0 5 9 ( 2 0 1 0 ) 0 6 - 0 0 3 9 - 0 6 Aut o m a t i c c o nt r o l
3、o f wa t e r s u pp l y s y s t e m o f c o pp e r s me l t i n g wa s t e he a t r e c o v e r y b o i l e r ( Y u n n a n C o p p e r C o , L t d , S me l t i n g& P r o c e s s i n g C o mp l e x , K u n m i n g 6 5 0 1 0 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t :Ta k i n g t h e s o p h i s t i c a t i o
4、n o f t h e s y s t e m a n d s p e c i fic i mpa c t o f t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s o n c o n t r o l p e rfo r ma n c e i n t o a c c o u n t ,t h e p a p e r p r e s e n t s a s e t o f e f f e c t i v e c o n t r o l s c h e me s t o wa t e r s u p p l y s y s t e m o f c o pp e r s
5、 me l t i ng wa s t e h e a t r e c o v e r y b o i l e r ,i n c l ud i n g wa t e r l e v e l a n d s t e a m p r e s s u r e c o n t r o l o f bo i l e r d r u m ,wa t e r l e v e l a n d p r e s s u r e c o n t r o l o f d e a e r a t o r,i n t e r l o c k i n g a n d f e e d p r e s s u r e c o
6、n t r o l o f p ump s,a s we l l s o me o f t h e d e di c a t e d c o n t r o l s s u c h a s v a r i a b l e PI D p a r a me t e r s c o n t r o l a n d s p e c i a l r u l e s c o n t r o 1 Th e wa t e r l e v e l c o nt r o l o f b o i l e r d ru m c o mp r i s e s c o n v e n t i o n a l c o n
7、t r o l a n d d e di c a t e d c o n - t r o l s t r a t e g i e s t h a t c o n f o r m t o t h e e x pe rie n c e s o f t he p r o d u c t i o n f i e l d wo r kT he c o n t r o l p r o g r a ms c o ne - s p o n d i n g t o t he s e c o n t r o l s t r a t e g i e s a r e d e v e l o pe d Th e p r
8、 o d u c t i o n p r a c t i c e r e s u l t s s h o w t h a t t h e a u t o ma t i c c o n t r o l o f wa t e r s u p p l y s y s t e m ,wh i c h a d o p t s t h e c o n t r o l s c h e me s a s p r o p o s e d,ha s o b t a i n e d g o o d c o n t r o l e f f e c t Ke y wo r ds:c o p p e r s me l t
9、 i n g;wa s t e h e a t r e c o v e ry b o i l e r ;wa t e r l e v e l c o n t r o l o f b o i l e r d ru m ;f e e d wa - t r 0 n t r O 1 0 引言 云南铜业股份有限公司冶炼加工总厂铜冶炼 采用火法冶炼 工艺 , 主要工 艺流程 如 图 1所 示。 混合铜精矿经制粒后进入艾 萨炉 中熔炼 , 熔炼产 生的冰铜及炉渣混和熔体进入贫化 电炉进行沉降 分离, 再由卧式转炉将 电炉沉降出来的冰铜进行 吹炼, 进一步脱氧脱硫成粗铜、 炉渣和烟气。其中 粗铜送阳极炉 (
10、即固定式反射炉和 回转式 阳极炉) 精炼 , 炉渣返 电炉 , 在冶炼过 程 中产生 的烟气 , 经 余热锅炉管网回收余热和电收尘器降温收尘后送 到硫酸分厂制酸 , 余 热锅炉收下 的烟尘 经精矿仓 返回艾萨炉 , 电收尘 器收下的烟尘经调浆 处理后 送至昆明西科工贸有限公司进行除砷及深加工。 铜冶炼火法工艺余热锅炉管网与 电炉 、 转炉 、 收稿 日期 : 2 0 1 0 - 0 2 - 0 4 ; 修 改稿收到 日期 : 2 0 1 0 -08 - 3 0 作者简介 : 步辉( 1 9 7 6 一 ) , 男 , 江西东乡人 , 工程师 , 主要从事 自动控制在铜冶炼加工流程 中的应用研究
11、及设备管理工作。 冶 金自 动化 第 3 4 卷 l 配料 混合铜 I 制粒 混合铜精矿l 熔炼精矿仓 粗烟尘 I 苎 I 艾萨冰铜及 l 炉渣混和熔体l 苎 些 皇 炉 坌 苎 炉 渣l 电 炉 冰 堕 炉 卜 面 转炉粗铜I 阳极炉火法精炼 。 。 。 。 。 _ 。 。 _ _ - - 。 _- - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 阳极铜l 芏一 l 盘浇铸I 阳 极 板 J l 电解 l 经 降温和初步 商 锅炉粗收尘和余热 回收 炉粗收尘和余热 回收 粗烟尘 I 一 经 降温和初步 除尘的烟气 经
12、降温和初步 除尘的烟气 经降温和初步 除尘的烟气 电收尘器吸尘 电收尘器吸尘 I一 电收尘器吸尘 饱和蒸汽 烟尘 塑 _ 垂 工 业 硫 酸 烟气 l 产 用 汽、 余 热 发 I 除 砷 及 深 加 工 排空 高 纯 度 阴 极制 图 1 工艺流程 Fi g 1 Pr o c e s s f l o w 阳极炉等火法冶炼工艺各主要生产设备相配套 , 烈, 经常出现“ 假水位” 。再者 , 中压转炉余热锅炉 为冶炼系统 的附属换热设备 , 由低压蒸汽管 网和 蒸汽的蒸发量不稳定 , 锅炉压力频繁升降 , 造成锅 中压蒸汽管网并网构成。其中, 低压蒸汽管网由 9 炉给水泵供水压力 同步反方向频
13、繁变化 , 使锅炉 台低压余热锅炉 ( 电炉 1台、 转炉 5台、 固定式反 水位不能保持稳定 , 给锅炉运行带来 了极大 的不 射炉 3台) , 共 1 1 个低压汽包( 2 , 5 转炉的余热锅 安全隐患。 炉每台有2个汽包, 其他余热锅炉每台有 1 个汽 如上所述, 冶炼加工总厂余热锅炉给水系统 包 ) 组成 ; 中压蒸汽管网由 4台中压余热锅炉 ( 转 自动控制的实施较其他工业锅炉更加 困难 , 无法 炉 2台、 回转式阳极炉 2台 ) , 共 2个 中压 汽包 、 2 采用一般工业锅炉的控制方法。因此在该项 目开 个除氧器( 2台转炉和 2台回转式 阳极炉的余热锅 发过程 中, 设计
14、 了与一般工业锅炉相似而又具有 炉分别共用 1 个汽包 、 1个除氧器 ) 组成 。冶炼生 其 自身特色 的有效 的控制方案及算法 , 并采用浙 产过程中所产生的高温烟气与余热锅炉 的受热面 江中控技术 有限公 司的 S u p c o n j x一 3 0 0 X D C S和 进行热量交换 , 在汽包 中进行汽水分离 , 产出低压 We b F i e l d E C S 1 0 0 D C S作为控制设备 , 已分别于 及 中压饱和蒸汽 , 供蒸汽发电及全厂生产用汽 , 实 2 0 0 0年 1 1月及 2 0 0 3年 9月顺利投入运行 , 实现 现余热利用 , 达到节能减排的目的。
15、了对铜冶炼余热锅炉给水系统的 自动控制 , 近年 由于冶炼加工总厂铜冶炼工艺的特殊生产情 来 , 其控制算法也在不断地完善。 况, 因此使得余热锅炉管网的给水控制存在若干 1 控 制流 程 难点。对转炉和 回转式 阳极炉吹炼而言 , 由于每 余热锅炉给水系统 的控制对象为铜冶炼火法 吹炼一炉铜要经过进料、 加冷料、 出渣、 出铜等工 工艺余热锅炉管网的自 动给水过程。在余热锅炉 艺过程 , 所 以需要多次摇炉。在炉 15离开烟罩时 , 给水系统中, 汽包水位是影响锅炉安全运行 的重 锅炉因失去热源 , 锅炉本体压力会迅速下 降, 水位 要参数。水位过高 , 会破坏汽水的正常分离 , 严重 迅速
16、上升 。当炉 口再次进 入烟罩 区域 时, 锅炉本 时会使蒸汽带水增多, 增加在管壁上的结垢 , 影响 体因受热压力会迅速上升 , 水位迅速下降。这样 蒸汽质量; 水位过低 , 会破坏正 常水循 环, 引起水 就导致热源变化极 大, 余 热锅炉汽包水位波动剧 冷管壁的破裂 , 严重时会造成千锅, 损坏汽包。因 第6 期 步 辉 : 铜冶炼余热锅炉给水 系统 自动控制的实现 4 1 此 , 余热锅炉给水系统 的控制 目的是保持锅炉汽 包内部的物质平衡 , 使给水量适应蒸 发量 , 维持汽 包水位在生产工艺规定 的安全范 围内, 实现给水 全程控制 , 并 由此提高锅炉 的蒸发效率 , 保证生产
17、安全 。又因为汽包水位是具有 自平衡能力 的被控 图 _ 对象 , 运行中还存在“ 虚假水位” 的现象 , 所 以在实 际应用中可根据不同情况采用水位单 冲量控制和 水位 、 蒸汽流量 、 给水流量三冲量控制 的调节方案 对水位进行控制。锅炉给水系统控制流程如图 2 所示( 以中压余热锅炉为例) 。 除盐水 蒸汽 图 2 控制流程 F i g 2 Co n t r o lflo w 仪表连接线 、 管道线 ; 一 现场 信号连 接线 ; D C S内部数据链 ; P I C1 一汽包 蒸汽压力指示控制器 ( D C s 1 ; P I T 1 一 汽包蒸汽压 力变送器 ; F RQ 1 一汽包
18、蒸汽流量指示累计( DC S ) ; r r 1 一汽包 蒸汽流 量变送器 ; P V1 一汽包压力调节 阀 ; m 一汽包 副水位 变送器 ; L T l 一 汽包主 水位变送 器 ; L I c1 一汽包 水位指 示控制器( D C S ) ; L V1 一汽包 水位调节 阀 ; F RQ 2 一汽包 给水 流量指 示累 计器( DC S ) ; F T2 一 汽包给水流量变送器 ; L l c 3 一 除氧器水位指示控制器( D c s ) ; L T 3 一除氧器水位变送器 ; L v3 一 除氧器水位调节 阀; P I C 2 一 除氧 器压力指示控制器( D c s ) ; P I
19、 T 2 一 除氧器压力变送器 ; P v 2 除氧器压 力调节阀 2 控制方案 铜冶炼余热锅炉给水系统的自动控制包括汽 包水位控制 、 汽包蒸 汽压力控制 、 除氧器水位及压 力控制( 中压余热锅炉 ) 、 水泵联锁及给水压力控 制以及非常规调节等。 这样 , 根据工艺设备运行方式或状态 的变化 , 在基于单冲量和前馈三冲量 串级控制算法 的基础 上 , 选用物质平衡 、 延时判别 、 经验调节、 变 P I D参 数 、 特殊规则控制等处理程序 , 构成 了有效的控制 方案来实现对铜冶炼余热锅炉给水系统的自动控 制 。 2 1 汽包水位控制 对于较复杂的汽包水位控制部分 , 根据电炉 、
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