云銅艾薩爐控制系統(tǒng)實(shí)習(xí)報(bào)告.doc

實(shí) 習(xí) 報(bào) 告學(xué) 院： 專 業(yè)： 年 級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 日 期： 教 務(wù) 處 制一、實(shí)習(xí)時(shí)間、地點(diǎn)和內(nèi)容3二、云銅艾薩爐32.1 艾薩爐的認(rèn)識(shí)3三、銅冶煉艾薩爐配料系統(tǒng)53.1配料分析53.2 配料計(jì)算過(guò)程63.3倉(cāng)式配料存在的問(wèn)題63.3.1原料預(yù)處理大，混料成分不均63. 3.2配料控制困難。物料成分波動(dòng)大73.3.3.吊車作業(yè)率高73.4 堆取料機(jī)在艾薩爐配料中應(yīng)用探討73.4.1堆取料機(jī)的性能73.4.2 堆取料機(jī)應(yīng)用的可行性73.5 備料系統(tǒng)8四、艾薩爐控制系統(tǒng)94.1 硬件配置94.2 軟件結(jié)構(gòu)94.2.1操作接口軟件104.2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件104.2.3 控制功能104.2.4完善艾薩爐燃燒控制程序11五、銅冶煉余熱鍋爐系統(tǒng)115.1 系統(tǒng)功能125.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)125.3 控制原理135.3.1汽包水位控制131、 低壓余熱鍋爐汽包水位的一般控制方案如圖5132 、變PID參數(shù)的作用143、 搖爐期間低壓轉(zhuǎn)爐汽包的水位控制144、 中壓余熱鍋爐汽包水位的控制方案14六 、S7-200156.1 SIMATIC S7-200系統(tǒng)由硬件和工業(yè)軟件兩大部分構(gòu)成156.1.1 硬件156.1.2 工業(yè)軟件156.1.3模塊連接形式16七、總結(jié)17參考文獻(xiàn)18摘要云銅股份冶煉加工總廠的銅冶煉采用火法冶煉工藝，主要工藝流程為混合銅精礦先進(jìn)人艾薩爐中熔煉，熔煉產(chǎn)生的冰銅及爐渣混和熔體進(jìn)入貧化電爐進(jìn)行沉降分離，再由臥式轉(zhuǎn)爐將電爐沉降出的冰銅進(jìn)行吹煉，進(jìn)一步脫氧脫硫成粗銅、轉(zhuǎn)爐渣和煙氣。其中粗銅送陽(yáng)極反射爐精煉爐渣返電爐。煙氣經(jīng)余熱鍋爐回收余熱和電收塵器降溫收塵后送到硫酸分廠制酸，余熱鍋爐收下的煙塵經(jīng)破碎后返回電爐，電收塵器收下的煙塵送入電爐。整個(gè)工藝過(guò)程屬于非線性、時(shí)變、復(fù)雜耦合，目前尚未能建立數(shù)學(xué)模型的生產(chǎn)過(guò)程。冶煉生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c余熱鍋爐的受熱面進(jìn)行熱量交換，在汽包中進(jìn)行汽水分離，產(chǎn)出低壓及中壓飽和蒸汽，供蒸汽發(fā)電及全廠生產(chǎn)用汽實(shí)現(xiàn)余熱利用，達(dá)到節(jié)能減排的目的。關(guān)鍵詞：銅冶煉；余熱鍋爐；艾薩爐配料；控制系統(tǒng)云南銅業(yè)實(shí)習(xí)一、實(shí)習(xí)時(shí)間、地點(diǎn)和內(nèi)容2011-3-02， 學(xué)校西門子實(shí)驗(yàn)室；了解PLC-200CPU和擴(kuò)展模塊、通訊和網(wǎng)絡(luò)功能等。2011-3-09 ，云南銅業(yè)冶煉加工總廠，了解生產(chǎn)工藝流程；云銅股份冶煉加工總廠的銅冶煉采用火法冶煉工藝，主要工藝流程為混合銅精礦先進(jìn)人艾薩爐中熔煉，熔煉產(chǎn)生的冰銅及爐渣混和熔體進(jìn)入貧化電爐進(jìn)行沉降分離，再由臥式轉(zhuǎn)爐將電爐沉降出的冰銅進(jìn)行吹煉，進(jìn)一步脫氧脫硫成粗銅、轉(zhuǎn)爐渣和煙氣。其中粗銅送陽(yáng)極反射爐精煉爐渣返電爐。煙氣經(jīng)余熱鍋爐回收余熱和電收塵器降溫收塵后送到硫酸分廠制酸，余熱鍋爐收下的煙塵經(jīng)破碎后返回電爐，電收塵器收下的煙塵送入電爐。整個(gè)工藝過(guò)程屬于非線性、時(shí)變、復(fù)雜耦合。二、云銅艾薩爐2.1 艾薩爐的認(rèn)識(shí)2011-3-9號(hào)，到云南銅業(yè)冶煉加工總廠進(jìn)行實(shí)習(xí)，對(duì)冶煉的流程有了初步的理解。艾薩爐體積小，反應(yīng)速度快，熔煉效率高，節(jié)省二次能源，環(huán)保效果好 在澳大利亞的芒特艾薩、美國(guó)的賽浦路斯等廠的實(shí)踐證明比傳統(tǒng)的火法工藝先進(jìn)，適合云南銅業(yè)股份有限公司電爐流程的改造 要獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益，日常的生產(chǎn)操作和工藝控制將是降低成本的重要環(huán)節(jié)。降低生產(chǎn)成本可以從低消耗、高產(chǎn)出著手，包括：控制好渣型、冰銅品位、爐子的操作，從作業(yè)率高、產(chǎn)量高、設(shè)備壽命長(zhǎng)、人力投入少等方面 由于艾薩爐及其工藝減少了煉前處理（如：電爐流程的燒結(jié)工序）， 因此許多指標(biāo)的控制都轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂瓢_爐的熔池反應(yīng)。世界有色金屬工業(yè)多年來(lái)采用了由澳大利亞蒙苔艾薩公司發(fā)展的艾薩熔煉法和艾薩電解法等先進(jìn)技術(shù)，使得生產(chǎn)效率大大提高。艾薩爐采用襯有耐火磚的平頂圓形爐體。噴槍由爐頂插入爐內(nèi)，向爐中的熔融體內(nèi)的渣、冰銅和金屬的混合物噴射氣體、氧氣和燃料，形成強(qiáng)烈的攪拌流體，保證原料和氧氣間的快速反應(yīng)。爐內(nèi)熔渣濺起時(shí)在噴槍上形成掛層，保護(hù)了噴槍露出熔融體部分不受強(qiáng)烈腐蝕環(huán)境的損壞。艾薩爐的產(chǎn)品冰銅、金屬和渣的混合物從爐底部帶有冷卻水套的排礦口排出，進(jìn)入沉淀爐，利用冰銅和渣的不同比重分離。艾薩熔煉法的特點(diǎn)在于其獨(dú)特的噴槍低壓旋渦器設(shè)計(jì)和多年來(lái)蒙苔艾薩銅冶煉廠積累的豐富的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。云南銅業(yè)股份有限公司1999年3月21日與澳大利亞MIMPT公司簽訂引進(jìn)艾薩法銅熔煉技術(shù)合同于同年9月破土動(dòng)工，2001年設(shè)備開始安裝，2002年5月9日爐子點(diǎn)火，15日投料生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了艾薩爐一次投產(chǎn)成功。艾薩爐一次投產(chǎn)成功，不但為提高產(chǎn)能打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，降低了能耗，而且把總硫利用率提高到了92以上，為解決環(huán)境污染問(wèn)題創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)還提高了公司技術(shù)和裝備水平。經(jīng)過(guò)28個(gè)月的正常生產(chǎn)艾薩爐系統(tǒng)于2004年9月11日完成了第一爐期的生產(chǎn)。第二爐期經(jīng)過(guò)近個(gè)月的建設(shè)，系統(tǒng)于2005年2月25日投入第二爐期的生產(chǎn)。艾薩爐在運(yùn)行了34個(gè)月后進(jìn)入第二次檢修。34個(gè)月的爐期，再創(chuàng)爐壽新高。圖1為云南銅業(yè)（集團(tuán)）有限公司的艾薩爐圖1 云銅艾薩爐云銅艾薩爐髙65米，共15層。 云南銅業(yè)（集團(tuán)）公司通過(guò)對(duì)艾薩銅熔煉爐的引進(jìn)消化吸收和二次創(chuàng)新，創(chuàng)造了在全球8座同類爐子中體積最大、廠房占地最小、余熱鍋爐結(jié)構(gòu)最合理、建設(shè)周期最短、達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)用時(shí)最短、第一期爐齡最長(zhǎng)的世界紀(jì)錄，運(yùn)行4年多來(lái)各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均處于世界領(lǐng)先水平，實(shí)現(xiàn)了對(duì)富氧頂吹煉銅技術(shù)的完善和重大技術(shù)跨越。三、銅冶煉艾薩爐配料系統(tǒng)云銅艾薩爐倉(cāng)式配料不僅較好地解決了國(guó)內(nèi)銅精礦成分復(fù)雜的問(wèn)題，很好地利用了進(jìn)口銅精礦成分較穩(wěn)定的特性，而且使配料吊車的作業(yè)率降低了2530。但是。幾年來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐表明艾薩爐倉(cāng)式配料仍然難以解決配料成分波動(dòng)性較大的問(wèn)題。本文根據(jù)云銅艾薩爐原料的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有配料設(shè)施，探討應(yīng)用堆取料機(jī)實(shí)現(xiàn)配料進(jìn)一步提高配料成分穩(wěn)定性的可行性。3.1配料分析在艾薩爐的熔池反應(yīng)中：生產(chǎn)效率、熱平衡、爐渣性質(zhì)是操作控制的主要內(nèi)容，要獲得高的生產(chǎn)效率，須在控制好爐渣性質(zhì)和熱平衡的基礎(chǔ)上，增加產(chǎn)量，降低消耗 爐渣的性質(zhì)主要是討論渣的化學(xué)成份、粘度、熔點(diǎn)、酸堿性等特性 在工藝和原料確定的條件下，艾薩爐內(nèi)主要是硅、鐵渣的性質(zhì)，在富氧噴入渣層后的反應(yīng)中，會(huì)多產(chǎn)生一定量的Fe3O4使渣的粘度升高 渣中氧的透氣性很關(guān)鍵，透氧性差則氧化反應(yīng)速度, 下降，溫度下降，易產(chǎn)生泡沫渣，生產(chǎn)效率隨之下降，嚴(yán)重時(shí)，停料保溫處理爐況 所以，要求配料工作要做到：1.物料成份分析準(zhǔn)確、穩(wěn)定，主要元素成份穩(wěn)定在0.5； 2. 園盤穩(wěn)定給料，電子稱稱量精確度1；渣型（ Fe SiO2 ）須穩(wěn)定在一個(gè)較窄的范圍內(nèi)，同時(shí)要求一定的工藝、操作控制水平 配料工作中，頭兩條是新投入的設(shè)備的基本性能所保證的，第3條是日常工作中須經(jīng)常對(duì) Fe SiO2 進(jìn)行計(jì)算、檢驗(yàn)和控制 因此配料計(jì)算的日常核心工作內(nèi)容是渣型計(jì)算 在熔池反應(yīng)正常操作的前提下，加減煤或油保持所需的熱平衡 關(guān)于渣型的控制，經(jīng)過(guò)推導(dǎo)可以得到渣型的計(jì)算公式：A*= Fe SiO2 =Fe-Cu(68.62/Cu-0.985)/SiO2Cu冰銅中的銅的質(zhì)量百分比； Cu原料中的銅的質(zhì)量百分比；SiO2渣熔體中的鐵的質(zhì)量百分; Fe原料中的鐵的質(zhì)量百分比； SiO2原料中的二氧化硅的質(zhì)量百分比公式推導(dǎo)條件：（1）冰銅中硫的含量在23% -24 % 之間，取含硫值為23.34% ；（2）冰銅中 F eS +CuS占90 %-95 %,取值93 %;（3）冰銅品位值取60 %，也就確定了總脫硫率；（4）冰銅含銅的直收率為 98.5 %如圖3 數(shù)學(xué)模型動(dòng)作過(guò)程：圖3 數(shù)學(xué)模型動(dòng)作過(guò)程圖3.2 配料計(jì)算過(guò)程工藝控制要求： 1. 渣型；嚴(yán)格按FeSiO2左右要求；2. 冰銅品位：由熔池反應(yīng)控制，它的波動(dòng)將影響渣型和生產(chǎn)秩序，在此用設(shè)計(jì)值60%,； 3.爐溫：在快速反應(yīng)過(guò)程中，穩(wěn)定控制爐溫是個(gè)關(guān)鍵，由熱平衡計(jì)算的用煤量通過(guò)二次配料加入，煤的比例數(shù)據(jù)需要隨時(shí)從艾薩爐計(jì)算機(jī)傳送到配料計(jì)算機(jī)! 第一次計(jì)算：當(dāng)條件輸入，以最新原料成份或分析結(jié)果輸入后（由X熒光室傳送）經(jīng)操作員站確認(rèn)后開始進(jìn)行計(jì)算 原料按礦種在計(jì)算機(jī)內(nèi)分區(qū)擺放，以大平衡配比為第一配料進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算機(jī)內(nèi)存放的大平衡配比，已考慮了金屬量和礦量，能適應(yīng)生產(chǎn)變化的需要 煤的比例由艾薩爐的計(jì)算機(jī)根據(jù)配比的原料物相組成計(jì)算出來(lái)后傳送給配料系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，待配好的料有分析數(shù)據(jù)后再進(jìn)行校正! 計(jì)算機(jī)內(nèi)有固定格式，根據(jù)成份分礦種擺放，大平衡配比需有多種情況與礦種情況對(duì)應(yīng)，或以第一種情況為準(zhǔn)，當(dāng)缺少某一礦種時(shí)按各種礦比例分配缺少這一礦種的比例，缺少的某一礦種，按比例及配料總數(shù)量換算出該礦種的少配入的數(shù)量加在該礦種的總量上，以此來(lái)提高今后該種礦配比的比例，增加的比例按各種礦比例對(duì)應(yīng)減少 計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的礦種選擇對(duì)應(yīng)關(guān)系，不論是哪一種情況，進(jìn)行配料計(jì)算后得到的數(shù)據(jù)均采用下面的判別式進(jìn)行判別：A*= FeSiO2 =Fe-Cu(68.62/Cu-0.985)/SiO2A*在1.13-1.23之間，A*1.13減白沙比例0.65，若白沙比例不夠，比例三倍數(shù)減氧化礦，減去的比例加在：1.Cu在在 1范圍內(nèi)時(shí)，加在硫精礦上；含Cu在1 范圍外，高時(shí)加在金精礦上，低時(shí)加在銅精礦或高含銅進(jìn)口礦上。A* 1.20加氧化礦，相應(yīng)減去銅精礦和硫精礦比例（硫礦占70，銅礦占 30）3.3倉(cāng)式配料存在的問(wèn)題艾薩爐倉(cāng)式配料主要過(guò)程為成分變化大的國(guó)內(nèi)銅精礦先通過(guò)吊車進(jìn)行堆式二次配料然后再搭配進(jìn)1#、3#銅精礦進(jìn)行倉(cāng)式配料該配料方式存在一定的問(wèn)題。 3.3.1原料預(yù)處理大，混料成分不均國(guó)內(nèi)銅原料礦種多，成分變化大，其中4個(gè)主要元素Cu、Fe、S、SiO2的成分變化都在10以上，這樣的原料需經(jīng)過(guò)預(yù)先混勻(堆式二次配料) 處理才能用于倉(cāng)式配料。從2006年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，需要進(jìn)行預(yù)處理的銅精礦量達(dá)到70萬(wàn)t。目前堆式二次配料的主要問(wèn)題為：配料采用抓斗吊車進(jìn)行，人工操作不易實(shí)現(xiàn)混勻：國(guó)內(nèi)銅精礦成分變化大，難于達(dá)到混料成分均勻的目的。3. 3.2配料控制困難。物料成分波動(dòng)大 (1)原料中的雜物在卸礦和配料過(guò)程中均難于清除，雜物對(duì)倉(cāng)式配料的穩(wěn)定給料影響較大，造成配料難于控制。(2)倉(cāng)式配料采取在線連續(xù)配料方式，配料過(guò)程中出現(xiàn)給料偏差時(shí)，無(wú)法對(duì)偏差進(jìn)行消除。3.3.3.吊車作業(yè)率高配料吊車的作業(yè)數(shù)量是艾薩爐生產(chǎn)量的3倍，吊車的作業(yè)率最高達(dá)90以上。3.4 堆取料機(jī)在艾薩爐配料中應(yīng)用探討3.4.1堆取料機(jī)的性能斗輪堆取料機(jī)是利用斗輪連續(xù)取料帶式輸送機(jī)連續(xù)堆料的裝卸機(jī)械。它是散狀物料(散料)儲(chǔ)料場(chǎng)內(nèi)的專用機(jī)械可與帶式輸送機(jī)組成儲(chǔ)料場(chǎng)運(yùn)輸機(jī)械化系統(tǒng)，生產(chǎn)能力每小時(shí)可達(dá)l萬(wàn)多噸。斗輪堆取料機(jī)有堆料和取料兩種作業(yè)方式。堆料由帶式輸送機(jī)運(yùn)來(lái)的散料經(jīng)尾車卸至臂架上的帶式輸送機(jī)，從臂架前端拋卸至料場(chǎng)。取料是通過(guò)臂架回轉(zhuǎn)和斗輪旋轉(zhuǎn)連續(xù)實(shí)現(xiàn)的。3.4.2 堆取料機(jī)應(yīng)用的可行性(1)3#、4#精礦倉(cāng)可以實(shí)現(xiàn)多種物料的倉(cāng)式配料。(2)配出的物料可利用現(xiàn)有的物料運(yùn)輸流程。(3)不破壞現(xiàn)有物料運(yùn)輸系統(tǒng)，當(dāng)堆取料機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)可直接進(jìn)行倉(cāng)式配料。(4)改造可以在生產(chǎn)的狀況下進(jìn)行，不影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。通過(guò)3#、4#礦精礦倉(cāng)完成倉(cāng)式配料配出的物料經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)站進(jìn)入現(xiàn)上料系統(tǒng)的9#皮帶運(yùn)輸機(jī)，然后連接到堆取料機(jī)的皮帶運(yùn)輸機(jī)上面最終實(shí)現(xiàn)堆料和混料功能?；玖鞒倘缦拢?1)原料卸礦：進(jìn)廠原料(火車皮和汽車)通過(guò)3#、4#中精礦倉(cāng)的抓斗吊車完成卸礦：汽車礦通過(guò)檢驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)入3#精礦倉(cāng)。(2)原料堆放和儲(chǔ)備：卸下的原料按不同的礦種分倉(cāng)堆放。(3)倉(cāng)式配料：通過(guò)3#、4#礦精礦倉(cāng)內(nèi)配置的配料倉(cāng)進(jìn)行倉(cāng)式配料。倉(cāng)式配料時(shí)，可以對(duì)入爐料成分進(jìn)行初步控制配料方式比較靈活。(4)物料轉(zhuǎn)運(yùn)：3#、4#精礦倉(cāng)完成倉(cāng)式配料的混合物料通過(guò)礦皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)站。在9#皮帶運(yùn)輸機(jī)的中部被卸料器卸下進(jìn)入振動(dòng)篩完成雜物、塊料與原料的分離然后再通過(guò)皮帶運(yùn)輸機(jī)送到堆取料機(jī)。(5)堆取料機(jī)的堆式配料：3#、4#精礦倉(cāng)配出的成分不是很均勻的混合物料通過(guò)堆取料機(jī)在堆料場(chǎng)地上進(jìn)行堆料和混勻。(6)物料再次混勻：如果要求人爐料成分穩(wěn)定性較高，可以再次進(jìn)行混勻作業(yè)。(7)物料運(yùn)輸：配好的物料可利用堆取料機(jī)直接取料后運(yùn)輸?shù)揭粋€(gè)中間料倉(cāng)內(nèi)。然后通過(guò)圓盤給料機(jī)進(jìn)入上料系統(tǒng)。 (8)備用配料系統(tǒng)：在改建堆配料場(chǎng)時(shí)，不對(duì)原有物料運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行大的改變繼續(xù)保留原有配料功能。 3.5 備料系統(tǒng)原備料系統(tǒng)有兩個(gè)精礦倉(cāng)，精礦存儲(chǔ)量40000 t左右，考慮到艾薩爐投入后產(chǎn)能擴(kuò)大，備料系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)建，新建3#、4#精礦倉(cāng)(30mxl50m)，儲(chǔ)礦量40000 45 000t。沿用原有的一個(gè)熔劑倉(cāng)和煤倉(cāng)，向艾薩爐供煤和熔劑。配料采用抓斗吊車配料。對(duì)原有的6個(gè)中間精礦倉(cāng)進(jìn)行改造，改造后4個(gè)作為中間精礦倉(cāng)，1個(gè)作為中間煤倉(cāng)，1個(gè)作為中間熔劑倉(cāng)。實(shí)行二次補(bǔ)煤，大部分的煤通過(guò)煤倉(cāng)在中間精礦倉(cāng)之前與精礦混合，少量的煤直接運(yùn)至中間煤倉(cāng)用于艾薩爐爐溫微調(diào)。大部分熔劑在精礦倉(cāng)內(nèi)和精礦搭配，少量的熔劑運(yùn)至中間熔劑倉(cāng)用于艾薩爐渣型微調(diào)。中間精礦倉(cāng)下配置制粒機(jī)對(duì)混合精礦進(jìn)行制粒，新增兩臺(tái)巾55m制粒機(jī)，共計(jì)4臺(tái)655In制粒機(jī)。圖2 銅生產(chǎn)工藝流程四、艾薩爐控制系統(tǒng) 4.1 硬件配置 艾薩工藝從上料子系統(tǒng)、冷卻水子系統(tǒng)、供風(fēng)子系統(tǒng)、供油子系統(tǒng)到爐子本體，流程長(zhǎng)，監(jiān)控對(duì)象多。根據(jù)工藝特點(diǎn)和各子系統(tǒng)的實(shí)際地理分布位置，本套控制系統(tǒng)設(shè)3臺(tái)操作員站、1臺(tái)工程師站、3個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖3圖3 艾薩爐DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖4.2 軟件結(jié)構(gòu)(1)專業(yè)+級(jí)工作站(Professional plus工作站) 軟件包。(2)專業(yè)級(jí)工作站(Professional工作站)軟件包。(3)操作級(jí)工作站軟件包。操作級(jí)工作站軟件包，向操作員提供操作接口功能。(4)基站軟件包。基站軟件包允許系統(tǒng)組態(tài)工程師根據(jù)需要配置DeltaV系統(tǒng)工作站。4.2.1操作接口軟件系統(tǒng)的操作接口軟件為設(shè)備的操作控制和監(jiān)視提供了多種軟件工具：(1)操作接口界面。(2)事件日志。(3)診斷工具。(4)報(bào)警管理。(5)趨勢(shì)分析。(6)Excel插件(一種制表軟件)。4.2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件艾薩爐的控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件由澳大利亞的MIPAC公司進(jìn)行設(shè)計(jì)、組態(tài)、調(diào)試。主要依據(jù)是澳大利亞MIMPT公司在本國(guó)艾薩爐上多年的成功工藝控制模型與云銅的歷次設(shè)計(jì)審查、技術(shù)協(xié)議要求及技術(shù)合同規(guī)定的內(nèi)容。4.2.3 控制功能本系統(tǒng)具備DCS常規(guī)的工藝流程監(jiān)測(cè)工藝參 數(shù)檢測(cè)、顯示、報(bào)警，設(shè)備狀態(tài)顯示，設(shè)備聯(lián)鎖控制，回路自動(dòng)調(diào)節(jié)控制等功能。主要的控制功能如下：(1)上料系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了上料流程設(shè)備的順序啟動(dòng)、停車聯(lián)鎖控制，銅精礦、煤和熔劑的自動(dòng)稱量控制和原料配方控制，輸送皮帶的跑偏、撕裂等報(bào)警，料倉(cāng)振打器自動(dòng)控制等。(2)噴槍卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了噴槍手動(dòng)、自動(dòng)的快速、慢速和蠕動(dòng)提升下放控制，噴槍聯(lián)鎖控制，噴槍準(zhǔn)確定位控制，噴槍重量監(jiān)測(cè)。(3)噴槍端部壓力控制系統(tǒng)。能自動(dòng)顯示、調(diào)節(jié)噴槍在熔池內(nèi)的深度。(4)燃燒控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了熔煉氧氣、煤燃燒氧氣、油燃燒氧氣、工藝用風(fēng)、二次燃燒空氣的自動(dòng)串級(jí)控制。(5)溫度控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了熔池、耐火磚和煙氣溫度的自動(dòng)檢測(cè)、報(bào)警。(6)爐子冷卻水控制系統(tǒng)。(7)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)。能對(duì)艾薩爐風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程加載、卸載，壓力設(shè)定，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)。(8)保溫?zé)煜到y(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)保溫?zé)斓娜紵刂?，還對(duì)燒嘴卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制。(9)外圍設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)艾薩爐余熱鍋爐、貧化電爐、氧氣站、硫酸風(fēng)機(jī)、收塵風(fēng)機(jī)等保持信號(hào)聯(lián)系，使操作員能實(shí)時(shí)了解前后工序及相關(guān)配套系統(tǒng)的運(yùn)行情況。(10)分析數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)。與配料DCS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊能同時(shí)得到熒光分析儀傳給配料DCS的分析數(shù)據(jù)，使操作員能及時(shí)掌握原料成分、冰銅品位等相關(guān)的分析數(shù)據(jù)，正確指導(dǎo)生產(chǎn)。(11)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。4.2.4完善艾薩爐燃燒控制程序艾薩熔煉高強(qiáng)度快速冶煉的特性，要求艾薩爐入爐料量及料成分穩(wěn)定供給。料量或料成分的波動(dòng)都將導(dǎo)致熔池溫度波動(dòng)、操作困難。由于云銅艾薩爐暫沒(méi)有實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制，而爐子加煤量、加油量需要人工輸人調(diào)整操作工還要不時(shí)地調(diào)整富氧濃度，才能維持熔池溫度波動(dòng)在可接受范圍內(nèi)。如果入爐料量不斷波動(dòng)勢(shì)必造成不斷地調(diào)整加煤量、加油量和富氧濃度。若料量波動(dòng)超出可控制范圍爐溫及爐內(nèi)反應(yīng)將失去控制，即使操作工頻繁地調(diào)整以上參數(shù)維持熔池溫度在一定范圍也將造成爐溫、渣型和冰銅品位的大幅波動(dòng)。進(jìn)而影響工藝穩(wěn)定、縮短爐子壽命。MIM的實(shí)踐證明，料量的波動(dòng)會(huì)產(chǎn)生加料損失。而料量的穩(wěn)定可提高爐子的有效熔煉速率。(1)在MIM公司，MIPAC公司的原設(shè)計(jì)中，云銅公司的艾薩爐熔煉燃燒所需氧氣總量是通過(guò)計(jì)算以下要素的總和而得出：熔煉氧氣；煤燃燒氧氣；油燃燒氧氣。 其中熔煉氧氣是與精礦反應(yīng)所需的氧氣數(shù)量。精礦的總噸數(shù)是1”、2。、5。、6。皮帶電子稱的瞬時(shí)料量之和。送人爐子的氧氣量與4臺(tái)皮帶電子稱的瞬時(shí)料量之和按一定的氧料比進(jìn)行串級(jí)計(jì)算和控制。(2)通過(guò)對(duì)MIPAC公司的DCS控制程序進(jìn)行分析后認(rèn)為，將料量按氧料比進(jìn)行串級(jí)計(jì)算和控制的方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹?3)該善后的效益：穩(wěn)定了爐溫，提高了爐壽；減少了燃油消耗；每月減少燃油消耗2萬(wàn)L；穩(wěn)定了氧氣站運(yùn)行，提高了空分工藝的穩(wěn)定性；減少了相關(guān)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作頻率，降低了儀表的維護(hù)費(fèi)用；穩(wěn)定了余熱鍋爐運(yùn)行。降低了煙塵率，減輕煙道粘結(jié)及降低了鍋爐管束的磨損速度。五、銅冶煉余熱鍋爐系統(tǒng)目前，總廠銅冶煉火法工藝余熱蒸汽管網(wǎng)由9臺(tái)低壓余熱鍋爐 (電爐 1臺(tái)、轉(zhuǎn)爐5臺(tái)、反射爐3 臺(tái))，11個(gè)低壓汽包，及4臺(tái)中壓余熱鍋爐 (轉(zhuǎn)爐2臺(tái)、陽(yáng)極爐2臺(tái))，2個(gè)中壓汽包、2個(gè)除氧器構(gòu)成。由于總廠銅冶煉工藝的一些特殊生產(chǎn)情況，使得不同設(shè)備的余熱鍋爐存在以下特點(diǎn)：(1)對(duì)轉(zhuǎn)爐吹煉而言，每吹煉一爐銅，需多次搖爐。鍋爐煙氣不穩(wěn)定，不同生產(chǎn)周期產(chǎn)生的熱量也不同，這樣就造成熱源變化極大，余熱鍋爐汽包水位波動(dòng)劇烈經(jīng)常出現(xiàn) “假水位”。(2)中壓轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐蒸汽的蒸發(fā)量不穩(wěn)定，鍋爐壓力頻繁升降，造成鍋爐給水泵供水壓力同步反方向頻繁變化，使鍋爐水位不能穩(wěn)定保持，給鍋爐運(yùn)行帶來(lái)了極大的不安全隱患。3)11個(gè)低壓汽包共用1套供水裝置，由于汽包所處位置不在同一層平面上，供水壓力和流量不足時(shí)，會(huì)造成嚴(yán)重的搶水現(xiàn)象。5.1 系統(tǒng)功能低壓和中壓余熱鍋爐自動(dòng)給水控制系統(tǒng)分別采用浙江中控技術(shù)有限公司的SUPCON JX一300XDCS和WebField ECS一100 DCS完成對(duì)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的有效控制。其實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能如下：（1）低壓余熱鍋爐汽包給水系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)及控制。包括電爐、轉(zhuǎn)爐、反射爐的汽包水位自動(dòng)控制，轉(zhuǎn)爐在搖爐期間的汽包水位自動(dòng)控制，水泵聯(lián)鎖控制以及汽包給水壓力自動(dòng)控制。（2）中壓余熱鍋爐汽包給水系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)及控制。包括轉(zhuǎn)爐、陽(yáng)極爐的汽包水位自動(dòng)控制，汽包蒸汽壓力控制，循環(huán)水泵聯(lián)鎖控制。（3）中壓余熱鍋爐除氧器系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制。包括轉(zhuǎn)爐、陽(yáng)極爐的除氧器壓力、水位控制，給水泵聯(lián)鎖控制以及出口壓力控制。（4）中壓余熱鍋爐煙氣溫度的監(jiān)測(cè)。（5）生產(chǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)集中的實(shí)時(shí)顯示及報(bào)警。（6）32藝流程圖對(duì)生產(chǎn)工藝流程的直觀顯示及對(duì)設(shè)備的操作控制。（7）DCS報(bào)表。DCS余熱控制系統(tǒng)總組態(tài)如圖4：圖4 DCS余熱控制系統(tǒng)總組態(tài)5.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)余熱鍋爐自動(dòng)給水控制系統(tǒng)由工程師站、操作員站、現(xiàn)場(chǎng)控制站、繼電器端子柜及相應(yīng)的過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)等組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 十五所示。工程師站內(nèi)部裝有相應(yīng)的組態(tài)平臺(tái)和系統(tǒng)維護(hù)工具，可通過(guò)系統(tǒng)組態(tài)平臺(tái)生成適合于生產(chǎn)工藝要求的應(yīng)用系統(tǒng)。功能包括：系統(tǒng)生成、數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)定義、程序編制、操作組態(tài)、流程圖畫面組態(tài)、報(bào)表程序編制、系統(tǒng)維護(hù)等。操作員站提供操作員完成過(guò)程監(jiān)控管理的人機(jī)界面，機(jī)內(nèi)裝有經(jīng)工程師站組態(tài)編譯無(wú)誤后傳送過(guò)來(lái)的流程圖、監(jiān)控程序文件等，有多窗口畫面顯示功能，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程信息集中顯示、操作和管理。現(xiàn)場(chǎng)控制站是控制系統(tǒng)直接與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行信息交互的I0處理單元，由主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I0卡件、電源模塊、接線端子板及內(nèi)部IO總線等組成，用于完成整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)時(shí)運(yùn)行中的信息采集、控制輸出、現(xiàn)場(chǎng)儀表電源供給等。站內(nèi)大部分卡件按控制要求進(jìn)行了冗余配置，確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。繼電器端子柜用于安裝DCS所需的繼電器、空氣開關(guān)，并實(shí)現(xiàn)中間端子柜的功能。過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)SCnet II實(shí)現(xiàn)工程師站、操作站和現(xiàn)場(chǎng)控制站的連接完成信息、控制命令的傳輸與發(fā)送，并采用雙重化冗余工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)計(jì)，使得信息傳輸可靠、高速 。5.3 控制原理5.3.1汽包水位控制1、 低壓余熱鍋爐汽包水位的一般控制方案如圖5圖5 余熱鍋爐自動(dòng)給水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由于低壓余熱鍋爐自動(dòng)給水控制為改造項(xiàng)目，考慮到原有工藝參數(shù)檢測(cè)儀表存在一定的缺陷，還有在銅冶煉的不同生產(chǎn)周期中，爐溫對(duì)相應(yīng)汽包水位的影響為轉(zhuǎn)爐較大，而電爐、反射爐較小的情況，為了抑制汽包“虛假水位”對(duì)調(diào)節(jié)過(guò)程的影響，在控制方案選擇時(shí)轉(zhuǎn)爐汽包水位控制采用以蒸汽流量作為前饋信號(hào)的三沖量串級(jí)變PID參數(shù)加特殊規(guī)則控制的調(diào)節(jié)方案；而電爐、反射爐汽包水位控制采用單沖量變PID參數(shù)加特殊規(guī)則控制的調(diào)節(jié)方案。實(shí)踐證明。兩種不同的控制方案對(duì)各自的控制對(duì)象（汽包水位）均有很好的調(diào)節(jié)作用，特別是針對(duì)特定對(duì)象而采取的規(guī)則控制。對(duì)汽包水位的穩(wěn)定調(diào)節(jié)起到了至關(guān)重要的作用。在串級(jí)控制方案中采用兩個(gè)單回路串聯(lián)加前饋的形式，增加了系統(tǒng)的靈活性，提高了控制精度，簡(jiǎn)化了程序。低壓轉(zhuǎn)爐汽包水位前饋三沖量串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖如圖6所示。圖6 低壓轉(zhuǎn)爐汽包水位控制方框圖2 、變PID參數(shù)的作用采用單沖量或是前饋、串級(jí)三沖量來(lái)控制汽包水位是一種經(jīng)典的控制理論，但照搬這一理論用在銅冶煉低壓余熱鍋爐汽包水位控制上并沒(méi)有取得理想的效果。表現(xiàn)為：若將PID參數(shù)用得稍強(qiáng)一點(diǎn)則系統(tǒng)出現(xiàn)頻繁震蕩，若將PID參數(shù)用得稍弱一點(diǎn)則有時(shí)又不能很好地控制水位。也就是說(shuō)冶煉過(guò)程對(duì)汽包水位的擾動(dòng)太大且不是一種固定的模式，因此不存在一組適應(yīng)全過(guò)程的PID參數(shù)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)反復(fù)編程實(shí)現(xiàn)，最終采用變PID加規(guī)則的控制方式， 即在不同水位范圍內(nèi)對(duì)PID回路使用不同的PID參數(shù)。特別是針對(duì)不同爐子的汽包使用不同的控制規(guī)則。收到理想的效果水位穩(wěn)定、調(diào)節(jié)閥動(dòng)作次數(shù)減少，閥門使用壽命延長(zhǎng)。3、 搖爐期間低壓轉(zhuǎn)爐汽包的水位控制轉(zhuǎn)爐搖爐期間是轉(zhuǎn)爐汽包水位控制的特殊時(shí)期。這段時(shí)期由于轉(zhuǎn)爐停止吹煉，爐口搖離煙罩，導(dǎo)致沉塵室及煙道溫度大幅度下降，從而使汽包水位急劇下降，蒸發(fā)量大幅度減小。針對(duì)這一情況，本系統(tǒng)在搖爐期間對(duì)汽包給水采用物質(zhì)平衡原理控制。即當(dāng)搖爐信號(hào)到來(lái)時(shí)讓汽包的給水流量等于蒸汽流量，這一過(guò)程持續(xù)到搖爐信號(hào)消失且轉(zhuǎn)爐進(jìn)行正常吹煉為止。這樣就保證了汽包水位在搖爐信號(hào)到來(lái)前與搖爐信號(hào)結(jié)束后一致。4、 中壓余熱鍋爐汽包水位的控制方案采用以汽包蒸汽流量為前饋信號(hào)汽包給水流量和汽包水位串級(jí)的前饋加串級(jí)反饋控制方案。并針對(duì)搖爐與不搖爐兩種狀況。設(shè)置不同的水位控制設(shè)定值，使汽包水位保持在設(shè)定范圍之內(nèi)。同時(shí)增加轉(zhuǎn)爐和陽(yáng)極爐吹煉或停吹的識(shí)別信號(hào)，在DCS接收到識(shí)別信號(hào)后，DCS控制程序設(shè)置延時(shí)2min。因?yàn)?min后的鍋爐汽包水位是比較真實(shí)的水位，然后DCS再根據(jù)鍋爐汽包真實(shí)水位進(jìn)行水位控制。并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)儀表的情況及操作員的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)調(diào)節(jié)回路的輸出進(jìn)行限幅，使控制平穩(wěn)、精確，滿足工藝要求。此方案運(yùn)行后。由于轉(zhuǎn)爐、陽(yáng)極爐中壓鍋爐汽包直徑相對(duì)于低壓