銀轉爐天然氣燃燒器控制系統改造

侯幫炬， 吳建華， 胡 俊

(大冶有色稀貴金屬廠， 湖北 黃石 435000)

銀轉爐天然氣燃燒器控制系統改造

侯幫炬， 吳建華， 胡 俊

(大冶有色稀貴金屬廠， 湖北 黃石 435000)

針對銀轉爐的天然氣燃燒器實踐應用中的不足和缺陷，對控制系統進行升級改造。本控制系統由西門子LMV51系列程序控制器、SQM伺服執行器等組成，通過Canbus總線進行控制。現場外圍控制由觸摸屏和PLC組成?，F場工況通過Profibus DP總線傳送到廠中控系統中進行實時監控。通過改造控制系統，銀轉爐達到了安全、節能、管控一體化的要求。

自動控制； 程序控制器； Canbus總線

在白銀冶煉過程中，通常使用小轉爐對粗銀粉進行吹煉除雜及熔鑄成陽極進行電解。近年來隨著大冶有色稀貴金屬廠白銀產量的大幅攀升及國家節能減排工作的推進，恰逢大冶有色稀貴新工業園建設，為銀轉爐燃燒控制系統再次進行改造升級帶來機遇，升級改造后的銀轉爐自2013年4月改造投產以來，使用效果較好?，F場通過觸摸屏進行操作調節，界面友好，燃燒器過程參數通過Profibus DP通信接入園區橫河CS3000總控DCS系統實時監控，實現過程參數實時記錄保存，歷史趨勢查詢、能耗分析等功能。本文還對運行過程中常見故障進行了分析總結，并提出處理對策。

1 工藝設備簡介和改造歷程

銀轉爐外觀結構類似于銅轉爐，中間采用耐高溫鍋爐鋼板卷制，內部采用耐火磚砌筑熔池，兩邊是可拆卸端蓋，方便爐窯砌筑和檢修，爐體滾圈通過四只拖滾支撐，爐體齒圈和減速機齒輪嚙合傳動，通過電機正反轉進加料和出料操作。燃燒器安裝在傳動裝置對面爐體端蓋上，風、氣管和燃燒器連接，隨轉爐一起轉動，燃燒過程煙氣通過高溫風機引入收塵器，回收有價金屬和尾氣達標排放，轉爐主體設備圖見圖1。

圖1 轉爐主體設備圖

大冶有色稀貴金屬廠自2000年開始使用銀轉爐吹煉工藝，將粗銀粉加入銀轉爐升溫融化加藥造渣，插入空壓風管進行吹煉進一步驅除雜質，經取樣化驗合格澆模鑄錠成銀陽極進行電解，最終通過中頻熔鑄成品位99.99%以上銀錠，大冶有色稀貴金屬廠生產的“大江”牌白銀已通過倫敦貴金屬交易所注冊認證。

燃燒系統能源歷經燃油、燃氣改造，2004年成功實現柴油燃燒器到天然氣燃燒器過渡，能耗成本有了大幅下降，且消除了柴油沒有充分燃燒的黑煙造成的廠房污染，廠房環境得到改善；2007年由于白銀產量的增加，轉爐系統進行了擴能改造，生產能力由2 t/爐增加到4 t/爐，燃燒器也由原來的國產燃燒器升級為美國Hauck公司SVG260MR型進口燃燒器，核心部件為西門子LFL1.335程序控制器。

2 存在的主要問題及分析

改造前燃燒系統相對于原國產天然氣燃燒器，天然氣消耗有小幅下降，由于使用西門子LFl1.335燃燒器專用程控器安全性有了一定程度提高，但是仍存在以下幾個方面的問題，主要體現如下：

(1) 點火、探火裝置可靠性不高，點火電極經常由于積碳或高溫陶瓷炸裂漏電無法點火，且使用離子探針經常探測不到火焰誤報，導致燃燒系統經常保護并點不著火，嚴重影響生產，維護壓力大。

(2) 火焰不好調節，完全靠人工控制手動球閥開啟度來控制火焰大小，且空燃比不好調節，容易發生火焰不穩定熄滅或燃燒不充分現象。

(3) 由于火焰調節不便，以至于操作工人在整個生產過程中始終保持最大火力，一方面造成能源浪費，另一方面對燃燒器和轉爐壽命有影響。

3 改造方案及對策

針對燃燒器在實際使用過程中的不足，在工業園建設過程中進行了改造，燃燒器系統見圖2。

圖2 燃燒器系統圖

主要改造過程如下：

(1) 使用進口點火電極，杜絕了陶瓷炸裂的問題，便捷更換處理的的高壓帽接頭，可避免積塵漏電，由于方便拆卸，電極積炭清理便利；另使用紫外線火焰探測器QRA10MC取代離子探針，探火靈敏度增加且更為可靠。為了延長探測器使用壽命，避免高溫損壞探測器，在燃燒器接口上加裝三通，通入壓縮風進行冷卻，點火電極和火焰探測器使用壽命大為延長，由原來的4個爐期提高到12個爐期。

(2) 天然氣雙電磁閥組后增加SQM45.295A9電動蝶閥執行器，助燃風官道上增加SQM48.497A9電動蝶閥執行器。其中SQM45.295A9額定轉矩 3 Nm (保持轉矩減去1.5 Nm)，運行時間10～120 s，通過CAN bus控制和反饋信號，使用步進電機，前支架，D型驅動軸；SQM48.497A9額定轉矩20 Nm，運行時間30～120 s，通過CAN bus控制和反饋信號，轉角0～90°，使用步進電機、前支架及平行槽驅動軸。控制精度大為提高。

(3) 將原LFl1.335升級為LMV51.100C2程序控制器。LMV51是一個專業燃燒器管理系統，它包括一個基于微處理器的主控制器及相關監控組件，該集成燃/空比燃燒控制器適用于強制鼓風式燃燒器，可同時控制4執行器并進行負荷控制。LMV51系統具有控制和監控功能。為方便參數調節，標配了AZL52顯示和操作單元。它帶有4×16字符背景文本顯示功能，用于控制面板安裝的分離單元。

(4)增加一套S7- 200PLC系統，對過程開關量和模擬量進行采集及輔助控制，另通過和AZL52顯示和操作單元進行MODBUS RTU通信，采集LMV51.100C2程序控制器參數，PLC系統通過EM277通信模塊和園區橫河CS3000系統進行Profibus DP通信，將過程參數上傳到DCS操作站畫面監控顯示。達到安全、可靠、節能、管控一體化的要求。系統網絡圖見圖3。

圖3 系統網絡圖

4 參數設置及常見故障處理

4.1 AZL參數設置

通過AZL按系統實際配置進行參數設置，具體參數設置參見LMV51用戶手冊。其中調節執行器參數設置按如下方式執行：

(1) 先確保將LMV51和調節執行器之間通過西門子AGG5.641專用電纜進行連接，并接線無誤；

(2) 進入AZL《Params & Display 參數&顯示》→《Actuators執行器》→《Addressing編址》該菜單包括編址執行器的選擇 (例如空氣執行器)。通過適當的光標選擇和按Enter按鈕用戶可以選擇需要的執行器功能。通過Enter按鈕啟動地址分配。AZL稍后將會提示用戶按編址執行器上的按鈕。AZL5…確認成功的地址分配。當然，執行器的地址要進行檢查，防止現在出現閃爍代碼。對于該系統的其它執行器該過程可以重復進行，但是 AZL5… 不允許重復分配。否則，AZL…會通知用戶該執行器已被使用；執行器通過 LED 給出地址號。閃爍間隔是200 ms：1pulse，1個脈沖?air actuator空氣執行器，2 pulses2個脈沖?gas actuator燃氣執行器，在每一個閃爍循環后，有1.2 s的暫停[1]；

(3) 當需要更換，維修或編址錯誤(用戶造成的地址分配錯誤)時，該功能可以對已經編址好的執行器進行重新設置。使用該功能時，用戶必須在正常運行下長按執行器編址按鈕至少10 s。然后執行器將會重新設置它的地址，這些地址由待機狀態下LED指示。

(4) 選擇旋轉方向定義時，由 AZL5…進入以下菜單：《Params & Display 參數&顯示》→《Actuators執行器》→《DirectionRot旋轉方向》，可以選擇《Standard逆時》 和《Reversed順時針》：檢查旋轉方向時，每一個執行器都要移動到無故障待機模式的初始位置。參數被編入主控器文檔內，這樣當更換執行器時就不需要再重新進入旋轉方向。設置點火位置或曲線后，只有刪除設置菜單《Delete Curves刪除曲線》上的曲線和點火位置后才可以改變旋轉方向[1]。

(5) 設置空/燃比曲線，在存儲的過程中，LMV5…會根據輸出的上升對各曲線點進行設置。這就意味著只要輸出設置正確，就可以任意輸入曲線點。以這種方法一個點一個點進行設置，直到達到最小輸出點。存儲最小輸出點后，離開曲線設置。設置空/燃比曲線參數，見表1。

表1 空/燃比曲線設置參數

4.2 常見故障檢查處理

(1) 火焰探測器故障，將UV 火焰探測器拆下可以通過打火機火焰進行檢測，如檢測得到火焰電流說明UV探測器正常；

(2) 點火系統，可將點火變壓器和點火電極一起拆下，除進行常規外觀、繞組阻值、絕緣等檢查外，可以給點火變壓器初級通電，看電極是否能放電或存在漏電現象，檢查過程注意點火變壓器放電高壓，且點火針金屬部分不能和地及其它導體短接，另安裝時要將針尖安裝到適當角度；

(3) 壓力開關和電磁閥等可以通過觸摸屏查看狀態是否正常；

(4) 伺服執行器“Position Fault Air Actuator”或“Internal Fault Gas Actuator”故障檢查伺服執行器轉角是否在正常0～90°范圍內，在待機狀態下，可以嘗試將伺服輸出軸小角度適當轉動，只需將轉角轉回到伺服執行器0～90°范圍內，就可以排除故障，且執行器可以自動轉回到起始位0°；

(5) 其余故障不多見，LMV51可以自動診斷，通過查詢AZL上故障代碼，參考用戶手冊進行排除。

4 效益分析及不足

本次改造，徹底解決了轉爐燃燒器燃燒安全性問題，完全實現自動點火、火力無極調節、溫度控制，天然氣燃燒火焰質量好熱值高，大幅降低了銀轉爐吹煉銀粉過程中天然氣單耗，陰陽極板單耗由改造前的1.0 Nm3/kg降低到改造后的0.8 Nm3/kg,一年約可減少天然氣消耗70 000 Nm3,節約生產成本20余萬元，經濟效益十分明顯。同時燃燒工況傳送DCS系統，可以實現遠程監控，實時掌控設備工況和能耗，關鍵過程參數可以長期保存。

不足之處由于受限于轉爐熔池溫度高，直接連續測溫很困難，且又要避免測溫元件污染銀，因此本次測溫采用爐轉內預埋測溫套管間接測溫，缺點是有測溫滯后嚴重，且溫差規律性受整個系統影響建模困難，期待今后實踐中再加以改進。

[1] 陸俊.燃燒器技術操作[M].昆明：昆明文化出版社，2012.

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[6] 徐旭常.燒技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2008.

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[8] GB/T 19839—2005.工業燃油燃氣燃燒器通用技術條件[S].

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[10] 陳忠平，侯玉寶.西門子S7- 200系列PLC自學手冊[M].北京：人民郵電出版社，2008.

The Reformation of Control System of Gas Burner of Converter for Silver

HOU Bang-ju，WU Jian-hua，HU Jun

Aimming at the insufficient and defect of the gas burner of the converter for silver, upgrading of control system has been accomplished. This control system consists of SIEMENS LMV51 series program controller, SQM servo actuator and etc. The system is controlled by CANBUS profibus. The peripheral control system consists of touch screen and PLC. The working site is real-time monitored by DP profibus. The messages could be sent to the center control system through the profibus. Through the technical reformation, the system could be safe, energy saving and integration of management and control.

automatic control；programming controller；CANBUS profibus

2015-09-02

侯幫炬(1980-)，男，湖北大冶人，大學本科，電氣工程師，主要從事電氣、儀表、DCS等方面工作。

TF832

B

1003-8884(2015)06-0030-04