Ausmelt爐加料系統的改造與應用

李大為

摘 要：文章介紹了葫蘆島宏躍北方銅業公司Ausmelt熔煉爐過程控制系統的改造，在近一年的生產過程中隨著時間的推移，各種設備的磨損以及爐況的不穩定對熔煉爐主體結構造成了比較嚴重的損耗，被迫對爐體的耐火材料進行過多次的停產檢修，在此過程中積累了很多寶貴的生產經驗，以節能環保，降低成本，在不影響生產質量的前提下，計劃對精礦的混合制粒進行升級改造。改造中涉及的DCS控制系統的設計與程序的編寫在本文中將做進一步的介紹。改造后取消了塊煤的加入，直接減少由于不完全燃燒產生的一氧化碳，二氧化碳等污染物的排放，對后續制酸系統起到了凈化原料氣體，減少大氣污染的作用。取消塊煤的同時將成本更加低廉的煤粉加入到銅精礦的制粒工序中，煤粉與銅精礦混合制粒后加入到熔煉爐與熔池直接接觸可以充分燃燒提高了熱量的利用率，從而減少污染物的排放。

關鍵詞：Ausmelt熔煉爐；節能環保；混合制粒；DCS控制系統

中圖分類號：TP273；TQ545 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）21-0020-02

Ausmelt熔煉爐的核心程序通過加密手段固化在了兩個Lance Control Moudle（噴槍控制模塊：以下簡稱LCM）中，他的熔煉技術是通過對入爐的銅精礦數量及溶劑數量進行檢測后通過LCM自動對入爐的風量，燃料，氧氣等進行精確計算之后經過DCS控制系統輸出給各個控制單元進行自動控制。

Ausmelt公司當初為宏躍北銅設計的熔煉爐是以柴油為噴槍燃料，使用塊煤為爐膛及熔池提供熱量，LCM當中也是使用塊煤的熱值進行計算以達到各個運行參數的平衡。當進行改造時由于核心程序是進行加密的，澳方公司拒絕提供有關LCM的任何有價值信息，我方只能對現有的各項參數進行分析處理以達到所需目的。

1 控制系統介紹

澳方的DCS系統使用的是橫河電機生產的的CS3000系列DCS，我方外圍的控制系統由德國西門子公司的PLC組成，兩組控制系統之間有許多控制參數進行交換，改造中增加的設備要使用不同的軟件進行聯合編程之后才能完成，這為我們的改造帶來了一定的困難。因為澳方控制系統中的塊煤設定端口與LCM的通訊是相對應進行固化的，所以不能在澳方控制系統上增加粉煤流量的設定以送給LCM進行計算，只能通過現有的塊煤的設定端口進行入爐燃料的設定，因此在塊煤的設定值設定以后要在澳方的DCS系統當中對其進行處理之后再輸出給外圍的控制系統，由外圍的控制系統將設定數值輸送到實際的粉煤給料裝置上。同樣在外圍DCS系統對粉煤給料裝置反饋的瞬時流量進行采集處理之后才能輸送給澳方的LCM系統進行計算。

下面將詳細介紹對澳爐主體與外圍DCS系統的改造。經過與相關技術人員研究確定了兩套控制方案，兩組程序經虛擬機試驗后均符合現場設備運行要求。具體的應用需要由技術部門對工藝參數的計算之后確定最為高效的方案。

2 控制方案的制定

2.1 方案一：平均分配

①通過對1#，2#，3#精礦加料裝置的運行反饋進行判斷；

②將原系統中塊煤的設定值按上述判斷結果進行平均分配之后通過外圍DCS系統將設定值送給粉煤加料裝置的設定端；（以上在DCS中完成）；

③當設定值送達加料裝置后在外圍DCS中編寫相應的加料裝置的啟動及停止程序；

④各種故障信號要完整送到急停系統中用以保證加料系統的運行安全。

2.2 方案二：按比例分配

①優先判斷精礦加料裝置1#，2#，3#的流量設定值，并計算出每臺精礦加料裝置的流量占全部總料量的百分比；

②在澳方系統中不對原有塊煤設定值進行處理，需要在外圍DCS系統中切斷原有塊煤的設定值與塊煤加料裝置的信號聯系，將上述計算出的百分比按相應比例分配給其相對應的粉煤加料裝置；

③完成流量設定之后編寫同樣的運行程序并確保系統運行安全。

以上兩種方案都是針對煤粉加料裝置進行的自動控制，為了完善操作環境要求可設計自動轉換程序使每個粉煤裝置能單獨啟動與停止。當啟動程序設置完成后要無論應用哪種控制方案，最后都要將三個粉煤裝置的瞬時流量相加之后的總和送回給澳方DCS進行最后的計算。

3 實施方案

3.1 方案一實施方案

第一步：如下段程序所示在CS3000的Function Block 中建立CALCU數據塊用來存儲精礦加料裝置的運行狀態判斷程序，如下圖所示YI-9101，YI-9102，YI-9103三個信號為1#，2#，3#精礦加料裝置的運行反饋，MODE3F04-BS.DT04為粉煤的設定值（原程序中定義為塊煤的加料量設定值）。其余程序將三個信號進行狀態判定以計算出數量相等的粉煤設定數值。

program

ALIAS A YI-9101.PV

ALIAS B YI-9102.PV

ALIAS C YI-9103.PV

ALIAS SV MODE3F04-BS.DT04

IF（A==0）AND（B==0）AND（C==0）THEN CPV=0 END IF

IF（A==0）AND（B==0）AND（C==1）THEN CPV=SV END IF

IF（A==0）AND（B==1）AND（C==0）THEN CPV=SV END IF

IF（A==1）AND（B==0）AND（C==0）THEN CPV=SV END IF

IF（A==1）AND（B==1）AND（C==0）THEN CPV=SV/2 END IF

IF（A==1）AND（B==0）AND（C==1）THEN CPV=SV/2 END IF

IF（A==0）AND（B==1）AND（C==1）THEN CPV=SV/2 END IF

IF（A==1）AND（B==1）AND（C==1）THEN CPV=SV/3 END IF

END

計算完畢之后將最終的數值ZINC-FEED.CPV通過信號輸出端送給外圍DCS系統。

第二步：將澳方DCS送來的粉煤設定值（量程15T）存儲到數據塊DB1之后再由DB1.DBD180送到PQW通道輸出給現場的皮帶秤作為加料設定值。

最后以一號加料裝置為例，當一號精礦加料運行信號I33.3且一號粉煤加料裝置就地/遠程轉換開關在遠程模式I33.0并且無故障狀態I33.2，同時粉煤設定值大于量程的百分之一延遲兩秒后啟動粉煤加料裝置，與銅精礦一同進入制粒裝置進行混合制粒。如圖1所示。

停止條件，如圖2所示。

①粉煤加料裝置發生故障；

②一號精礦稱停止加料（下游工藝設備故障均可造成精礦加料停止）

③粉煤設定值小于量程的百分之一。

如果需要上位機進行單獨的手動啟停操作，需在啟動和停止的程序段中添加手自動轉換開關。具體情況視實際工藝操作情況確定。

3.2 方案二實施方案

方案二為按比例分配方式，因此CS3000中不對MODE3F04-BS.DT04粉煤設定值（原程序中定義為塊煤的加料量設定值）進行處理，所以將設定值直接送給PLC。

在按比例分配的過程中要優先判斷精礦加料裝置1#，2#，3#的流量設定數值，計算每臺精礦加料裝置的流量占入爐總料量的百分比，計算出比值后與CS3000送來的粉煤設定值相乘計算出每臺精礦加料系統所對應的粉煤加料裝置的設定值。如圖3所示。

上述程序段反映了一號粉煤加料裝置所需設定值的整個計算過程最終將設定值送到DB1.DBD184中再通過相同的輸出通道送給對應的輸出端。

在設備的啟動和停止的控制中，兩種分配方式都采用相同的設備控制方式，故不進行詳細介紹。

4 結 語

Ausmelt公司最初要求的是精礦給料皮帶秤與精礦制粒系統一一對應，要想將粉煤與精礦混合制粒，增加的粉煤裝置在位置與空間的選擇和利用上有很大的困難，既要實現工藝要求，又要考慮設備位置的擺放，因此需要對場地進行多次的測量與計算才能完成。

改造的最初目的是為了降低生產成本，提高生產效率，并且一定程度上改善對大氣的污染，改造后一段時間內勢必會增加操作的不穩定性，因為塊煤與粉煤存在本質上的區別，物理形態與化學參數的不同會影響操作人員對熔煉狀態的判斷，只有需要通過長時間的摸索才能逐步掌握。

參考文獻：

[1] 盛強，馬加年.Ausmelt銅熔煉爐SO_2煙氣輸送管路改造[J].硫磷設計與 粉體工程，2015，（2）.