電氣控制改造在環境集煙系統中的應用

曹銀強

(白銀有色集團股份有限公司 銅業公司,甘肅 白銀 730900)

白銀有色集團銅業公司(以下簡稱白銀銅業)25 萬t/a 陰極銅閃速熔煉系統及其配套的環境集煙系統于2019 年6 月建成投產運行,在閃速熔煉主廠房一般設有閃速爐、轉爐、回轉式陽極爐及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,在生產過程中會產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,污染周邊環境。針對此情況設計安裝配套的環境集煙系統,用于收集廠房內有害煙塵并進一步處理。在實際運行過程中,發現轉爐環境集煙系統中煙塵收集效率無法滿足生產要求,導致現場環境煙塵無法得到有效處理,制約了25 萬t/a 陰極銅閃速爐系統達產達標。為解決上述問題,從電氣控制方面對該環境集煙系統進行改造,使轉爐環境集煙系統的運行情況逐步穩定,收塵效率達到生產要求。

1 環境集煙系統簡述

1.1 轉爐工藝特點

轉爐工序配置了三臺Φ4 490 ×13 000 的轉爐,其中兩臺轉爐熱態進行交換作業,一臺冷態備用或爐修。裝有冰銅的包子由吊車裝入轉爐后送風吹煉。轉爐吹煉為間斷作業,分造渣期和造銅期。在生產期裝有冰銅的包子由吊車裝入轉爐后進行冶煉作業,在此生產過程中會產生大量有害煙氣。雖然在冶煉工藝及設備設計中已經盡可能采用各種密閉措施保障無泄漏,但由于轉爐傾轉、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爐各種漏風點及其配套設備中泄露出來。因此,為保證生產現場冶煉煙氣得到有效控制,在銅冶煉工藝中的多處現場設備安裝各種類型的環集煙罩,利用這些環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 環境集煙系統工藝流程及構成

白銀銅業閃速熔煉的環境集煙系統是將閃速熔煉區域廠房內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,通過環集排風機在排煙罩內形成負壓,將煙氣進行收集,防止煙氣擴散到廠房內,造成環境污染。最終,收集到環境集煙系統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 環境集煙系統工藝流程圖

環境集煙系統主要由吸塵罩、電動開閉閥、手動調節閥、管道、袋式收塵器和離心通風機所組成。此系統共有兩套環境集煙系統,分別是閃速爐環境集煙系統和轉爐環境集煙系統,其中一套是將一臺閃速爐爐口環境煙氣進行收集處理;另一套是將三臺轉爐爐口左右兩側環集煙氣、轉爐房頂十處環集煙氣及三臺陽極爐環集煙氣進行收集處理。

1.3 轉爐環境集煙系統工作特點

由于每套環境集煙系統所對應的工藝不同,故在各個排煙管道處設置了電動開閉閥、手動調節閥,根據工藝特點利用聯鎖控制對電動開閉閥進行控制,同時裝設手動調節閥,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,確定各生產周期排煙罩所排放的煙氣量,控制系統能根據各生產情況,有效調節環集排煙風機的運行頻率,一方面能有效處理泄漏的煙氣量,達到環保要求,另一方面還可實現節能降耗的目的。

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

2 存在問題

在銅冶煉轉爐工藝中的環境集煙系統中環集煙罩采用雙側對開平拉式環集煙罩,此形式煙罩能最大程度將煙氣密閉收集至煙罩內部,也存在環集煙罩本體沉重、規格尺寸過大的缺點,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集煙罩,采用了減速齒輪箱的方式實現對環集煙罩的減速控制,雖然減速機能夠在一定程度上實現對環集煙罩運行速率的控制,但減速機的齒輪箱輸出速率偏快,導致對環集煙罩精準控制仍存在較困難的問題,從而增大對環集煙罩及其附屬設備設施的損壞率。同時,由于銅冶煉現場工藝環境復雜多變、廠區內環境溫度高、動力電纜運行易產生干擾信號等問題,導致雙側對開平拉式煙罩頻繁出現運行不同步的現象,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

轉爐環集煙罩系統的雙側對開平拉式煙罩是兩套傳動系統,由兩臺電機各自帶動左右兩側的煙罩,分別為第一環集煙罩及其減速機、第二環集煙罩及其減速機。煙罩、減速機與電機之間的連接屬于硬連接,目前該系統的控制方式為通過按鈕點動的方式分別控制兩側煙罩。在轉爐環集煙罩系統運行過程中,經常出現兩側煙罩關不嚴,或在關閉過程中兩側煙罩碰撞現象時有發生。

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

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

圖2 環集煙罩控制裝置示意圖

該環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第一環集煙罩減速機及其電機和第二環集煙罩減速機及其電機的正反轉及變速控制,進而帶動第一環集煙罩和第二環集煙罩精準運行。通過開關組件控制變頻控制柜的控制模式,以控制環集煙罩電機的轉速先變慢,然后再停止到位,實現環集煙罩從運動狀態到停止狀態時的準確定位,同時實現左右兩環集煙罩的同步運行。

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,實現對東、西雙側環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、正轉啟動按鈕(SB1)、反轉啟動按鈕(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 環集煙罩控制原理圖

當轉爐系統排煙需要煙罩打開/關閉時,啟動正/反轉按鈕,變頻器接收到正/反啟動信號,控制兩臺電機同步正/反轉。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,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,開到位信號燈HW1 亮;反轉時,按下按鈕SB2,接觸器KM1、KM2 得電吸合,東西煙罩電機反轉,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,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,則可旋轉旋鈕SA1 或SA2,直到該煙罩運行到相應位置。

為避免環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。當環集煙罩運行至該預設位置時,限位開關的導通狀態發生變化,接觸器的控制端接收到限位開關的觸發信號,控制環集煙罩電機停止工作,由于環集煙罩的慣性較大,在環集煙罩電機停止工作后仍會繼續運動一段距離,當其運動至極限位置時,其速度已經減小。

4 改造后效果

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

(1)從節能角度,變頻控制系統能比較準確地根據轉爐環集系統的需求來控制煙罩的輸出,達到節約能源目的。

(2)從降低維護成本角度,采用變頻控制系統,該電氣控制原理方式具有加、減速平穩,運行可靠,控制簡單的優點,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。