一、工藝流程
本裝置為15萬噸/年硫鐵礦制酸,通過硫鐵礦燃燒出的SO2煙氣進行凈化吸收和轉化成濃度不低于96%的硫酸,可分為原料、沸騰焙燒、余熱鍋爐、脫鹽水站、爐氣凈化、二氧化硫轉化、煙酸、65酸、三氧化硫吸收等九個工序。
二、控制目標
⑴、開膠帶給料機,并進行調(diào)節(jié)保持適當?shù)娘L礦比例;
⑵、調(diào)節(jié)干吸酸溫、酸濃、液位" title="液位">液位等指標在規(guī)定范圍內(nèi);
⑶、穩(wěn)定爐前風機風量,控制生產(chǎn)負荷;
⑷、調(diào)節(jié)主風機風量,維持爐頂微負壓,調(diào)節(jié)后燃燒風量;
⑸、調(diào)節(jié)稀酸閥,控制氣濃;
⑹、調(diào)節(jié)轉化各段進口溫度,使轉化率達到最大;
⑺、及時將具備條件的聯(lián)鎖投入使用;
⑻、調(diào)節(jié)凈化液位;
⑼、調(diào)節(jié)廢鍋液位,蒸汽壓力。
三、系統(tǒng)組成
1、系統(tǒng)配置
本項目控制系統(tǒng)" title="控制系統(tǒng)">控制系統(tǒng)采用的是FB-2000NS DCS。該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)連續(xù)控制、批量控制和邏輯控制等多種控制算法。根據(jù)帶控制點的工藝流程圖,與工藝技術人員認真細致地分析了生產(chǎn)工藝對控制的要求,合理地設計了方便于操作工監(jiān)視、操作的流程圖畫面。由于湖北楚源鑫慧化工公司十五車間的十五萬噸 / 年硫酸生產(chǎn)DCS分為制酸站和焙燒站,制酸站是兩機兩柜,焙燒站上是兩機一柜,既要各自獨立工作又要相互監(jiān)視,因此我們采用在四臺操作站上同時建立以太網(wǎng)進行連接,現(xiàn)場控制站網(wǎng)絡結構圖如下:
其DCS的硬件配置為:
制酸站:
FB-2001NS2塊,F(xiàn)B-2005NS網(wǎng)卡2塊,F(xiàn)B-2010NS-13塊,F(xiàn)B-SC14NS-13塊;FB-2020NS-6 塊,F(xiàn)B-SC20NS -6塊; FB-2030NS-7塊,F(xiàn)B-SC30NS-7塊; FB-2040NS-4塊,F(xiàn)B-SC43NS -4塊。這樣就構成了一套分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。另外現(xiàn)場有一臺10KVA和一臺3KVA一共兩臺在線式不間斷電源UPS,備品備件有:FB-2001NS主控制器2塊。
焙燒站:
FB-2001NS2塊,F(xiàn)B-2005NS網(wǎng)卡2塊,F(xiàn)B-2010NS-6塊,F(xiàn)B-SC14NS-6塊;FB-2020NS-3塊,F(xiàn)B- SC20NS -3塊; FB-2030NS-3塊,F(xiàn)B-SC30NS-3塊; FB-2040NS-2塊,F(xiàn)B-SC43NS -2塊。這樣就構成了一套分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。另外現(xiàn)場有一臺10KVA在線式不間斷電源UPS。
2、DCS系統(tǒng)規(guī)模
制酸站:
AI:208個
AOU:24個
DIN:112個
DOUT:64個
焙燒站:
AI:97個
AOU:12個
DIN:48個
DOUT:32個
四、實施方案
焙燒工藝:
1、煙道氧含量" title="氧含量">氧含量控制
煙道氧含量控制的過程是:兩個硫鐵礦貯斗內(nèi)的礦經(jīng)過各自的膠帶給料機、星型給料閥從2個加料入口加到焙燒爐中,空氣鼓風機將空氣送入焙燒風室,經(jīng)風帽均勻分布后進入爐內(nèi),使礦渣和硫鐵礦流態(tài)化并發(fā)生焙燒反應,并采用氧表控制焙燒爐出口氧含量,以便對加礦量進行自調(diào)" title="自調(diào)">自調(diào),控制膠帶給料機的變頻器。
煙道氧含量的控制方案是采用串級自調(diào)的方式,正常的煙道氧含量保持在2%—3.6%之間,當氧含量降低時,必須降低變頻器的頻率,達到減少硫精砂的投料,以達到氧氣充分燃燒的可能,控制簡圖如下:
2、汽包水位控制
汽包水位的控制任務是:使給水流量適應鍋爐的蒸發(fā)量,以維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)保持給水穩(wěn)定;另外是抗擾動性及負荷變化的虛假水位。
汽包水位的控制方案采用三沖量給水串級控制系統(tǒng)和水位單沖量結合的方式。三沖量鍋爐汽包給水自動控制系統(tǒng),是以汽包水位H為主控信號,蒸汽流量D 為前饋控制信號,給水流量W為反饋控制信號組成的控制系統(tǒng)。它采用蒸汽流量信號對給水流量進行前饋控制,當蒸汽負荷突然發(fā)生變化,蒸汽流量信號使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向移動,即蒸汽流量增加,給水調(diào)節(jié)閥開大,抵消了由于“虛假水位”引起的反向動作,因而減小了水位和給水流量的波動幅度。當由于水壓干擾使給水流量減少的信號,開大給水閥門,使給水量保持不變。另外,給水流量信號也是調(diào)節(jié)器動作后的反饋信號,能使調(diào)節(jié)器及早知道控制的效果,所以三沖量給水控制系統(tǒng),調(diào)節(jié)器動作快,還可以避免調(diào)節(jié)過頭,減少波動和失控。這樣,汽包水位很少受到影響。三沖量給水控制系統(tǒng)主回路簡化方塊如圖:
另外,當鍋爐處于低負荷運行時,水位控制系統(tǒng)可自動切換到單沖量調(diào)節(jié)。當發(fā)生負荷的突增、突降情況時,往往會引起較高的水位波動,這時單采用經(jīng)典的三沖量控制,難以克服干擾因素水位的大擾動,此時,可通過程序綜合儀表輸入的客觀信息,強行上拉或下拉給水閥位植,防止水位下降或上升過快。
單沖量汽包水位控制主要用于給水流量,主汽流量等儀表的損壞,檢修或者啟停時的控制。
3、除氧器水位和水溫度控制
為了控制好除氧器的液位和水溫度,直接通過單回路自調(diào)方式,見下圖:
除氧器水溫度的控制和液位控制" title="液位控制">液位控制的方式是一樣。
4、過熱蒸汽溫度的控制和減壓器壓力的控制
由于過熱蒸汽溫度和減壓器壓力正常運行時相對比較穩(wěn)定,所以它們的控制也是采用單回路PID自調(diào)方式,控制方式" title="控制方式">控制方式和除氧器的液位和水溫度的控制方式是一樣的,是可靠穩(wěn)定的。
5、聯(lián)鎖部分
焙燒工藝上的聯(lián)鎖主要是針對廢熱鍋爐而言的,
① 當高溫過熱器蒸汽壓力超過3.95Mpa,則立即打開對空排汽閥門。
② 當鍋爐汽包水位超過中心線100mm(即400mm),則立即打開緊急放水閥門。
③ 當鍋爐汽包水位低于180mm,則立即停車SO2風機,造成車間停車停爐。
制酸工藝:
1、動力波貯槽液位控制
動力波貯槽液位的控制的任務是保證動力波的正常液位,它的控制方式是采用單回路PID調(diào)節(jié)控制。
2、冷卻塔和脫氣塔的液位控制
冷卻塔和脫氣塔的液位控制和動力波貯槽液位控制方式是相同的,都是采用單回路自調(diào)模式,保證著連續(xù)工藝的進行。
3、干燥塔、發(fā)煙酸、吸收塔酸循環(huán)槽液位控制
這三個液位控制也同以上的動力波貯槽、冷卻塔、脫氣塔的液位控制的方式是一樣的,都是采用最普遍的單回路PID自調(diào)方式。
4、補充空氣控制
補充空氣的控制主要是為了調(diào)節(jié)SO2風機出口SO2濃度,我們采用的是串級PID自調(diào)控制的方式,以SO2濃度為前端測量值,補充空氣進風量為后端測量值,控制框圖如下:
5、轉化器四個進口溫度的控制
轉化器的四個進口溫度是分別對一段入口、二段入口、三段入口、四段入口的溫度進行控制,以保證轉化器內(nèi)觸媒的溫度的恒定,期望獲得最佳轉化率,這四個溫度的控制都是單回路PID調(diào)節(jié),控制方式和除氧器溫度和水位的方式一樣。
6、聯(lián)鎖部分
制酸工藝上的聯(lián)瑣主要是以動力波的溫度三取二來造成SO2風機急停和動力波閥門打開的:動力波氣體出口溫度分別為TE301A、TE301B、 TE301C,正常運行時要控制這三個溫度均在67℃以下,如果這三個溫度中有任意兩個超過70℃,馬上聯(lián)鎖造成SO2 風機急停,同時在動力波上有個電動球閥TV301也立即開啟,而SO2風機急停則必須所有工藝都停下來,即是整個車間的停車;如果三個溫度中沒有兩個超過70℃,則電動球閥TV301 關閉。
五、畫面構成
1、制酸工藝上有凈化畫面、轉化畫面、干吸畫面、工藝狀態(tài)畫面、電除塵電除霧畫面、PID調(diào)節(jié)畫面、趨勢畫面、參數(shù)表1、參數(shù)表2一起9個畫面。
焙燒工藝上有焙燒畫面、廢熱鍋爐畫面、工藝狀態(tài)畫面、PID調(diào)節(jié)畫面、趨勢畫面、參數(shù)表一起6個畫面。
2、動態(tài)數(shù)據(jù):在流程圖上相應處顯示。
3、動態(tài)畫面的鍵接:在每幅畫面上做按鈕,可相互切換。
4、點擊工藝流程圖上相應的調(diào)節(jié)閥,既可彈出PID畫面,可在線修改給定值和輸出值。
六、報表
將140個參數(shù)按分組生成報表(制酸工藝100個,焙燒工藝40個),8小時打印。
七、趨勢
根據(jù)用戶要求進行分組,制酸工藝的歷史趨勢畫面具備32個比較重要參數(shù)的歷史趨勢,焙燒工藝的趨勢畫面上是有13個參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)趨勢,這些歷史數(shù)據(jù)以每一秒采集一次的周期顯示在歷史趨勢圖上
八、報警
根據(jù)客戶要求,采用聲音報警及畫面報警提示,一共是對138個信號參數(shù)進行了報警設置,其中制酸工藝站上是98個參數(shù),焙燒工藝站上是40個參數(shù)。