淺析灌溉水流量計(jì)在有色鉛鋅冶煉余熱鍋爐自動化控制中的應(yīng)用

摘要：ＤＣＳ系統(tǒng)能夠提高設(shè)備的控制質(zhì)量，確保設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。結(jié)合 ＤＣＳ系統(tǒng)特點(diǎn)，討論其在有色鉛鋅冶煉余熱鍋爐自動化控制中所起到的具體作用，為余熱鍋爐的自動化控制提供一些參考和借鑒。
１ 有色鉛鋅冶煉余熱鍋爐簡述
１． １有色鉛鋅冶煉工藝流程
在有色金屬冶煉過程中，將原料、燃料和輔助材料根據(jù)熱平衡原理按一定比例進(jìn)行配料，配料后的物料與空氣或高含氧的混合空氣在熔煉爐中進(jìn)行氧化或還原反應(yīng)，熔煉出有色金屬產(chǎn)品。同時(shí)，在熔煉過程中會產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔猓?１２００ ℃ 左右），高溫?zé)煔饨?jīng)過余熱鍋爐時(shí)，與余熱鍋爐水側(cè)的軟化水進(jìn)行熱量交換，煙溫迅速降至 ２５０℃ 以下，再經(jīng)收塵、制酸或脫硫裝置進(jìn)一步收塵、降溫、凈化，*終達(dá)標(biāo)排放。余熱鍋爐水側(cè)的軟化水經(jīng)熱量交換后產(chǎn)生中壓飽和蒸汽（４ ＭＰａ 左右），送至余熱發(fā)電機(jī)組發(fā)電。具體的工藝流程如圖 １ 所示。

１．２余熱鍋爐
在有色鉛鋅冶煉中，大多數(shù)選擇是爐窯水管式余熱鍋爐。從鍋爐控制對象來分，它主要由除鹽水箱、除氧給水泵、除氧器、汽包給水泵、余熱鍋爐本體、汽包、分汽缸、刮板除灰機(jī)、清灰系統(tǒng)等組成；根據(jù)自動化儀表來分，其主要由測量儀表（水位、壓力、流量、溫度等），執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電動、氣動調(diào)節(jié)閥、變頻器），設(shè)備電器控制以及 ＤＣＳ 系統(tǒng)等組成。
２ＤＣＳ 系統(tǒng)在有色鉛鋅冶煉余熱鍋爐控制的應(yīng)用要點(diǎn)
２．１ＤＣＳ系統(tǒng)保證入爐煙氣穩(wěn)定供熱
保障余熱鍋爐系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，不僅要對余熱鍋爐水側(cè)的軟化水進(jìn)行控制，同時(shí)也需要將熔煉中產(chǎn)生煙氣的熱能控制在一定的范圍內(nèi)，這樣才能保障余熱鍋爐及余熱發(fā)電的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，這就要求不僅對進(jìn)入熔煉爐的物料按熱平衡原理計(jì)算出的比例進(jìn)行自動配料，對進(jìn)入熔煉爐氣體的流量、含氧量以及壓力也需要進(jìn)行控制，而且還需要對物料與氣體之間的比例進(jìn)行控制，這樣才能使物料在熔煉爐內(nèi)充分進(jìn)行氧化或還原反應(yīng)?？紤]以上需求，可以利用功能強(qiáng)大的 ＤＣＳ 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)： ① 對原料、燃料和輔助材料按比例進(jìn)行精確穩(wěn)定動態(tài)配料，保證入爐物料有可靠的熱平衡穩(wěn)定性。 ② 對入爐混合空氣的流量以及含氧量進(jìn)行動態(tài)控制。 ③ 根據(jù)空料比或氧料比，對入爐加料量與混合空氣的流量、含氧量之間實(shí)現(xiàn)綜合聯(lián)動的比值調(diào)節(jié)。 ④ 為保障出口煙氣的熱能穩(wěn)定控制，根據(jù)入爐煙氣溫度，可以通過 ＤＣＳ系統(tǒng)做到生產(chǎn)工藝的聯(lián)動。總之，通過 ＤＣＳ 系統(tǒng)，能綜觀全局，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制，其不僅穩(wěn)定生產(chǎn)、保證產(chǎn)量，也保障了出口煙氣的熱能穩(wěn)定控制，確保鍋爐內(nèi)蒸汽的壓力始終保持在穩(wěn)定狀態(tài)，符合定值標(biāo)準(zhǔn)，以*少的熱量能耗實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的燃燒效果，控制冶煉工藝熔煉爐的生產(chǎn)穩(wěn)定 。
２．２ＤＣＳ系統(tǒng)對余熱鍋爐運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)的控制調(diào)節(jié)
（１）ＤＣＳ系統(tǒng)對余熱鍋爐水側(cè)的自動化控制可分為汽包水位三沖量串級自動調(diào)節(jié)控制，汽包、分汽缸蒸汽壓力ＰＩＤ調(diào)節(jié)自動控制，給水泵的變頻控制，除氧器水位ＰＩＤ調(diào)節(jié)自動控制，除氧器軟化水蒸氣加熱自動控制，除鹽水箱水位自動控制，清灰振動時(shí)序控制以及綜合聯(lián)動等。
（２）在余熱鍋爐控制中，汽包水位控制是重中之重。因鍋爐是發(fā)電、冶煉、化工等工業(yè)部門重要的能源、熱源動力設(shè)備，盡管鍋爐種類很多，但蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和蒸汽處理系統(tǒng)基本是相同的。余熱鍋爐設(shè)備是一個比較復(fù)雜的調(diào)節(jié)對象，為保證余熱鍋爐設(shè)備的安全穩(wěn)定并提供合格的蒸汽，余熱鍋爐汽包的水位控制至關(guān)重要。汽包水位過高會影響汽水分離，使蒸汽帶液，損壞汽輪機(jī)葉片；水位過低會損壞鍋爐，甚至引起爆炸。鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)就是使給水量與鍋爐的蒸汽量相平衡，并維持汽包水位在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)。目前汽包水位控制方式有單沖量、雙沖量和三沖量 ３ 種，其中三沖量汽包水位控制是目前汽包水位*佳的控制方式之一。利用 ＤＣＳ 系統(tǒng)特點(diǎn)，通過編程方式實(shí)現(xiàn)：汽包的水位是主沖量（主信號），蒸汽流量、給水量是輔助前饋沖量，根據(jù)蒸汽流量、給水量的變化及時(shí)校正調(diào)節(jié)閥閥位開度。其中，汽包水位是主回路調(diào)節(jié)控制，給水量的調(diào)節(jié)回路是副回路串級控制，其汽包水位的設(shè)定值由主回路來確定，副回路的給定值（即給水流量）由主回路調(diào)節(jié)器輸出來控制決定；蒸汽流量變化及時(shí)提前補(bǔ)償副回路給定值，從而實(shí)現(xiàn)前饋—串級復(fù)雜的系統(tǒng)功能調(diào)節(jié)。通過 ＤＣＳ 系統(tǒng)的操作站（人機(jī)界面），利用 ＤＣＳ 系統(tǒng)的 ＰＶ 、 ＳＰ 、 ＯＰ 運(yùn)行趨勢圖 ，對主、副回路ＰＩＤ 參數(shù)進(jìn)行直觀整定；根據(jù)汽包水位不同限值、熔煉爐不同工況階段，通過 ＤＣＳ 系統(tǒng)可以做到對汽包水位進(jìn)行分程設(shè)定不同的值，實(shí)現(xiàn)對汽包水位的穩(wěn)定控制。
（３）余熱鍋爐采用 ＤＣＳ系統(tǒng)，不僅延長鍋爐系統(tǒng)的使用年限，而且對余熱鍋爐安全運(yùn)行提供了保障，如：一旦出現(xiàn)汽包水位過低等嚴(yán)重情況， ＤＣＳ系統(tǒng)就會立刻聯(lián)動執(zhí)行停風(fēng)、停料、進(jìn)一步停爐等緊急避險(xiǎn)操作。
２．３ＤＣＳ系統(tǒng)對余熱鍋爐水力循環(huán)的控制
爐窯水管式余熱鍋爐水側(cè)水力循環(huán)分強(qiáng)制循環(huán)和自然循環(huán)兩種。對于強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐來說，不僅需要對循環(huán)動力、循環(huán)軟化水流量、各循環(huán)點(diǎn)水溫進(jìn)行監(jiān)控，還需要對水力循環(huán)中的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測。因此，要綜合提高余熱鍋爐的應(yīng)用質(zhì)量。如：鍋爐內(nèi)的水酸堿值應(yīng)該保持在 １０～１２ ；硬度不易過高，我國《工 業(yè) 鍋 爐 水 質(zhì) 》（ ＧＢ１５７６ - ２００８ ）文件中提出了嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)；需要使用儀器儀表對爐水情況進(jìn)行定期分析，取樣化驗(yàn)，并做好排污工作，以免灰塵雜物沉積過多，在鍋爐底部形成結(jié)垢，伴隨水循環(huán)發(fā)生管堵現(xiàn)象。雖然我國很多企業(yè)在使用鍋爐余熱資源時(shí)已經(jīng)較為成熟，但是ＤＣＳ系統(tǒng)在鍋爐水質(zhì)自動測控方面上仍存在一定困難，需要盡快完善監(jiān)督管理體系，從而推進(jìn)我國鍋爐系統(tǒng)應(yīng)用的不斷發(fā)展。
２．４ＤＣＳ系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集監(jiān)測組網(wǎng)
（１）ＤＣＳ系統(tǒng)能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存貯，對歷史數(shù)據(jù)可以按時(shí)間進(jìn)行查詢，通過趨勢圖可以分析故障發(fā)生原因，還可以對測點(diǎn)數(shù)據(jù)超限通過 ＤＣＳ畫面發(fā)出聲光報(bào)警、關(guān)鍵測點(diǎn)數(shù)據(jù)嚴(yán)重超限時(shí)可以自動聯(lián)鎖停機(jī)等。這些功能為技術(shù)人員、操作人員、儀表維修人員分析、判斷、及時(shí)處理設(shè)備或工藝故障提供了很好的工具，為安全生產(chǎn)提供了有力保障。
（２）在有色鉛鋅冶煉過程中，為提高產(chǎn)品的回收率，需要對物料進(jìn)行多工序冶煉，這就產(chǎn)生出多種形式的熔煉爐，也就配套生成了多臺余熱鍋爐。根據(jù)工藝、設(shè)備、生產(chǎn)管理等方面的要求，需要對它們進(jìn)行集中管理與控制。因此，利用 ＤＣＳ開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和國際性的開放現(xiàn)場總線這一特性，可以做到對多臺鍋爐（例如：鉛鋅冶煉中的底吹爐、側(cè)吹爐、煙化爐、鋅碚燒爐的余熱鍋爐）、配套冶煉生產(chǎn)線以及余熱發(fā)電機(jī)組進(jìn)行數(shù)據(jù)采集監(jiān)測綜合組網(wǎng)，對每臺鍋爐產(chǎn)生的中壓飽和蒸汽進(jìn)行并網(wǎng)控制、集中輸送，從而保障余熱能源的充分利用、發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了公司內(nèi)各工序之間的本地控制、異地?cái)?shù)據(jù)共享、統(tǒng)一調(diào)度、余熱能源*大化利用。
２．５ＤＣＳ系統(tǒng)儀表設(shè)備的選型
對于整套自動化儀表系統(tǒng)來說，ＤＣＳ 系統(tǒng)是“上層建筑”，而儀表設(shè)備是“經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)”，儀表設(shè)備的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性對自動化控制是十分重要的。有色鉛鋅冶煉及余熱鍋爐工藝涉及的儀表設(shè)備種類繁多：有測溫的，如熱電偶、熱電阻；有測壓的，如壓力和差壓變送器；有流量測量，如采用差壓式（如孔板、阿流巴等）、渦街、電磁、熱式質(zhì)量等原理的流量計(jì)；有分析氣體成分的分析表、水位計(jì)；有氣動、電動調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此，對儀表設(shè)備的選型、安裝和使用應(yīng)注意幾點(diǎn)：
（１）對引風(fēng)機(jī)出口煙氣流量的測量，可選用熱式質(zhì)量流量計(jì)；對常壓、常溫、導(dǎo)電液體介質(zhì)的流量測量，可選用灌溉水流量計(jì)；對于氣體、蒸汽的流量測量，可采用孔板等帶溫壓補(bǔ)償?shù)牧髁坑?jì)。
（２）汽包兩側(cè)水位的測量應(yīng)采用不同原理制造的水位計(jì)。傳統(tǒng)的測量方法是采用平衡容器差壓式水位計(jì)，由于該測量方式的引壓管道在冬天時(shí)管道內(nèi)易結(jié)冰，不能正常工作，因此需要對引壓管道進(jìn)行伴熱保溫。同時(shí)，它也不能實(shí)施全工況測量，存在“假水位”測量，例如在鍋爐啟停、連排、排空、事故等不穩(wěn)定運(yùn)行工況下建立穩(wěn)定差壓條件時(shí)間較長，恢復(fù)時(shí)間較長或干脆不能建立正常差壓，需要人工干預(yù)等。汽包水位*佳的測量方法是采用智能汽包電容液位計(jì)或?qū)Рɡ走_(dá)液位計(jì)，雖然價(jià)格略高，但生產(chǎn)中無須對管道伴熱保溫且平時(shí)基本不需要維護(hù)。但要注意的是，由于汽包內(nèi)的水在不同壓力和溫度下對汽包電液位計(jì)形成的電容值略有不同，或?qū)?dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的電磁波吸收略有不同，因此在汽包電容液位計(jì)或?qū)Рɡ走_(dá)液位計(jì)安裝完成后，需根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行遷移校正。
（３）在鍋爐設(shè)備的安裝調(diào)試期，設(shè)備全部安裝完成后進(jìn)行水壓試驗(yàn)前，*好將安裝好的鍋爐儀表如調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)等先拆卸下來，用短接連接；或?qū)x表設(shè)備前后的手動閥關(guān)閉，將旁路閥打開。這是由于鍋爐設(shè)備在焊接時(shí)會留下許多焊渣或鐵塊在管道內(nèi)，水壓試驗(yàn)時(shí)這些焊渣或鐵塊會損壞儀表設(shè)備，如調(diào)節(jié)閥的閥芯或閥體，從而導(dǎo)致閥門關(guān)不嚴(yán)，嚴(yán)重時(shí)甚至影響正常生產(chǎn)。
３ 結(jié)語
在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)發(fā)展過程中， ＤＣＳ系統(tǒng)的應(yīng)用對于控制余熱鍋爐正常運(yùn)行是十分關(guān)鍵的。近幾年，余熱鍋爐的資源利用率不斷提高， ＤＣＳ 系統(tǒng)的應(yīng)用范圍也更為廣泛，為企業(yè)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。