硫鐵礦制酸工藝控制方案

分類：解決方案日期：2007-04-10 00:00:00

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，并進行調節保持適當的風礦比例；
⑵、調節干吸酸溫、酸濃、液位等指標在規定范圍內；
⑶、穩定爐前風機風量，控制生產負荷；
⑷、調節主風機風量，維持爐頂微負壓，調節后燃燒風量；
⑸、調節稀酸閥，控制氣濃；
⑹、調節轉化各段進口溫度，使轉化率達到最大；
⑺、及時將具備條件的聯鎖投入使用；
⑻、調節凈化液位；
⑼、調節廢鍋液位，蒸汽壓力。
三、系統組成
1、系統配置
本項目控制系統采用的是FB-2000NS DCS。該系統能夠實現連續控制、批量控制和邏輯控制等多種控制算法。根據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工藝對控制的要求，合理地設計了方便于操作工監視、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視，因此我們采用在四臺操作站上同時建立以太網進行連接，現場控制站網絡結構圖如下：

其DCS的硬件配置為：
制酸站：
FB-2001NS2塊，FB-2005NS網卡2塊，FB-2010NS-13塊，FB-SC14NS-13塊；FB-2020NS-6塊，FB-SC20NS -6塊； FB-2030NS-7塊，FB-SC30NS-7塊； FB-2040NS-4塊，FB-SC43NS -4塊。這樣就構成了一套分布式數據采集與控制系統。另外現場有一臺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，FB-2005NS網卡2塊，FB-2010NS-6塊，FB-SC14NS-6塊；FB-2020NS-3塊，FB-SC20NS -3塊； FB-2030NS-3塊，FB-SC30NS-3塊； FB-2040NS-2塊，FB-SC43NS -2塊。這樣就構成了一套分布式數據采集與控制系統。另外現場有一臺10KVA在線式不間斷電源UPS，
2、DCS系統規模
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、煙道氧含量控制
煙道氧含量控制的過程是：兩個硫鐵礦貯斗內的礦經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，經風帽均勻分布后進入爐內，使礦渣和硫鐵礦流態化并發生焙燒反應，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，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量，以維持汽包水位在允許的范圍內保持給水穩定；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，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。它采用蒸汽流量信號對給水流量進行前饋控制，當蒸汽負荷突然發生變化，蒸汽流量信號使給水調節閥一開始就向正確方向移動，即蒸汽流量增加，給水調節閥開大，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節器動作后的反饋信號，能使調節器及早知道控制的效果，所以三沖量給水控制系統，調節器動作快，還可以避免調節過頭，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，水位控制系統可自動切換到單沖量調節。當發生負荷的突增、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方式，見下圖：

除氧器水溫度的控制和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定，所以它們的控制也是采用單回路PID自調方式，控制方式和除氧器的液位和水溫度的控制方式是一樣的，是可靠穩定的。
5、聯鎖部分
焙燒工藝上的聯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調節控制。

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模式，保證著連續工藝的進行。
3、干燥塔、發煙酸、吸收塔酸循環槽液位控制
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自調方式。
4、補充空氣控制
補充空氣的控制主要是為了調節SO2風機出口SO2濃度，我們采用的是串級PID自調控制的方式，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調節，控制方式和除氧器溫度和水位的方式一樣。
6、聯鎖部分
制酸工藝上的聯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、工藝狀態畫面、電除塵電除霧畫面、PID調節畫面、趨勢畫面、參數表1、參數表2一起9個畫面。
焙燒工藝上有焙燒畫面、廢熱鍋爐畫面、工藝狀態畫面、PID調節畫面、趨勢畫面、參數表一起6個畫面。
2、動態數據：在流程圖上相應處顯示。
3、動態畫面的鍵接：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節閥，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個比較重要參數的歷史趨勢，焙燒工藝的趨勢畫面上是有13個參數的歷史數據趨勢，這些歷史數據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個信號參數進行了報警設置，其中制酸工藝站上是98個參數，焙燒工藝站上是40個參數。