试论DCS在铜冶炼余热锅炉自动给水系统中的应用

摘 要 本文主要分析了在铜冶炼余热锅炉自动给水系统中，如何应用DCS，对于生产中给水的控制及其影响控制系统的复杂性提出了解决方法，同时简述了控制系统的性质特征和使用规则，就如何整合余热锅炉自动给水控制系统和总厂MES进行了分析。

关键词 余热锅炉；给水系统；应用措施

前言

铜冶炼加工厂一般采用工艺的都是火法冶炼。具体来说，先将混合铜精矿置入艾萨炉，进行熔炼，接着将生成的冰铜和其他物质转入贫化电炉，对它们进行分离处理，接着用卧式转炉对分离品进行吹炼，将其处理成粗铜、渣等物质。处理完成之后，粗铜会被阳极反射炉进一步炼化，生成的烟气会被余热锅炉回收处理之后，由硫酸厂进行二次加工。烟尘和转炉渣会统一返入电炉。由于整个工艺的复杂性，当前还不能将其数学化进行分析[1]。在冶炼过程中，锅炉产生的烟气会与设备的受热面接触，从而发生热量的交换，实现汽水分离，产出的蒸汽进行余热加工，从而实现节能减排。相比较一般的工艺锅炉，总厂的余热锅炉难以实现自动给水的功能，因此，需要开发针对此类锅炉的特色方案，来实现给水控制系统的功能。

1 系统功能和结构

1.1 系统功能

低压以及中压余热锅炉自动给水系统，可以很好地在生产过程中实现控制功能。主要有以下几点：①在低压余热锅炉中，可以对汽包给水系统进行实时控制，包括水位、水压等数值的监测。②在中压余热锅炉中，可以同时对汽包给水系统以及除氧器系统进行控制，包括转炉、锅炉烟气温度等。③对生产过程中各项数值进行监测，必要时进行警报。④定期生成DCS报表。

1.2 系统结构

余热锅炉自动给水控制系统由众多子系统构成，包括工程师站、操作员站、过程控制网络等多个分点。其中，工程师站可以通过内部的系统平台以及相关设备，生成需求的系统；操作员站则是协助操作员完成生产中的数据显示、管理以及信息调整；现场控制站则是协调控制系统与实际生产设备，用于实现生产过程中的信息交换、电子仪器数据传输等；过程控制网络则是实现以上几个站点之间的连接，实现各个站点的通讯与信息传输。

2 控制原理

2.1 汽包水位控制

（1）控制低壓余热锅炉汽包水位。低压余热锅炉的自动给水控制系统，是一个经过改造的项目，所以系统原来的检测仪表不能够很好地满足当下的需要。同时在冶炼的过程中，由于周期不同，转炉受炉温对汽包水位的影响较大，而电炉和反射炉不太会受影响，在调节的时候，为了将这种影响降到最低，使用蒸汽流量作为控制水位的信号指数，使用串级三冲量变PID参数作为调节手段，而影响较小的电炉和反射炉，则使用单冲量变PID即可。经过实际应用，证明这两种新的调节方案，对各自控制对象有着明显的效果，新调节方案，不仅使得整个系统更加灵活，而且简化了操作，对汽包水位的控制发挥了重大作用。

（2）变PID参数的意义。在控制汽包水位中，不论是采用前馈，还是单冲量以及串级三冲量，这都是理论方法，在实际应用中，并不能取得预期成效[2]。因此如果能够结合变PID参数的方式，就是在不同的水位情况下，PID参数的选用不尽相同，根据具体情况具体分析，尤其是在不同生产炉子的控制中，达到了预期的目标，不仅使得汽包水位稳定，而且降低了调节阀的使用次数，延长了生产设备的使用年限。

（3）中压余热锅炉汽包水位的控制方案。对于中压余热锅炉来说，主要采用的是汽包蒸汽流量作为它的前馈信号，制定了汽包给水流量和汽包水位串级的前馈加串级反馈的方式。通过设定不同的水位控制值，满足摇炉与不摇炉两种情形下的需求，将汽包水位稳定在需求水位。与此同时，还需要增加识别信号，针对转炉和阳极炉，用于吹炼和停吹的时候加以控制，当DCS接收到该识别信号之后，会发出指令，使得系统设置延时两分钟，两分钟之后，汽包水位处于真实状态，此时，再根据需求进行水位控制。之后，再根据操作人员的经验以及仪器数值，对调节回路进行设置，让它更平稳地运行，符合生产需要。

2.2 除氧器压力及水位控制

在本次系统中，主要采用定压的方式，去对除氧器进行压力控制。在除氧器中，被调量是蒸汽压力，被调介质是蒸汽。水位控制系统主要控制在除氧器中的水位，使得除氧器中的水量符合标准，从而正常运行[3]。一般来说，除氧器中采用的是单冲量回路PID调节，因为除氧器的调节能力较强，可以较好地自我调节，PID调节则作为辅助调节。

3 余热锅炉自动给水控制系统与总厂MES的整合

为了使得总厂进入信息化、现代化，实现机械自动化生产，因此需要对铜冶炼MES进行改造。之前，各分厂由于设备的限制，只能实现自我的自动化，不能实时共享数据信息，改造之后，各分厂相互之间不再处于断开状态，实现了生产数据共享、实时传输，总厂统一采集信息，进行合理分配。根据各分厂信息以及状况，总厂可以制定出更适合的方案，优化生产进程，节省建设成本。对各分厂进行实时指挥，高度统一集体进度与进程，为生产出优质量的产品而铺下基础，提高总厂的综合竞争力。

4 结束语

由于DCS的介入，在低压余热锅炉自动给水控制系统中，近十台余热锅炉以及十一个汽包远距离实现了自动控制给水。中压余热锅炉中的四台余热锅炉同样实现了自动控制给水，取消了原先的人工控制，提高了系统设备的精确性以及生产安全性。DCS应用之后，对整个生产系统的重要数据，能够很好地实时监测与控制，包括蒸汽压力、汽包水位、水压力、运行温度等。生产过程中，DCS会定期生成运行报告、趋势图等，给相关工作人员提供了很好的参考依据，在日后对这些余热锅炉进行使用、升级、维护以及修理做了大量准备工作，同时保障了余热锅炉运行的安全，也降低了企业整体的运行成本。最重要的是，余热锅炉自动给水系统与总厂的整合，为总厂进一步扩大生产，提供了坚实的保障。

参考文献

[1] 李建国，庞建明，杨林，等.DCS在大型硅钙电炉烟气余热发电系统中的应用[J].中国冶金，2017，27（2）：74-77.

[2] 周天驰，胡国军.铜冶炼厂SO2风机停车时全厂联锁控制详解[J].有色冶金设计与研究，2017，38（4）：27-29.

[3] 王晓宇.三催余热锅炉能效监测技术研究与应用[J].辽宁工业大学学报（自然科学版），2017，37（6）：396-399.

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