含鋅渣綜合回收處理工藝的 DCS 控制

上海自動化儀表針對鋅冶煉廠產(chǎn)出的浸出渣回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)綜合回收無害化處理，上海自動化儀表介紹了工藝生產(chǎn)流程方法與工藝生產(chǎn)檢測、控制及管理要求，介紹了工藝參數(shù)、檢測控制 DCS 系統(tǒng)方案與低壓電氣設(shè)備控制方案，對關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)進行了控制方法的詳細(xì)論述。

1、 工藝簡述與控制要求

1．1 工藝簡述

回轉(zhuǎn)窯處理浸出渣工藝關(guān)鍵的生產(chǎn)過程有回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)、濕法脫氟氯和脫硫工藝段［1］。冶煉廠產(chǎn)出的浸出渣運輸?shù)搅蟼}，對浸出渣、焦 粉、石灰石配料后送入回轉(zhuǎn)窯。回轉(zhuǎn)窯內(nèi)分干燥段、預(yù)熱段、反應(yīng)段和冷卻段，混合物料隨回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)動向窯頭運動，并與窯內(nèi)的熱煙氣充分接觸加熱。反應(yīng)帶溫度達到 1 100 ℃ 至 1 300 ℃ 時，浸出渣中的Zn、Pb、Cd 等有價金屬氧化物和焦粉發(fā)生還原反應(yīng)，并揮發(fā)進入煙氣，經(jīng)余熱鍋爐、電收塵器后，收集的氧化鋅煙塵由埋刮板輸送機送至濕法脫氟、氯車間，除塵后的煙氣送脫硫系統(tǒng)，同時窯渣從窯頭排出。

脫氟、氯工段處理來自揮發(fā)窯產(chǎn)出的氧化鋅煙塵。氧化鋅煙塵在槽內(nèi)與配置好的純堿溶液進行反應(yīng)，間斷操作，并通入蒸汽加溫，電機攪拌，控制槽內(nèi)終點 pH 值為 8 ～ 9，然后漿液經(jīng)壓濾泵送至廂式壓濾機過濾。濾渣直接卸入水洗槽內(nèi)，加入新水及返液進行洗滌，并聯(lián)間斷操作，通入蒸汽升溫，電機攪拌后經(jīng)壓濾泵送至廂式壓濾機再過濾，濾渣漿化后經(jīng)泵送至脫硫系統(tǒng)。

脫硫工段對前段工藝產(chǎn)生的煙氣經(jīng)洗滌、吸收等化學(xué)處理后產(chǎn)出亞硫酸鋅漿液，氧化鋅煙塵和廠內(nèi)的鋅焙砂為吸收劑，脫除煙氣中的二氧化硫。產(chǎn)出的亞硫酸鋅進行酸分解，酸分解得到的硫酸鋅溶液送現(xiàn)有濕法系統(tǒng)。達標(biāo)煙氣經(jīng)過煙囪排放。

1．2 工藝生產(chǎn)控制要求

三個工藝段對關(guān)鍵工藝參數(shù)檢測、調(diào)節(jié)與控制要求不同?；剞D(zhuǎn)窯揮發(fā)工藝需要實現(xiàn)精準(zhǔn)配料、回轉(zhuǎn)窯窯尾煙氣溫度壓力流量、離心通風(fēng)機和回轉(zhuǎn)窯的變頻控制、余熱鍋爐與電收塵器工藝設(shè)備、氧化鋅倉相關(guān)設(shè)備等檢測、調(diào)節(jié)與控制。濕法脫氟、氯工藝需要實現(xiàn)冷卻煙道、粉煤倉給料、高溫風(fēng)機、反應(yīng)槽、壓濾機等酸度和溫度的檢測、調(diào)節(jié)與控制。脫硫工藝需要實現(xiàn)焙砂球磨機、增壓風(fēng)機、洗滌塔、除霧器、循環(huán)槽工藝設(shè)施設(shè)備的溫度、壓力、流量、液位等工 藝參數(shù)檢測、調(diào)節(jié)與控制。

2 控制方法

2．1 DCS 控制

根據(jù)被控對象的工藝特性和企業(yè)生產(chǎn)管理的要求，電氣、儀表檢測及過程控制采用分散控制系統(tǒng)( DCS) 為主。全廠采用集中控制方式。根據(jù)工藝生產(chǎn)操作的要求，在回轉(zhuǎn)窯車間設(shè)置集中控制室，該控制室集中顯示和控制原料倉及配料、回轉(zhuǎn)窯車間( 含余熱鍋爐及收塵) 、煙氣脫硫和回轉(zhuǎn)窯循環(huán)水泵房的工藝流程中的檢測和控制參數(shù)。 DCS 控制系統(tǒng)，配置一個廠 DCS 主控室，實現(xiàn)全廠工藝監(jiān)測、組態(tài)、視頻監(jiān)控、運維管理與生產(chǎn)綜合調(diào)度。按工藝流程，分為回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)、回轉(zhuǎn)窯脫氟、氯工藝、煙氣脫硫三個獨立 DCS 過程控制段。其中回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)工藝控制段包括 3 個控制站: 原料倉配料及轉(zhuǎn)運站、回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)車間站、余熱鍋爐房站?；剞D(zhuǎn)窯脫氟氯工藝控制段包括 1 個控制站: 脫氟氯站。煙氣脫硫工藝控制段 2 個控制站: 焙砂球磨站和煙氣脫硫站。在三個工藝段分別配置主控制室，每個控制室配置 DCS 控制站，電源、CPU 冗余。廠主控站、車間站均采用冗余光纖的形式進行通信連接。

2．2 電氣控制

車間 AC380 V 低壓電動機，采用自動開關(guān)、接觸器和電動機保護器進行控制和保護，工藝生產(chǎn)需要集中控制的各設(shè)備均采用兩地控制，即現(xiàn)場控制箱就地控制和儀表 DCS 系統(tǒng)集中控制。儀表 DCS系統(tǒng)與電動機保護器進行 Profibus 通訊實現(xiàn)電氣設(shè)備集中控制。電氣設(shè)備運行狀態(tài)，開、關(guān)操作，過程控制的工藝參數(shù)都在 DCS 操作站上顯示、控制。在開關(guān)量較少的地方，電氣、儀表共用計算機控制系統(tǒng)［1－2］。

2．3 安全監(jiān)控

根據(jù)生產(chǎn)管理要求，在回轉(zhuǎn)窯區(qū)域、原料倉及配料、堿洗脫氟、氯系統(tǒng)等各重要點位設(shè)置攝像機，采用全數(shù)字高清智能 IP 攝像視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 3 設(shè)備的選型浸出渣回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)綜合回收工藝控制，要實現(xiàn)有價金屬元素的回收及三廢達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)要求。一是從工藝與環(huán)保角度，優(yōu)先考慮工藝及設(shè)備的先進性和可靠性，滿足高效率低能耗的節(jié)能環(huán)保要求。二是從控制可靠性的角度，選擇適于工藝特點、先進的檢測儀表與控制系統(tǒng)，保障工藝過程的連續(xù)穩(wěn)定運行，滿足工藝指標(biāo)的控制要求。

3．1 儀表選型

儀表的選型工作應(yīng)結(jié)合介質(zhì)特點、工藝流程、生產(chǎn)規(guī)模、自動化控制水平等綜合考慮。在對儀表進行選擇的過程中，在確保適應(yīng)性、安全可靠以及采用先進技術(shù)的同時還應(yīng)注意對成本的考慮，保障儀表選擇與使用有較好經(jīng)濟性［3－4］。

溫度儀表。溫度儀表多為插入式測量，因此與被測介質(zhì)的適應(yīng)性是優(yōu)先考慮的因素。本工藝生產(chǎn)多為酸性介質(zhì)，必須要求帶外保護套管，選擇不銹鋼或鉬合金。對于煙氣介質(zhì)，選擇耐磨型。

物位儀表。一般分液位與料位。液位儀表，根據(jù)介質(zhì)的溫度、揮發(fā)性、酸度等特點。本工藝生產(chǎn)液位測量酸液、煙塵、氧化鋅顆粒等，對于加熱溫度較低、蒸汽揮發(fā)較少的酸性液槽罐，選擇高頻雷達液位計，對于加熱溫度高、蒸汽較多的環(huán)境選擇電容式液位計或吹氣式液位計，強酸性、安全性要求高的環(huán)境選擇磁翻板液位計。料位儀表，應(yīng)結(jié)合料倉的介質(zhì)性質(zhì)、顆粒揮發(fā)性、可視程度等環(huán)境特點選擇，對于煙塵性顆粒，因輸送攪動、可視程度差的環(huán)境，應(yīng)優(yōu)先考慮靜壓力式儀表測量料位，對于粗顆粒、可視程度較好的環(huán)境選擇雷達型儀表。

流量儀表與壓力儀表。充分考慮好被測物質(zhì)諸如密度、腐蝕性、溫度、壓力差等性質(zhì)，由于流量儀表對于測量精度方面有著較高要求，因此在對流量儀表的選擇方面必須做到合理、精準(zhǔn)。在流量測量過程中，流量與管道、流量與流體之間都有著十分密切的聯(lián)系。常見的液體流量測量一般選擇使用符合國際規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。本工藝生產(chǎn)涉及氣體、液體以及蒸汽流量儀表 3 種類型。酸性導(dǎo)電液體流量，選擇防腐電磁流量計，除鹽水、空氣、飽和蒸汽選擇采用節(jié)流裝置與智能差壓變送器配套方式或旋進式流量計，如威力巴流量，對于大管徑的煙氣流量測量采用熱式氣體質(zhì)量流量計。壓力儀表，對過程連續(xù)變化的高溫?zé)煔?、飽和蒸汽、除鹽水、空氣壓力測量采用帶 HAＲT 協(xié)議的智能壓力變送器和智能差壓變送器，對有腐蝕、粘結(jié)酸性液體的壓力儀表選用隔膜式壓力表，并根據(jù)接觸介質(zhì)選擇耐磨、防腐等適應(yīng)物性的探頭材料。

過程分析儀表。在進行過程分析儀選擇過程中，應(yīng)事先對分析對象的特質(zhì)、工藝流程、注意事項等進行深入的了解，此外還應(yīng)對儀表性能及其使用的限制條件進行了解，尤其是要做好儀表使用前的取樣及預(yù)處理準(zhǔn)備措施，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為保證本工藝生產(chǎn)煙氣達標(biāo)排放，需要對回轉(zhuǎn)窯煙氣、排放煙氣中的氧量、SO2 和 CO 濃度進行分析，以確保反應(yīng)充分，降低能源消耗，減少 CO、SO2 的排放，達到工藝指標(biāo)與排放指標(biāo)。根據(jù)測量介質(zhì)、物性特點，本工藝生產(chǎn)選擇氧化鋯氧量分析儀。對水質(zhì)分析，根據(jù)要求采用在線 pH 計、電導(dǎo)率等分析儀。根據(jù)自動化控制水平要求，儀表可選擇傳統(tǒng)模擬量型、總線型儀表。本工藝要求儀表自動化水平適中，因此儀表選擇傳統(tǒng)模擬量型，而非總線型。

3．2 控制系統(tǒng)

從工藝角度考慮，控制系統(tǒng)的選擇主要依據(jù)工藝類別( 流程型與離散型) 、模擬量測控數(shù)量、回路工藝指標(biāo)調(diào)節(jié)要求等。從技術(shù)角度，主要考慮與儀表類型的匹配性、設(shè)備連鎖安全、組態(tài)編程、運行維護的簡便性。本綜合回收工藝生產(chǎn)具有較強化工流程型特點，模擬量檢測點多達 200 多點，調(diào)節(jié)回路100 多個，因此選擇 DCS 控制系統(tǒng)，模擬量模塊配置HAＲT 類型，以與儀表匹配，軟件系統(tǒng)要求具有先進控制算法 APC，以適應(yīng)工藝回路耦合、連續(xù)頻繁調(diào)節(jié)要求。低壓電氣控制，由于控制頻率較低，以狀態(tài)數(shù)據(jù)采集為主，配置高速、大容量 DP 總線模塊進行通訊［5－6］。

3．3 調(diào)節(jié)閥

充分考慮好被測物質(zhì)諸如密度、腐蝕性、溫度、壓力差等性質(zhì)。本工藝生產(chǎn)需要對冷卻煙道出口煙氣溫度、鍋筒壓力、汽包液位等進行調(diào)節(jié)，根據(jù)介質(zhì)物性，對腐蝕性低的介質(zhì)選擇普通電動開關(guān)閥、調(diào)節(jié)閥，腐蝕性介質(zhì)選擇電動襯氟調(diào)節(jié)閥，對大管徑氣體調(diào)節(jié)選用電動調(diào)節(jié)蝶閥。并按調(diào)節(jié)閥設(shè)計要求，提供調(diào)節(jié)閥計算數(shù)據(jù)表選擇合適型號。

3．4 馬達保護器與變頻器

根據(jù)低壓電氣設(shè)備運行要求，選擇具有過載、斷 相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護功能的馬達保護器，與接觸器、電動機起動器等電器元件構(gòu)成電動機控制保護單元，并具有遠(yuǎn)程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。變頻器考慮負(fù)載類型、電流、功率、電壓等因素選型，并以實際電機電流值作為變頻器選擇的主要依據(jù)，電機的額定功率只能作為參考。本工藝生產(chǎn)中低壓設(shè)備多以調(diào)速為主，因此選擇恒轉(zhuǎn)矩型變頻器［7］。

4 各工藝段的典型控制

4．1 回轉(zhuǎn)揮發(fā)工藝控制段

原料倉配料及轉(zhuǎn)運控制站主要控制功能。圓盤給料機等設(shè)備的變頻控制; 原料倉配料及轉(zhuǎn)運工藝各設(shè)備邏輯連鎖與邏輯控制。回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)控制站主要控制功能。離心通風(fēng)機和回轉(zhuǎn)窯的變頻控制; 回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)設(shè)備邏輯連鎖與邏輯控制; 生產(chǎn)預(yù)告信號控制。

余熱鍋爐控制站主要控制功能。鍋筒壓力、除氧器壓力調(diào)節(jié)控制; 汽包液位、除氧水箱液位和除鹽水箱液位控制; 鍋爐給水與熱水循環(huán)控制; 回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)量控制; 余熱鍋爐上 38 臺振打器順序控制; 余熱鍋爐部分設(shè)備邏輯連鎖與邏輯控制。電除塵控制站主要控制功能。電除塵部分各設(shè)備邏輯連鎖與邏輯控制。

氧化鋅倉控制站的主要控制功能。噸袋包裝機、空氣炮、計量螺旋、氣箱袋式收塵器和圓盤制粒機等設(shè)備的通信控制、邏輯連鎖與邏輯控制。

4．2 脫氟、氯工藝控制段

脫氟、氯控制站的主要控制功能。冷卻煙道煙氣、溫度調(diào)節(jié)控制; 脫氟、氯工藝主要設(shè)備保護與報警; 脫氟、氯工藝各設(shè)備邏輯連鎖與邏輯控制。

4．3 脫硫工藝控制段

焙砂球磨控制站的主要控制功能。球磨機磨礦濃度控制; 焙砂球磨工藝各設(shè)備邏輯連鎖與邏輯控制。

煙氣脫硫控制站的主要控制功能。洗滌塔出口煙氣溫度控制; 事故水高位槽液位、電除霧器沖洗水儲槽液位和洗滌塔液位控制; 煙氣脫硫工藝設(shè)備邏輯連鎖與邏輯控制。

5 結(jié)語

浸出渣回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線建設(shè)優(yōu)先考慮主要工藝及設(shè)備的先進性和可靠性，滿足高效率低能耗的節(jié)能環(huán)保要求，三廢達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)要求。儀表、控制系統(tǒng)的選型配置須與工藝方法和工藝裝備適應(yīng)，通過馬達保護器、Profubus-DP 總線集成低壓電氣設(shè)備的集中監(jiān)測控制，軟件系統(tǒng)要求具有先進控制算法( APC) ，以滿足工藝參數(shù)檢測、回路調(diào)節(jié)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、工藝連鎖、節(jié)能運行等多個功能目標(biāo)。

項目實施，建成配置合理、裝備水平高、節(jié)能環(huán)保、環(huán)境好的鋅冶煉浸出渣回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線，確保鋅冶煉浸出渣資源化、無害化，回收棄渣中的有價金屬，上海自動化儀表同時利用浸出渣處理將危廢渣轉(zhuǎn)變?yōu)橐话愎虖U，減少冶煉棄渣量，降低轉(zhuǎn)運及堆存要求，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。