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含锌渣综合回收处理工艺的 DCS 控制

来源: 甘肃厂坝有色金属有限责任公司 成州锌冶炼厂 作者:赵泽龙 发布日期:2020-11-04

 摘 要: 针对锌冶炼厂产出的浸出渣回转窑挥发综合回收无害化处理,介绍了工艺生产流程方法与工艺生产检测、控制及管理要求,介绍了工艺参数、检测控制 DCS 系统方案与低压电气设备控制方案,对关键工艺环节进行了控制方法的详细论述。

 
1、 工艺简述与控制要求
1.1 工艺简述
回转窑处理浸出渣工艺关键的生产过程有回转窑挥发、湿法脱氟氯和脱硫工艺段[1]。冶炼厂产出的浸出渣运输到料仓,对浸出渣、焦 粉、石灰石配料后送入回转窑。回转窑内分干燥段、预热段、反应段和冷却段,混合物料随回转窑的转动向窑头运动,并与窑内的热烟气充分接触加热。反应带温度达到 1 100 ℃ 至 1 300 ℃ 时,浸出渣中的Zn、Pb、Cd 等有价金属氧化物和焦粉发生还原反应,并挥发进入烟气,经余热锅炉、电收尘器后,收集的氧化锌烟尘由埋刮板输送机送至湿法脱氟、氯车间,除尘后的烟气送脱硫系统,同时窑渣从窑头排出。
 
脱氟、氯工段处理来自挥发窑产出的氧化锌烟尘。氧化锌烟尘在槽内与配置好的纯碱溶液进行反应,间断操作,并通入蒸汽加温,电机搅拌,控制槽内终点 pH 值为 8 ~ 9,然后浆液经压滤泵送至厢式压滤机过滤。滤渣直接卸入水洗槽内,加入新水及返液进行洗涤,并联间断操作,通入蒸汽升温,电机搅拌后经压滤泵送至厢式压滤机再过滤,滤渣浆化后经泵送至脱硫系统。
 
脱硫工段对前段工艺产生的烟气经洗涤、吸收等化学处理后产出亚硫酸锌浆液,氧化锌烟尘和厂内的锌焙砂为吸收剂,脱除烟气中的二氧化硫。产出的亚硫酸锌进行酸分解,酸分解得到的硫酸锌溶液送现有湿法系统。达标烟气经过烟囱排放。主要工艺流程见图 1。
回转窑处理浸出渣主要工艺流程
 1.2 工艺生产控制要求
三个工艺段对关键工艺参数检测、调节与控制要求不同。回转窑挥发工艺需要实现精准配料、回转窑窑尾烟气温度压力流量、离心通风机和回转窑的变频控制、余热锅炉与电收尘器工艺设备、氧化锌仓相关设备等检测、调节与控制。湿法脱氟、氯工艺需要实现冷却烟道、粉煤仓给料、高温风机、反应槽、压滤机等酸度和温度的检测、调节与控制。脱硫工艺需要实现焙砂球磨机、增压风机、洗涤塔、除雾器、循环槽工艺设施设备的温度、压力、流量、液位等工 艺参数检测、调节与控制。
 
2 控制方法
2.1 DCS 控制
根据被控对象的工艺特性和企业生产管理的要求,电气、仪表检测及过程控制采用分散控制系统( DCS) 为主。
 
全厂采用集中控制方式。根据工艺生产操作的要求,在回转窑车间设置集中控制室,该控制室集中显示和控制原料仓及配料、回转窑车间( 含余热锅炉及收尘) 、烟气脱硫和回转窑循环水泵房的工艺流程中的检测和控制参数。 DCS 控制系统,配置一个厂 DCS 主控室,实现全厂工艺监测、组态、视频监控、运维管理与生产综合调度。按工艺流程,分为回转窑挥发、回转窑脱氟、氯工艺、烟气脱硫三个独立 DCS 过程控制段。其中回转窑挥发工艺控制段包括 3 个控制站: 原料仓配料及转运站、回转窑挥发车间站、余热锅炉房站。回转窑脱氟氯工艺控制段包括 1 个控制站: 脱氟氯站。烟气脱硫工艺控制段 2 个控制站: 焙砂球磨站和烟气脱硫站。在三个工艺段分别配置主控制室,每个控制室配置 DCS 控制站,电源、CPU 冗余。厂主控站、车间站均采用冗余光纤的形式进行通信连接。 
 
2.2 电气控制
车间 AC380 V 低压电动机,采用自动开关、接触器和电动机保护器进行控制和保护,工艺生产需要集中控制的各设备均采用两地控制,即现场控制箱就地控制和仪表 DCS 系统集中控制。仪表 DCS系统与电动机保护器进行 Profibus 通讯实现电气设备集中控制。电气设备运行状态,开、关操作,过程控制的工艺参数都在 DCS 操作站上显示、控制。在开关量较少的地方,电气、仪表共用计算机控制系统[1-2]。 
 
2.3 安全监控
根据生产管理要求,在回转窑区域、原料仓及配料、碱洗脱氟、氯系统等各重要点位设置摄像机,采用全数字高清智能 IP 摄像视频监控系统。 3 设备的选型浸出渣回转窑挥发综合回收工艺控制,要实现有价金属元素的回收及三废达到国家排放标准要求。一是从工艺与环保角度,优先考虑工艺及设备的先进性和可靠性,满足高效率低能耗的节能环保要求。二是从控制可靠性的角度,选择适于工艺特点、先进的检测仪表与控制系统,保障工艺过程的连续稳定运行,满足工艺指标的控制要求。 
 
3.1 仪表选型
仪表的选型工作应结合介质特点、工艺流程、生产规模、自动化控制水平等综合考虑。在对仪表进行选择的过程中,在确保适应性、安全可靠以及采用先进技术的同时还应注意对成本的考虑,保障仪表选择与使用有较好经济性[3-4]。
 
温度仪表。温度仪表多为插入式测量,因此与被测介质的适应性是优先考虑的因素。本工艺生产多为酸性介质,必须要求带外保护套管,选择不锈钢或钼合金。对于烟气介质,选择耐磨型。
 
物位仪表。一般分液位与料位。液位仪表,根据介质的温度、挥发性、酸度等特点。本工艺生产液位测量酸液、烟尘、氧化锌颗粒等,对于加热温度较低、蒸汽挥发较少的酸性液槽罐,选择高频雷达液位计,对于加热温度高、蒸汽较多的环境选择电容式液位计或吹气式液位计,强酸性、安全性要求高的环境选择磁翻板液位计。料位仪表,应结合料仓的介质性质、颗粒挥发性、可视程度等环境特点选择,对于烟尘性颗粒,因输送搅动、可视程度差的环境,应优先考虑静压力式仪表测量料位,对于粗颗粒、可视程度较好的环境选择雷达型仪表。
 
流量仪表与压力仪表。充分考虑好被测物质诸如密度、腐蚀性、温度、压力差等性质,由于流量仪表对于测量精度方面有着较高要求,因此在对流量仪表的选择方面必须做到合理、精准。在流量测量过程中,流量与管道、流量与流体之间都有着十分密切的联系。常见的液体流量测量一般选择使用符合国际规范的标准节流装置。本工艺生产涉及气体、液体以及蒸汽流量仪表 3 种类型。酸性导电液体流量,选择防腐电磁龙8,除盐水、空气、饱和蒸汽选择采用节流装置与智能差压变送器配套方式或旋进式龙8,如威力巴流量,对于大管径的烟气流量测量采用热式气体质量龙8。压力仪表,对过程连续变化的高温烟气、饱和蒸汽、除盐水、空气压力测量采用带 HART 协议的智能压力变送器和智能差压变送器,对有腐蚀、粘结酸性液体的压力仪表选用隔膜式压力表,并根据接触介质选择耐磨、防腐等适应物性的探头材料。
 
过程分析仪表。在进行过程分析仪选择过程中,应事先对分析对象的特质、工艺流程、注意事项等进行深入的了解,此外还应对仪表性能及其使用的限制条件进行了解,尤其是要做好仪表使用前的取样及预处理准备措施,确保测量数据的准确性。为保证本工艺生产烟气达标排放,需要对回转窑烟气、排放烟气中的氧量、SO2 和 CO 浓度进行分析,以确保反应充分,降低能源消耗,减少 CO、SO2 的排放,达到工艺指标与排放指标。根据测量介质、物性特点,本工艺生产选择氧化锆氧量分析仪。对水质分析,根据要求采用在线 pH 计、电导率等分析仪。根据自动化控制水平要求,仪表可选择传统模拟量型、总线型仪表。本工艺要求仪表自动化水平适中,因此仪表选择传统模拟量型,而非总线型。 
 
3.2 控制系统
从工艺角度考虑,控制系统的选择主要依据工艺类别( 流程型与离散型) 、模拟量测控数量、回路工艺指标调节要求等。从技术角度,主要考虑与仪表类型的匹配性、设备连锁安全、组态编程、运行维护的简便性。本综合回收工艺生产具有较强化工流程型特点,模拟量检测点多达 200 多点,调节回路100 多个,因此选择 DCS 控制系统,模拟量模块配置HART 类型,以与仪表匹配,软件系统要求具有先进控制算法 APC,以适应工艺回路耦合、连续频繁调节要求。低压电气控制,由于控制频率较低,以状态数据采集为主,配置高速、大容量 DP 总线模块进行通讯[5-6]。 
 
3.3 调节阀
充分考虑好被测物质诸如密度、腐蚀性、温度、压力差等性质。本工艺生产需要对冷却烟道出口烟气温度、锅筒压力、汽包液位等进行调节,根据介质物性,对腐蚀性低的介质选择普通电动开关阀、调节阀,腐蚀性介质选择电动衬氟调节阀,对大管径气体
调节选用电动调节蝶阀。并按调节阀设计要求,提供调节阀计算数据表选择合适型号。 
 
3.4 马达保护器与变频器
根据低压电气设备运行要求,选择具有过载、断 相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转等保护功能的马达保护器,与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元,并具有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。变频器考虑负载类型、电流、功率、电压等因素选型,并以实际电机电流值作为变频器选择的主要依据,电机的额定功率只能作为参考。本工艺生产中低压设备多以调速为主,因此选择恒转矩型变频器[7]。 
 
4 各工艺段的典型控制
4.1 回转挥发工艺控制段
原料仓配料及转运控制站主要控制功能。圆盘给料机等设备的变频控制; 原料仓配料及转运工艺各设备逻辑连锁与逻辑控制。
 
回转窑挥发控制站主要控制功能。离心通风机和回转窑的变频控制; 回转窑挥发设备逻辑连锁与逻辑控制; 生产预告信号控制。
 
余热锅炉控制站主要控制功能。锅筒压力、除氧器压力调节控制; 汽包液位、除氧水箱液位和除盐水箱液位控制; 锅炉给水与热水循环控制; 回转窑引风量控制; 余热锅炉上 38 台振打器顺序控制; 余热锅炉部分设备逻辑连锁与逻辑控制。电除尘控制站主要控制功能。电除尘部分各设备逻辑连锁与逻辑控制。
 
氧化锌仓控制站的主要控制功能。吨袋包装机、空气炮、计量螺旋、气箱袋式收尘器和圆盘制粒机等设备的通信控制、逻辑连锁与逻辑控制。 
 
4.2 脱氟、氯工艺控制段
脱氟、氯控制站的主要控制功能。冷却烟道烟气、温度调节控制; 脱氟、氯工艺主要设备保护与报警; 脱氟、氯工艺各设备逻辑连锁与逻辑控制。 
 
4.3 脱硫工艺控制段
焙砂球磨控制站的主要控制功能。球磨机磨矿浓度控制; 焙砂球磨工艺各设备逻辑连锁与逻辑控制。
 
烟气脱硫控制站的主要控制功能。洗涤塔出口烟气温度控制; 事故水高位槽液位、电除雾器冲洗水储槽液位和洗涤塔液位控制; 烟气脱硫工艺设备逻辑连锁与逻辑控制。 
 
5 结语
浸出渣回转窑生产线建设优先考虑主要工艺及设备的先进性和可靠性,满足高效率低能耗的节能环保要求,三废达到国家排放标准要求。仪表、控制系统的选型配置须与工艺方法和工艺装备适应,通过马达保护器、Profubus-DP 总线集成低压电气设备的集中监测控制,软件系统要求具有先进控制算法( APC) ,以满足工艺参数检测、回路调节、设备状态监测、工艺连锁、节能运行等多个功能目标。
 
项目实施,建成配置合理、装备水平高、节能环保、环境好的锌冶炼浸出渣回转窑生产线,确保锌冶炼浸出渣资源化、无害化,回收弃渣中的有价金属,同时利用浸出渣处理将危废渣转变为一般固废,减少冶炼弃渣量,降低转运及堆存要求,取得良好的经济效益和社会效益。

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