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(jìn)行凈化吸收和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化、煙酸、65酸、三氧化硫吸收等九個(gè)工序。
二、控制目標(biāo)
⑴、 開膠帶給料機(jī)，并進(jìn)行調(diào)節(jié)保持適當(dāng)?shù)娘L(fēng)礦比例；
⑵、 調(diào)節(jié)干吸酸溫、酸濃、液位等指標(biāo)在規(guī)定范圍內(nèi)；
⑶、 穩(wěn)定爐前風(fēng)機(jī)風(fēng)量，控制生產(chǎn)負(fù)荷；
⑷、 調(diào)節(jié)主風(fēng)機(jī)風(fēng)量，維持爐頂微負(fù)壓，調(diào)節(jié)后燃燒風(fēng)量；
⑸、 調(diào)節(jié)稀酸閥，控制氣濃；
⑹、 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化各段進(jìn)口溫度，使轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大；
⑺、 及時(shí)將具備條件的聯(lián)鎖投入使用；
⑻、 調(diào)節(jié)凈化液位；
⑼、 調(diào)節(jié)廢鍋液位，蒸汽壓力。
三、系統(tǒng)組成
1、系統(tǒng)配置
本項(xiàng)目控制系統(tǒng)采用的是FB-2000NS DCS。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)控制、批量控制和邏輯控制等多種控制算法。根據(jù)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，與工藝技術(shù)人員認(rèn)真細(xì)致地分析了生產(chǎn)工藝對(duì)控制的要求，合理地設(shè)計(jì)了方便于操作工監(jiān)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(chǎn)DCS分為制酸站和焙燒站，制酸站是兩機(jī)兩柜，焙燒站上是兩機(jī)一柜，既要各自獨(dú)立工作又要相互監(jiān)視，因此我們采用在四臺(tái)操作站上同時(shí)建立以太網(wǎng)進(jìn)行連接，現(xiàn)場控制站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下：
其DCS的硬件配置為：
制酸站：
FB-2001NS2塊，F(xiàn)B-2005NS網(wǎng)卡2塊，F(xiàn)B-2010NS-13塊，F(xiàn)B-SC14NS-13塊；FB-2020NS-6塊，F(xiàn)B-SC20NS -6塊； FB-2030NS-7塊，F(xiàn)B-SC30NS-7塊； FB-2040NS-4塊，F(xiàn)B-SC43NS -4塊。這樣就構(gòu)成了一套分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。另外現(xiàn)場有一臺(tái)10KVA和一臺(tái)3KVA一共兩臺(tái)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，F(xiàn)B-2005NS網(wǎng)卡2塊，F(xiàn)B-2010NS-6塊，F(xiàn)B-SC14NS-6塊；FB-2020NS-3塊，F(xiàn)B-SC20NS -3塊； FB-2030NS-3塊，F(xiàn)B-SC30NS-3塊； FB-2040NS-2塊，F(xiàn)B-SC43NS -2塊。這樣就構(gòu)成了一套分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。另外現(xiàn)場有一臺(tái)10KVA在線式不間斷電源UPS，
2、DCS系統(tǒng)規(guī)模
制酸站：
AI：208個(gè)
AOU：24個(gè)
DIN：112個(gè)
DOUT：64個(gè)
焙燒站：
AI：97個(gè)
AOU：12個(gè)
DIN：48個(gè)
DOUT：32個(gè)
四、實(shí)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(gè)硫鐵礦貯斗內(nèi)的礦經(jīng)過各自的膠帶給料機(jī)、星型給料閥從2個(gè)加料入口加到焙燒爐中，空氣鼓風(fēng)機(jī)將空氣送入焙燒風(fēng)室，經(jīng)風(fēng)帽均勻分布后進(jìn)入爐內(nèi)，使礦渣和硫鐵礦流態(tài)化并發(fā)生焙燒反應(yīng)，并采用氧表控制焙燒爐出口氧含量，以便對(duì)加礦量進(jìn)行自調(diào)，控制膠帶給料機(jī)的變頻器。
煙道氧含量的控制方案是采用串級(jí)自調(diào)的方式，正常的煙道氧含量保持在2%—3.6%之間，當(dāng)氧含量降低時(shí)，必須降低變頻器的頻率，達(dá)到減少硫精砂的投料，以達(dá)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(wù)是：使給水流量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)保持給水穩(wěn)定；另外是抗擾動(dòng)性及負(fù)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(jí)控制系統(tǒng)和水位單沖量結(jié)合的方式。三沖量鍋爐汽包給水自動(dòng)控制系統(tǒng)，是以汽包水位H為主控信號(hào)，蒸汽流量D為前饋控制信號(hào)，給水流量W為反饋控制信號(hào)組成的控制系統(tǒng)。它采用蒸汽流量信號(hào)對(duì)給水流量進(jìn)行前饋控制，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然發(fā)生變化，蒸汽流量信號(hào)使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向移動(dòng)，即蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大，抵消了由于“虛假水位”引起的反向動(dòng)作，因而減小了水位和給水流量的波動(dòng)幅度。當(dāng)由于水壓干擾使給水流量減少的信號(hào)，開大給水閥門，使給水量保持不變。另外，給水流量信號(hào)也是調(diào)節(jié)器動(dòng)作后的反饋信號(hào)，能使調(diào)節(jié)器及早知道控制的效果，所以三沖量給水控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器動(dòng)作快，還可以避免調(diào)節(jié)過頭，減少波動(dòng)和失控。這樣，汽包水位很少受到影響。三沖量給水控制系統(tǒng)主回路簡化方塊如圖：
另外，當(dāng)鍋爐處于低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，水位控制系統(tǒng)可自動(dòng)切換到單沖量調(diào)節(jié)。當(dāng)發(fā)生負(fù)荷的突增、突降情況時(shí)，往往會(huì)引起較高的水位波動(dòng)，這時(shí)單采用經(jīng)典的三沖量控制，難以克服干擾因素水位的大擾動(dòng)，此時(shí)，可通過程序綜合儀表輸入的客觀信息，強(qiáng)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(shí)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(diào)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(yùn)行時(shí)相對(duì)比較穩(wěn)定，所以它們的控制也是采用單回路PID自調(diào)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(wěn)定的。
5、聯(lián)鎖部分
焙燒工藝上的聯(lián)鎖主要是針對(duì)廢熱鍋爐而言的，
① 當(dāng)高溫過熱器蒸汽壓力超過3.95Mpa，則立即打開對(duì)空排汽閥門。
② 當(dāng)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(dāng)鍋爐汽包水位低于180mm，則立即停車SO2風(fēng)機(jī)，造成車間停車停爐。
制酸工藝：
1、動(dòng)力波貯槽液位控制
動(dòng)力波貯槽液位的控制的任務(wù)是保證動(dòng)力波的正常液位，它的控制方式是采用單回路PID調(diào)節(jié)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(dòng)力波貯槽液位控制方式是相同的，都是采用單回路自調(diào)模式，保證著連續(xù)工藝的進(jìn)行。
3、干燥塔、發(fā)煙酸、吸收塔酸循環(huán)槽液位控制
這三個(gè)液位控制也同以上的動(dòng)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(diào)方式。
4、補(bǔ)充空氣控制
補(bǔ)充空氣的控制主要是為了調(diào)節(jié)SO2風(fēng)機(jī)出口SO2濃度，我們采用的是串級(jí)PID自調(diào)控制的方式，以SO2濃度為前端測量值，補(bǔ)充空氣進(jìn)風(fēng)量為后端測量值，控制框圖如下：
5、轉(zhuǎn)化器四個(gè)進(jìn)口溫度的控制
轉(zhuǎn)化器的四個(gè)進(jìn)口溫度是分別對(duì)一段入口、二段入口、三段入口、四段入口的溫度進(jìn)行控制，以保證轉(zhuǎn)化器內(nèi)觸媒的溫度的恒定，期望獲得最佳轉(zhuǎn)化率，這四個(gè)溫度的控制都是單回路PID調(diào)節(jié)，控制方式和除氧器溫度和水位的方式一樣。
6、聯(lián)鎖部分
制酸工藝上的聯(lián)瑣主要是以動(dòng)力波的溫度三取二來造成SO2風(fēng)機(jī)急停和動(dòng)力波閥門打開的：動(dòng)力波氣體出口溫度分別為TE301A、TE301B、TE301C，正常運(yùn)行時(shí)要控制這三個(gè)溫度均在67℃以下，如果這三個(gè)溫度中有任意兩個(gè)超過70℃，馬上聯(lián)鎖造成SO2 風(fēng)機(jī)急停，同時(shí)在動(dòng)力波上有個(gè)電動(dòng)球閥TV301也立即開啟，而SO2風(fēng)機(jī)急停則必須所有工藝都停下來，即是整個(gè)車間的停車；如果三個(gè)溫度中沒有兩個(gè)超過70℃，則電動(dòng)球閥TV301關(guān)閉。
五、畫面構(gòu)成
1、 制酸工藝上有凈化畫面、轉(zhuǎn)化畫面、干吸畫面、工藝狀態(tài)畫面、電除塵電除霧畫面、PID調(diào)節(jié)畫面、趨勢畫面、參數(shù)表1、參數(shù)表2一起9個(gè)畫面。
焙燒工藝上有焙燒畫面、廢熱鍋爐畫面、工藝狀態(tài)畫面、PID調(diào)節(jié)畫面、趨勢畫面、參數(shù)表一起6個(gè)畫面。
2、 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)：在流程圖上相應(yīng)處顯示。
3、 動(dòng)態(tài)畫面的鍵接：在每幅畫面上做按鈕，可相互切換。
4、 點(diǎn)擊工藝流程圖上相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥，既可彈出PID畫面，可在線修改給定值和輸出值。
六、報(bào)表
將140個(gè)參數(shù)按分組生成報(bào)表(制酸工藝100個(gè)，焙燒工藝40個(gè)），8小時(shí)打印。
七、趨勢
根據(jù)用戶要求進(jìn)行分組，制酸工藝的歷史趨勢畫面具備32個(gè)比較重要參數(shù)的歷史趨勢，焙燒工藝的趨勢畫面上是有13個(gè)參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)趨勢，這些歷史數(shù)據(jù)以每一秒采集一次的周期顯示在歷史趨勢圖上
八、報(bào)警
根據(jù)客戶要求，采用聲音報(bào)警及畫面報(bào)警提示，一共是對(duì)138個(gè)信號(hào)參數(shù)進(jìn)行了報(bào)警設(shè)置，其中制酸工藝站上是98個(gè)參數(shù)，焙燒工藝站上是40個(gè)參數(shù)。
