安钢冷轧酸再生站焙烧炉自动温控系统简介

堕鑫,杜鹏,李川平（河南省安阳钢铁集团冷轧有限责任公司,河南安阳455000）

安钢冷轧酸再生站焙烧炉自动温控系统简介

堕鑫,杜鹏,李川平
（河南省安阳钢铁集团冷轧有限责任公司,河南安阳455000）

摘要：本文主要介绍安阳钢铁集团1550冷轧生产线配套酸再生站的焙烧系统的核心，自动温控系统。该系统的稳定高效运行保障了冷轧酸洗线所需的优质再生酸液及高纯度氧化铁粉的产出。

关键词：酸再生；自动控制；PLC；PID ̓̓安阳钢铁集团1550冷轧生产线于2014年初建成并热负荷试车，配套的酸再生站也随之建设完工并投入运行。该酸再生站由ANDRITZ公司设计，生产工艺采用鲁特纳喷雾焙烧法，将来自酸洗机组生产线的含铁废酸生成盐酸和氧化铁粉。新生成的盐酸重新配制合适浓度返回至酸洗机组，循环利用，副产品氧化铁粉将用作铁红的原料销售。为保证优质产品的产出，焙烧系统中高效、稳定、可靠的温度控制则显得尤为重要。

1焙烧法废酸再生原理

焙烧法废酸再生的工作原理可用下面的方程式简要表示：

此方程式从左向右的反应就是典型的酸洗过程，而从右向左的过程就是典型的废酸再生过程，即再生过程是酸洗过程的逆反应。只是在低温下酸洗过程处主导地位，而在高温下再生过程起主导地位。

2焙烧系统构成

焙烧系统主要由焙烧炉、燃烧设备、炉顶供料系统、双旋风分离器、氧化铁粉收集系统等构成。

其中燃烧设备主要由混合烧嘴、点火烧嘴以及火焰探测器组成，在三者协同下工作。每个烧嘴有各自煤气、助燃空气流量孔板，以及传感器、控制器和控制阀。

3自动温控系统

酸再生的基础自动化系统是一个包括酸再生和除硅系统控制的总的自动化系统，采用德国西门子S7-400PLC及WinCC系统。采用ET200分布式结构，PLC与ET200子站通过Profibus总线连接，控制系统与WinCC系统通过以太网数据通讯。

焙烧系统的自动温度控制主要由两部分构成，即焙烧炉炉内温度控制和焙烧炉烧嘴控制。

3.1焙烧炉炉内温度控制

培烧炉中设置有2个温度检测点，分别在炉子中部的炉壁处以及炉子顶部的烟气管道上，分别用于连续测定烧嘴平面温度和废气管道中废气温度。如图1所示。

炉温调节通过手工设定的焙烧炉控制温度值来自动调整每个煤气烧嘴的煤气流量。输出的煤气流量调整量确定：在操作画面上有烧嘴平面温度控制方式和炉顶温度控制方式两种选择方式，操作工根据工艺需要选择一种控制方式。当选择了烧嘴平面温度控制方式后，对应控制回路被接通，此时实测烧嘴平面温度以及烧嘴平面温度的设定值被送入到控制回路。控制回路采用PID控制器，根据设定温度和实测温度的差值，按照控制器设定的算法，计算得到输出量。此输出量在进行模式选择和模式修正后输出烧嘴的煤气流量值给烧嘴煤气控制器。

为了使控制器的输出既可以适用于正常的运行模式下又适用于酸枪清洗模式，回路中设定了一个运行模式的参数修正。在正常模式下，即焙烧炉酸操作方式和漂洗水模式，修正量为焙烧炉实际供液流量除以最大供液流量再乘以相应修正系数；在酸枪清洗模式下，修正量为焙烧炉炉顶实际温度除以烧嘴平面实际温度再乘以相应修正系数和焙烧炉内酸枪的实际数量。

图1焙烧炉炉内温度控制系统框图

焙烧炉的升温模式用于将焙烧炉从冷态加热到运行所需要的温度。在选择了升温模式后，每个烧嘴的煤气流量按照控制器设定的流量曲线进行控制，直到烧嘴平面温度达到控制器设定的温度后保持当前的煤气流量。

控制系统精度：±1%。

3.2焙烧炉烧嘴控制

此控制回路中每个烧嘴都分别配备了燃气和空气的流量孔板和变送器、控制器和控制阀，可以实现流量的连续检测和控制。焙烧炉控制器最终输出的煤气流量设定值输入到本控制器中作为设定值输入，同时还输入实测的流量值，通过PI运算，调节煤气调节阀的开度，最终使实际流量达到设定的煤气流量。如图2所示。

图2焙烧炉烧嘴控制系统框图

在煤气管线上设置有煤气热值仪，对煤气的热值进行连续的测定。测得的热值除了在画面上显示外，还用于计算煤气正好完全燃烧所需要的空气流量比，即化学反应当量系数。当无法得到热值的实测值或者实测值不准确时，可以根据使用煤气的特性在画面上人为设定煤气的热值。

但是为了得到质量好的氧化铁粉，需要供应过量的燃烧空气，这时需要通过一个人工设定的比例系数λ来实现，λ=1表示无燃烧空气过量，λ输入的值限定为1到2，实际λ值在显示画面上计算。最终的助燃空气流量为燃气的实际流量、化学反应当量系数和λ值的乘积。

出于安全原因，烧嘴处设置了火焰检测器（紫外检测器）用于探测和监控烧嘴处的火焰状况。当火焰探测不到时，在延迟20秒后煤气和空气流量的控制阀自动关闭，烧嘴熄灭。同时，控制器根据煤气和空气的实际流量和煤气热值，动态计算实际的λ值，并与1比较；当λ值小于1时，在持续20秒后，煤气和空气流量的控制阀自动关闭，烧嘴熄灭。

4结语

该自动温控系统自投用以来，控制稳定可靠，精确度较高，很好地保障了系统的高效运行及优质产品的产出。总体说来，燃烧设备运行状态也比较稳定，很少出现故障，但仍有一些方面需要加以关注。

在使用混合煤气或焦炉煤气时点火烧嘴的结垢污染很明显，煤气里的杂质随着时间易在点火烧嘴的电极等位置结垢，影响点火。因此烧嘴应该不定期的进行清理，保持干净状态。

燃气风机是恒速风机，但由于焙烧炉的处理量或者煤气热值等变化，需要的空气量在不断的变化，而空气量的变化是由助燃空气管路的调节阀来控制，所以很难保证风机在设计的最佳工作点范围内工作，因此振动较大。安钢冷轧酸再生的助燃风机选用的形式较以往不同的是马达和风机的叶轮分离，中间增加一个轴承座，这样风机的整个框架增加，刚性提高，振动可以减低，有利于延长风机的寿命，同时减低噪音。但仍应在日常运行时加强点检，关注风机状态。

参考文献

[1]章恺.安阳钢铁酸再生技术规范[Z].ANDRITZMetals.2013.

[2]姜杰.自动化控制系统在冷轧废酸再生过程的应用[J].山东化工,2012,41(09):47-49.

[3]赵文彬.酸再生技术在现代钢厂的运用[J].中国包装工业,2012(17).

作者简介:堕鑫(1985-),男,河南安阳人,助理工程师,主要负责:现场电气自动化设备、仪表设备工作。