摘 要：本文介紹了浙大中控DCS系統在礦山石灰窯的主要應用，簡單說明了其工作原理;同時詳細說明了石灰窯的工藝及控制流程。

關鍵詞：DCS系統 石灰窯 工藝及控制流程

Abtracts：This paper introduces Zhjiang University SUPCON DCS system’s main application in the mine limekiln, a brief description of its working principle; At the same time, a detailed description of the lime kiln process and control flow.

Keywords：SUPCON DCS system the mine limekiln process and control flow

一、概述

福建三鋼（集團）有限責任公司礦山公司原有5座150m3氣燒石灰豎窯,其中1#、2# 氣燒窯是由150m3機械焦炭豎窯改造而成，分別于1998年4月、12月投產，3#氣燒窯于2001年2月投產。4#、5#氣燒窯于2004年8月投產。目前氣燒窯各項經濟指標位居國內同類型窯爐中前列，具備年產20×104t冶金石灰的能力。根據三鋼“十一五”規劃須擴建兩座6#、7# 155m3氣燒石灰窯以滿足年產鋼500萬噸的需求;氣燒石灰豎窯主要以高爐煤氣、部分轉爐煤氣為燃料，這兩座窯已于2007年底投入生產。

二、工藝流程

石灰窯生產的原料主要是石子（石灰石），成品是生石灰。在豎窯的加料口加入石灰石，經過煤氣燃燒，煅燒成生石灰，輸出到成品料倉。主要包括石灰石篩選、上料系統、煅燒系統、冷卻空氣循環系統、助燃空氣循環系統、廢氣除塵循環系統、成品出窯、運輸系統及配套的煤氣加壓泵站、液壓站等系統。

1、整個石灰窯的工藝流程如下圖所示：

通過煤氣和空氣混合煅燒石灰石。在1000℃左右的高溫下生產石灰是復雜的工藝過程。

影響石灰活性的因素為氣燒窯各段溫度，主要是煅燒帶溫度，一般煅燒帶溫度在800～1100℃。在此以煅燒帶溫度為控制目標，進爐煤氣流量為控制參數（進爐空氣流量按空/煤比隨煤氣流量調整），由于該對象純滯后較大，采用常規PID控制效果不佳，為此采用模糊控制算法。模糊控制算法的主要原理為：設定煅燒帶溫度偏差（E），煅燒帶溫度偏差變化率（EC）與控制作用煤氣流量（U）作為模糊控制的三要素，借鑒操作規程及對操作人員經驗的總結，制定出相應的模糊規則表（如下圖所示）。其基本的控制原則是當誤差大或較大時，選擇控制量以盡快消除誤差為主;當誤差小時，選擇控制量注意防超調，以保證系統穩定。

在不同E、EC下控制量U的模糊規則表空氣流量采用PID控制，將煤氣流量的輸出值乘以空/煤比作為PID控制空氣流量的設定值來保證空/煤比恒定。

2、石灰窯過程控制系統（DCS系統）主要實現的功能有：

（1）通過DCS系統實現對生產過程中的壓力、溫度及流量等參數的實時采集和處理。

（2）通過DCS系統實現整個上料和出料過程的全自動控制，進行故障診斷，并在監控畫面上顯示上料批次以及出料時間等。

（3）通過DCS系統實現煤氣加壓站和空氣加壓站的控制，煤氣流量、煤氣壓力、空氣流量和空氣壓力采用手操器控制，確保煤氣和空氣以一定的比例混合，使得窯內的氣體燃燒得更充分，并對其故障實現實時報警和連鎖停機控制。對煤氣加壓機和風機的啟動采用順序啟動方式。

（4）DCS系統設置自動和手動2種工作方式。手動方式用于單個設備調試和備用，正常生產工作用自動方式。對于重要參數如煤氣壓力、煤氣溫度及礦石重量等用CRT和儀表雙顯示，保證了手動方式下的操作條件。

（5）在控制室CRT上能觀察到全部設備工作參數，包括故障、停止、運行、手動和自動等狀態，便于維護處理。用動態流程圖進行工藝總貌顯示，流程圖上有實時值顯示。

（6）通過DCS系統實現對能耗指標煤氣進行精確累計;對石灰的出灰重量和時間正確記錄。

系統主畫面如下圖：

三、SUPCON DCS系統介紹

SUPCON WebField GCS-2 系統是浙大中控公司控制系統家族的重要成員，是一種面向中小型控制領域的多功能控制系統（Mini DCS），可實現數據采集、過程控制、順序控制等實時任務。該系統在進行功能設計時，除保留了常規DCS 系統強大的模擬量處理和回路控制功能，還兼具快速邏輯控制功能及更高的系統實時性性能。系統總體結構

GCS-2 控制系統是一種“網絡化控制系統”，它采用了Web 化體系結構，支持C/S 模式，突破了傳統控制系統的層次模型，實現了與多種現場總線技術的兼容和其他廠家智能設備的綜合集成，并可與多種國內外DCS、PLC 等控制設備進行互連。

第一層網絡是過程控制網，稱為 SCnet Ⅱ，采用10/100Mbps 自適應工業以太網進行數據通信。

第二層網絡是遠程通信網絡，稱為Rcom I 網，它基于工業以太網技術設計，用于連接遠程I/O 機架和遠程擴展機架。

第三層為機架內部I/O 總線——CDM 總線。它是一種高速并行總線，能提供高達80Mbps 的總線速度，大大加快了I/O 模塊與CPU 模塊之間的數據交換速度。

GCS-2 系統采用高速冗余工業以太網SCnet Ⅱ作為其過程控制網絡。它直接連接了系統的CPU、操作站、工程師站、通信接口單元等，是傳送實時信息的通道，具有很高的實時性和可靠性。SCnet Ⅱ網絡最多能掛16 個操作站，TCP/IP 協議地址可在128.128.1.129～128.128.1.160 之間選擇，子網掩碼為255.255.255.0。下圖為操作站網卡得結構示意圖：

CPU 模塊作為SCnet Ⅱ的節點，其網絡通信功能由背板上的通信控制器承擔。CPU模塊上有兩個以太網通信口，其中PORT-A 用于SCnet II 網絡。CPU 模塊控制周期從100 ms 到5s 可選。

四、小結

新窯建成后，公司5座氣燒豎窯的利用系數控制在0.8～0.9t/m3.d之間，實踐表明石灰質量相對較高。石灰質量的提高在轉爐冶煉中具有明顯的間接經濟效益，如降低噸鋼灰耗、減少冶煉噴濺、提高金屬收得率、提高爐齡等。

氣燒石灰豎窯主要以高爐煤氣、部分轉爐煤氣為燃料，充分利用我廠的二次能源，噸灰煤氣成本按 70.00元計算，為我廠節約資金 70.0 元/t×8萬t/年=560.00萬元/年。本套系統投入運行一年多來，安全可靠，操作簡單，非常穩定。

參考文獻：

[1]關宸祥.石灰窯.北京:中國建筑工業出版社.1986年7月

[2]孫錫生.影響煉鋼用活性石灰質量的因素,石灰.1998

[3]SUPCON WebField系統說明書，浙大中控技術有限公司

[4]三鋼礦山氣燒石灰窯自動化控制系統，三鋼（集團）有限公司