1、 工藝簡述與控制要求

1．1 工藝簡述

回轉窯處理浸出渣工藝關鍵的生產過程有回轉窯揮發、濕法脫氟氯和脫硫工藝段［1］。冶煉廠產出的浸出渣運輸到料倉，對浸出渣、焦 粉、石灰石配料后送入回轉窯。回轉窯內分干燥段、預熱段、反應段和冷卻段，混合物料隨回轉窯的轉動向窯頭運動，并與窯內的熱煙氣充分接觸加熱。反應帶溫度達到 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生還原反應，并揮發進入煙氣，經余熱鍋爐、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，同時窯渣從窯頭排出。

 

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

 

脫硫工段對前段工藝產生的煙氣經洗滌、吸收等化學處理后產出亞硫酸鋅漿液，氧化鋅煙塵和廠內的鋅焙砂為吸收劑，脫除煙氣中的二氧化硫。產出的亞硫酸鋅進行酸分解，酸分解得到的硫酸鋅溶液送現有濕法系統。達標煙氣經過煙囪排放。主要工藝流程見圖 1。

 1．2 工藝生產控制要求

三個工藝段對關鍵工藝參數檢測、調節與控制要求不同。回轉窯揮發工藝需要實現精準配料、回轉窯窯尾煙氣溫度壓力流量、離心通風機和回轉窯的變頻控制、余熱鍋爐與電收塵器工藝設備、氧化鋅倉相關設備等檢測、調節與控制。濕法脫氟、氯工藝需要實現冷卻煙道、粉煤倉給料、高溫風機、反應槽、壓濾機等酸度和溫度的檢測、調節與控制。脫硫工藝需要實現焙砂球磨機、增壓風機、洗滌塔、除霧器、循環槽工藝設施設備的溫度、壓力、流量、液位等工 藝參數檢測、調節與控制。

 

2 控制方法

2．1 DCS 控制

根據被控對象的工藝特性和企業生產管理的要求，電氣、儀表檢測及過程控制采用分散控制系統( DCS) 為主。

 

全廠采用集中控制方式。根據工藝生產操作的要求，在回轉窯車間設置集中控制室，該控制室集中顯示和控制原料倉及配料、回轉窯車間( 含余熱鍋爐及收塵) 、煙氣脫硫和回轉窯循環水泵房的工藝流程中的檢測和控制參數。 DCS 控制系統，配置一個廠 DCS 主控室，實現全廠工藝監測、組態、視頻監控、運維管理與生產綜合調度。按工藝流程，分為回轉窯揮發、回轉窯脫氟、氯工藝、煙氣脫硫三個獨立 DCS 過程控制段。其中回轉窯揮發工藝控制段包括 3 個控制站: 原料倉配料及轉運站、回轉窯揮發車間站、余熱鍋爐房站。回轉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、接觸器和電動機保護器進行控制和保護，工藝生產需要集中控制的各設備均采用兩地控制，即現場控制箱就地控制和儀表 DCS 系統集中控制。儀表 DCS系統與電動機保護器進行 Profibus 通訊實現電氣設備集中控制。電氣設備運行狀態，開、關操作，過程控制的工藝參數都在 DCS 操作站上顯示、控制。在開關量較少的地方，電氣、儀表共用計算機控制系統［1－2］。 

 

2．3 安全監控

根據生產管理要求，在回轉窯區域、原料倉及配料、堿洗脫氟、氯系統等各重要點位設置攝像機，采用全數字高清智能 IP 攝像視頻監控系統。 3 設備的選型浸出渣回轉窯揮發綜合回收工藝控制，要實現有價金屬元素的回收及三廢達到國家排放標準要求。一是從工藝與環保角度，優先考慮工藝及設備的先進性和可靠性，滿足高效率低能耗的節能環保要求。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，保障工藝過程的連續穩定運行，滿足工藝指標的控制要求。 

 

3．1 儀表選型

儀表的選型工作應結合介質特點、工藝流程、生產規模、自動化控制水平等綜合考慮。在對儀表進行選擇的過程中，在確保適應性、安全可靠以及采用先進技術的同時還應注意對成本的考慮，保障儀表選擇與使用有較好經濟性［3－4］。

 

溫度儀表。溫度儀表多為插入式測量，因此與被測介質的適應性是優先考慮的因素。本工藝生產多為酸性介質，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，選擇耐磨型。

 

物位儀表。一般分液位與料位。液位儀表，根據介質的溫度、揮發性、酸度等特點。本工藝生產液位測量酸液、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、安全性要求高的環境選擇磁翻板液位計。料位儀表，應結合料倉的介質性質、顆粒揮發性、可視程度等環境特點選擇，對于煙塵性顆粒，因輸送攪動、可視程度差的環境，應優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諸如密度、腐蝕性、溫度、壓力差等性質，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。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系。常見的液體流量測量一般選擇使用符合國際規范的標準節流裝置。本工藝生產涉及氣體、液體以及蒸汽流量儀表 3 種類型。酸性導電液體流量，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量流量計。壓力儀表，對過程連續變化的高溫煙氣、飽和蒸汽、除鹽水、空氣壓力測量采用帶 HAＲT 協議的智能壓力變送器和智能差壓變送器，對有腐蝕、粘結酸性液體的壓力儀表選用隔膜式壓力表，并根據接觸介質選擇耐磨、防腐等適應物性的探頭材料。

 

過程分析儀表。在進行過程分析儀選擇過程中，應事先對分析對象的特質、工藝流程、注意事項等進行深入的了解，此外還應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處理準備措施，確保測量數據的準確性。為保證本工藝生產煙氣達標排放，需要對回轉窯煙氣、排放煙氣中的氧量、SO2 和 CO 濃度進行分析，以確保反應充分，降低能源消耗，減少 CO、SO2 的排放，達到工藝指標與排放指標。根據測量介質、物性特點，本工藝生產選擇氧化鋯氧量分析儀。對水質分析，根據要求采用在線 pH 計、電導率等分析儀。根據自動化控制水平要求，儀表可選擇傳統模擬量型、總線型儀表。本工藝要求儀表自動化水平適中，因此儀表選擇傳統模擬量型，而非總線型。 

 

3．2 控制系統

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

 

3．3 調節閥

充分考慮好被測物質諸如密度、腐蝕性、溫度、壓力差等性質。本工藝生產需要對冷卻煙道出口煙氣溫度、鍋筒壓力、汽包液位等進行調節，根據介質物性，對腐蝕性低的介質選擇普通電動開關閥、調節閥，腐蝕性介質選擇電動襯氟調節閥，對大管徑氣體

調節選用電動調節蝶閥。并按調節閥設計要求，提供調節閥計算數據表選擇合適型號。 

 

3．4 馬達保護器與變頻器

根據低壓電氣設備運行要求，選擇具有過載、斷 相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉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成電動機控制保護單元，并具有遠程自動控制、現場直接控制、面板指示、信號報警、現場總線通信等功能。變頻器考慮負載類型、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，電機的額定功率只能作為參考。本工藝生產中低壓設備多以調速為主，因此選擇恒轉矩型變頻器［7］。 

 

4 各工藝段的典型控制

4．1 回轉揮發工藝控制段

原料倉配料及轉運控制站主要控制功能。圓盤給料機等設備的變頻控制; 原料倉配料及轉運工藝各設備邏輯連鎖與邏輯控制。

 

回轉窯揮發控制站主要控制功能。離心通風機和回轉窯的變頻控制; 回轉窯揮發設備邏輯連鎖與邏輯控制; 生產預告信號控制。

 

余熱鍋爐控制站主要控制功能。鍋筒壓力、除氧器壓力調節控制; 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控制; 回轉窯引風量控制; 余熱鍋爐上 38 臺振打器順序控制; 余熱鍋爐部分設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、溫度調節控制; 脫氟、氯工藝主要設備保護與報警; 脫氟、氯工藝各設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; 煙氣脫硫工藝設備邏輯連鎖與邏輯控制。 

 

5 結語

浸出渣回轉窯生產線建設優先考慮主要工藝及設備的先進性和可靠性，滿足高效率低能耗的節能環保要求，三廢達到國家排放標準要求。儀表、控制系統的選型配置須與工藝方法和工藝裝備適應，通過馬達保護器、Profubus-DP 總線集成低壓電氣設備的集中監測控制，軟件系統要求具有先進控制算法( APC) ，以滿足工藝參數檢測、回路調節、設備狀態監測、工藝連鎖、節能運行等多個功能目標。

 

項目實施，建成配置合理、裝備水平高、節能環保、環境好的鋅冶煉浸出渣回轉窯生產線，確保鋅冶煉浸出渣資源化、無害化，回收棄渣中的有價金屬，同時利用浸出渣處理將危廢渣轉變為一般固廢，減少冶煉棄渣量，降低轉運及堆存要求，取得良好的經濟效益和社會效益。