银转炉天然气燃烧器控制系统改造

侯帮炬， 吴建华， 胡 俊

(大冶有色稀贵金属厂， 湖北 黄石 435000)

银转炉天然气燃烧器控制系统改造

侯帮炬， 吴建华， 胡 俊

(大冶有色稀贵金属厂， 湖北 黄石 435000)

针对银转炉的天然气燃烧器实践应用中的不足和缺陷，对控制系统进行升级改造。本控制系统由西门子LMV51系列程序控制器、SQM伺服执行器等组成，通过Canbus总线进行控制。现场外围控制由触摸屏和PLC组成。现场工况通过Profibus DP总线传送到厂中控系统中进行实时监控。通过改造控制系统，银转炉达到了安全、节能、管控一体化的要求。

自动控制； 程序控制器； Canbus总线

在白银冶炼过程中，通常使用小转炉对粗银粉进行吹炼除杂及熔铸成阳极进行电解。近年来随着大冶有色稀贵金属厂白银产量的大幅攀升及国家节能减排工作的推进，恰逢大冶有色稀贵新工业园建设，为银转炉燃烧控制系统再次进行改造升级带来机遇，升级改造后的银转炉自2013年4月改造投产以来，使用效果较好。现场通过触摸屏进行操作调节，界面友好，燃烧器过程参数通过Profibus DP通信接入园区横河CS3000总控DCS系统实时监控，实现过程参数实时记录保存，历史趋势查询、能耗分析等功能。本文还对运行过程中常见故障进行了分析总结，并提出处理对策。

1 工艺设备简介和改造历程

银转炉外观结构类似于铜转炉，中间采用耐高温锅炉钢板卷制，内部采用耐火砖砌筑熔池，两边是可拆卸端盖，方便炉窑砌筑和检修，炉体滚圈通过四只拖滚支撑，炉体齿圈和减速机齿轮啮合传动，通过电机正反转进加料和出料操作。燃烧器安装在传动装置对面炉体端盖上，风、气管和燃烧器连接，随转炉一起转动，燃烧过程烟气通过高温风机引入收尘器，回收有价金属和尾气达标排放，转炉主体设备图见图1。

图1 转炉主体设备图

大冶有色稀贵金属厂自2000年开始使用银转炉吹炼工艺，将粗银粉加入银转炉升温融化加药造渣，插入空压风管进行吹炼进一步驱除杂质，经取样化验合格浇模铸锭成银阳极进行电解，最终通过中频熔铸成品位99.99%以上银锭，大冶有色稀贵金属厂生产的“大江”牌白银已通过伦敦贵金属交易所注册认证。

燃烧系统能源历经燃油、燃气改造，2004年成功实现柴油燃烧器到天然气燃烧器过渡，能耗成本有了大幅下降，且消除了柴油没有充分燃烧的黑烟造成的厂房污染，厂房环境得到改善；2007年由于白银产量的增加，转炉系统进行了扩能改造，生产能力由2 t/炉增加到4 t/炉，燃烧器也由原来的国产燃烧器升级为美国Hauck公司SVG260MR型进口燃烧器，核心部件为西门子LFL1.335程序控制器。

2 存在的主要问题及分析

改造前燃烧系统相对于原国产天然气燃烧器，天然气消耗有小幅下降，由于使用西门子LFl1.335燃烧器专用程控器安全性有了一定程度提高，但是仍存在以下几个方面的问题，主要体现如下：

(1) 点火、探火装置可靠性不高，点火电极经常由于积碳或高温陶瓷炸裂漏电无法点火，且使用离子探针经常探测不到火焰误报，导致燃烧系统经常保护并点不着火，严重影响生产，维护压力大。

(2) 火焰不好调节，完全靠人工控制手动球阀开启度来控制火焰大小，且空燃比不好调节，容易发生火焰不稳定熄灭或燃烧不充分现象。

(3) 由于火焰调节不便，以至于操作工人在整个生产过程中始终保持最大火力，一方面造成能源浪费，另一方面对燃烧器和转炉寿命有影响。

3 改造方案及对策

针对燃烧器在实际使用过程中的不足，在工业园建设过程中进行了改造，燃烧器系统见图2。

图2 燃烧器系统图

主要改造过程如下：

(1) 使用进口点火电极，杜绝了陶瓷炸裂的问题，便捷更换处理的的高压帽接头，可避免积尘漏电，由于方便拆卸，电极积炭清理便利；另使用紫外线火焰探测器QRA10MC取代离子探针，探火灵敏度增加且更为可靠。为了延长探测器使用寿命，避免高温损坏探测器，在燃烧器接口上加装三通，通入压缩风进行冷却，点火电极和火焰探测器使用寿命大为延长，由原来的4个炉期提高到12个炉期。

(2) 天然气双电磁阀组后增加SQM45.295A9电动蝶阀执行器，助燃风官道上增加SQM48.497A9电动蝶阀执行器。其中SQM45.295A9额定转矩 3 Nm (保持转矩减去1.5 Nm)，运行时间10～120 s，通过CAN bus控制和反馈信号，使用步进电机，前支架，D型驱动轴；SQM48.497A9额定转矩20 Nm，运行时间30～120 s，通过CAN bus控制和反馈信号，转角0～90°，使用步进电机、前支架及平行槽驱动轴。控制精度大为提高。

(3) 将原LFl1.335升级为LMV51.100C2程序控制器。LMV51是一个专业燃烧器管理系统，它包括一个基于微处理器的主控制器及相关监控组件，该集成燃/空比燃烧控制器适用于强制鼓风式燃烧器，可同时控制4执行器并进行负荷控制。LMV51系统具有控制和监控功能。为方便参数调节，标配了AZL52显示和操作单元。它带有4×16字符背景文本显示功能，用于控制面板安装的分离单元。

(4)增加一套S7- 200PLC系统，对过程开关量和模拟量进行采集及辅助控制，另通过和AZL52显示和操作单元进行MODBUS RTU通信，采集LMV51.100C2程序控制器参数，PLC系统通过EM277通信模块和园区横河CS3000系统进行Profibus DP通信，将过程参数上传到DCS操作站画面监控显示。达到安全、可靠、节能、管控一体化的要求。系统网络图见图3。

图3 系统网络图

4 参数设置及常见故障处理

4.1 AZL参数设置

通过AZL按系统实际配置进行参数设置，具体参数设置参见LMV51用户手册。其中调节执行器参数设置按如下方式执行：

(1) 先确保将LMV51和调节执行器之间通过西门子AGG5.641专用电缆进行连接，并接线无误；

(2) 进入AZL《Params & Display 参数&显示》→《Actuators执行器》→《Addressing编址》该菜单包括编址执行器的选择 (例如空气执行器)。通过适当的光标选择和按Enter按钮用户可以选择需要的执行器功能。通过Enter按钮启动地址分配。AZL稍后将会提示用户按编址执行器上的按钮。AZL5…确认成功的地址分配。当然，执行器的地址要进行检查，防止现在出现闪烁代码。对于该系统的其它执行器该过程可以重复进行，但是 AZL5… 不允许重复分配。否则，AZL…会通知用户该执行器已被使用；执行器通过 LED 给出地址号。闪烁间隔是200 ms：1pulse，1个脉冲⟹air actuator空气执行器，2 pulses2个脉冲⟹gas actuator燃气执行器，在每一个闪烁循环后，有1.2 s的暂停[1]；

(3) 当需要更换，维修或编址错误(用户造成的地址分配错误)时，该功能可以对已经编址好的执行器进行重新设置。使用该功能时，用户必须在正常运行下长按执行器编址按钮至少10 s。然后执行器将会重新设置它的地址，这些地址由待机状态下LED指示。

(4) 选择旋转方向定义时，由 AZL5…进入以下菜单：《Params & Display 参数&显示》→《Actuators执行器》→《DirectionRot旋转方向》，可以选择《Standard逆时》 和《Reversed顺时针》：检查旋转方向时，每一个执行器都要移动到无故障待机模式的初始位置。参数被编入主控器文档内，这样当更换执行器时就不需要再重新进入旋转方向。设置点火位置或曲线后，只有删除设置菜单《Delete Curves删除曲线》上的曲线和点火位置后才可以改变旋转方向[1]。

(5) 设置空/燃比曲线，在存储的过程中，LMV5…会根据输出的上升对各曲线点进行设置。这就意味着只要输出设置正确，就可以任意输入曲线点。以这种方法一个点一个点进行设置，直到达到最小输出点。存储最小输出点后，离开曲线设置。设置空/燃比曲线参数，见表1。

表1 空/燃比曲线设置参数

4.2 常见故障检查处理

(1) 火焰探测器故障，将UV 火焰探测器拆下可以通过打火机火焰进行检测，如检测得到火焰电流说明UV探测器正常；

(2) 点火系统，可将点火变压器和点火电极一起拆下，除进行常规外观、绕组阻值、绝缘等检查外，可以给点火变压器初级通电，看电极是否能放电或存在漏电现象，检查过程注意点火变压器放电高压，且点火针金属部分不能和地及其它导体短接，另安装时要将针尖安装到适当角度；

(3) 压力开关和电磁阀等可以通过触摸屏查看状态是否正常；

(4) 伺服执行器“Position Fault Air Actuator”或“Internal Fault Gas Actuator”故障检查伺服执行器转角是否在正常0～90°范围内，在待机状态下，可以尝试将伺服输出轴小角度适当转动，只需将转角转回到伺服执行器0～90°范围内，就可以排除故障，且执行器可以自动转回到起始位0°；

(5) 其余故障不多见，LMV51可以自动诊断，通过查询AZL上故障代码，参考用户手册进行排除。

4 效益分析及不足

本次改造，彻底解决了转炉燃烧器燃烧安全性问题，完全实现自动点火、火力无极调节、温度控制，天然气燃烧火焰质量好热值高，大幅降低了银转炉吹炼银粉过程中天然气单耗，阴阳极板单耗由改造前的1.0 Nm3/kg降低到改造后的0.8 Nm3/kg,一年约可减少天然气消耗70 000 Nm3,节约生产成本20余万元，经济效益十分明显。同时燃烧工况传送DCS系统，可以实现远程监控，实时掌控设备工况和能耗，关键过程参数可以长期保存。

不足之处由于受限于转炉熔池温度高，直接连续测温很困难，且又要避免测温元件污染银，因此本次测温采用炉转内预埋测温套管间接测温，缺点是有测温滞后严重，且温差规律性受整个系统影响建模困难，期待今后实践中再加以改进。

[1] 陆俊.燃烧器技术操作[M].昆明：昆明文化出版社，2012.

[2] 刘蓉，刘文斌.燃气燃烧与燃烧装置[M].北京：机械工业出版社，2009.

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[6] 徐旭常.烧技术手册[M].北京：化学工业出版社，2008.

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[9] 周立功.项目驱动-CAN-bus现场总线基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.

[10] 陈忠平，侯玉宝.西门子S7- 200系列PLC自学手册[M].北京：人民邮电出版社，2008.

The Reformation of Control System of Gas Burner of Converter for Silver

HOU Bang-ju，WU Jian-hua，HU Jun

Aimming at the insufficient and defect of the gas burner of the converter for silver, upgrading of control system has been accomplished. This control system consists of SIEMENS LMV51 series program controller, SQM servo actuator and etc. The system is controlled by CANBUS profibus. The peripheral control system consists of touch screen and PLC. The working site is real-time monitored by DP profibus. The messages could be sent to the center control system through the profibus. Through the technical reformation, the system could be safe, energy saving and integration of management and control.

automatic control；programming controller；CANBUS profibus

2015-09-02

侯帮炬(1980-)，男，湖北大冶人，大学本科，电气工程师，主要从事电气、仪表、DCS等方面工作。

TF832

B

1003-8884(2015)06-0030-04