冷軋噴霧焙燒鹽酸再生系統負壓控制策略

邱光習，劉 軍

（新冶高科技集團有限公司，北京 100081）

冷軋酸洗產生的大量廢鹽酸，屬于《國家危險廢物名錄》規定的危險廢物，如不進行資源循環再利用處置，不僅環保效益差，而且是對資源的巨大浪費。噴霧焙燒鹽酸再生工藝不僅實現了廢酸環保處理，還實現了氯和鐵資源的循環再利用。在噴霧焙燒的過程中，影響產品質量問題的主要因素是負壓和溫度等參數的控制，如果系統負壓控制偏差偏大，則出現爐內溫度分布不均，會導致爐內化學反應不穩定，造成氧化鐵粉質量不穩定等現象，從而造成氧化鐵粉質量的下降或不達標。因此，對焙燒爐煙氣負壓的穩定控制至關重要。在噴霧焙燒過程壓力和溫度的建模與控制方面，一般是用計算流體力學和傳熱學等相關知識建立數學模型，并進行相應數值模擬和結構優化。而用這些模型進行噴霧焙燒系統負壓的在線控制時，因存在高階方程的求解計算量大和病態等問題，導致噴霧焙燒系統負壓控制還不成熟，目前主要采用的閉環PID控制策略。

1 實驗閉環控制原理

如圖1所示，經典的閉環控制理論包括PID控制器、執行器、控制對象、檢測變送以及干擾這幾部分元素。當外部干擾使得被控對象發生變化時，實際值會發生變化，檢測變送把變化實時數據反饋給PID控制器，PID控制器進行數據處理，然后控制執行器，進而克服擾動，穩定被控對象。

圖1 閉環控制原理圖

2 結果與討論

圖2是噴霧焙燒鹽酸再生的工藝流程圖，在這里我們要利用吸收塔和洗滌塔之間的廢氣風機（變頻電機）來閉環控制系統的壓力（維持穩定的焙燒爐頂設定值負壓）。下面我們來分析閉環控制的各股元素：

a）設定值：爐頂負壓給定——根據工藝需要此值要設定為負值（通常為-200Pa）；

b）實際值：爐頂負壓反饋——差壓變送器檢測實時數據，根據需要加入濾波；

c）PID控制器：使用西門子Step7程序里面自帶PID控制器；

d）執行器：西門子變頻器和變頻電機——這里將二者視為一個整體；

e）控制對象：爐頂負壓；

f）干擾：主要可控干擾有噴槍流量變化、燒嘴空氣和燃氣流量變化、爐底鐵粉輸出風量等。

圖2 噴霧焙燒鹽酸再生工藝流程圖

為了系統閉環控制能夠正常工作調節焙燒爐負壓，需要作幾個假設：①假設系統焙燒爐頂到洗滌塔的煙氣管路系統通暢且密封良好，沒有發生堵塞或者漏氣等情況；②假設系統儀表傳感器工作正常，系統參數傳遞真實，沒有壓力表零位漂移等現象；③假設爐底鐵粉正常輸出沒有把爐底堵死。

2.1 噴槍流量對焙燒爐頂負壓影響

當系統焙燒爐進料噴槍的流量變大，其他工況沒有發生變化時，焙燒爐頂的溫度會降低，焙燒爐頂壓力會降低，這時壓力變送器的檢測值會降低，實際壓力下降，經過PID控制器計算后給定變頻器的電機轉速會下降，變頻電機旋轉變慢，焙燒爐頂負壓升高回到設定值。同樣，噴槍流量變小時，PID控制器控制變頻電機轉速變快，穩定實際值。

2.2 燒嘴燃氣量對焙燒爐頂負壓影響

當系統燃氣量加大時，焙燒爐頂溫度升高，壓力變大，壓力變送器檢測實際值升高，經過PID控制器計算以后給變頻器的電機轉速升高，焙燒爐頂負壓減小回到設定值。反之，當燃氣量較少時，焙燒爐頂溫度降低，壓力變小，壓力變送器檢測實際值降低，經過PID控制器計算以后給變頻器的電機轉速降低，焙燒爐頂壓力升高回到設定值。

由于焙燒爐頂壓力是由焙燒爐頂溫度決定的，而干擾有很多種，把多種干擾看為一個整體，這個整體最后的作用結果是使得焙燒爐頂溫度升高還是降低，而焙燒爐頂的溫度變化決定其壓力的變化，這也就是說正常生產時焙燒爐頂溫度要被控制在一定的范圍內，這樣焙燒爐頂負壓才會被正常調節控制。當爐頂溫度很高，使得爐頂負壓增加，導致PID控制器給變頻器的輸出達到變頻器的最大轉速也不能有效降低爐頂負壓時，PID控制器將出現超調現象，故而生產過程中控制焙燒爐頂溫度是最為關鍵的一個環節。

3 結語

通過對噴霧焙燒鹽酸再生系統負壓控制原理進行介紹分析，充分了解了焙燒爐負壓特性，有助于生產操作人員駕馭噴霧焙燒鹽酸再生系統，分析處理生產中出現的問題并快速解決，保證焙燒爐生產連續穩定。