高压酸浸过程多级预热器负荷--液位协调控制方法的研究

摘要

随着硫化镍矿资源的日益枯竭，对红土镍矿进行高效且低成本的处理对于满足镍的增长需求有着重要的意义，基于高压酸浸(High Pressure Acid Leaching，缩写为HPAL)处理工艺的红土镍矿湿法冶炼技术得到越来越多的重视，成为镍冶炼工艺未来发展的主要趋势。高压酸浸是湿法冶炼工艺中的核心技术，而多级矿浆预热器是其中的关键环节之一，其工艺参数稳定与否直接影响到后续生产过程的质量与安全。但高压酸浸多级矿浆预热过程本身具有多变量、强耦合、特性变化、非线性、各种干扰因素等特点，而且物料联系十分紧密，在实际的矿浆预热过程中，主要采用常规PID控制方法，但当调整生产负荷时，各级预热器液位波动比较严重，此种控制方法效果差，用此方法难以同时保证负荷的平稳性和物料（液位）的平稳性。 本文以某镍钴冶炼厂项目为背景，针对目前的高压酸浸控制系统，并没有把多级预热器和高压釜看做一个物料平衡的整体，没有一个统一协调的负荷控制机制，出现了要保证生产负荷的连续稳定，却引发了各级预热器液位波动的现象，提出了一种多级预热器的负荷-液位协调控制方法。本文的主要研究内容如下: (1)总结了矿浆预热过程控制的发展历程和建模现状，分析了矿浆预热过程特性和控制的难点，以及实际矿浆预热生产中控制方法存在的问题，并提出了把整个矿浆预热生产过程看作一个物料平衡整体的思想。 (2)对多级预热器均匀控制方法和负荷-液位协调控制方法进行了研究，说明了负荷-液位协调控制方法的技术思路，以及此种控制方法的特点是利用全线负荷主基准给定器来达到负荷及液位的协调控制。在此基础上，设计了多级预热器负荷-液位协调控制系统的架构，并开发了多级矿浆预热过程负荷-液位协调控制器。 (3)搭建了高压酸浸过程多级预热器控制系统的仿真实验平台，此实验平台利用METSIM流程模拟软件，建立了高压酸浸过程闪蒸模型，将闪蒸蒸汽量通过DDE通信导入Matlab，结合Matlab完成矿浆预热过程液位动态模型的建立。此外，本实验平台利用HMI Display Builder软件，设计并开发了高压酸浸多级矿浆预热过程监控界面。 (4)在建立的多级预热器控制系统的仿真实验平台上完成了高压酸浸过程多级预热器均匀控制方法和负荷-液位协调控制方法的仿真实验，通过比较，说明负荷-液位协调控制控制策略能够达到更好的控制效果。

目录

声明

摘要

1．1课题的背景与意义

1．2矿浆预热过程控制及建模研究现状

1．2．1矿浆预热过程控制研究现状

1．2．2高压酸浸矿浆预热过程建模研究现状

1．3现有矿浆预热过程控制存在的问题

1．4本文的主要工作

第2章高压酸浸工艺过程的描述

2．1高压酸浸过程的工艺描述

2．2高压酸浸工艺的关键工序

2．2．1矿浆预热环节

2．2．2高压釜环节

2．2．3闪蒸环节

2．3矿浆预热环节控制难点及影响因素

2．4本章小结

第3章高压酸浸过程多级预热器负荷-液位协调控制方法的研究

3．1高压酸浸过程多级预热器均匀控制方法

3．1．1均匀控制的原理

3．1．2高压酸浸过程多级预热器均匀控制系统的设计

3．1．3多级预热器均匀控制系统的整定

3．1．4均匀控制系统的控制目标

3．2高压酸浸过程多级预热器的负荷-液位协调控制方法

3．2．1采用负荷-液位协调控制方法的技术思路

3．2．2多级预热器负荷-液位协调控制方法的总体架构

3．2．3负荷主基准给定器的实现

3．3本章小结

第4章高压酸浸过程多级预热器控制系统的仿真实验平台

4．1多级预热器控制系统的仿真实验平台架构设计

4．1．1仿真实验平台整体设计

4．1．2仿真实验平台结构设计

4．2高压酸浸矿浆预热过程数学模型

4．2．1矿浆预热过程建模分析

4．2．2矿浆预热过程液位机理模型

4．3基于METSIM软件建立高压酸浸过程闪蒸模型

4．3．1 METSIM软件基本介绍

4．3．2基于METSIM软件闪蒸模型的建立

4．4流程模拟软件METSIM和MATLAB的数据通信

4．4．1数据通信平台的设计

4．4．2 S函数简介

4．4．3 METSIM和MATLAB的DDE通信实现

4．5多级矿浆预热过程监控界面的通信与开发

4．5．1 MATLAB与监控系统软件的OPC通信

4．5．2多级矿浆预热过程监控界面的开发平台

4．5．3多级矿浆预热过程监控界面的开发

4．6本章小结

第5章多级预热器控制系统的实验验证

5．1实验总体设计

5．2多级预热器控制系统实验仿真验证

5．2．1多级预热器均匀控制系统实验仿真验证

5．2．2多级预热器负荷-液位协调控制系统实验仿真验证

5．3方法对比与小结

5．4本章小结

第6章总结与展望

参考文献

致谢