焦化廢水熱解控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

王麗娟，曹曉崢，王學(xué)恩

（山鋼股份萊蕪分公司自動(dòng)化部，山東萊蕪　271104）

焦化廢水熱解控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

王麗娟，曹曉崢，王學(xué)恩

（山鋼股份萊蕪分公司自動(dòng)化部，山東萊蕪271104）

為降低焦化廠產(chǎn)生的廢水污染物含量，山鋼股份萊蕪分公司開(kāi)發(fā)了焦化廢水熱解自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其自動(dòng)化儀表過(guò)程控制主要包括水箱控制回路、蒸氨廢水泵控制回路，新水配水模式，蒸氨廢水配水模式、蒸汽控制回路。該控制系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)爐高溫?zé)煔鉄峤饨够瘡U水，達(dá)到了煉鋼一次除塵煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)和轉(zhuǎn)爐煤氣回收標(biāo)準(zhǔn)，降低了焦化廢水處理費(fèi)用，每月可節(jié)省70萬(wàn)元。

焦化廢水；熱解；自動(dòng)控制；控制回路

1　前言

焦化產(chǎn)生的廢水污染物含量高，對(duì)環(huán)境危害大且處理成本高。利用轉(zhuǎn)爐高溫?zé)煔鉄峤饨够瘡U水，實(shí)現(xiàn)低成本焦化廢水的無(wú)害化無(wú)污染處理，經(jīng)轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)高溫?zé)峤馓幚砗?，蒸氨廢水中有機(jī)物的熱分解率達(dá)到96.59%，熱解副產(chǎn)的碳?xì)浠衔镏苯舆M(jìn)入轉(zhuǎn)爐煤氣，有效提高煤氣熱值，且廢水中的耗氧成分能消耗轉(zhuǎn)爐煤氣中的自由氧，客觀上起了防爆的作用，同時(shí)降低了轉(zhuǎn)爐除塵器的新水消耗。為此，山鋼股份萊蕪分公司開(kāi)發(fā)焦化廢水熱解自動(dòng)化控制系統(tǒng)，以利用轉(zhuǎn)爐高溫?zé)煔鉄峤饨够瘡U水。

2　工藝原理

焦化廠蒸氨廢水輸送到煉鋼廠氨水箱內(nèi)，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制氨水泵供水冷卻轉(zhuǎn)爐煙氣。

在轉(zhuǎn)爐冶煉吹氧階段，風(fēng)機(jī)高速吹送轉(zhuǎn)爐高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)煙氣冷卻系統(tǒng)（活動(dòng)煙罩、汽化冷卻煙道），煙氣溫度降至800～1 000℃后進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器；轉(zhuǎn)爐冶煉的初期新水蒸汽混合形成霧化冷汽對(duì)轉(zhuǎn)爐煙氣進(jìn)行冷卻；冶煉3 min后啟動(dòng)氨水泵，同時(shí)模式切換到蒸氨廢水模式，與蒸汽混合后形成霧化冷汽對(duì)轉(zhuǎn)爐煙氣進(jìn)行冷卻；通過(guò)蒸發(fā)冷卻器內(nèi)12只噴嘴噴射霧化后的蒸氨廢水對(duì)轉(zhuǎn)爐煙氣進(jìn)行降溫，使煙氣溫度降低到250～270℃。此時(shí)將煙氣中的粉塵與霧化的冷氣進(jìn)行混合，未熱解的有機(jī)物在冷媒水中富集，當(dāng)該有機(jī)物富集到一定程度，冷媒水泵將其送至蒸氨廢水儲(chǔ)存槽中，對(duì)冷媒水中富集的有機(jī)物進(jìn)行熱解處理，在冷媒水系統(tǒng)末端煤氣管道上加入專(zhuān)用氣相緩蝕劑，降低焦化廢水后煙氣的腐蝕性，保護(hù)煤氣管道設(shè)備安全運(yùn)行［1，2］。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)控制的功能包括:蒸發(fā)冷卻器新水配水系統(tǒng)、蒸氨廢水配水系統(tǒng)、蒸汽控制系統(tǒng)、蒸氨廢水泵控制系統(tǒng)、水箱控制、蒸發(fā)冷卻器出口溫度控制、風(fēng)量控制系統(tǒng)。圖1為新水配水系統(tǒng)、蒸氨廢水配水系統(tǒng)、蒸汽控制系統(tǒng)布局。

圖1　配水控制系統(tǒng)布局

3　自動(dòng)化控制系統(tǒng)

3.1自動(dòng)化儀表部分

自動(dòng)化儀表過(guò)程控制主要包括水箱控制回路、蒸氨廢水泵控制回路，新水配水模式，蒸氨廢水配水模式、蒸汽控制回路。

水箱控制回路儀表包括壓力表1臺(tái)、切斷閥1臺(tái)、流量計(jì)1臺(tái)、水箱液位計(jì)1臺(tái)；蒸氨廢水泵控制回路每個(gè)子回路儀表泵出口水壓力表1臺(tái)；蒸氨廢水配水模式儀表包括壓力表1臺(tái)、流量計(jì)1臺(tái)、切斷閥1臺(tái)、調(diào)節(jié)閥1臺(tái)；蒸汽控制回路儀表包括蒸汽壓力表1臺(tái)、進(jìn)汽流量計(jì)1臺(tái)、切斷閥1臺(tái)。調(diào)節(jié)閥和切斷閥均采用氣動(dòng)閥門(mén)。

3.2PLC部分

該自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-400可編程控制器。本控制系統(tǒng)硬件組態(tài)為西門(mén)子S7-400可編程控制器和IM153遠(yuǎn)程站。每個(gè)遠(yuǎn)程站配有I/O導(dǎo)軌插槽、背板、SM-300模板等自動(dòng)化設(shè)備。遠(yuǎn)程站與PLC主站之間通過(guò)OLM、IM153接口模板通過(guò)光纜進(jìn)行通訊，上位機(jī)和PLC之間通過(guò)以太網(wǎng)通訊。1#～4#轉(zhuǎn)爐共計(jì)4套S7-400加4個(gè)遠(yuǎn)程站。PLC與工作站之間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行信息通訊。為了提高系統(tǒng)可靠性，降低維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)，遠(yuǎn)程站采用有源總線(xiàn)模板，實(shí)現(xiàn)熱插拔功能。焦化蒸氨廢水主要PLC系統(tǒng)配置中的遠(yuǎn)程站實(shí)現(xiàn)。

上位機(jī)為轉(zhuǎn)爐干法除塵的主控制室電腦，采用Wincc6.2監(jiān)控軟件作為圖形界面，組成計(jì)算機(jī)化的操作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

3.3網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置

本方案共有4套S7-400PLC接入到工業(yè)以太網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的4臺(tái)上位機(jī)位于不同的轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)并通過(guò)交換機(jī)接入環(huán)形網(wǎng)絡(luò)；上位機(jī)采用IP地址，PLC采用MAC地址進(jìn)行通訊；1臺(tái)上位機(jī)可以通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)4套控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控；環(huán)形網(wǎng)絡(luò)采用冗余設(shè)計(jì)，防止斷網(wǎng)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

4　控制模式

4.1設(shè)計(jì)蒸氨廢水泵控制回路

蒸氨廢水泵通過(guò)變頻器控制泵出口壓力實(shí)現(xiàn)恒壓供水，控制模式分手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。手動(dòng)控制用于實(shí)驗(yàn)、檢修和緊急情況。

自動(dòng)控制在蒸氨廢水配水模式下使用，自動(dòng)控制在使用過(guò)程中分為兩個(gè)階段，第1階段是在新水模式結(jié)束前2～5 s啟動(dòng)，此時(shí)間段可在監(jiān)控畫(huà)面上設(shè)定，默認(rèn)限定在2～5 s內(nèi)，泵出口壓力限定在0.85～1.0 MPa。當(dāng)新水模式結(jié)束并轉(zhuǎn)換到蒸氨廢水配水模式后且泵出口壓力不低于0.8 MPa時(shí)，切換到第2階段，此時(shí)泵出口壓力設(shè)定在在1.2～1.5 MPa，泵出口壓力設(shè)定可在監(jiān)控畫(huà)面上可調(diào)，默認(rèn)限定在1.2～1.5 MPa。氨廢水泵控制回路有2臺(tái)蒸氨廢水泵，2臺(tái)泵互為主泵，先啟動(dòng)的即為主泵，當(dāng)主泵故障、泵出口壓力低于0.8 MPa、主泵運(yùn)行信號(hào)沒(méi)來(lái)時(shí)備用泵自動(dòng)啟動(dòng)。

4.2改進(jìn)水箱控制回路

蒸氨廢水箱設(shè)計(jì)為3 m高，蒸氨廢水密閉儲(chǔ)存水箱為自動(dòng)供水，廢水儲(chǔ)存水箱設(shè)高、低水位報(bào)警，水箱水位高于2.5 m時(shí)水箱進(jìn)水管道切斷閥關(guān)閉；當(dāng)水箱水位低于1.5 m時(shí)水箱進(jìn)水切斷閥打開(kāi)向水箱內(nèi)注水，同時(shí)加藥泵啟動(dòng)為蒸氨廢水加藥。蒸氨廢水儲(chǔ)存水箱進(jìn)水管道上設(shè)置電磁流量計(jì)對(duì)焦化廢水流量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

水箱控制分為手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種方式，手動(dòng)模式操作工畫(huà)面手動(dòng)控制切斷閥的開(kāi)關(guān)和加藥泵的啟動(dòng)。自動(dòng)模式下，進(jìn)水切斷閥開(kāi)關(guān)與加藥泵的啟停連鎖。遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程操作、畫(huà)面顯示相關(guān)參數(shù)，有利于崗位人員熟悉操作。

4.3調(diào)整新水配水模式

轉(zhuǎn)爐冶煉階段，當(dāng)EC入口溫度高于300℃時(shí)，新水配水模式控制水切斷閥打開(kāi)，此時(shí)PLC調(diào)節(jié)模塊處于手動(dòng)狀態(tài)，輸出50%固定閥位，15 s后PID調(diào)節(jié)模塊轉(zhuǎn)為自動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)配水公式自動(dòng)調(diào)節(jié)噴水水量控制蒸發(fā)冷卻器出口溫度。新水配水模式用于控制蒸發(fā)冷卻器出口溫度，此控制由兩個(gè)多沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成串級(jí)調(diào)節(jié)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制。蒸發(fā)冷卻器出口溫度PID調(diào)節(jié)回路的輸出值作為蒸發(fā)冷卻器水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)定值形成串級(jí)調(diào)節(jié)，根據(jù)設(shè)定溫度控制水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，控制水流量增加或減少并與蒸汽混合后形成霧化噴射，當(dāng)轉(zhuǎn)爐冶煉到4 min（此時(shí)間可在監(jiān)控畫(huà)面上根據(jù)工藝要求調(diào)整）且煙氣溫度高于500℃時(shí)，自動(dòng)切換到蒸氨廢水配水模式，同時(shí)退出新水配水模式；當(dāng)冶煉12 min后再次將模式轉(zhuǎn)換成新水配水模式直到冶煉結(jié)束。

4.4優(yōu)化蒸氨廢水配水模式

當(dāng)轉(zhuǎn)爐冶煉到4 min且煙氣溫度高于500℃時(shí)，由新水配水模式自動(dòng)切換到蒸氨廢水配水模式，同時(shí)退出新水配水模式，蒸氨廢水配水模式采用與新水配水模式相同的方程式，此時(shí)配水介質(zhì)切換為蒸氨廢水，由于此時(shí)煙氣溫度高于500℃，可充分對(duì)蒸氨廢水進(jìn)行熱解，在轉(zhuǎn)爐冶煉的4～12 min期間，對(duì)焦化廢水進(jìn)行熱解。冶煉到12 min后蒸氨廢水模式結(jié)束同時(shí)切換到新水配水模式直到冶煉結(jié)束。

4.5改進(jìn)蒸汽控制回路

蒸汽控制回路在轉(zhuǎn)爐冶煉階段打開(kāi)蒸汽切斷閥，與配水系統(tǒng)配合通過(guò)噴嘴將霧化的水汽混合物噴射至蒸發(fā)冷卻器筒體，對(duì)煙氣進(jìn)行降溫的同時(shí)對(duì)蒸氨廢水進(jìn)行熱解。

5　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用焦化廢水自動(dòng)化控制系統(tǒng)后，滿(mǎn)足煉鋼一次除塵煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)和轉(zhuǎn)爐煤氣回收標(biāo)準(zhǔn)，4座轉(zhuǎn)爐每月處理焦化廢水11 718 t，大幅度降低處理焦化廢水費(fèi)用，焦化廢水處理費(fèi)用按60元/t，每月可節(jié)省70萬(wàn)元。煉鋼蒸發(fā)冷系統(tǒng)使用蒸氨廢水部分替代工業(yè)新水，節(jié)約新水的使用量，每月可節(jié)省約3.5萬(wàn)元，同時(shí)降低了焦化廢水對(duì)環(huán)境的危害，為萊鋼清潔生產(chǎn)提供有力技術(shù)支撐。

［1］操衛(wèi)平，馮玉軍，李自樹(shù)，等.利用煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣治理焦化廢水［J］.工業(yè)水處理，2005，25（11）:74-76.

［2］張建磊，張煥禎，張宏達(dá).焦化廢水回用轉(zhuǎn)爐煤氣洗滌水系統(tǒng)可行性研究［J］.工業(yè)水處理，2007，27（9）:56-59.

Abstrraacctt::To reduce the pollutants of wastewater coking plant produced，developed coking wastewater pyrolysis automated control system，its automated instrumentation process control including tank control loop，distilled ammonia waste water pump control circuit，new water distribution control system，distilled ammonia waste water distribution control system，steam control loop.This control system uses converter high temperature gas pyrolysis wastewater，it meets steelmaking flue dust emission standards and converter gas recovery standards，reducing the coking wastewater treatment costs，monthly savings of 70 thousand Yuan.

Key worrddss::coking wastewater；pyrolysis；automatic control；control circuit

Development and Application of Pyrolysis Coke Plant Wastewater Automatic Control

WANG Lijuan，CAO Xiaozheng，WANG Xueen
（The Automation Department of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271104，China）

經(jīng)濟(jì)與管理

TP273

A

1004-4620（2016）05-0061-02

2016-05-30

王麗娟，女，1986年生，2009年畢業(yè)于濟(jì)南大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司自動(dòng)化部工程師，從事儀表自動(dòng)化維護(hù)工作。