自動控制技術(shù)在高爐煤氣凈化系統(tǒng)中的應(yīng)用

王姍姍

(安陽鋼鐵股份有限公司)

自動控制技術(shù)在高爐煤氣凈化系統(tǒng)中的應(yīng)用

王姍姍

(安陽鋼鐵股份有限公司)

隨著科技進(jìn)步和電氣自動化技術(shù)的更新，高爐煤氣全干法除塵技術(shù)取得了長足的發(fā)展，本文闡述了基于現(xiàn)場總線、可編程控制器、工業(yè)微機(jī)和工業(yè)以太網(wǎng)的自動化技術(shù)在該系統(tǒng)中的應(yīng)用，以及高爐煤氣全干式布袋除塵器自動控制的全過程。

干法除塵 自動控制系統(tǒng) 可編程控制器

0 引言

高爐煤氣凈化系統(tǒng)過去采用濕法除塵，該方法雖然能達(dá)到一定的除塵效果，但存在水污染及煤氣熱值降低等問題。近年來隨著高溫濾料的問世和自動化控制技術(shù)的發(fā)展，為高爐煤氣干法除塵控制技術(shù)開辟了新的途徑。高爐煤氣干法除塵技術(shù)，不僅可以顯著降低煉鐵過程的水消耗，還可以提高二次能源的利用效率，減少環(huán)境污染，已經(jīng)成為高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展方向，屬于冶金工業(yè)的綠色環(huán)保技術(shù)，在當(dāng)今國內(nèi)嚴(yán)峻的環(huán)保形勢下，具有重要意義。

筆者論述了干法除塵技術(shù)自動控制系統(tǒng)的工藝流程、煤氣溫度的控制工藝、自動控制系統(tǒng)的硬件、軟件、及整個過程控制的范圍。

1 布袋除塵工藝流程

高爐荒煤氣經(jīng)重力除塵器旋風(fēng)除塵器后進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)氣總管,經(jīng)各支管進(jìn)入布袋除塵器筒體,除塵后的凈煤氣經(jīng)布袋除塵器出氣總管進(jìn)入凈煤氣管道,經(jīng)調(diào)壓閥組或TRT,入凈煤氣管網(wǎng)。 在旋風(fēng)除塵器和布袋除塵器之間一旁路,加設(shè)冷熱交換器,用于煤氣的升溫和降溫。 主要難點在于調(diào)溫系統(tǒng):采用全干法布袋除塵工藝技術(shù),各方面的綜合效益非常顯著,對企業(yè)而言有很強(qiáng)的吸引力,之所以推廣困難,最主要的原因是大流量的煤氣在瞬間內(nèi)完成調(diào)溫(特別是升溫)非常困難,一旦發(fā)生燒布袋或糊布袋,不但造成更換布袋的直接經(jīng)濟(jì)損失,更嚴(yán)重的是無法維持高爐正常生產(chǎn),況且更換布袋需要較長的時間,這正是干法布袋工藝難以推廣的原因之一。目前,精料、熟料方針的推廣、操作管理水平的提高,布袋耐用、耐溫水平的提高,都使這一矛盾相對減弱,但從根本上講,采用全干法除法工藝技術(shù)的先決條件是必須有長期可靠的煤氣調(diào)溫控制系統(tǒng)。大高爐長期運行時,煤氣溫度偏高的情況多余偏低的情況,但低溫情況仍然存在,溫度高燒布袋,溫度低糊布袋,因此應(yīng)同時具備工業(yè)區(qū)氣的升溫和降溫兩種措施。

圖1 布袋除塵工藝流程

2 干法除塵器對煤氣溫度的控制

2.1 干法除塵器對煤氣溫度的要求

為了保證干法除塵器的正常運行，煤氣溫度的控制對干法除塵器的濾袋材質(zhì)起到?jīng)Q定性的影響。如果除塵器的煤氣入口溫度在110 ℃～250 ℃，則會延長濾袋壽命，溫度過高，會燒毀濾袋現(xiàn)象，溫度過低，煤氣中的水蒸氣凝結(jié)，會導(dǎo)致糊袋。因此，入口煤氣溫度的控制，對干法除塵器非常重要。

2.2 煤氣溫度的控制方法

當(dāng)干法除塵器的入口煤氣溫度低于40 ℃～80 ℃時，理論上會發(fā)生結(jié)露和糊袋現(xiàn)象，實際操作中，不需要增設(shè)增溫設(shè)備，結(jié)合鼓風(fēng)中的水和焦炭水分含量，在操作工藝上采取措施即可。為了防止煤氣溫度過高對除塵器濾袋造成影響，一般工藝上，在重力除塵器和干法除塵器之間安裝熱交換器，當(dāng)煤氣溫度過高時，熱交換器投入使用，當(dāng)煤氣溫度達(dá)到規(guī)定值時，熱交換器退出，以此達(dá)到控制溫度的目的。

3 自動化控制系統(tǒng)

3.1 自動化控制系統(tǒng)硬件

3#高爐煤氣的全干法除塵系統(tǒng)采用硬件結(jié)構(gòu)堅固的可編程控制器即plc,主機(jī)選用10槽結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程I/O機(jī)架為10槽和16槽結(jié)構(gòu)，PLC主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架的連接也采用遠(yuǎn)程I/O模塊，雙纜方式連接，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性，上位系統(tǒng)工控機(jī)位于高爐主控室內(nèi)，用于監(jiān)視系統(tǒng)的工作情況。

圖2 高爐煤氣干法除塵自動化監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 自動化控制系統(tǒng)軟件

3#高爐煤氣干法除塵自動化控制系統(tǒng)的上位操作系統(tǒng)軟件選用Windows 2000 Professional 中文版操作系統(tǒng)。上位組態(tài)軟件選用Intouch 8.0中文版，通過上位組態(tài)軟件，可以將現(xiàn)場數(shù)據(jù)快速顯示在屏幕上，可以通過CRT上的按鈕來取代真正的按鈕完成對現(xiàn)場設(shè)備的操作，記錄數(shù)據(jù)曲線，實時完成現(xiàn)場情況的分析和操作。

系統(tǒng)選用的Concept操作員站組態(tài)軟件具有以下功能：

(1)信息量大，極大方便應(yīng)用開發(fā)人員的使用

(2)支持多種操作平臺：Windows NT/2000等

(3)具有軟件保護(hù)功能，安全、可靠

(4)符合IEC 1131-3標(biāo)準(zhǔn)的多種編程模式

3.3 自動化系統(tǒng)的控制范圍

3.3.1 自動控制在換熱器系統(tǒng)中的應(yīng)用

自動化控制系統(tǒng)在自動方式時，當(dāng)荒煤氣總管溫度大于250 ℃或者重力除塵器后荒煤氣溫度大于270 ℃，程序會自動把換熱器管道旁路的蝶閥打開并開到位，再關(guān)閉主管道的蝶閥；當(dāng)重力除塵器后荒煤氣溫度小于240 ℃或者荒煤氣總管道溫度小于190 ℃的時候打開主管道的蝶閥并在開到位后，關(guān)閉旁路蝶閥。上述操作也可在手動狀態(tài)下進(jìn)行。保證從重力除塵器出口的煤氣通向干法除塵系統(tǒng)的一條通道是打開的。

3.3.2 自動控制在卸灰系統(tǒng)的應(yīng)用

卸灰系統(tǒng)通過球閥、卸灰閥和倉壁振動器實現(xiàn)對干法除塵系統(tǒng)的自動卸灰。當(dāng)除塵器箱體的灰位達(dá)到高灰位時，自動打開球閥、卸灰閥、開啟倉壁振動器開始卸灰。當(dāng)達(dá)到低灰位時，反向操作停止卸灰。每次只能操作一個箱體，防止同時有兩個以上箱體達(dá)到高灰位，堵塞輸灰管道。布袋除塵灰最終輸送至大灰倉。

3.3.3 自動控制在料位計系統(tǒng)的應(yīng)用

自動控制系統(tǒng)對料位計的控制，大大減少了料位計信號的誤報，分體式料位計，消除了高位灰塵及倉壁振動器對系統(tǒng)干擾的隱患。

3.3.4 自動控制在含塵量監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

煤氣含塵量監(jiān)測系統(tǒng)如圖3所示，通過測量靜電荷的變化，判斷布袋除塵系統(tǒng)運行是否正常，使插入箱體管道中的傳感器及時檢測到電荷量值，并輸出給變送器，即通過顆粒與管壁、布袋之間的碰撞和摩擦，形成靜電場的變化，通過這個變化來反映粉塵含量的變化。

圖3 高爐煤氣含塵量監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

在圖3中：傳感器，包括布袋除塵各箱體凈煤氣出口傳感器、荒煤氣總管傳感器和凈煤氣總管傳感器檢測電荷信號，根據(jù)箱體數(shù)量的增加，傳感器數(shù)量也相應(yīng)增加；變送器進(jìn)行從電荷信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行硬件補(bǔ)償，根據(jù)傳感器數(shù)量的增加，變送器數(shù)量也相應(yīng)增加；安全柵具有防爆功能；系統(tǒng)主板具有A/D 轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)補(bǔ)償功能；供電ups單元為系統(tǒng)供電；液晶顯示器顯示各布袋凈煤氣出口。

由傳感器測得電信號進(jìn)入變送器，經(jīng)過電荷信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換并進(jìn)行補(bǔ)償后，進(jìn)入安全柵陣列進(jìn)行防爆隔離，然后進(jìn)入系統(tǒng)主板進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換及補(bǔ)償，再以4mA-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出。任意箱體有布袋破裂時，此箱體含塵量值上升，此時，凈煤氣總管的含塵量也會有所上升，系統(tǒng)此時在監(jiān)視盤和上位機(jī)上現(xiàn)實故障并報警，方便維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)和及時處理問題。

布袋除塵自動控制系統(tǒng)的特點和亮點是：

(1)傳感器表面采用特殊涂覆材料。

(2)接地網(wǎng)的制作采用傳感器端懸空，變送器端接地的連接方式。

(3)通過測量靜電荷的變化，判斷除塵系統(tǒng)的運行是否正常。

(4)硬件和軟件都采用了補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>

(5)系統(tǒng)的各個畫面可以自由切換，所有重要的數(shù)據(jù)都有自動記錄曲線。

(6)使用UPS供電，系統(tǒng)掉電后可保證15分鐘自動供電。

(7)PLC系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，通過交換機(jī)可以實現(xiàn)PLC與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

安鋼3#高爐煤氣全干法除塵技術(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)的空白，技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，特別是系統(tǒng)中的自動控制技術(shù)，為該系統(tǒng)在冶金行業(yè)的重點推廣應(yīng)用，做出了積極貢獻(xiàn)。

4 自動控制技術(shù)在3#高爐煤氣凈化系統(tǒng)中的應(yīng)用效果、工藝效果及應(yīng)用效果

自動控制技術(shù)在3#高爐煤氣凈化系統(tǒng)中應(yīng)用，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程集中控制和自動化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，其在達(dá)到的應(yīng)用效果如下。

(1)全干法除塵在運行中通過脈沖反吹布袋除塵技術(shù)，基本實現(xiàn)了粉塵的充分回收。

(2)排出煤氣壓力損失小，溫度高，比老式的濕法除塵高出110 ℃～180 ℃，經(jīng)過干法除塵后的煤氣熱值高、水分低、可應(yīng)用的領(lǐng)域大。如果熱風(fēng)爐采用干式熱煤氣可提高熱風(fēng)溫度55℃左右，相應(yīng)降低煉鐵焦比8 KG/tFe。

(3)具有投資省、占地少、建設(shè)周期短、運行成本低等優(yōu)點，在當(dāng)前的揚(yáng)塵治理，環(huán)境保護(hù)的大形勢下，省掉了濕法除塵建設(shè)大型洗水塔、沉淀池等的投資和占地，杜絕了大量污泥、污水的污染。

5 結(jié)語

安鋼3#高爐采用全干式除塵技術(shù)對高爐煤氣進(jìn)行除塵，取代原有濕法除塵系統(tǒng)，并實現(xiàn)全過程的自動控制技術(shù)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益，達(dá)到了理想的使用效果?？傊?，全干法除塵及其自動控制技術(shù)，使我們的除塵工藝水平又上了一個新臺階，為推動我國大型高爐進(jìn)一步向節(jié)能、環(huán)保、高效等方面的發(fā)展，邁出了新的一步。

[1] 張福明，現(xiàn)代大型高爐關(guān)鍵技術(shù)的研究與創(chuàng)新[J].工程與技術(shù),2008,1:3-4

[2] 向君中.高爐煤氣布袋除塵是重要的環(huán)保節(jié)能工程[J].冶金環(huán)境保護(hù),2000,6:1-5

[3] 張瑞平,趙士騏,吳利勤.布袋除塵器的應(yīng)用與前景[J].煤氣與熱力,2004,4:4-6

APPLICATION OF AUTOMATIC CONTROL TECHNOLOGY IN BLAST FURNACE GAS CLEANING SYSTEM

Wang Shanshan

(Anyang Iron and Steel Stock Co.,Ltd. )

With the technical progress and the upgrading of electric-automation control technology,the BFG dry bag type dust collecting technology has taken quite great development. It expound emphatically the application of integrated automatic thchnology based on field bus,PLC,intustrial computer and Ethernet network.And automatic control process of dusting system in blast furnace etc.

Dry dusting Automation control system PLC

，中級職稱，河南.安陽(455004)，安鋼鋼鐵股份有限公司技改工程處;

2016-9-16