高爐噴煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)
2005/9/19 16:42:00
一、噴煤的必要性 由于能源價(jià)格的上漲,使得噸鐵成本上升,公司內(nèi)部挖潛改造、降低成本的空間已到極限,為了完成公司制定的產(chǎn)量目標(biāo)和成本目標(biāo),必須采取新的措施來(lái)增產(chǎn)降耗,高爐噴煤配合富氧,則可大幅度的提高生鐵產(chǎn)量、降低生鐵成本,噴煤技術(shù)改造對(duì)我公司的發(fā)展具有非常重要的意義。 高爐噴吹煤粉是世界煉鐵正在迅速發(fā)展的一項(xiàng)重大技術(shù),其目的是在高爐冶煉過(guò)程中,擴(kuò)大高爐燃料來(lái)源,從風(fēng)口向高爐噴吹煤粉,以價(jià)格低的煤粉替代價(jià)格昂貴的冶金焦,改善高爐的操作條件;增加高爐的調(diào)劑手段;最終達(dá)到節(jié)焦增產(chǎn)的目的。 在當(dāng)前能源緊張的形勢(shì)下,必須采取措施大力節(jié)約和替代焦炭。煉鐵生產(chǎn)降低焦炭的途徑很多:如改進(jìn)原料質(zhì)量、提高風(fēng)溫、改善操作、降低鐵水含硅量、加強(qiáng)管理等。但從效果上看擴(kuò)大高爐噴吹煤粉,以煤代焦乃是降低焦炭消耗的最有效措施。因此,擴(kuò)大高爐噴煤是當(dāng)務(wù)之急,符合鋼鐵工業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。 二、我公司三煉鐵噴煤現(xiàn)狀 我公司三鐵廠現(xiàn)有一座200m3高爐,單爐日產(chǎn)鐵650噸,年生產(chǎn)日為355天,則年產(chǎn)鐵為23萬(wàn)噸。 根據(jù)我廠的生產(chǎn)實(shí)踐,結(jié)合國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況,總結(jié)出串聯(lián)罐的優(yōu)點(diǎn): (1) 實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)間斷噴吹; (2) 占地面積少; 它的缺點(diǎn): (1) 倒罐時(shí),瞬事流量計(jì)量失真; (2) 若罐系統(tǒng)出現(xiàn)故障,則噴煤中斷; (3) 廠房高,投資大,檢修不便; (4) 倒罐很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制; 并聯(lián)罐的優(yōu)點(diǎn): (1) 罐系統(tǒng)出現(xiàn)故障,可三個(gè)罐輪流噴煤; (2) 倒罐較易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制; (3) 廠房低,投資小; 并聯(lián)罐的缺點(diǎn): (1) 倒罐瞬間中斷噴吹; (2) 輸粉切斷閥開(kāi)關(guān)頻繁,壽命短; 總之,隨著高爐噴煤自動(dòng)化的實(shí)施,倒罐瞬間中斷噴吹已由原3分鐘減少到6秒,并聯(lián)罐系統(tǒng)已成趨勢(shì),上鋼一廠2500 m3高爐新建噴煤即為并聯(lián)罐系統(tǒng)。 本初步設(shè)計(jì)按混合噴吹無(wú)煙煤、并罐噴吹系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 三、工藝流程 
四、設(shè)計(jì)原則 華鋼200m3高爐制煤、噴煤自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循先進(jìn)性與實(shí)用性相結(jié)合的原則,充分考慮到滿足設(shè)備控制要求,完善測(cè)量功能,在檢測(cè)元件選型方面適應(yīng)制煤、噴煤工藝氣粉混合測(cè)量和煤粉易燃爆的特點(diǎn),具有測(cè)量準(zhǔn)確、維護(hù)量小、防爆、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。高爐噴煤系統(tǒng)主要由制粉系統(tǒng)和噴煤系統(tǒng)兩部分組成。兩部分可以單獨(dú)運(yùn)行,互不影響。 五、控制原理和硬件結(jié)構(gòu) 噴煤系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制原理如下圖所示。 
1、硬件配置 主要硬件設(shè)備:西門子S7-300可編程控制器一套、CP5611卡一張、上位機(jī)兩臺(tái)。西門子S7-300可編程控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)。硬件損壞時(shí)更換方便。 2、軟件配置 操作系統(tǒng)為Windows2000;應(yīng)用軟件為STEP 7編程語(yǔ)言,用于控制程序開(kāi)發(fā)并具有自診斷功能;西門子Wincc6.0軟件具有在線監(jiān)視、調(diào)試功能,以及人機(jī)界面。 3、控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò) 西門子S7-300可編程控制器通過(guò)PROFI-BUS通訊網(wǎng)絡(luò),將制煤系統(tǒng)、噴煤系統(tǒng)成為一體,數(shù)據(jù)共享,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場(chǎng)控制。 控制系統(tǒng)采用西門子S7-300可編程控制器為主控設(shè)備,執(zhí)行并聯(lián)罐組自動(dòng)充壓卸后裝煤等順序控制,完成工藝過(guò)程的數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制。監(jiān)控部分選擇國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛的研華工控機(jī)做上位操作站,它具有適于工業(yè)環(huán)境,抗干擾性好,可靠性高,價(jià)格較低等特點(diǎn),通過(guò)操作站實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程人--機(jī)對(duì)話,各類數(shù)據(jù)處理和管理,集中監(jiān)控功能,提高自動(dòng)化操作水平。上位機(jī)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)參數(shù)輸入及生產(chǎn)數(shù)據(jù)輸出,現(xiàn)場(chǎng)模擬顯示數(shù)據(jù)打印及與工廠管理網(wǎng)的連接。上位機(jī)組態(tài)軟件采用西門子Wincc6.0軟件。該組態(tài)軟件與S7-300編程軟件STEP 7 緊密集成,可直接使用STEP 7變量表,并對(duì)PLC硬件故障進(jìn)行診斷,有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能。 六、設(shè)計(jì)方案 高爐噴煤系統(tǒng)為并聯(lián)流化罐側(cè)出料輸出形式,秤量方式為兩罐并聯(lián)雙秤計(jì)量。系統(tǒng)有流化罐、補(bǔ)氣器以及噴洗管路等組成。其中補(bǔ)氣量采用自動(dòng)調(diào)節(jié)閥和手動(dòng)操作器及PLC的模擬輸出,可以在控制室手動(dòng)或由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。兩臺(tái)秤分別秤取兩噴吹罐重。另外,由于采用補(bǔ)氣量調(diào)節(jié)噴煤較用罐壓調(diào)節(jié)滯后性大為減少,能使操作人員更容易、更準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)噴煤量。 整個(gè)噴煤系統(tǒng)分為制粉系統(tǒng)和噴煤系統(tǒng): 1、制粉系統(tǒng) 制粉系統(tǒng)工程主要由干燥爐、熱風(fēng)管道、熱風(fēng)調(diào)節(jié)閥、冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥、中速磨、雜物分離器、鎖氣器、粗粉分離器、主抽風(fēng)管道、布袋收粉器、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥、風(fēng)機(jī)、電機(jī)組成。配套有皮帶上料系統(tǒng):受料斗、原煤倉(cāng)、圓盤給料機(jī)、天車、抓斗等。 (1)PLC軟件功能規(guī)格 過(guò)程數(shù)據(jù)和過(guò)程、設(shè)備狀態(tài)信號(hào)采集、處理;燃燒爐出口熱風(fēng)調(diào)節(jié);熱風(fēng)管混風(fēng)溫度控制;除塵風(fēng)量調(diào)節(jié);給煤機(jī)變頻調(diào)速控制;倉(cāng)壁振動(dòng)器、給煤機(jī)、中速磨、引風(fēng)機(jī)、反吹風(fēng)機(jī)、脈動(dòng)器、葉輪給料機(jī)和煤粉篩啟動(dòng)/停止控制。 燃燒爐作為磨煤機(jī)組外圍設(shè)施,考慮到檢測(cè)控制和操作的相對(duì)獨(dú)立性及現(xiàn)場(chǎng)條件,采用單獨(dú)儀表顯示系統(tǒng)完成監(jiān)控功能。重要的聯(lián)絡(luò)信號(hào)送磨煤操作室,進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理顯示及報(bào)警聯(lián)鎖。 (2)制煤電氣系統(tǒng)設(shè)備啟停要求: 制煤機(jī)組電機(jī)控制包括:皮帶機(jī)、受料斗振動(dòng)電機(jī)(2 臺(tái))、給煤機(jī)、中速磨、引風(fēng)機(jī)、反吹風(fēng)機(jī)、脈動(dòng)器、葉輪給料機(jī)、煤粉篩,油泵。 在上位機(jī)選擇系統(tǒng)工作方式為自動(dòng)時(shí),按動(dòng)啟動(dòng)按鈕可自動(dòng)啟動(dòng)制煤機(jī)組電機(jī),順序?yàn)? A、 啟動(dòng)順序?yàn)椋洪_(kāi)潤(rùn)滑油泵---開(kāi)煤粉篩---開(kāi)葉輪給料機(jī)---(引風(fēng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉)開(kāi)引風(fēng)機(jī)---調(diào)節(jié)熱風(fēng)調(diào)節(jié)閥---調(diào)節(jié)引風(fēng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥---調(diào)節(jié)冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥---開(kāi)脈動(dòng)器---開(kāi)反吹風(fēng)機(jī)---開(kāi)中速磨---開(kāi)給煤機(jī)。 B、 按動(dòng)停止按鈕可自動(dòng)停止制煤機(jī)組電機(jī),順序?yàn)椋和=o煤機(jī)---停中速磨---調(diào)節(jié)冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥---調(diào)節(jié)熱風(fēng)調(diào)節(jié)閥---關(guān)引風(fēng)機(jī)---停反吹風(fēng)機(jī)---停脈動(dòng)器---調(diào)節(jié)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥---停葉輪給料機(jī)---停煤粉篩---停潤(rùn)滑油泵。 在上位機(jī)選擇系統(tǒng)工作方式為手動(dòng)時(shí),可通過(guò)按動(dòng)每個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)/停止按鈕進(jìn)行電機(jī)的起停控制。 1#、2#皮帶機(jī)和受料斗震動(dòng)電機(jī)可在上位機(jī)通過(guò)按動(dòng)啟動(dòng)/停止按鈕進(jìn)行電機(jī)的起停控制。 熱風(fēng)調(diào)節(jié)閥和風(fēng)量調(diào)節(jié)閥可在上位機(jī)通過(guò)改變手動(dòng)開(kāi)度進(jìn)行閥門開(kāi)度的調(diào)節(jié)。 2、噴煤系統(tǒng) 噴煤系統(tǒng)自動(dòng)控制方式分第1、第2系列,控制方式為:12列全自動(dòng)-自動(dòng)噴吹1;自動(dòng)噴吹延時(shí),與預(yù)備停噴延時(shí)配合,可實(shí)現(xiàn)間隔或重疊倒罐1。12列全自動(dòng)-自動(dòng)噴吹2;自動(dòng)噴吹延時(shí),與預(yù)備停噴延時(shí)配合,可實(shí)現(xiàn)間隔或重疊倒罐2;12列全自動(dòng)-自動(dòng)關(guān)1列噴煤閥;12列全自動(dòng)-自動(dòng)關(guān)2列噴煤閥。 噴煤系統(tǒng)可分為手動(dòng)操作、手動(dòng)帶罐壓自動(dòng)調(diào)節(jié)操作、半自動(dòng)操作和全自動(dòng)操作四種操作方式。程序以自動(dòng)操作為基礎(chǔ),將噴煤的過(guò)程分為6種狀態(tài)如下: 加煤狀態(tài)←→加煤-停止中間狀態(tài)←→停止?fàn)顟B(tài)←→就緒狀態(tài)←→就緒-噴吹中間狀態(tài)←→噴吹狀態(tài),其中兩種狀態(tài)為中間狀態(tài),加煤、停止、就緒、噴吹四種狀態(tài)可由人工發(fā)出命令,程序自動(dòng)切換至命令的狀態(tài),命令可隨時(shí)發(fā)出而不受當(dāng)前狀態(tài)的限制,切換時(shí)狀態(tài)依順序切換,例如當(dāng)前為加煤狀態(tài),發(fā)出噴吹命令,程序?qū)⒁来吻袚Q到加煤-停止中間狀態(tài)、停止?fàn)顟B(tài)、就緒狀態(tài)、就緒-噴吹中間狀態(tài),最后到噴吹狀態(tài)。程序中設(shè)置了如下標(biāo)志: MARK1:當(dāng)前發(fā)出的命令, MARK2:程序接受的命令, MARK3:當(dāng)前狀態(tài)。 程序判斷MARK2和MARK3,如果MARK2>MARK3,則MARK3加1,如果MARK2七、監(jiān)控畫面 采用西門子Wincc6.0軟件設(shè)計(jì)監(jiān)視畫面,對(duì)操作界面漢化,進(jìn)行制煤、噴煤的主要操作及狀態(tài)顯示;能根據(jù)生產(chǎn)需要實(shí)現(xiàn)參數(shù)修改,包括故障報(bào)警顯示及查找等。上位機(jī)管理系統(tǒng)要完成對(duì)噴煤數(shù)據(jù)的管理工作,通過(guò)PLC與上位機(jī)的雙向通訊,可取代編程器。其優(yōu)點(diǎn)有:上位機(jī)在漢化的操作界面下管理著操作者的所有輸入,并以輸入內(nèi)容做出檢查,避免出錯(cuò),操作非常容易;避免操作人員直接與PLC接觸,可防止因誤操作而破壞程序;與編程器互為備用,充分發(fā)揮現(xiàn)有的設(shè)備能力。 監(jiān)控畫面動(dòng)態(tài)顯示分類(動(dòng)態(tài)顯示包括:過(guò)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、切斷閥開(kāi)/關(guān)狀態(tài)、調(diào)節(jié)閥開(kāi)度、料倉(cāng)/料罐料位高度變化、傳動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)/停止?fàn)顟B(tài)、報(bào)警窗口自動(dòng)彈出等):噴煤系統(tǒng)監(jiān)控畫面;制煤系統(tǒng)工藝流程模擬畫面;制煤系統(tǒng)參數(shù)表畫面;制煤系統(tǒng)報(bào)警信息畫面;制煤系統(tǒng)調(diào)節(jié)儀表畫面。制煤系統(tǒng)電氣傳動(dòng)啟車控制及狀態(tài)監(jiān)控畫面;制煤系統(tǒng)重要參數(shù)實(shí)時(shí)趨勢(shì)記錄畫面;過(guò)程報(bào)警及運(yùn)行報(bào)表打印;操作說(shuō)明畫面。 八、結(jié)語(yǔ) 1、華鋼噴煤站在半年多的時(shí)間里由設(shè)計(jì)到施工順利結(jié)束,由試生產(chǎn)的40kg/t.Fe 的噴煤比幾天后就達(dá)到105kg/ t.Fe, 焦比由652kg/ t.Fe下降到現(xiàn)在的540 kg/ t.Fe,高爐各項(xiàng)指標(biāo)明顯提高,并初見(jiàn)成效; 2、在建噴煤站的施工過(guò)程中,確保其安裝質(zhì)量,使噴煤站現(xiàn)場(chǎng)清潔干凈,廢氣中粉塵排放濃度在10mg/m3以下,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家<



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