高爐料罐煤氣回收及自動(dòng)化控制系統(tǒng)

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摘要:高爐煉鐵生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生大量的高爐煤氣。對(duì)高爐煤氣的回收利用，不僅可以減少對(duì)環(huán)境的污染，還可以減少鋼鐵廠生產(chǎn)成本。為進(jìn)一步加強(qiáng)煤氣回收利用，決定對(duì)高爐料罐內(nèi)高爐煤氣進(jìn)行回收利用。本文簡(jiǎn)要介紹了高爐料罐內(nèi)煤氣回收工藝及其自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞:煤氣回收；自動(dòng)化設(shè)計(jì)；高爐料罐

1引言

高爐煤氣是高爐煉鐵生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)的可燃?xì)怏w。這些可燃?xì)怏w可以用于冶金企業(yè)的自用燃?xì)?，如加熱熱軋的鋼錠、預(yù)熱鋼水包等，也可以供給民用。但高爐煤氣中帶有大量的料粉塵不利于回收利用，所以高爐煤氣在使用前應(yīng)進(jìn)行除塵處理。福建三鋼閩光責(zé)任有限公司在6號(hào)高爐規(guī)劃之際，就把料罐煤氣回收改造列為高爐設(shè)計(jì)重點(diǎn)工程之一。料罐煤氣回收主要是把料罐內(nèi)的高爐煤氣通過(guò)除塵把潔凈的煤氣送入煤氣總管中，本文中，介紹了高爐料罐內(nèi)煤氣回收的工藝，以及相關(guān)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

2煤氣回改造概況

2.1上料系統(tǒng)簡(jiǎn)介

高爐上料系統(tǒng)如圖1所示。礦石、焦炭等料類由受料斗至爐身內(nèi)部的步驟為：（1）判斷收料斗是否有料。（2）當(dāng)受料斗有料開南北均放閥，使料罐壓力為零。（3）料罐壓力為零開上密、擋料閥，使受料斗內(nèi)的料下到料罐。（4）關(guān)擋料閥、上密。（5）探尺下放到給定料線、爐內(nèi)缺料。（6）開啟南北均壓閥，使料罐壓力大于爐身內(nèi)部壓力。（7）開下密、節(jié)流閥開始布料；（8）判斷料罐是否下空；（9）當(dāng)料罐空關(guān)節(jié)流閥、下密。

2.2煤氣回收改造前

改造前爐頂管道如圖2所示。改造前在開下密、節(jié)流閥開始布料時(shí)，料罐內(nèi)產(chǎn)生大量高爐煤氣，在開南北均放閥時(shí)料罐內(nèi)高爐煤氣直接排入大氣中，不僅造成資源浪費(fèi)，還污染了環(huán)境。

3硬件設(shè)計(jì)

煤氣回收采用獨(dú)立系統(tǒng)控制，這樣可避免因設(shè)備故障對(duì)上料系統(tǒng)正常運(yùn)行造成影響。煤氣回收自動(dòng)控制系統(tǒng)采用Profinet-PN總線協(xié)議[1]。Profinet-PN總線協(xié)議具有在所有平臺(tái)上進(jìn)行快速安全的數(shù)據(jù)交換；可從設(shè)備中讀取大量診斷數(shù)據(jù)，快速定位故障；傳輸速率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線等特點(diǎn)。控制核心采用西門子S1200CPU和遠(yuǎn)程擴(kuò)展I/O實(shí)現(xiàn)[2]。S1200CPU具有非常緊湊、體積小、成本低、安裝方便，模塊尺寸統(tǒng)一、安裝整齊、I/O點(diǎn)選型自由、安裝調(diào)試、擴(kuò)展、維修方便等特點(diǎn)。所需的模塊數(shù)量可根據(jù)煤氣回收系統(tǒng)需要控制的設(shè)備，統(tǒng)計(jì)出所需的I/O點(diǎn)數(shù)來(lái)確定。

2.3煤氣回收改造后

改造后新增一套煤氣回收系統(tǒng)，改造后爐頂管道如圖3所示。在放散管處增加一個(gè)旋風(fēng)除塵器、煤氣回收閥及一套布袋除塵設(shè)備。當(dāng)煤氣回收條件不滿足時(shí)，料罐內(nèi)高爐煤氣先經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器，再通過(guò)放散閥排入大氣中，具有一定除塵效果；當(dāng)滿足煤氣條件時(shí)，料罐內(nèi)高爐煤氣先經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器，再通過(guò)煤氣回收管道進(jìn)入布袋除塵，最后進(jìn)入煤氣總管中。當(dāng)料罐壓力低于設(shè)定值或煤氣回收開啟的時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)關(guān)閉煤氣回收閥，這樣既能有良好的除塵效果又能夠回收高爐煤氣。硬硬件組態(tài)如圖4所示。CPU1215C下掛四個(gè)站點(diǎn)，主要用于接收各個(gè)閥門的開關(guān)位信號(hào)、機(jī)旁操作的開關(guān)信號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、含氧量等信號(hào)，以及控制現(xiàn)場(chǎng)電磁閥的動(dòng)作。

4軟件設(shè)計(jì)

4.1程序

6號(hào)煤氣回收系統(tǒng)程序的編寫軟件采用的是博途(TIAPortal)V14[3]，采用梯形圖編寫。梯形圖與實(shí)際電路圖接近，易于掌握。程序通過(guò)循環(huán)調(diào)用組織塊OB1里的子功能FC來(lái)實(shí)現(xiàn)工藝控制。6號(hào)煤氣回收系統(tǒng)大體可分為與上料系統(tǒng)通訊、煤氣回收條件判斷及高爐煤氣除塵控制。與上料通信采用S7通訊，因通信數(shù)據(jù)不大，采用S7單向通信GET與PUT指令即可。單向通信只需在一方建立通信即可，GET指令為將伙伴PLC數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)讀到本體PLC內(nèi)，PUT指令為將本體PLC數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寫到伙伴PLC內(nèi)。組建S7通訊時(shí)先在硬件組態(tài)PLC右鍵添加一個(gè)新連接，在彈出對(duì)話框內(nèi)選擇S7連接、連接ID號(hào)，連接伙伴未指定，點(diǎn)擊添加即可生成一個(gè)S7連接。在生成的S7連接設(shè)置伙伴的IP地址及機(jī)架插槽號(hào)即可。S7連接建立完成后，在程序調(diào)用GET與PUT指令即可。調(diào)用指令如圖5所示。PUT/GET指令各參數(shù)含義：REQ為控制參數(shù)request，上升沿激活數(shù)據(jù)交換功能；ID為尋址參數(shù)；DONE為狀態(tài)參數(shù)，為0時(shí)表示作業(yè)未啟動(dòng)或仍在執(zhí)行過(guò)程中，為1表示作業(yè)已執(zhí)行，且無(wú)任何錯(cuò)誤；ADDR_1為指向伙伴CPU上用于寫入數(shù)據(jù)的區(qū)域的指針；SD_1為指向本地CPU上包含要發(fā)送數(shù)據(jù)的區(qū)域的指針；ERROR和STATUS為狀態(tài)參數(shù)，通過(guò)這兩個(gè)參數(shù)輸出特定值可反應(yīng)PUT、GET指令的狀態(tài)。煤氣回收投入條件主要判斷溫度、壓力、氧含量是否符合條件以及各個(gè)閥門是否動(dòng)作正常。溫度過(guò)低，高爐煤氣會(huì)含有大量水汽，粉塵會(huì)凝結(jié)在布袋上；溫度過(guò)高則會(huì)把布袋燒毀。因此只有溫度在合適范圍內(nèi)才能投入煤氣回收。壓力過(guò)低煤氣無(wú)法進(jìn)入煤氣總管中。氧含量過(guò)大則可能造成煤氣爆炸等危險(xiǎn)，因此當(dāng)氧含量過(guò)高時(shí)要先對(duì)管道進(jìn)行氮?dú)獯祾?，直到氧含量達(dá)標(biāo)時(shí)才允許投入煤氣回收。高爐煤氣除塵分為粗除塵與精除塵[4]。粗除塵采用旋風(fēng)除塵器除塵，利用粉塵慣性將固體顆粒從氣體分離出來(lái)。旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，阻力損失小，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行費(fèi)低，除塵效率可達(dá)60%以上。精除塵采用布袋除塵器除塵，布袋除塵器除塵具有除塵效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)能、解決環(huán)保問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)。它的除塵效率在99%以上，凈煤氣含塵量可達(dá)到5mg/m3以下。

4.2人機(jī)界面

本操作系統(tǒng)采用的人機(jī)交互界面軟件是WINCC7.4編輯[5]。WINCC7.4不僅畫面簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單方便，還有以下優(yōu)點(diǎn)：具有強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)接口；使用方便的腳本語(yǔ)言；提供大量的向?qū)?lái)簡(jiǎn)化組態(tài)工作；在調(diào)試階段可以在線修改；提供所有主要PLC系統(tǒng)的通訊通道。在操作界面可直觀了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)，易于操作與故障判斷。也可通過(guò)查看歷史曲線、報(bào)警紀(jì)錄來(lái)了解設(shè)備近期運(yùn)行狀況。通過(guò)該人機(jī)界面可直觀反映現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)，方便操作人員快速了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況。一旦設(shè)備發(fā)生故障，維護(hù)人員也可通過(guò)該界面迅速判斷故障點(diǎn)。

5結(jié)束語(yǔ)

操作人員可以通過(guò)煤氣回收系統(tǒng)的運(yùn)行，快速了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況。不僅提高了設(shè)備自動(dòng)化控制水平，也降低了粉塵的排放，改善了對(duì)環(huán)境的污染，也加強(qiáng)了煤氣的回收利用。

參考文獻(xiàn)

[1]Pigan,R.西門子PROFINET工業(yè)通信指南.北京:人民郵電出版社,2007

[2]李方園.西門子S7-1200PLC從入門到精通.北京:電子工業(yè)出版社,2018

[3]廖常初.S7-300/400plc應(yīng)用技術(shù).第三版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011

[4]高爐煤氣的回收利用原理.

[5]廖常初.西子人機(jī)界面觸摸屏組態(tài)與應(yīng)用技術(shù).第三版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2018