高爐料罐煤氣回收及自動化控制系統(tǒng)

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

關(guān)鍵詞:煤氣回收；自動化設(shè)計；高爐料罐

1引言

高爐煤氣是高爐煉鐵生產(chǎn)過程中副產(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號高爐規(guī)劃之際，就把料罐煤氣回收改造列為高爐設(shè)計重點工程之一。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)的自動化控制系統(tǒng)。

2煤氣回改造概況

2.1上料系統(tǒng)簡介

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，料罐內(nèi)產(chǎn)生大量高爐煤氣，在開南北均放閥時料罐內(nèi)高爐煤氣直接排入大氣中，不僅造成資源浪費，還污染了環(huán)境。

3硬件設(shè)計

煤氣回收采用獨立系統(tǒng)控制，這樣可避免因設(shè)備故障對上料系統(tǒng)正常運行造成影響。煤氣回收自動控制系統(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)場總線等特點?？刂坪诵牟捎梦鏖T子S1200CPU和遠(yuǎn)程擴展I/O實現(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點選型自由、安裝調(diào)試、擴展、維修方便等特點。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)計出所需的I/O點數(shù)來確定。

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，料罐內(nèi)高爐煤氣先經(jīng)過旋風(fēng)除塵器，再通過放散閥排入大氣中，具有一定除塵效果；當(dāng)滿足煤氣條件時，料罐內(nèi)高爐煤氣先經(jīng)過旋風(fēng)除塵器，再通過煤氣回收管道進(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間達(dá)到設(shè)定值時關(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下掛四個站點，主要用于接收各個閥門的開關(guān)位信號、機旁操作的開關(guān)信號、現(xiàn)場溫度、壓力、含氧量等信號，以及控制現(xiàn)場電磁閥的動作。

4軟件設(shè)計

4.1程序

6號煤氣回收系統(tǒng)程序的編寫軟件采用的是博途(TIAPortal)V14[3]，采用梯形圖編寫。梯形圖與實際電路圖接近，易于掌握。程序通過循環(huán)調(diào)用組織塊OB1里的子功能FC來實現(xiàn)工藝控制。6號煤氣回收系統(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通訊時先在硬件組態(tài)PLC右鍵添加一個新連接，在彈出對話框內(nèi)選擇S7連接、連接ID號，連接伙伴未指定，點擊添加即可生成一個S7連接。在生成的S7連接設(shè)置伙伴的IP地址及機架插槽號即可。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時表示作業(yè)未啟動或仍在執(zhí)行過程中，為1表示作業(yè)已執(zhí)行，且無任何錯誤；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)，通過這兩個參數(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閥門是否動作正常。溫度過低，高爐煤氣會含有大量水汽，粉塵會凝結(jié)在布袋上；溫度過高則會把布袋燒毀。因此只有溫度在合適范圍內(nèi)才能投入煤氣回收。壓力過低煤氣無法進(jìn)入煤氣總管中。氧含量過大則可能造成煤氣爆炸等危險，因此當(dāng)氧含量過高時要先對管道進(jìn)行氮氣吹掃，直到氧含量達(dá)標(biāo)時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。旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，阻力損失小，壽命長，運行費低，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、運行穩(wěn)定、節(jié)能、解決環(huán)保問題等優(yōu)點。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人機界面

本操作系統(tǒng)采用的人機交互界面軟件是WINCC7.4編輯[5]。WINCC7.4不僅畫面簡潔，操作簡單方便，還有以下優(yōu)點：具有強大的標(biāo)準(zhǔn)接口；使用方便的腳本語言；提供大量的向?qū)砗喕M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)場設(shè)備實時狀態(tài)，易于操作與故障判斷。也可通過查看歷史曲線、報警紀(jì)錄來了解設(shè)備近期運行狀況。通過該人機界面可直觀反映現(xiàn)場各個設(shè)備實時狀態(tài)，方便操作人員快速了解現(xiàn)場設(shè)備的運行狀況。一旦設(shè)備發(fā)生故障，維護人員也可通過該界面迅速判斷故障點。

5結(jié)束語

操作人員可以通過煤氣回收系統(tǒng)的運行，快速了解現(xiàn)場設(shè)備的運行狀況。不僅提高了設(shè)備自動化控制水平，也降低了粉塵的排放，改善了對環(huán)境的污染，也加強了煤氣的回收利用。

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.西子人機界面觸摸屏組態(tài)與應(yīng)用技術(shù).第三版.北京:機械工業(yè)出版社,2018