王紅彥

  （河鋼集團邯鋼公司自動化部）

摘  要：根據工藝要求開發燒結煙氣循環自動控制系統程序，實現燒結循環煙氣的主要參數控制、增壓風機的啟停以及氣力輸灰系統的自動控制要求。

關鍵詞：控制系統；自動調節；功能模塊；程序

1  前言

邯鋼西區2#燒結煙氣循環利用項目是國家重點研發計劃項目“鋼鐵行業煙氣多污染物全過程控制耦合關鍵技術”子課題“高溫煙氣循環分級凈化及余熱利用技術及示范”的示范工程，屬國內首創。該項技術是根據燒結風箱或風箱段內煙氣特征（溫度、含氧量、煙氣量、污染物濃度等）的差異，在不影響燒結礦質量和產量前提下，選擇特定風箱段煙氣循環回燒結臺車表面，用于熱風點火、熱風燒結。循環煙氣由燒結機風箱引出，經除塵系統、循環主抽風機、煙氣混合器后通過密封罩，引入燒結料層，重新參與燒結過程。循環煙氣與燒結料層，經過一系列復雜的熱質傳遞與化學反應過程，包括高溫循環煙氣與燒結料層的熱交換、CO的二次燃燒放熱、二噁英的高溫分解以及NOx的催化還原，使污染物排放總量降低的同時，煙氣余熱全部供給混合料進行熱風燒結，降低燒結固體燃料消耗，改善表層燒結礦質量，提高燒結礦料層溫度均勻性和破碎強度等理化指標，實現節能、減排、提高多功能耦合。燒結煙氣循環項目包括除塵系統、煙道系統、密封熱風罩系統、電氣儀控及監測系統。

2  技術方案

本文介紹的是燒結煙氣循環自動控制系統的開發。為確保項目的如期實施和安全投運，根據燒結煙氣循環工藝要求，經過認真的分析和論證之后，自動控制系統提出如下編程總體思路：

2.1建立標準化功能模塊，對同類型控制設備進行快速功能塊的調用和處理。

2.2對增壓風機研究一鍵式流程自動啟動、自動停止控制模式，并對增壓風機編制報警首出程序，出現故障及時給出停機原因。

2.3對循環風箱選擇投運或退出時實現一鍵自動操作，并對已經投入使用的風箱旁路閥和入口閥編制定時開關程序，避免旁路閥門被積灰卡料不能動作。

2.4煙氣循環系統重要工藝控制參數實現實現自動調節。

2.5編制雙層卸灰閥循環定時卸灰程序，卸灰時間和間隔時間可調整。

2.6編制氣力輸灰自動控制程序，每套裝置根據時序自動循環，每個時序包括進料階段，進氣階段，輸送階段，堵管處理，吹掃階段，等待階段。

2.7監控畫面簡潔明了、易于操作；各種工藝參數設置（包括時間設定參數、報警設定參數、聯鎖設定參數）可以在畫面進行設定；具有重要工藝參數報警、趨勢記錄、報表記錄等功能。

3  自動控制系統的實施

3.1  建立標準化功能模塊，對同類型控制設備實現快速功能塊的調用和處理。

采用面向對象編程思想，模塊化編程，創建標準化功能塊，通過建立同類對象的控制功能塊FB塊，寫入某一類對象的詳細信息并編寫接口參數，如集中、過負荷、開到位、關到位、開輸出、關輸出等設備參數。本項目中編制了旁路閥、雙層閥等開關量設備的FB功能塊以及針對模擬量AI信號的線性、非線性、熱電阻等類型的信號轉換FB模塊、然后分別嵌入到系統邏輯控制中，實現快速編程、快速查找，以及統一化管理功能塊。

3.2  增壓風機控制模式的制定及實施

增壓風機有2種控制方式，一種是變頻器控制，一種是軟啟動器控制。正常情況下使用變頻器通過變頻調速調節循環煙氣壓力，當變頻器出現故障時使用軟啟動器控制增壓風機工頻運行，通過主煙道閥門開度控制煙氣壓力。根據工藝要求，研究開發增壓風機一鍵式流程自動啟動、自動停止控制模式，并對增壓風機編制風機啟機條件報警程序和風機聯鎖跳閘首出程序，便于操作人員在啟動風機或者風機故障停機時及時發現風機啟動時不具備的條件和風機故障跳閘時出現的停機原因。風機開機前就緒條件：冷卻水系統運行，稀油站無重故障，變頻器或軟起就緒；風機儀表系統溫度、振動正常。風機聯鎖跳閘條件包括變頻器電氣故障、風機定子溫度小于145度、軸承溫度小于80度、軸承振動小于7.1、主抽風機運行聯鎖等信號。

3.3  燒結循環風箱閥門操作模式

燒結煙氣循環系統通過對燒結機大煙道進行局部改造，在第4,5,6,20,21,22,23,24號風箱連接東西煙道的管道上添加閥門，可以關閉煙氣到主抽風機系統的通路，添加煙氣循環管道，通過風機經過除塵把煙氣引入到在第7-19號風箱位置處的燒結機上方安裝的煙罩內，實現燒結機尾部大煙道高溫煙氣余熱的有效回收。每個風箱包括3個旁路閥和1個入口閥，當某個煙道的煙氣需要投運時，其中2個連接大煙道的旁通閥需要關閉操作，入口閥和另一個旁通閥需要打開操作。為了便于操作人員操作，對循環風箱選擇投運或退出時實現一鍵自動操作，點擊“閥門組開”或者“閥門組關”，各風箱所屬閥門自動打開或者關閉，這樣也防止了操作人員的誤操作現象的發生。風箱閥門組操作畫面如下圖：

項目投入使用后發現風箱上連接大煙道的2個旁路閥長時間關閉，煙氣中的顆粒物長期

積存導致閥門無法打開。完善程序，對已經投入使用的風箱旁路閥和入口閥編制定時開關程序，每個風箱間隔2.5——10分鐘自動對已經投入使用的風箱執行退出操作，延時2分鐘后再自動投入運行。畫面設定循環時間間隔和延時時間，根據灰量在畫面上調整時間，這樣避免旁路閥門被積灰卡料不能動作。

3.4  煙氣循環系統重要工藝控制參數實現自動調節

密封罩壓力是煙氣循環系統系統中的一項重要控制參數，該參數設定值要求控制在-50Pa，密封罩壓力值過高會導致密封罩煙氣外泄，影響環保并導致人員一氧化碳中毒；過低會導致旁路閥附近負壓壓力大于主煙道負壓壓力，影響燒結主抽風機的控制。本項目中按照密封罩位置設置4個壓力檢測點，操作人員可以選擇以任一個壓力點作為被調參數，通過PID調節控制增壓風機轉速。在實踐的過程中發現密封罩壓力由于是微負壓，控制范圍較小，測量壓力波動大，使得PID輸出波動大，程序中增加了密封罩壓力連續采樣30秒平均值作為PID測量值參數，再通過整定PID相關參數，使得密封罩壓力控制是現自動調節。下圖FB503功能塊是平均值計算塊，按照“先進先出”原則計算出最后30秒的壓力平均值輸出到MD528中。其中EN是使能參數，IN是采樣輸入參數，N是計算次數，OUT是采樣平均值輸出。

為防止煙氣溫度過高損壞風機，畫面中設置煙氣溫度的高限，高高限參數，循環煙氣溫度達到高高限時自動打開風機入口冷風閥，煙氣溫度降到高限值時關閉冷風閥。

密封罩內含氧量過低會導致燒結機臺車上的燒結礦氧化反應降低，影響燒結礦質量，在密封罩內設置4個氧分析儀監測密封罩內氧氣含量，畫面中設置每個氧含量參數的下限，下下限，當氧含量下降到下下限值時自動打開對應的密封罩冷風閥，氧含量回升到下限值時關閉冷風閥。

3.5  煙道上的雙層卸灰閥控制程序

雙層卸灰閥有手動和自動兩種操作方式。手動方式時，作為測試閥門使用，自動方式時，與其下料到相應皮帶機具有聯鎖功能，皮帶機啟動，閥門才能運行，皮帶機停止，雙層卸灰閥聯鎖停止。另外根據工藝要求，編制雙層卸灰閥循環定時卸灰程序，程序中設置1個時間定時器作為卸灰閥間隔時間，定時器預設值在畫面可以設置；再設置1個計數器對定時器進行計數，根據計數器數值的不同控制13個卸灰閥的啟動時間，計數器大于13，將計數器賦值為1，重新開始計數，這就實現雙層卸灰閥的循環定時卸灰。畫面上點擊“雙層閥啟動”按鈕，13個雙層卸灰閥全部設置到“自動”模式，然后依據一定的時間間隔（時間間隔畫面中可以設置），依次循環卸灰。點擊”雙層閥停止”按鈕，終止循環卸灰。

3.6  編制氣力輸灰自動控制程序

本項目氣力輸灰系統由4套倉泵組成，輸灰系統分為手動和自動模式。自動模式下，每套裝置根據時序自動循環輸灰，一個時序包括進料階段，進氣階段，輸送階段，堵管處理，吹掃階段，等待階段。

手動模式下，每套裝置的倉壁振動器，進料閥，排料閥，一次進氣閥，二次進氣閥，排氣閥，在點擊后有相應的操作畫面，直接點擊開閥按鈕或者關閥按鈕，閥門進行開關動作，閥門有開超時或關超時的情況下，通過點擊復位按鈕，清除超時故障后，閥門才能動作。

3.7  操作監控畫面

本項目共設置3個工藝監控畫面：煙氣循環監控畫面、風機監控畫面、氣力輸灰監控畫面，在每個工藝監控畫面中設置可以彈出的的參數畫面，進行參數設置。另外設置報警信息、趨勢記錄、報表等功能畫面。

4  應用效果

邯鋼西區2#燒結煙氣循環項目于2019年12月成功實施，在保證燒結機正常運行的情況下，循環風機的啟停、旁路閥和雙層卸灰閥的循環啟動以及氣力輸灰系統完全滿足工藝的自動控制操作要求，各設備的運行狀態能夠正常顯示并控制，各儀表數據顯示正常。密封罩煙氣的壓力經過PID調節控制增壓風機轉速，保證了密封罩煙氣的壓力微負壓狀態穩定。投運后經過3個月不斷優化控制程序，磨合設備狀態，逐步使得煙氣循環系統的煙氣循環流量穩定在20萬M3/h以上，煙氣循環溫度在230℃以上，燒結機混勻料上料量由600噸/h提高到650噸/h，達到了增產降耗，節能環保的效果。

5  結語

邯鋼西區2#燒結煙氣循環利用技術路線的成功實施將為鋼鐵行業提供新的污染物超低排放技術路徑,為京津冀重點區域打贏藍天保衛戰提供更加有力的技術支撐,也將為我國鋼鐵行業實現綠色發展、智造綠色提供“河鋼樣板”。