王紅彥
(河鋼集團(tuán)邯鋼公司自動(dòng)化部)
摘 要:根據(jù)工藝要求開發(fā)燒結(jié)煙氣循環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)程序,實(shí)現(xiàn)燒結(jié)循環(huán)煙氣的主要參數(shù)控制、增壓風(fēng)機(jī)的啟停以及氣力輸灰系統(tǒng)的自動(dòng)控制要求。
關(guān)鍵詞:控制系統(tǒng);自動(dòng)調(diào)節(jié);功能模塊;程序
1 前言
邯鋼西區(qū)2#燒結(jié)煙氣循環(huán)利用項(xiàng)目是國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“鋼鐵行業(yè)煙氣多污染物全過程控制耦合關(guān)鍵技術(shù)”子課題“高溫?zé)煔庋h(huán)分級凈化及余熱利用技術(shù)及示范”的示范工程,屬國內(nèi)首創(chuàng)。該項(xiàng)技術(shù)是根據(jù)燒結(jié)風(fēng)箱或風(fēng)箱段內(nèi)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(jié)礦質(zhì)量和產(chǎn)量前提下,選擇特定風(fēng)箱段煙氣循環(huán)回?zé)Y(jié)臺車表面,用于熱風(fēng)點(diǎn)火、熱風(fēng)燒結(jié)。循環(huán)煙氣由燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱引出,經(jīng)除塵系統(tǒng)、循環(huán)主抽風(fēng)機(jī)、煙氣混合器后通過密封罩,引入燒結(jié)料層,重新參與燒結(jié)過程。循環(huán)煙氣與燒結(jié)料層,經(jīng)過一系列復(fù)雜的熱質(zhì)傳遞與化學(xué)反應(yīng)過程,包括高溫循環(huán)煙氣與燒結(jié)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(shí),煙氣余熱全部供給混合料進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié),降低燒結(jié)固體燃料消耗,改善表層燒結(jié)礦質(zhì)量,提高燒結(jié)礦料層溫度均勻性和破碎強(qiáng)度等理化指標(biāo),實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排、提高多功能耦合。燒結(jié)煙氣循環(huán)項(xiàng)目包括除塵系統(tǒng)、煙道系統(tǒng)、密封熱風(fēng)罩系統(tǒng)、電氣儀控及監(jiān)測系統(tǒng)。
2 技術(shù)方案
本文介紹的是燒結(jié)煙氣循環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)的開發(fā)。為確保項(xiàng)目的如期實(shí)施和安全投運(yùn),根據(jù)燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝要求,經(jīng)過認(rèn)真的分析和論證之后,自動(dòng)控制系統(tǒng)提出如下編程總體思路:
2.1建立標(biāo)準(zhǔn)化功能模塊,對同類型控制設(shè)備進(jìn)行快速功能塊的調(diào)用和處理。
2.2對增壓風(fēng)機(jī)研究一鍵式流程自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)停止控制模式,并對增壓風(fēng)機(jī)編制報(bào)警首出程序,出現(xiàn)故障及時(shí)給出停機(jī)原因。
2.3對循環(huán)風(fēng)箱選擇投運(yùn)或退出時(shí)實(shí)現(xiàn)一鍵自動(dòng)操作,并對已經(jīng)投入使用的風(fēng)箱旁路閥和入口閥編制定時(shí)開關(guān)程序,避免旁路閥門被積灰卡料不能動(dòng)作。
2.4煙氣循環(huán)系統(tǒng)重要工藝控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。
2.5編制雙層卸灰閥循環(huán)定時(shí)卸灰程序,卸灰時(shí)間和間隔時(shí)間可調(diào)整。
2.6編制氣力輸灰自動(dòng)控制程序,每套裝置根據(jù)時(shí)序自動(dòng)循環(huán),每個(gè)時(shí)序包括進(jìn)料階段,進(jìn)氣階段,輸送階段,堵管處理,吹掃階段,等待階段。
2.7監(jiān)控畫面簡潔明了、易于操作;各種工藝參數(shù)設(shè)置(包括時(shí)間設(shè)定參數(shù)、報(bào)警設(shè)定參數(shù)、聯(lián)鎖設(shè)定參數(shù))可以在畫面進(jìn)行設(shè)定;具有重要工藝參數(shù)報(bào)警、趨勢記錄、報(bào)表記錄等功能。
3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)施
3.1 建立標(biāo)準(zhǔn)化功能模塊,對同類型控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)快速功能塊的調(diào)用和處理。
采用面向?qū)ο缶幊趟枷耄K化編程,創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)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(xì)信息并編寫接口參數(shù),如集中、過負(fù)荷、開到位、關(guān)到位、開輸出、關(guān)輸出等設(shè)備參數(shù)。本項(xiàng)目中編制了旁路閥、雙層閥等開關(guān)量設(shè)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(zhuǎn)換FB模塊、然后分別嵌入到系統(tǒng)邏輯控制中,實(shí)現(xiàn)快速編程、快速查找,以及統(tǒng)一化管理功能塊。
3.2 增壓風(fēng)機(jī)控制模式的制定及實(shí)施
增壓風(fēng)機(jī)有2種控制方式,一種是變頻器控制,一種是軟啟動(dòng)器控制。正常情況下使用變頻器通過變頻調(diào)速調(diào)節(jié)循環(huán)煙氣壓力,當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)使用軟啟動(dòng)器控制增壓風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行,通過主煙道閥門開度控制煙氣壓力。根據(jù)工藝要求,研究開發(fā)增壓風(fēng)機(jī)一鍵式流程自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)停止控制模式,并對增壓風(fēng)機(jī)編制風(fēng)機(jī)啟機(jī)條件報(bào)警程序和風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖跳閘首出程序,便于操作人員在啟動(dòng)風(fēng)機(jī)或者風(fēng)機(jī)故障停機(jī)時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不具備的條件和風(fēng)機(jī)故障跳閘時(shí)出現(xiàn)的停機(jī)原因。風(fēng)機(jī)開機(jī)前就緒條件:冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行,稀油站無重故障,變頻器或軟起就緒;風(fēng)機(jī)儀表系統(tǒng)溫度、振動(dòng)正常。風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖跳閘條件包括變頻器電氣故障、風(fēng)機(jī)定子溫度小于145度、軸承溫度小于80度、軸承振動(dòng)小于7.1、主抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行聯(lián)鎖等信號。
3.3 燒結(jié)循環(huán)風(fēng)箱閥門操作模式
燒結(jié)煙氣循環(huán)系統(tǒng)通過對燒結(jié)機(jī)大煙道進(jìn)行局部改造,在第4,5,6,20,21,22,23,24號風(fēng)箱連接?xùn)|西煙道的管道上添加閥門,可以關(guān)閉煙氣到主抽風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的通路,添加煙氣循環(huán)管道,通過風(fēng)機(jī)經(jīng)過除塵把煙氣引入到在第7-19號風(fēng)箱位置處的燒結(jié)機(jī)上方安裝的煙罩內(nèi),實(shí)現(xiàn)燒結(jié)機(jī)尾部大煙道高溫?zé)煔庥酂岬挠行Щ厥铡C總€(gè)風(fēng)箱包括3個(gè)旁路閥和1個(gè)入口閥,當(dāng)某個(gè)煙道的煙氣需要投運(yùn)時(shí),其中2個(gè)連接大煙道的旁通閥需要關(guān)閉操作,入口閥和另一個(gè)旁通閥需要打開操作。為了便于操作人員操作,對循環(huán)風(fēng)箱選擇投運(yùn)或退出時(shí)實(shí)現(xiàn)一鍵自動(dòng)操作,點(diǎn)擊“閥門組開”或者“閥門組關(guān)”,各風(fēng)箱所屬閥門自動(dòng)打開或者關(guān)閉,這樣也防止了操作人員的誤操作現(xiàn)象的發(fā)生。風(fēng)箱閥門組操作畫面如下圖:
項(xiàng)目投入使用后發(fā)現(xiàn)風(fēng)箱上連接大煙道的2個(gè)旁路閥長時(shí)間關(guān)閉,煙氣中的顆粒物長期
積存導(dǎo)致閥門無法打開。完善程序,對已經(jīng)投入使用的風(fēng)箱旁路閥和入口閥編制定時(shí)開關(guān)程序,每個(gè)風(fēng)箱間隔2.5——10分鐘自動(dòng)對已經(jīng)投入使用的風(fēng)箱執(zhí)行退出操作,延時(shí)2分鐘后再自動(dòng)投入運(yùn)行。畫面設(shè)定循環(huán)時(shí)間間隔和延時(shí)時(shí)間,根據(jù)灰量在畫面上調(diào)整時(shí)間,這樣避免旁路閥門被積灰卡料不能動(dòng)作。
3.4 煙氣循環(huán)系統(tǒng)重要工藝控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)
密封罩壓力是煙氣循環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要控制參數(shù),該參數(shù)設(shè)定值要求控制在-50Pa,密封罩壓力值過高會導(dǎo)致密封罩煙氣外泄,影響環(huán)保并導(dǎo)致人員一氧化碳中毒;過低會導(dǎo)致旁路閥附近負(fù)壓壓力大于主煙道負(fù)壓壓力,影響燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)的控制。本項(xiàng)目中按照密封罩位置設(shè)置4個(gè)壓力檢測點(diǎn),操作人員可以選擇以任一個(gè)壓力點(diǎn)作為被調(diào)參數(shù),通過PID調(diào)節(jié)控制增壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在實(shí)踐的過程中發(fā)現(xiàn)密封罩壓力由于是微負(fù)壓,控制范圍較小,測量壓力波動(dòng)大,使得PID輸出波動(dòng)大,程序中增加了密封罩壓力連續(xù)采樣30秒平均值作為PID測量值參數(shù),再通過整定PID相關(guān)參數(shù),使得密封罩壓力控制是現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。下圖FB503功能塊是平均值計(jì)算塊,按照“先進(jìn)先出”原則計(jì)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(shù),IN是采樣輸入?yún)?shù),N是計(jì)算次數(shù),OUT是采樣平均值輸出。
為防止煙氣溫度過高損壞風(fēng)機(jī),畫面中設(shè)置煙氣溫度的高限,高高限參數(shù),循環(huán)煙氣溫度達(dá)到高高限時(shí)自動(dòng)打開風(fēng)機(jī)入口冷風(fēng)閥,煙氣溫度降到高限值時(shí)關(guān)閉冷風(fēng)閥。
密封罩內(nèi)含氧量過低會導(dǎo)致燒結(jié)機(jī)臺車上的燒結(jié)礦氧化反應(yīng)降低,影響燒結(jié)礦質(zhì)量,在密封罩內(nèi)設(shè)置4個(gè)氧分析儀監(jiān)測密封罩內(nèi)氧氣含量,畫面中設(shè)置每個(gè)氧含量參數(shù)的下限,下下限,當(dāng)氧含量下降到下下限值時(shí)自動(dòng)打開對應(yīng)的密封罩冷風(fēng)閥,氧含量回升到下限值時(shí)關(guān)閉冷風(fēng)閥。
3.5 煙道上的雙層卸灰閥控制程序
雙層卸灰閥有手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作方式。手動(dòng)方式時(shí),作為測試閥門使用,自動(dòng)方式時(shí),與其下料到相應(yīng)皮帶機(jī)具有聯(lián)鎖功能,皮帶機(jī)啟動(dòng),閥門才能運(yùn)行,皮帶機(jī)停止,雙層卸灰閥聯(lián)鎖停止。另外根據(jù)工藝要求,編制雙層卸灰閥循環(huán)定時(shí)卸灰程序,程序中設(shè)置1個(gè)時(shí)間定時(shí)器作為卸灰閥間隔時(shí)間,定時(shí)器預(yù)設(shè)值在畫面可以設(shè)置;再設(shè)置1個(gè)計(jì)數(shù)器對定時(shí)器進(jìn)行計(jì)數(shù),根據(jù)計(jì)數(shù)器數(shù)值的不同控制13個(gè)卸灰閥的啟動(dòng)時(shí)間,計(jì)數(shù)器大于13,將計(jì)數(shù)器賦值為1,重新開始計(jì)數(shù),這就實(shí)現(xiàn)雙層卸灰閥的循環(huán)定時(shí)卸灰。畫面上點(diǎn)擊“雙層閥啟動(dòng)”按鈕,13個(gè)雙層卸灰閥全部設(shè)置到“自動(dòng)”模式,然后依據(jù)一定的時(shí)間間隔(時(shí)間間隔畫面中可以設(shè)置),依次循環(huán)卸灰。點(diǎn)擊”雙層閥停止”按鈕,終止循環(huán)卸灰。
3.6 編制氣力輸灰自動(dòng)控制程序
本項(xiàng)目氣力輸灰系統(tǒng)由4套倉泵組成,輸灰系統(tǒng)分為手動(dòng)和自動(dòng)模式。自動(dòng)模式下,每套裝置根據(jù)時(shí)序自動(dòng)循環(huán)輸灰,一個(gè)時(shí)序包括進(jìn)料階段,進(jìn)氣階段,輸送階段,堵管處理,吹掃階段,等待階段。
手動(dòng)模式下,每套裝置的倉壁振動(dòng)器,進(jìn)料閥,排料閥,一次進(jìn)氣閥,二次進(jìn)氣閥,排氣閥,在點(diǎn)擊后有相應(yīng)的操作畫面,直接點(diǎn)擊開閥按鈕或者關(guān)閥按鈕,閥門進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作,閥門有開超時(shí)或關(guān)超時(shí)的情況下,通過點(diǎn)擊復(fù)位按鈕,清除超時(shí)故障后,閥門才能動(dòng)作。
3.7 操作監(jiān)控畫面
本項(xiàng)目共設(shè)置3個(gè)工藝監(jiān)控畫面:煙氣循環(huán)監(jiān)控畫面、風(fēng)機(jī)監(jiān)控畫面、氣力輸灰監(jiān)控畫面,在每個(gè)工藝監(jiān)控畫面中設(shè)置可以彈出的的參數(shù)畫面,進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。另外設(shè)置報(bào)警信息、趨勢記錄、報(bào)表等功能畫面。
4 應(yīng)用效果
邯鋼西區(qū)2#燒結(jié)煙氣循環(huán)項(xiàng)目于2019年12月成功實(shí)施,在保證燒結(jié)機(jī)正常運(yùn)行的情況下,循環(huán)風(fēng)機(jī)的啟停、旁路閥和雙層卸灰閥的循環(huán)啟動(dòng)以及氣力輸灰系統(tǒng)完全滿足工藝的自動(dòng)控制操作要求,各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)能夠正常顯示并控制,各儀表數(shù)據(jù)顯示正常。密封罩煙氣的壓力經(jīng)過PID調(diào)節(jié)控制增壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,保證了密封罩煙氣的壓力微負(fù)壓狀態(tài)穩(wěn)定。投運(yùn)后經(jīng)過3個(gè)月不斷優(yōu)化控制程序,磨合設(shè)備狀態(tài),逐步使得煙氣循環(huán)系統(tǒng)的煙氣循環(huán)流量穩(wěn)定在20萬M3/h以上,煙氣循環(huán)溫度在230℃以上,燒結(jié)機(jī)混勻料上料量由600噸/h提高到650噸/h,達(dá)到了增產(chǎn)降耗,節(jié)能環(huán)保的效果。
5 結(jié)語
邯鋼西區(qū)2#燒結(jié)煙氣循環(huán)利用技術(shù)路線的成功實(shí)施將為鋼鐵行業(yè)提供新的污染物超低排放技術(shù)路徑,為京津冀重點(diǎn)區(qū)域打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)提供更加有力的技術(shù)支撐,也將為我國鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展、智造綠色提供“河鋼樣板”。