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”。