高炉喷煤自动化控制系统

一、喷煤的必要性 　　由于能源价格的上涨，使得吨铁成本上升，公司内部挖潜改造、降低成本的空间已到极限，为了完成公司制定的产量目标和成本目标，必须采取新的措施来增产降耗，高炉喷煤配合富氧，则可大幅度的提高生铁产量、降低生铁成本，喷煤技术改造对我公司的发展具有非常重要的意义。 　　高炉喷吹煤粉是世界炼铁正在迅速发展的一项重大技术，其目的是在高炉冶炼过程中，扩大高炉燃料来源，从风口向高炉喷吹煤粉，以价格低的煤粉替代价格昂贵的冶金焦，改善高炉的操作条件；增加高炉的调剂手段；最终达到节焦增产的目的。 　　在当前能源紧张的形势下，必须采取措施大力节约和替代焦炭。炼铁生产降低焦炭的途径很多：如改进原料质量、提高风温、改善操作、降低铁水含硅量、加强管理等。但从效果上看扩大高炉喷吹煤粉，以煤代焦乃是降低焦炭消耗的最有效措施。因此，扩大高炉喷煤是当务之急，符合钢铁工业长远规划。 　 二、我公司三炼铁喷煤现状 　　我公司三铁厂现有一座200m3高炉,单炉日产铁650吨,年生产日为355天，则年产铁为23万吨。 　　根据我厂的生产实践，结合国内的实际情况，总结出串联罐的优点： （1） 实现连续无间断喷吹； （2） 占地面积少； 它的缺点： （1） 倒罐时，瞬事流量计量失真； （2） 若罐系统出现故障，则喷煤中断； （3） 厂房高，投资大，检修不便； （4） 倒罐很难实现自动控制； 并联罐的优点： （1） 罐系统出现故障，可三个罐轮流喷煤； （2） 倒罐较易实现自动控制； （3） 厂房低，投资小； 并联罐的缺点： （1） 倒罐瞬间中断喷吹； （2） 输粉切断阀开关频繁，寿命短； 　　总之，随着高炉喷煤自动化的实施，倒罐瞬间中断喷吹已由原3分钟减少到6秒，并联罐系统已成趋势，上钢一厂2500 m3高炉新建喷煤即为并联罐系统。 本初步设计按混合喷吹无烟煤、并罐喷吹系统设计。 三、工艺流程 四、设计原则 　　华钢200m3高炉制煤、喷煤自动检测控制系统的设计遵循先进性与实用性相结合的原则，充分考虑到满足设备控制要求，完善测量功能，在检测元件选型方面适应制煤、喷煤工艺气粉混合测量和煤粉易燃爆的特点，具有测量准确、维护量小、防爆、使用寿命长等优点。高炉喷煤系统主要由制粉系统和喷煤系统两部分组成。两部分可以单独运行，互不影响。 五、控制原理和硬件结构 　　喷煤系统计算机控制原理如下图所示。 1、硬件配置 　　主要硬件设备：西门子S7-300可编程控制器一套、CP5611卡一张、上位机两台。西门子S7-300可编程控制器采用模块化结构。硬件损坏时更换方便。 2、软件配置 　　操作系统为Windows2000；应用软件为STEP 7编程语言，用于控制程序开发并具有自诊断功能；西门子Wincc6.0软件具有在线监视、调试功能，以及人机界面。 3、控制系统的通讯网络 　　西门子S7-300可编程控制器通过PROFI-BUS通讯网络，将制煤系统、喷煤系统成为一体，数据共享，实现数据采集和现场控制。 　　控制系统采用西门子S7-300可编程控制器为主控设备，执行并联罐组自动充压卸后装煤等顺序控制，完成工艺过程的数据采集和自动控制。监控部分选择国内应用广泛的研华工控机做上位操作站，它具有适于工业环境，抗干扰性好，可靠性高，价格较低等特点，通过操作站实现工艺过程人--机对话，各类数据处理和管理，集中监控功能，提高自动化操作水平。上位机进行实现参数输入及生产数据输出，现场模拟显示数据打印及与工厂管理网的连接。上位机组态软件采用西门子Wincc6.0软件。该组态软件与S7-300编程软件STEP 7 紧密集成，可直接使用STEP 7变量表，并对PLC硬件故障进行诊断，有较强的网络功能。 六、设计方案 　　 　　高炉喷煤系统为并联流化罐侧出料输出形式，秤量方式为两罐并联双秤计量。系统有流化罐、补气器以及喷洗管路等组成。其中补气量采用自动调节阀和手动操作器及PLC的模拟输出，可以在控制室手动或由计算机自动进行调节。两台秤分别秤取两喷吹罐重。另外，由于采用补气量调节喷煤较用罐压调节滞后性大为减少，能使操作人员更容易、更准确地调节喷煤量。 　　整个喷煤系统分为制粉系统和喷煤系统： 1、制粉系统 　　制粉系统工程主要由干燥炉、热风管道、热风调节阀、冷风调节阀、中速磨、杂物分离器、锁气器、粗粉分离器、主抽风管道、布袋收粉器、风量调节阀、风机、电机组成。配套有皮带上料系统：受料斗、原煤仓、圆盘给料机、天车、抓斗等。 （1）PLC软件功能规格 　　过程数据和过程、设备状态信号采集、处理；燃烧炉出口热风调节；热风管混风温度控制；除尘风量调节；给煤机变频调速控制；仓壁振动器、给煤机、中速磨、引风机、反吹风机、脉动器、叶轮给料机和煤粉筛启动/停止控制。 　　燃烧炉作为磨煤机组外围设施，考虑到检测控制和操作的相对独立性及现场条件，采用单独仪表显示系统完成监控功能。重要的联络信号送磨煤操作室，进计算机系统处理显示及报警联锁。 （2）制煤电气系统设备启停要求: 　　制煤机组电机控制包括：皮带机、受料斗振动电机（2 台）、给煤机、中速磨、引风机、反吹风机、脉动器、叶轮给料机、煤粉筛，油泵。 　　在上位机选择系统工作方式为自动时，按动启动按钮可自动启动制煤机组电机，顺序为: 　　A、 启动顺序为：开润滑油泵---开煤粉筛---开叶轮给料机---（引风风量调节阀关闭）开引风机---调节热风调节阀---调节引风风量调节阀---调节冷风调节阀---开脉动器---开反吹风机---开中速磨---开给煤机。 　　B、 按动停止按钮可自动停止制煤机组电机，顺序为：停给煤机---停中速磨---调节冷风调节阀---调节热风调节阀---关引风机---停反吹风机---停脉动器---调节风量调节阀---停叶轮给料机---停煤粉筛---停润滑油泵。 　　在上位机选择系统工作方式为手动时，可通过按动每个电机的启动/停止按钮进行电机的起停控制。 　　1#、2#皮带机和受料斗震动电机可在上位机通过按动启动/停止按钮进行电机的起停控制。 　　热风调节阀和风量调节阀可在上位机通过改变手动开度进行阀门开度的调节。 2、喷煤系统 　　喷煤系统自动控制方式分第1、第2系列，控制方式为：12列全自动－自动喷吹1；自动喷吹延时，与预备停喷延时配合，可实现间隔或重叠倒罐1。12列全自动－自动喷吹2；自动喷吹延时，与预备停喷延时配合，可实现间隔或重叠倒罐2；12列全自动－自动关1列喷煤阀；12列全自动－自动关2列喷煤阀。 　　喷煤系统可分为手动操作、手动带罐压自动调节操作、半自动操作和全自动操作四种操作方式。程序以自动操作为基础，将喷煤的过程分为6种状态如下： 　　加煤状态←→加煤-停止中间状态←→停止状态←→就绪状态←→就绪－喷吹中间状态←→喷吹状态,其中两种状态为中间状态，加煤、停止、就绪、喷吹四种状态可由人工发出命令，程序自动切换至命令的状态，命令可随时发出而不受当前状态的限制，切换时状态依顺序切换，例如当前为加煤状态，发出喷吹命令，程序将依次切换到加煤-停止中间状态、停止状态、就绪状态、就绪－喷吹中间状态，最后到喷吹状态。程序中设置了如下标志： MARK1：当前发出的命令， MARK2：程序接受的命令， MARK3：当前状态。 程序判断MARK2和MARK3，如果MARK2>MARK3,则MARK3加1，如果MARK2七、监控画面 　　采用西门子Wincc6.0软件设计监视画面，对操作界面汉化，进行制煤、喷煤的主要操作及状态显示；能根据生产需要实现参数修改，包括故障报警显示及查找等。上位机管理系统要完成对喷煤数据的管理工作，通过PLC与上位机的双向通讯，可取代编程器。其优点有：上位机在汉化的操作界面下管理着操作者的所有输入，并以输入内容做出检查，避免出错，操作非常容易；避免操作人员直接与PLC接触，可防止因误操作而破坏程序；与编程器互为备用，充分发挥现有的设备能力。 　　监控画面动态显示分类（动态显示包括：过程数据实时显示、切断阀开／关状态、调节阀开度、料仓／料罐料位高度变化、传动电机运转／停止状态、报警窗口自动弹出等）：喷煤系统监控画面；制煤系统工艺流程模拟画面；制煤系统参数表画面；制煤系统报警信息画面；制煤系统调节仪表画面。制煤系统电气传动启车控制及状态监控画面；制煤系统重要参数实时趋势记录画面；过程报警及运行报表打印；操作说明画面。 八、结语 　　1、华钢喷煤站在半年多的时间里由设计到施工顺利结束，由试生产的40kg/t.Fe 的喷煤比几天后就达到105kg/ t.Fe， 焦比由652kg/ t.Fe下降到现在的540 kg/ t.Fe，高炉各项指标明显提高，并初见成效； 　　2、在建喷煤站的施工过程中，确保其安装质量，使喷煤站现场清洁干净，废气中粉尘排放浓度在10mg/m3以下，远远低于国家<