高炉煤气喷吹自动化系统

李光帅

摘要:高炉喷吹焦炉煤气的工艺越来越广泛应用于我国冶金企业,而自动化控制系统是实现高炉喷吹焦炉煤气工艺目标不可缺少的控制解决方案。

关键词:ROCKWELL自动化设备ControlLogix5000系列PLC产品高炉喷吹焦炉煤气

中图分类号:TQ54 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0028-01

高炉喷吹焦炉煤气的工艺过程是:将来自焦化车间焦炉煤气,经煤气总管,通过水封、过滤器,送往压缩机站;煤气经压缩机加压后通过贮气罐、煤气主管、煤气围管、煤气支管,用橡胶管连接喷枪,通过各个喷枪喷入高炉。

高炉喷吹焦炉煤气工艺系统能实现节能减排的功效,既避免了大量焦炉煤气每年都直排放散的现象,起动了环保的作用,又节约了大量的焦炭降低了能源消耗。高炉喷吹焦炉煤气的工艺产生的累计经济效益是不言而喻的。与高炉喷煤相比,高炉喷吹焦炉煤气具有下列优点。

(1)能为高炉提供更好的还原剂,且还原产物环保。

(2)能提高焦炉煤气价值,提高能量利用率。

(3)喷吹工艺简单,技术可靠。

本文以ROCKWELL自动化设备在高炉喷吹煤气项目中的具体应用为例,阐述了高炉煤气喷吹自动化控制系统的硬件组成和实现的功能。

1高炉煤气喷吹自动化控制系统的组成

高炉煤气喷吹自动化控制系统包括两套PLC控制站,高炉煤气喷吹PLC控制站和焦炉煤气加压站PLC控制站。高炉煤气喷吹PLC控制站位于高炉主控室,焦炉煤气加压站PLC控制站位于焦炉煤气加压站控制室。2套PLC控制站之间通过光纤以太网进行联接,实现数据交换和共享,同时都为企业的能源管理中心预留了光纤以太网接口。

每套PLC控制站选用罗克韦尔公司ControlLogix5000系列PLC产品。所有控制站支持双机热备的冗余配置,即主控机架的处理器、电源、框架、远程I/O通讯网络、上位监控网络完全按照冗余配置。

PLC控制站与HMI操作站之间采用工业以太网EtherNet联接;控制站内部CPU主机架与远程I/O机架之间采用冗余的控制层网络ControlNet联接。

2高炉煤气喷吹自动化控制系统的功能

(1)煤气加压功能。

煤气加压站PLC系统控制多台空气压缩机运行,将较低压力的焦炉煤气经空气压缩机进行加压成为较高压力的煤气。

(2)煤气输送功能。

煤气加压站PLC系统控制煤气输送管道上的各类阀门选择正确的路由将煤气输送到多座炼铁高炉。

(3)煤气喷吹功能。

高炉煤气喷吹PLC系统控制煤气喷吹工艺设备(煤气主管道上电动阀、喷吹支管上紧急切断阀、焦炉煤气快速切断阀、氮气主管道上气动球阀和高炉煤气压力电动调节蝶阀等)协调工作,将高压力的焦炉煤气喷吹进入高炉内部进行还原反应。

(4)空气喷吹功能。

高炉煤气喷吹PLC系统控制空气喷吹工艺设备(空气主管道上电动阀、喷吹支管上紧急切断阀、空气管道快速切断阀和高炉煤气压力电动调节蝶阀等)协调工作,将高压力的空气喷吹进入高炉内部做为热风炉的热风的补充参加还原反应。

(5)氮气吹扫功能。

高炉煤气喷吹PLC系统控制氮气管道上的快速切断阀对煤气/空气喷吹管道进行氮气吹扫。高炉煤气/空气喷吹管道在进行气体介质置换过程中,必须进行氮气吹扫,避免煤气与空气混合在高温下发生爆燃事故。在HMI画面上设置一个“氮气吹扫完毕确认”按钮,每次氮气吹扫工作结束后,要求操作员按下“氮气吹扫完毕确认”按钮,煤气主管道快切阀或空气主管道快切阀才能被操作打开,避免煤气与空气同时在喷吹主管道内混合的事故隐患。

(6)安全联锁保护功能。

①煤气主管道上的快速切断阀和压缩空气主管道上的快速切断阀彼此之间存在联锁关系,不能同时开启,可以同时关闭。当煤气主管道上的快速切断阀在打开状态时,压缩空气主管道上的快速切断阀不允许打开。当压缩空气主管道上的快速切断阀在打开状态时,煤气主管道上的快速切断阀不允许打开。

②当焦炉煤气压力低压高炉内气体压力时,煤气主管道快速切断阀和喷吹支管上紧急切断阀自动关断,防止高炉内废气倒灌入焦炉煤气管道中发生爆炸事故。

(7)煤气喷吹压力调节功能。

高炉煤气喷吹PLC系统控制高炉围管内的喷吹煤气压力要求必须高于高炉内炉压,保证煤气能喷入高炉内部,同时防止高炉内气体倒灌。高炉围管内的喷吹煤气压力的调节依靠调节阀实现,对调节阀可进行手动控制和PID自动控制。

(8)工艺设备状态监视功能。

在HMI操作站画面上,可以对所有工艺设备的状态进行监视,主要参数有:煤气压力、空气压力、煤气流量、空气流量、煤气温度、空气温度、喷吹煤气主压(阀前)、喷吹煤气主压(阀后)、喷吹主管空气/煤气流量、高炉喷吹主管煤气/空气温度铂热电阻、1#-36#喷吹支管空气/煤气流量。

(9)报警功能。

当工艺设备发生故障时,PLC系统通过检测以HMI画面显示和声音提示两种形式向生产管理人员示警,保障生产管理人员采取快速的应对措施避免事故发生。报警信息被保存到数据库中以备查询和打印。

(10)数据历史趋势。

在HMI操作员站计算机上保存重要生产工艺数据并在HMI画面上以趋势曲线的形式显示出来,提供给高炉生产的管理者进行工况分析。

(11)生产数据采集和记录功能。

PLC系统对实时生产数据实施采集并上傳到生产数据服务器内的数据库进行保存,为企业的MES生产制造执行系统、EMS能源管理系统和ERP系统提供有效的数据源。

(12)通讯网络及数据交换功能。

高炉煤气喷吹PLC系统与煤气加压站PLC系统之间通过工业以太网(光纤介质)进行数据交换,煤气加压站PLC系统所采集的仪表信号需要显示在高炉主控室内的煤气喷吹HMI画面上。

高炉煤气喷吹自动化控制系统与MES生产制造执行系统之间采用工业以太网(光纤介质)进行数据交换。

高炉煤气喷吹自动化控制系统与EMS能源管理系统之间采用工业以太网(光纤介质)进行数据交换,煤气喷吹流量、空气喷吹流量等重要能源数据上传给能源管理中心。

3结语

随着越来越多的冶金企业认识到节能减排的重要性,越来越多的冶金企业会上马高炉煤气喷吹工艺系统以降低能耗节省成本,而高炉煤气喷吹自动化系统做为高炉煤气喷吹工艺系统的控制核心必然会发挥不可替代的作用。

参考文献

[1] 曹京慧.高炉喷吹焦炉煤气技术[J].炼铁(双月刊),2009,28(5).