针状焦煅烧回转窑自动点火控制

潘逸欣，任铁良

（中钢集团鞍山热能研究院有限公司，辽宁 鞍山 114044）

随着我国针状焦生产技术的发展与成熟，使我国针状焦行业发展到新的阶段。生产的不断进步，为行业相关的自动化提出了更高的要求。在以前的生产过程中，虽然也配置了例如DCS、SIS等自动化设备，但由于行业发展时间短，对生产数据、经验的积累有限，很多地方还是人工手动操作为主[1]。在先前投入生产的企业中，很多并未实现回转窑自动点火。回转窑现场人工手动点火不但点火成功率低，而且点火操作人员暴露于防爆区，一旦点火操作失误，容易造成爆燃事故和人身伤害。过多的人工干预，使得生产不确定性增加，不利于安全生产，也不利于提高生产效率和降低工作强度。本文充分吸收和总结以前针状焦回转窑设计和生产经验，在鞍钢4万t/a煤系针状焦生产工艺的回转窑工段中，利用国内先进的SIS系统实现对针状焦回转窑的自动点火，为提高针状焦生产自动化做出有意义的探索。

1 回转窑点火系统构成

针状焦煅烧回转窑自动点火控制系统包括长明灯自动点火、主火焰自动点火、长明灯自动关闭、主火焰自动关闭、长明灯阀门系统自动检漏及主火焰阀门系统自动检漏。

自动点火系统控制程序置于针状焦煅烧回转窑SIS系统控制器中。

针状焦SIS系统构成如图1所示。

图1 针状焦煅烧回转窑自动点火系统组成示意图

2 点火系统软硬件配置

针状焦SIS选用国内普遍采用的TCS-900控制器。TCS-900系统是浙江中控自主开发的SIS平台，结合了功能安全和信息安全两大理念，是一款具备高可用性、高安全性的先进大型安全仪表系统。产品符合IEC 61508和IEC 61511的SIL3要求[2]。

TCS-900内置过程诊断和系统诊断，具有较高的诊断覆盖率，当信号回路或者系统内部出现任何软硬件故障时，TCS-900控制站会在模块面板的指示灯中进行报警，同时系统报警信息会发送到中控监控软件（VxSCADA）诊断控件。模块故障期间，无论单模块还是冗余配置，系统的安全模块都支持在线不停车维护。组态软件支持FBD、LD编制用户程序，支持FBD、LD、ST编制自定义功能块，支持ST编制自定义函数，系统还支持在线修改和下载组态。

安装中控下位机平台软件SafeContrix，运行Safe-Contrix软件，对控制器和IO卡件进行硬件组态。

控制站由一个主机架和一个扩展机架组成。机架和扩展机架的最左侧配置3个扩展通讯模块SCM9010，连接扩展通讯模块后，可实现主机架和扩展机架的数据通讯。

安装中控上位机平台软件VxSCADA，工程师站安装设置为组态服务器，操作员站安装设置为非组态服务器，在工程师站运行VxSCADA的VxSysBuilder软件。

3 自动点火控制

回转窑自动点火操作流程为先点燃长明火燃气，再用长明火点燃主火焰。

回转窑火焰自动关闭操作流程为先关闭主火焰，再关闭长明火。

回转窑燃气阀门自动检漏操作流程为长明火和主火焰分别独立检漏。

针状焦煅烧回转窑自动点火操作状态程序如图2所示。

图2 针状焦煅烧回转窑自动点火操作状态程序框图

针状焦煅烧回转窑长明灯和主火焰自动点火程序如图3所示。

图3 针状焦煅烧回转窑长明灯和主火焰自动点火程序框图

针状焦煅烧回转窑长明灯和主火焰自动关闭程序如图4所示。

图4 针状焦煅烧回转窑长明灯和主火焰自动关闭程序框图

针状焦煅烧回转窑长明灯和主火焰燃气阀门自动检漏程序如图5所示。

图5 针状焦煅烧回转窑长明灯和主火焰燃气阀门自动检漏程序框图

4 针状焦煅烧回转窑自动点火应用实例

回转窑自动点火控制已经应用在鞍钢4万t/a针状焦工程中，其自动点火系统画面如图6所示。

图6 煅烧单元主火嘴自动检漏、点火、关闭进程界面图

自动点火系统画面中可以直观显示出自动检漏、点火、关闭的实时进程，包括各阀门的开关状态、点火变压器状态、离子火检和主火检状态、故障状态等。

主要操作包括：煅烧长明灯点火、主火嘴点火、长明灯检漏、主火嘴检漏、长明灯关闭、主火嘴关闭、报警确认、现场允许指示、实时报警预览及安全联锁。

针状焦煅烧自动点火装置由位于回转窑头的主火嘴、煤气主管道、长明灯煤气管道、助燃空气管道、两个主燃气切断阀、一个主燃气放散阀、两个长明灯燃气切断阀、一个长明灯燃气放散阀、长明灯点火变压器、长明灯离子火焰检测器、两个火焰检测器及现场自动点火操作箱组成。

回转窑点火顺序为先点燃长明灯，后点燃主燃气。

回转窑关闭顺序为先关闭主燃气，后关闭长明灯。

4.1 长明灯自动点火

长明灯自动点火操作按以下步骤操作。

回转窑长明灯自动点火前确认长明灯燃气放散阀（XV-30804）在打开状态，两个长明灯燃气切断阀（XV-30805和XV-30806）在关闭状态，系统自动检测长明灯煤气压力表压力是否大于3.5 kPa，如果不大于3.5 kPa不能进行长明灯点火操作。

确认现场点火操作箱上的“允许长明灯点火指示灯”亮，按下点火操作箱上的“长明灯点火按钮”，确认长明灯点火计算机画面“长明灯点火成功指示灯”亮，同时确认现场操作箱上“长明灯点火成功指示灯”亮。至此长明灯点火完成。

4.2 主火嘴自动点火

主火嘴自动点火操作按以下步骤顺序操作。

回转窑主火嘴自动点火前确认长明灯燃气放散阀（XV-30801）在打开状态，两个主火嘴燃气切断阀（XV-30802和XV-30803）在关闭状态，系统自动检测主火嘴煤气压力表压力是否大于3.5 kPa，如果不大于3.5 kPa不能进行主火嘴点火操作。

确认现场点火操作箱上的“允许主火嘴点火指示灯”亮，中控室DCS操作人员把DCS控制回转窑煤气量的自动调节阀开度调整到20%，按下点火操作箱上的“主火嘴点火按钮”。确认现场操作箱上“主火嘴点火成功指示灯”亮。至此主火嘴点火完成。

4.3 主火嘴自动关闭

确认现场点火操作箱上的“允许主火嘴关闭指示灯”亮，按下点火操作箱上的“主火嘴关闭按钮”。

确认现场操作箱上“主火嘴点火成功指示灯”灭。至此主火嘴关闭完成。

4.4 长明灯自动关闭

确认现场点火操作箱上的“允许长明灯关闭指示灯”亮，按下点火操作箱上的“长明灯关闭按钮”。确认现场操作箱上“长明灯点火成功指示灯”灭。至此长明灯关闭完成。

4.5 主火嘴自动检漏

确认现场点火操作箱上的“允许主火嘴检漏指示灯”亮。

中控室DCS操作人员把DCS控制的回转窑煤气自动调节阀开度调整到20%。

按下点火操作箱上的“主火嘴检漏按钮”。等待检漏结果。

确认现场操作箱上“主火嘴检漏成功指示灯”灭。至此主火嘴检漏完成。如果计算机提示泄漏报警，人工处理主火嘴燃气切断阀或放散阀漏气问题。

4.6 长明灯自动检漏

确认现场点火操作箱上的“允许长明灯检漏指示灯”亮。

现场操作人员按下点火操作箱上的“长明灯检漏按钮”。等待检漏结果。

现场操作人员确认现场操作箱上“长明灯检漏成功指示灯”灭。至此长明灯检漏完成。如果计算机提示泄漏报警，人工处理长明灯燃气切断阀或放散阀漏气问题。

4.7 SIS投入与切除

长明灯点火、主燃气点火、主燃气关闭、长明灯关闭、主燃气检漏及长明灯检漏操作均需要现场操作人员先把SIS解除，待回转窑点火成功，进入正常生产状态时，把现场操作箱上的“SIS解除开关”复位，同时确认现场操作箱上的“SIS联锁指示灯”亮。

5 结语

本文对针状焦回转窑自动点火系统构成、硬件配置、控制逻辑做了较为详细的阐述，并介绍在鞍钢4万t/a针状焦回转窑生产过程中的具体操作步骤。解决了在针状焦生产中回转窑较长时间一直采用人工点火的问题，实现从现场人工点火到由中控室操作人员远程自动点火。本技术随2019年鞍钢针状焦项目建成投运以来，使用至今已安全、平稳、高效运行近三年，效果良好。