高爐料罐煤氣回收及自動化控制系統

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摘要:高爐煉鐵生產會產生大量的高爐煤氣。對高爐煤氣的回收利用，不僅可以減少對環境的污染，還可以減少鋼鐵廠生產成本。為進一步加強煤氣回收利用，決定對高爐料罐內高爐煤氣進行回收利用。本文簡要介紹了高爐料罐內煤氣回收工藝及其自動化控制系統。

關鍵詞:煤氣回收；自動化設計；高爐料罐

1引言

高爐煤氣是高爐煉鐵生產過程中副產的可燃氣體。這些可燃氣體可以用于冶金企業的自用燃氣，如加熱熱軋的鋼錠、預熱鋼水包等，也可以供給民用。但高爐煤氣中帶有大量的料粉塵不利于回收利用，所以高爐煤氣在使用前應進行除塵處理。福建三鋼閩光責任有限公司在6號高爐規劃之際，就把料罐煤氣回收改造列為高爐設計重點工程之一。料罐煤氣回收主要是把料罐內的高爐煤氣通過除塵把潔凈的煤氣送入煤氣總管中，本文中，介紹了高爐料罐內煤氣回收的工藝，以及相關的自動化控制系統。

2煤氣回改造概況

2.1上料系統簡介

高爐上料系統如圖1所示。礦石、焦炭等料類由受料斗至爐身內部的步驟為：（1）判斷收料斗是否有料。（2）當受料斗有料開南北均放閥，使料罐壓力為零。（3）料罐壓力為零開上密、擋料閥，使受料斗內的料下到料罐。（4）關擋料閥、上密。（5）探尺下放到給定料線、爐內缺料。（6）開啟南北均壓閥，使料罐壓力大于爐身內部壓力。（7）開下密、節流閥開始布料；（8）判斷料罐是否下空；（9）當料罐空關節流閥、下密。

2.2煤氣回收改造前

改造前爐頂管道如圖2所示。改造前在開下密、節流閥開始布料時，料罐內產生大量高爐煤氣，在開南北均放閥時料罐內高爐煤氣直接排入大氣中，不僅造成資源浪費，還污染了環境。

3硬件設計

煤氣回收采用獨立系統控制，這樣可避免因設備故障對上料系統正常運行造成影響。煤氣回收自動控制系統采用Profinet-PN總線協議[1]。Profinet-PN總線協議具有在所有平臺上進行快速安全的數據交換；可從設備中讀取大量診斷數據，快速定位故障；傳輸速率遠高于傳統現場總線等特點。控制核心采用西門子S1200CPU和遠程擴展I/O實現[2]。S1200CPU具有非常緊湊、體積小、成本低、安裝方便，模塊尺寸統一、安裝整齊、I/O點選型自由、安裝調試、擴展、維修方便等特點。所需的模塊數量可根據煤氣回收系統需要控制的設備，統計出所需的I/O點數來確定。

2.3煤氣回收改造后

改造后新增一套煤氣回收系統，改造后爐頂管道如圖3所示。在放散管處增加一個旋風除塵器、煤氣回收閥及一套布袋除塵設備。當煤氣回收條件不滿足時，料罐內高爐煤氣先經過旋風除塵器，再通過放散閥排入大氣中，具有一定除塵效果；當滿足煤氣條件時，料罐內高爐煤氣先經過旋風除塵器，再通過煤氣回收管道進入布袋除塵，最后進入煤氣總管中。當料罐壓力低于設定值或煤氣回收開啟的時間達到設定值時關閉煤氣回收閥，這樣既能有良好的除塵效果又能夠回收高爐煤氣。硬硬件組態如圖4所示。CPU1215C下掛四個站點，主要用于接收各個閥門的開關位信號、機旁操作的開關信號、現場溫度、壓力、含氧量等信號，以及控制現場電磁閥的動作。

4軟件設計

4.1程序

6號煤氣回收系統程序的編寫軟件采用的是博途(TIAPortal)V14[3]，采用梯形圖編寫。梯形圖與實際電路圖接近，易于掌握。程序通過循環調用組織塊OB1里的子功能FC來實現工藝控制。6號煤氣回收系統大體可分為與上料系統通訊、煤氣回收條件判斷及高爐煤氣除塵控制。與上料通信采用S7通訊，因通信數據不大，采用S7單向通信GET與PUT指令即可。單向通信只需在一方建立通信即可，GET指令為將伙伴PLC數據數據讀到本體PLC內，PUT指令為將本體PLC數據數據寫到伙伴PLC內。組建S7通訊時先在硬件組態PLC右鍵添加一個新連接，在彈出對話框內選擇S7連接、連接ID號，連接伙伴未指定，點擊添加即可生成一個S7連接。在生成的S7連接設置伙伴的IP地址及機架插槽號即可。S7連接建立完成后，在程序調用GET與PUT指令即可。調用指令如圖5所示。PUT/GET指令各參數含義：REQ為控制參數request，上升沿激活數據交換功能；ID為尋址參數；DONE為狀態參數，為0時表示作業未啟動或仍在執行過程中，為1表示作業已執行，且無任何錯誤；ADDR_1為指向伙伴CPU上用于寫入數據的區域的指針；SD_1為指向本地CPU上包含要發送數據的區域的指針；ERROR和STATUS為狀態參數，通過這兩個參數輸出特定值可反應PUT、GET指令的狀態。煤氣回收投入條件主要判斷溫度、壓力、氧含量是否符合條件以及各個閥門是否動作正常。溫度過低，高爐煤氣會含有大量水汽，粉塵會凝結在布袋上；溫度過高則會把布袋燒毀。因此只有溫度在合適范圍內才能投入煤氣回收。壓力過低煤氣無法進入煤氣總管中。氧含量過大則可能造成煤氣爆炸等危險，因此當氧含量過高時要先對管道進行氮氣吹掃，直到氧含量達標時才允許投入煤氣回收。高爐煤氣除塵分為粗除塵與精除塵[4]。粗除塵采用旋風除塵器除塵，利用粉塵慣性將固體顆粒從氣體分離出來。旋風除塵器結構簡單，安全可靠，阻力損失小，壽命長，運行費低，除塵效率可達60%以上。精除塵采用布袋除塵器除塵，布袋除塵器除塵具有除塵效率高、運行穩定、節能、解決環保問題等優點。它的除塵效率在99%以上，凈煤氣含塵量可達到5mg/m3以下。

4.2人機界面

本操作系統采用的人機交互界面軟件是WINCC7.4編輯[5]。WINCC7.4不僅畫面簡潔，操作簡單方便，還有以下優點：具有強大的標準接口；使用方便的腳本語言；提供大量的向導來簡化組態工作；在調試階段可以在線修改；提供所有主要PLC系統的通訊通道。在操作界面可直觀了解現場設備實時狀態，易于操作與故障判斷。也可通過查看歷史曲線、報警紀錄來了解設備近期運行狀況。通過該人機界面可直觀反映現場各個設備實時狀態，方便操作人員快速了解現場設備的運行狀況。一旦設備發生故障，維護人員也可通過該界面迅速判斷故障點。

5結束語

操作人員可以通過煤氣回收系統的運行，快速了解現場設備的運行狀況。不僅提高了設備自動化控制水平，也降低了粉塵的排放，改善了對環境的污染，也加強了煤氣的回收利用。

參考文獻

[1]Pigan,R.西門子PROFINET工業通信指南.北京:人民郵電出版社,2007

[2]李方園.西門子S7-1200PLC從入門到精通.北京:電子工業出版社,2018

[3]廖常初.S7-300/400plc應用技術.第三版.北京:機械工業出版社,2011

[4]高爐煤氣的回收利用原理.

[5]廖常初.西子人機界面觸摸屏組態與應用技術.第三版.北京:機械工業出版社,2018