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摘要：干熄焦是國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的熄焦技術(shù)，具有較強(qiáng)的環(huán)保效益。本文首先簡要介紹了干熄焦的工藝流程與技術(shù)優(yōu)勢，著重介紹了優(yōu)穩(wěn)UW500a DCS控制系統(tǒng)如何適合實(shí)現(xiàn)干熄焦全自動化生產(chǎn)，包括系統(tǒng)的配置以及一些主要控制功能的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：干熄焦；運(yùn)焦；自動控制；DCS系統(tǒng)；UW500a

1　引 言

所謂干法熄焦，是相對于濕熄焦而言的，是指采用惰性氣體將紅焦降溫冷卻的一種熄焦方法。干熄焦是目前國內(nèi)外應(yīng)用廣泛的熄焦技術(shù)，與濕法熄焦相比，具有明顯的優(yōu)勢：第一，焦炭質(zhì)量明顯提高，獲得在煉鐵的延伸經(jīng)濟(jì)效益；第二，充分利用紅焦顯熱，節(jié)約能源，獲得直接經(jīng)濟(jì)效益；第三，降低有害物質(zhì)的排放，保護(hù)環(huán)境。本文以山西至信某科技有限公司150萬噸炭化室高度6.25米搗固焦化工程項(xiàng)目為例進(jìn)行編寫，項(xiàng)目總投資15億元，總占地30公頃。焦?fàn)t爐型選用JL6253D型側(cè)裝搗固焦?fàn)t，炭化室高度6.25m，爐組規(guī)模為2×65孔，配套建設(shè)有備煤、190t/h干熄焦（備用濕熄焦）、焦處理、冷鼓電捕、蒸氨、脫硫及硫回收、硫銨、洗脫苯、焦?fàn)t煙氣脫硫脫銷、污水處理站及相應(yīng)的公用工程和輔助設(shè)施。此案例主要介紹干熄焦工段的自動化實(shí)現(xiàn)。

2　工藝簡介

干熄焦的工藝流程是利用惰性循環(huán)氣體N2（約180℃）通過鼓風(fēng)裝置進(jìn)入干熄爐與溫度約1000℃的紅焦逆向流動進(jìn)行熱交換將紅焦熄滅，使焦炭溫度下降到250℃左右，而循環(huán)氮?dú)獾臏囟壬仙郊s800℃，循環(huán)氣體經(jīng)過鍋爐時(shí)，本身所帶的熱量使鍋爐產(chǎn)生大量的蒸汽，蒸汽經(jīng)過減溫減壓后，送入汽輪機(jī)組用于發(fā)電。整個(gè)系統(tǒng)主要由紅焦裝入系統(tǒng)、冷焦排出系統(tǒng)、干熄爐及供氣裝置、氣體循環(huán)系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)等組成，主要設(shè)施有干熄爐、裝入裝置、排焦車、提升機(jī)、電機(jī)車及焦罐臺車、焦罐、一次除塵器、二次除塵器、干熄焦鍋爐單元、循環(huán)風(fēng)機(jī)、除塵地面站、水處理單元等。其工藝流程如圖1所示。

圖1 干熄焦工藝流程圖

3　控制系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)

采用杭州優(yōu)穩(wěn)自動化公司UW500a DCS控制系統(tǒng)，操作站軟件采用優(yōu)穩(wěn)公司自主開發(fā)的UWinTechPro1.0，實(shí)現(xiàn)全廠的集中控制、監(jiān)視和管理。I/O測點(diǎn)752點(diǎn)，配置2臺控制站，4臺操作站，控制站通過冗余工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與操作站相連，CPU、控制網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、電源模件也均配置冗余模式。I/O模塊配置單通道隔離且支持單點(diǎn)熱插拔的單點(diǎn)卡。按工段設(shè)置分站，實(shí)現(xiàn)分散控制，操作站集中監(jiān)控，全廠信息共享。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)圖

4　控制方案

根據(jù)項(xiàng)目要求生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)對所有生產(chǎn)過程及設(shè)備在中央控制室進(jìn)行集中監(jiān)控，系統(tǒng)具有人機(jī)界面友好，操作可靠，同時(shí)在系統(tǒng)故障時(shí)能提供快速診斷的能力。生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)采用UW500a DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，對于工藝操作所需要的各種操作參數(shù)均引至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并視其重要程度分別進(jìn)行指示、調(diào)節(jié)、記錄、計(jì)算、報(bào)警及聯(lián)鎖等，實(shí)現(xiàn)過程控制、順序控制和邏輯控制。

4.1　運(yùn)焦自動控制

電機(jī)車和焦罐運(yùn)載車作為干法熄焦的設(shè)備，承擔(dān)全部接焦和運(yùn)送紅焦的任務(wù)，對自動化控制水平要求很高。運(yùn)焦系統(tǒng)自動控制主要是控制電機(jī)車走行定位和焦罐車旋轉(zhuǎn)定位。

4.1.1　電機(jī)車走行定位控制

電機(jī)車主要由車體、走行裝置、制動裝置、氣路系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及電器系統(tǒng)等組成。定位檢測元件設(shè)在焦罐車和地面檢測站上。檢測元件包括電機(jī)車對位、APS動作、提升機(jī)動作、電機(jī)車鎖車和攔焦機(jī)對位用磁接近開關(guān)。運(yùn)用DCS控制變頻器的頻率進(jìn)行走行調(diào)速，設(shè)有“左微、左低、左中、左高、停止、右微、右低、右中、右高”等九個(gè)擋位，分別控制電機(jī)車的停止、左右方向的高、中、低和微速運(yùn)行。在電機(jī)車進(jìn)入攔焦機(jī)和提升機(jī)時(shí)均以微速前進(jìn)，停止時(shí)采取逆變發(fā)電制動和壓縮機(jī)空氣盤式制動，以確保定位精度。電機(jī)車編程控制的流程如下：

（1）接空罐。電機(jī)車停在APS范圍內(nèi)（電機(jī)車定位信號準(zhǔn)備好）、電機(jī)車制動投入、無焦罐——按下“接空罐”按鈕——電機(jī)車制動解除——無焦罐的車對準(zhǔn)提升機(jī)——電機(jī)車鎖車，APS動作完成——提升機(jī)動作（送罐）——有焦罐、提升機(jī)吊鉤打開——電機(jī)車鎖車解除，APS解除。

（2）送滿罐。電機(jī)車停在APS范圍內(nèi)（電機(jī)車定位信號準(zhǔn)備好）、電機(jī)車制動投入、有焦罐——按下“送滿罐”按鈕——電機(jī)車制動解除——有滿焦罐的車對準(zhǔn)提升機(jī)——電機(jī)車鎖車，APS動作完成——提升機(jī)動作（接焦）——提升機(jī)到達(dá)待機(jī)位——APS解除，電機(jī)車鎖車解除可以走行。

（3）攔焦機(jī)側(cè)。焦罐旋轉(zhuǎn)鎖車指令取消、提升機(jī)鎖車指令取消、APS動作指令取消、電機(jī)車電控正?！姍C(jī)車制動解除，走行——攔焦機(jī)對位信號準(zhǔn)備好——電機(jī)車制動——接焦準(zhǔn)備就緒。

4.1.2　焦罐車旋轉(zhuǎn)定位

焦罐旋轉(zhuǎn)定位的動作流程包括：前提條件準(zhǔn)備就緒（旋轉(zhuǎn)裝置正常、變頻器和制動電阻正常、焦罐車上有焦罐、攔焦機(jī)對位信號接通）→焦罐旋轉(zhuǎn)鎖車指令發(fā)出→焦罐選擇（No1或者No2）→旋轉(zhuǎn)開始（指示燈亮）→按下“旋轉(zhuǎn)停止”按鈕→焦罐減速位傳感器接通→按照程序曲線減速→焦罐轉(zhuǎn)速0.5r/min以下、焦罐停止位傳感器接通→焦罐旋轉(zhuǎn)停止→焦罐對正→焦罐車鎖車指令取消→電機(jī)車駛向干熄站。

圖3 干熄爐焦罐提升監(jiān)控界面

圖4 紅焦裝入控制邏輯（部分）

4.2　預(yù)存室壓力自動調(diào)節(jié)

當(dāng)裝入焦炭時(shí)，預(yù)存室壓力不穩(wěn)會導(dǎo)致焦粉擴(kuò)散到大氣中或吸入空氣而燃燒焦炭。為了更好地控制預(yù)存室壓力在工藝要求的范圍內(nèi)，此系統(tǒng)不僅采用簡單的單回路調(diào)節(jié)，而且針對于在裝焦時(shí)壓力波動大， 難以實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的狀況，設(shè)計(jì)了在裝焦信號發(fā)生后自動轉(zhuǎn)入手動控制狀態(tài)，當(dāng)裝焦信號消失后，系統(tǒng)又自動轉(zhuǎn)入自動調(diào)節(jié)的控制狀態(tài)， 從而使預(yù)存室壓力較好地控制在工藝要求的范圍內(nèi)。

4.3　循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)

循環(huán)風(fēng)機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的重要部分，從控制循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量來控制鍋爐的入口溫度使鍋爐達(dá)到一個(gè)良好的平衡。從干熄焦的工藝特性來看， 調(diào)速控制必須做到快速、準(zhǔn)確，而且一般是微量調(diào)節(jié)。通過對系統(tǒng)氣料比與循環(huán)風(fēng)量的分析比較，建立系統(tǒng)氣料比與循環(huán)風(fēng)量對照表，通過設(shè)定氣料比實(shí)現(xiàn)對循環(huán)風(fēng)量控制。

4.4　排焦系統(tǒng)定量連續(xù)控制及安全控制

采用旋轉(zhuǎn)密封閥的排焦裝置，真正實(shí)現(xiàn)連續(xù)排焦，同時(shí)大大減少循環(huán)氣體的泄漏。預(yù)存室的存焦量是由干熄焦?fàn)t的焦炭初始存量、裝入量、排焦量三者共同作用決定的，根據(jù)現(xiàn)在干熄焦?fàn)t內(nèi)的存焦量，和生產(chǎn)中的裝入量，通過設(shè)定電磁振動給料器的輸出可以非常精確地控制排焦量，并且與程序演算值下限及排焦溫度進(jìn)行連鎖控制，既保證了排焦系統(tǒng)定量、連續(xù)控制，又保證了生產(chǎn)的安全、可靠運(yùn)行。

圖5 干熄焦總體流程監(jiān)控界面

4.5　其它監(jiān)控要點(diǎn)

（1）干熄爐斜煙道吸入空氣量調(diào)節(jié)；

（2）干熄爐料位檢測控制；

（3）循環(huán)氣體旁通流量調(diào)節(jié)；

（4）干熄爐預(yù)存室料位上、下限報(bào)警、聯(lián)鎖；

（5）循環(huán)氣體成份（O2、H2、CO、CO2）分析指示、報(bào)警；

（6）排焦溫度上限報(bào)警、聯(lián)鎖；

（7）排出焦炭溫度上限報(bào)警、上上限聯(lián)鎖；

（8）提升機(jī)提升連鎖；

（9）提升機(jī)走行連鎖；

（10）提升機(jī)裝焦連鎖；

（11）裝入裝置打開、關(guān)閉行程；

（12）提升機(jī)返回連鎖；

（13）整個(gè)提升過程的保護(hù)控制；

（14）鍋爐汽包液位三沖量調(diào)節(jié)；

（15）過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)；

（16）過熱蒸汽壓力調(diào)節(jié)、過熱蒸汽壓力放散調(diào)節(jié)；

（17）除氧器蒸汽壓力調(diào)節(jié)；

（18）除氧器液位調(diào)節(jié)；

（19）鍋爐汽包壓力上限報(bào)警；上上限聯(lián)鎖，停循環(huán)風(fēng)機(jī)；

（20）鍋爐汽包液位上、下限報(bào)警；下下限聯(lián)鎖，停循環(huán)風(fēng)機(jī)；

（21）除氧器液位上、下限報(bào)警；下下限聯(lián)鎖，停鍋爐給水泵；

（22）風(fēng)機(jī)軸承溫度上限聯(lián)鎖；

（23）主電機(jī)定子溫度上限聯(lián)鎖；

（24）電機(jī)軸承溫度上限聯(lián)鎖；

（25）風(fēng)機(jī)軸承振動振幅上限聯(lián)鎖；

（26）各吸水井液位上、下限聯(lián)鎖；

（27）各冷卻塔風(fēng)機(jī)油溫、軸振動上限聯(lián)鎖；

（28）高壓電機(jī)定子、軸承溫度上限報(bào)警、聯(lián)鎖。

5　總結(jié)

采用干熄焦技術(shù)來處理紅焦，并用其熱量生產(chǎn)中壓蒸汽，再經(jīng)過汽輪機(jī)背壓發(fā)電，最終將電能饋入電網(wǎng)，節(jié)能環(huán)保，并能大幅提高焦炭質(zhì)量。該解決方案從軟硬件著手，優(yōu)質(zhì)的畫面設(shè)計(jì)滿足生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控，操作安全便捷；事件記錄功能在系統(tǒng)發(fā)生故障報(bào)警、跳機(jī)時(shí)，準(zhǔn)確判斷分析報(bào)警、跳機(jī)的原因，自動化水平提高，大大提高了生產(chǎn)效率和控制精度，降低了人員的勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了干熄焦的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

摘自《自動化博覽》2020年10月刊