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   賴軍華 （1981-）

    男，年畢業(yè)于南昌航空大學(xué)測控系，學(xué)士學(xué)位，助理工程師，主要從事工業(yè)自動化系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)與維護(hù)。




    摘  要：本文主要介紹了新鋼公司三期技改煉焦工程中西門子PCS7在155T干熄焦系統(tǒng)中的應(yīng)用。概述了有關(guān)工藝流程、系統(tǒng)功能、硬件配置，重點(diǎn)介紹了干熄焦的裝焦系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、排焦系統(tǒng)等。

    關(guān)鍵詞：PCS7；干熄焦；自動裝焦；鍋爐

    Abstract: This paper mainly introduces the application of Siemens PCS7 in 155T CDQ(Dry Coke Quenching) in the third technical coking project of steel company. We give an overview of the process, system function, hardware configuration, and focus on the introduction of CDQ coke loaded systems, boiler systems, automatic out of coke systems, such as coke.

    Key words: PCS7; CDQ; automatic loading of coke; boiler

    循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色經(jīng)濟(jì)是目前我國大型生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展方向，干熄焦即是在如此環(huán)境下孕育誕生的。作為國家重點(diǎn)推薦的清潔生產(chǎn)技術(shù)，新鋼公司三期技改焦化廠熄焦方式采用了中日聯(lián)的干熄焦技術(shù)，與濕熄焦相比，不僅有節(jié)水、節(jié)能、污染少、焦炭強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，而且給企業(yè)帶來了更多的經(jīng)濟(jì)效益。

    1 干熄焦工藝流程及設(shè)備

    1.1 工藝流程

    從焦?fàn)t炭化室中推出的950℃~1050℃的紅焦經(jīng)過攔焦機(jī)的導(dǎo)焦柵落入焦罐車?yán)铮构捃囉呻姍C(jī)牽引至干熄焦裝置提升井架底部，提升機(jī)將焦罐提升至井架頂部，再平移到干熄爐爐頂，通過爐頂裝入裝置將焦炭裝入干熄爐，除塵系統(tǒng)通過控制干熄爐內(nèi)的壓力，防止粉塵外逸及空氣進(jìn)入預(yù)存段，裝料完畢后，爐蓋自動關(guān)閉。在干熄爐中，焦炭與惰性氣體直接進(jìn)行熱交換，冷卻至250℃以下。冷卻后的焦炭經(jīng)排焦裝置送到膠帶輸送機(jī)上，送到焦化的篩焦系統(tǒng)。

           


                        圖1   干熄焦 CDQ工藝流程

    180℃以下的惰性氣體由循環(huán)風(fēng)機(jī)通過干熄爐底的供氣裝置鼓入爐內(nèi)，與紅焦進(jìn)行熱交換，出爐 的惰性氣體溫度大致為850℃。熱地惰性氣體夾帶大量的焦粉經(jīng)過一次除塵器進(jìn)行除塵后，進(jìn)入廢熱鍋爐進(jìn)行換熱，在這里惰性氣體溫度降至200℃以下。冷惰性氣體由鍋爐出來，經(jīng)過二次除塵器除塵后由循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓再經(jīng)過二次換熱器后送入干熄爐冷卻段循環(huán)使用。

    供水系統(tǒng)將工業(yè)水進(jìn)行除鹽、除氧、化學(xué)藥物處理，經(jīng)過加溫、加壓后供給鍋爐，通過與鍋爐管道內(nèi)高溫循環(huán)氣體的熱交換，產(chǎn)生的蒸汽并入新鋼公司蒸汽管網(wǎng)或用于汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。
   
    1.2 干熄焦設(shè)備

    干熄焦裝置主要設(shè)備包括：焦罐及其裝載車、電機(jī)車、提升裝置、裝入裝置、干熄爐、排焦裝置、鼓風(fēng)裝置、循環(huán)風(fēng)機(jī)、鍋爐、一次除塵、二次除塵等。

    2 系統(tǒng)硬件配置及設(shè)計

    2.1 控制系統(tǒng)硬件配置

    新鋼155T干熄焦本體及鍋爐的自動化控制系統(tǒng)，使用了德國Siemens公司的PCS7的CPU 414-4 H PLC控制器和WINCC 6.2 SP2系統(tǒng)。PCS7系統(tǒng)安裝在2臺操作員工作站上，其WINCC6.2用于對干熄焦系統(tǒng)的操作以及數(shù)據(jù)采集、處理、記錄及報警，并且將監(jiān)控畫面的指令通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送給下位PLC。

    由于干熄焦系統(tǒng)的重要性，為了確保干熄焦控制系統(tǒng)的可靠性及安全性，PLC采用了CPU冗余、電源冗余以及網(wǎng)絡(luò)的冗余設(shè)計。控制系統(tǒng)分為主站和遠(yuǎn)程站，在主站下掛15個遠(yuǎn)程站，主站與分站通過PROFIBUS-DP進(jìn)行通訊，HMI與CPU通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其網(wǎng)絡(luò)布置圖如圖2所示。

                  

                                     圖2

    2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計

    新鋼155T干熄焦控制系統(tǒng)根據(jù)工藝要求分為15個子系統(tǒng)：（1）焦罐車及APS系統(tǒng)；（2）提升及走行系統(tǒng)；（3）裝入系統(tǒng)；(4）預(yù)存段料位控制系統(tǒng)；（5）排焦系統(tǒng)；（6）稱量及運(yùn)焦系統(tǒng)；（7）除塵系統(tǒng)；（8）焦粉排出回收系統(tǒng)；（9）氣體循環(huán)系統(tǒng)；（10）鍋爐控制系統(tǒng)；（11）供水系統(tǒng)；（12）汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)；（13）能源介質(zhì)輔助系統(tǒng)；（14）生產(chǎn)報表管理系統(tǒng)；（15）控制過程報警、自診斷系統(tǒng)。

    3 過程控制軟件設(shè)計

    由于干熄焦控制系統(tǒng)十分龐大和復(fù)雜，所以以下對其主要控制功能進(jìn)行簡單介紹。

    3.1 裝焦系統(tǒng)的控制

    裝焦系統(tǒng)由焦罐車、APS、提升裝置、走行裝置、裝入裝置等子系統(tǒng)組成。從焦?fàn)t炭化室推出的紅焦裝在電機(jī)車上的旋轉(zhuǎn)焦罐里，旋轉(zhuǎn)焦罐接焦過程中勻速旋轉(zhuǎn)，使焦炭均勻地落到焦罐里，其控制使用了西門子變頻器控制。再由電機(jī)車?yán)教嵘龣C(jī)下，由西門子PLC完成定位、鎖閘、接空焦罐、解鎖、移位、再鎖閘、向提升機(jī)變頻器發(fā)出各種命令等一連串的動作。提升機(jī)裝置在西門子PLC的控制下將紅焦按預(yù)定的速度曲線，完成掛鉤、焦罐離車、提升等一系列的加減速動作，將焦罐提升到頂部并準(zhǔn)確對位。走行裝置也是在西門子PLC的控制下將焦罐車按預(yù)定的速度曲線進(jìn)行控制，使得焦罐車安全的運(yùn)到干熄爐的頂部并準(zhǔn)確定位。在焦罐向干熄爐頂部移動的同時，裝入裝置自動打開干熄爐蓋，并且爐頂?shù)某龎m閥門自動打開，除塵風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也處于高速狀態(tài)下，使得干熄爐口的壓力為負(fù)壓，防止粉塵的外逸和空氣進(jìn)入干熄爐里。等到干熄爐蓋完全打開后，提升機(jī)再將焦罐按預(yù)定的速度曲線，放在干熄爐頂部。焦罐到位后，其底門靠自身重力自動打開，向干熄爐的預(yù)存段裝入紅焦。裝焦完畢后，干熄爐蓋、爐頂除塵閥門關(guān)閉，除塵風(fēng)機(jī)處于低速旋轉(zhuǎn)。提升裝置、走行裝置又按預(yù)定的速度曲線，將空焦罐送回到正在電機(jī)車上等待的臺車上。從而完成一個裝焦過程的循環(huán)。

    提升裝置、走行裝置的卷上、卷下以及走行控制，由現(xiàn)場設(shè)備上安裝的編碼器檢測其移動的位置，同時發(fā)給對應(yīng)的西門子變頻器和PLC，經(jīng)過PLC的計算后，再由變頻器給出加減速及定位的指令。

    3.2 排焦、運(yùn)焦及稱量、除塵等系統(tǒng)控制

    干熄焦系統(tǒng)運(yùn)行的好壞與排焦量的大小有直接的關(guān)系，排焦、運(yùn)焦及稱量系統(tǒng)，是由振動給料器、旋轉(zhuǎn)密封閥、吹掃風(fēng)機(jī)、空/氮?dú)馇袚Q裝置和皮帶機(jī)、走行小車、皮帶秤、除塵裝置、料倉等設(shè)備共同組成的。

    干熄爐里冷卻段的焦炭，通過與惰性氣體的熱交換冷卻到200℃以下，由PLC根據(jù)操作工在監(jiān)控畫面上設(shè)定的排焦量和實(shí)際測量的排焦量形成閉環(huán)調(diào)節(jié)，控制振動給料器的振幅，進(jìn)而達(dá)到控制排焦量的大小。

    除塵裝置設(shè)備包括：變頻除塵風(fēng)機(jī)、冷卻器、布袋除塵器、振打器、卸灰閥、離線閥、反吹脈沖閥等組成。其除塵風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的高低與干熄爐蓋、爐頂除塵閥門聯(lián)動，保證爐門打開時爐口壓力為負(fù)壓，防止灰塵外逸及空氣進(jìn)入。

    3.3 氣體循環(huán)系統(tǒng)控制

    惰性氣體變頻循環(huán)風(fēng)機(jī)是干熄焦控制技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備之一，它主要由操作工根據(jù)干熄爐內(nèi)的各種工況以及惰性氣體量等，在監(jiān)控畫面上設(shè)定給定值，由PLC計算，給命令變頻器完成風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和保安系統(tǒng)連鎖控制。HMI對風(fēng)機(jī)進(jìn)行各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，例如軸振動、軸溫等。

    3.4 鍋爐控制系統(tǒng)

    在鍋爐操作中，汽包的水位是鍋爐正常運(yùn)行的重要指標(biāo)，根據(jù)鍋爐的操作要求，汽包水位應(yīng)穩(wěn)定在汽包二分之一處，此時鍋爐出汽量最大，汽質(zhì)最好。影響鍋爐汽包水位的主要干擾是蒸汽負(fù)荷和上水壓力，它們的變化導(dǎo)致蒸汽流量和上水流量的變化，也就影響到水位的變化。有時會產(chǎn)生虛假水位，造成這一原因是由于負(fù)荷增加時，導(dǎo)致汽包壓力下降，使汽包內(nèi)水的沸點(diǎn)溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是維持鍋爐進(jìn)出水量平衡的系統(tǒng)。由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個設(shè)有自平衡能力的被控對象，運(yùn)行中存在虛假水位現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙沖量以及水位、蒸汽量、給水流量三沖量的控制系統(tǒng)。在本干熄焦系統(tǒng)中，使用了單沖量和三沖量兩種控制方式。干熄焦鍋爐投運(yùn)的初期階段和保溫階段，我們選用了單沖量調(diào)節(jié)控制汽包水位。在鍋爐以額定負(fù)載的75%以上時，我們投用了三沖量調(diào)節(jié)控制。三沖量控制通過PID提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量，由汽包水位、上水流量、蒸汽流量組成一個三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具體調(diào)節(jié)過程方框如圖3所示。

                                         圖3

    4 應(yīng)用效果

    干熄焦工藝因改變了傳統(tǒng)的濕法熄焦工藝，具有能源回收利用、環(huán)境保護(hù)以及改善焦炭質(zhì)量等多項優(yōu)點(diǎn)，符合國家提倡的“節(jié)約能（資）源、清潔生產(chǎn)、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和建設(shè)節(jié)約型社會”的要求，現(xiàn)已在我國焦化行業(yè)廣泛推廣。此次新鋼三期技改焦化工程干熄焦系統(tǒng)的投產(chǎn)，極大地改善新鋼焦化廠的經(jīng)營環(huán)境，降低投資成本，提升了焦化廠的市場競爭能力，有助于提高焦炭的質(zhì)量，對高爐爐況的穩(wěn)定、高產(chǎn)起到了不可估量的作用。同時由于SIEMENS控制器在國內(nèi)冶金行業(yè)廣泛運(yùn)用，此次采用SIEMENS PCS7控制系統(tǒng)在新鋼公司的成功應(yīng)用，值得其它干熄焦工程借鑒。

    參考文獻(xiàn)：

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                                                      ——轉(zhuǎn)自《自動化博覽》