鋼鐵廠燒結(jié)工藝脫硝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：近年來，隨著社會(huì)各界對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷加強(qiáng)，一些大型鋼鐵企業(yè)加緊引入環(huán)保減排設(shè)備以及不斷改造其排放系統(tǒng)，使其生產(chǎn)環(huán)節(jié)更加環(huán)保，減少對(duì)環(huán)境的污染與破壞。在鋼鐵生產(chǎn)中的脫硫、脫硝兩種環(huán)保減排工藝更是企業(yè)在減少污染物排放中的重要組成，而燒結(jié)工藝脫硝自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)鋼鐵燒結(jié)脫硝更是意義重大。文章以對(duì)其自動(dòng)化控制的概述與特點(diǎn)、各個(gè)子系統(tǒng)的組成、重要設(shè)備的控制等脫硝自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重點(diǎn)介紹，以供相關(guān)企業(yè)參考。

關(guān)鍵詞：脫硝;環(huán)保減排；控制系統(tǒng)；燒結(jié)工藝

鋼鐵行業(yè)作為我國(guó)重工業(yè)產(chǎn)業(yè)中的支柱行業(yè)，常年產(chǎn)量占比世界第一，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展做出過重要的貢獻(xiàn)。但正因?yàn)槿绱?，我們更需要在鋼鐵企業(yè)的環(huán)保節(jié)能減排上下功夫，通過改進(jìn)工藝加強(qiáng)自動(dòng)化不斷改善不斷創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)中把污染排放降至更低的要求。在鋼鐵生產(chǎn)過程中，燒結(jié)工藝是其非常重要的一項(xiàng)工藝，簡(jiǎn)而言之，燒結(jié)就是在各種原物料（鐵礦粉、石灰、熔劑和無煙煤、焦粉）等按照一定的比例混合，然后，通過燒結(jié)形成具有一定強(qiáng)度和密度的燒結(jié)礦作為高爐煉鋼的“精料”。所謂燒結(jié)，就是粉狀物料加熱到熔點(diǎn)以下黏結(jié)成固體的現(xiàn)象，簡(jiǎn)單來說，就是把品相滿足要求但粒度卻不滿足的精礦與其他輔助原料混合后在燒結(jié)機(jī)上通過熔劑和燃料輔助燃燒，使其重新生成塊狀和顆粒狀固體，以此來滿足高爐煉鋼的需求。利用燒結(jié)“精料”煉鋼鐵具有能提高高爐利用系數(shù)、降低焦比、提高高爐透氣性等優(yōu)點(diǎn)。在鋼鐵廠中燒結(jié)工藝能達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量降低高爐冶煉成本，提高高爐冶煉效率的目的。但鋼鐵生產(chǎn)中的燒結(jié)生產(chǎn)排放大量的氣體污染物與粉塵，如在燒結(jié)工藝中排放的氮氧化物就占整個(gè)鋼鐵冶煉工藝的48%左右，可見燒結(jié)工藝為鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)中氮氧化物的主要來源，而這些污染物嚴(yán)重降低了城市空氣質(zhì)量，對(duì)我國(guó)的環(huán)境保護(hù)工作造成了很大的影響。所以，引進(jìn)鋼鐵廠脫銷工藝是現(xiàn)階段鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排中的重要措施，而燒結(jié)脫銷自動(dòng)化系統(tǒng)更是這一工藝措施重要組成部分。本文便以柳州鋼鐵廠110㎡脫硝自動(dòng)化控制系統(tǒng)的介紹為切入點(diǎn)，來深入了解鋼鐵廠燒結(jié)工藝脫銷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)對(duì)于目前鋼鐵企業(yè)需要減少污染物排放的迫切需求具有非常有效的實(shí)用參考價(jià)值。

1系統(tǒng)特點(diǎn)與概述

1.1系統(tǒng)特點(diǎn)

在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中安全生產(chǎn)貫穿了整個(gè)流程，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，保護(hù)生產(chǎn)過程中的安全是整個(gè)系統(tǒng)的重中之重，該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)便對(duì)所有設(shè)備的啟停加入了三級(jí)權(quán)限，分別為手動(dòng)啟停、連鎖啟停與自動(dòng)保護(hù)啟停，其中，最高級(jí)自動(dòng)保護(hù)啟停為閉環(huán)控制，不需人為設(shè)置，以此作為系統(tǒng)的安全生產(chǎn)的保護(hù)措施。且選擇控制系統(tǒng)時(shí)以遵循系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、操作簡(jiǎn)便性與后續(xù)開發(fā)可擴(kuò)展性的原則，選用安全可靠的廠商，產(chǎn)品經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間多方面的考驗(yàn)無重大質(zhì)量問題，編程方式簡(jiǎn)便易懂，預(yù)留點(diǎn)位足夠今后的新增設(shè)備使用。

1.2系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)由硬件與軟件兩部分組成，硬件部分主要為PLC控制柜以及各種被控制儀表，PLC控制柜主要由可編輯邏輯控制器與各種電器組成，自動(dòng)化控制系統(tǒng)選擇施耐德M580作為該系統(tǒng)的可編程控制器。施耐德M580PLC具有性價(jià)比高、性能可靠穩(wěn)定以及可擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)，CPU模塊自帶內(nèi)存容量大處理器運(yùn)行快速穩(wěn)定，且施耐德M580PLC抗干擾性強(qiáng)，可以適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，能實(shí)現(xiàn)大多數(shù)過程自動(dòng)化控制。在設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)留約25%I/O點(diǎn)和插槽供后續(xù)擴(kuò)展使用，使該系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性。軟件部分與M580搭配的UnityPro下位機(jī)編程軟件，擁有FBD、LD、ST、SFC、IL五種編程語言，且功能庫(kù)齊全，具有仿真與在線修改功能，在線修改功能中系統(tǒng)只需向下位機(jī)下載修改的一部分程序而不用重新下載整個(gè)程序，所以可在整套系統(tǒng)運(yùn)行途中進(jìn)行在線編程且不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)作。上位機(jī)采用IntouchHMI作為上位機(jī)控制軟件InTouch軟件是一個(gè)開放且可擴(kuò)展的組態(tài)軟件，擁有尖端的繪圖功能易用的開發(fā)環(huán)境，支持ActiveX、OPC(OLEforProcessContro1)、開放數(shù)據(jù)庫(kù)互連(ODBC)及標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)。目前主流的通信協(xié)議(例如，以太網(wǎng)MODBUS、串口MODBUS)都有現(xiàn)成的I/O通信驅(qū)動(dòng)，且擁有豐富的圖形用戶界面、靈活的腳本支持、分布式的歷史數(shù)據(jù)系統(tǒng)以及便捷的測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)程引用等優(yōu)點(diǎn)。

2自動(dòng)控制介紹

2.1設(shè)備啟停

為保障整個(gè)生產(chǎn)過程的安全以及降低人員的誤操作帶來的危險(xiǎn)，所有設(shè)備啟停按鈕都具有二次確認(rèn)彈框，重要設(shè)備的啟動(dòng)或者停止具有允許條件。并在二次彈框中加入啟停允許條件文字描述，當(dāng)允許條件滿足時(shí)文字則變色。在設(shè)備操作彈窗中設(shè)置禁止操作按鈕，操作禁止按鈕后，所有的啟動(dòng)停止兩個(gè)按鈕將無法操作，這樣編寫操作界面既能防止大部分的誤操作，也能使操作人員及時(shí)了解設(shè)備未能及時(shí)啟停的原因。系統(tǒng)中設(shè)備的啟停一共分為三級(jí)，而保護(hù)啟停為其中的最高級(jí)，下位機(jī)編程設(shè)置自動(dòng)保護(hù)啟停的條件，當(dāng)條件滿足時(shí)，操作人員無須任何操作設(shè)備即可自動(dòng)啟停。并在上位機(jī)中對(duì)應(yīng)的設(shè)備圖標(biāo)旁設(shè)置彈出式紅色文字提醒該設(shè)備滿足何條件啟停，使操作人員能在第一時(shí)間得知設(shè)備情況，并在報(bào)警列表中體現(xiàn)出具體信息，以供操作人員查詢。

2.2吹灰系統(tǒng)

脫硝系統(tǒng)中整個(gè)蒸汽吹灰子系統(tǒng)共有12個(gè)耙式吹灰器組成，每個(gè)吹灰器在啟動(dòng)時(shí)會(huì)按機(jī)械設(shè)置速度向前運(yùn)行到達(dá)末端后再向后退回原點(diǎn)，以兩端的限位開關(guān)為基點(diǎn)由設(shè)備電控系統(tǒng)向PLC反饋原點(diǎn)、前進(jìn)、后退三個(gè)DI信號(hào)。由于吹灰器電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)不能讓兩個(gè)吹灰器同時(shí)運(yùn)行，所以在系統(tǒng)中，每個(gè)吹灰器一個(gè)接一個(gè)運(yùn)行直達(dá)所有吹灰器都運(yùn)行完畢算作整個(gè)吹灰流程完。在系統(tǒng)中運(yùn)用了順序控制的方式，在下位機(jī)中實(shí)現(xiàn)了該子系統(tǒng)。具體方法為，設(shè)置一個(gè)標(biāo)志變量，此變量為順序控制中每一步的數(shù)字標(biāo)志為實(shí)數(shù)變量，如標(biāo)志變量為1時(shí)，代表這個(gè)子系統(tǒng)運(yùn)行到第一步；標(biāo)志變量為2時(shí)，代表此子系統(tǒng)運(yùn)行到第二步。在每一步的結(jié)束條件滿足后，該標(biāo)志變量加1，得以讓蒸汽吹灰系統(tǒng)程序進(jìn)入下一步，下一步開始的條件即當(dāng)標(biāo)志變量等于上一步標(biāo)志變量加一后的數(shù)值。八個(gè)吹灰器在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)設(shè)備故障或者操作人員想跳過該設(shè)備的要求，所以該系統(tǒng)在子程序中添加旁路功能，12個(gè)吹灰器都具有對(duì)應(yīng)的旁路按鈕，當(dāng)旁路按鈕置位時(shí)，對(duì)應(yīng)的吹灰器不會(huì)啟動(dòng)且標(biāo)志變量加一程序跳到下一步。啟動(dòng)整個(gè)蒸汽吹灰系統(tǒng)的條件為吹灰氣源母管溫度達(dá)到工藝要求的設(shè)定值，當(dāng)溫度的設(shè)定值未達(dá)到要求時(shí)候標(biāo)志變量一直為0也就是程序不進(jìn)行下一步驟，界面有紅色文字彈出示警。整個(gè)系統(tǒng)有13個(gè)步驟，為了讓吹灰系統(tǒng)每個(gè)步驟都更加清晰地呈現(xiàn)給操作人員，在組態(tài)中將蒸汽吹灰系統(tǒng)所有步驟以文字且字體變色形式來描述，系統(tǒng)運(yùn)行到哪一步該步驟文字即由白色變?yōu)榧t色顯示，當(dāng)吹灰系統(tǒng)完成后最后一步，吹灰完成文字變紅表示系統(tǒng)結(jié)束。

2.3補(bǔ)燃系統(tǒng)

補(bǔ)燃系統(tǒng)的控制為整套控制系統(tǒng)中最復(fù)雜的系統(tǒng)，其主要作用是給煙氣加熱達(dá)到催化劑工作溫度。補(bǔ)燃系統(tǒng)共有三套補(bǔ)燃燃燒器，每套燃燒器主要由點(diǎn)火槍、火檢裝置以及煤氣管道上的各類閥門組成，自動(dòng)控制系統(tǒng)主要分為點(diǎn)火、關(guān)火及監(jiān)控等。由于點(diǎn)火系統(tǒng)中煤氣管道較為危險(xiǎn)，因此，其控制系統(tǒng)中保護(hù)措施較多，管道中四個(gè)排空氣動(dòng)閥全為失電失氣自動(dòng)打開，以達(dá)到停電或空氣壓力罐中無氣等緊急時(shí)刻排空管道內(nèi)存留煤氣的要求。當(dāng)燃?xì)饽腹軞鈩?dòng)閥在補(bǔ)燃風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)停止、GGH停轉(zhuǎn)或任一燃燒器燃?xì)饪礻P(guān)閥1和燃?xì)饪礻P(guān)閥2開啟且燃?xì)鈮毫?bào)警時(shí)，都有保護(hù)關(guān)閉動(dòng)作達(dá)到切斷母管煤氣的作用。點(diǎn)火前，應(yīng)先做好準(zhǔn)備工作如將點(diǎn)火槍插入到位；點(diǎn)火時(shí)，先關(guān)閉排空閥在排空閥關(guān)到位信號(hào)點(diǎn)亮后啟動(dòng)點(diǎn)火槍，同時(shí)打開對(duì)應(yīng)的兩個(gè)快關(guān)閥，火檢傳感器在設(shè)定的點(diǎn)火槍運(yùn)行時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到有火信號(hào)后則表示點(diǎn)火成功，這時(shí)需要人工將點(diǎn)火槍退出，直到下次點(diǎn)火再將點(diǎn)火槍插入。在點(diǎn)火啟動(dòng)過程中，任何一個(gè)設(shè)備沒有動(dòng)作到位或在設(shè)定的點(diǎn)火槍啟動(dòng)時(shí)間結(jié)束以后火檢無火，系統(tǒng)則做出“點(diǎn)火失敗”的判斷，點(diǎn)火失敗則系統(tǒng)關(guān)閉燃?xì)饪礻P(guān)閥1和燃?xì)饪礻P(guān)閥2，切斷管道內(nèi)的煤氣，排空閥自動(dòng)打開排掉管道剩余的廢氣。若要將燃燒器?；?，則直接關(guān)閉快關(guān)閥1和快關(guān)閥2切斷掉管道內(nèi)的煤氣，火焰即可在短時(shí)間內(nèi)熄滅。

2.4GGH系統(tǒng)

GGH氣氣換熱器，是煙氣脫硝系統(tǒng)中的主要裝置之一。它的作用是利用原煙氣將脫硝后的凈煙氣進(jìn)行加熱，使排煙溫度達(dá)到露點(diǎn)之上，減輕對(duì)凈煙道和煙囪的腐蝕，提高污染物的擴(kuò)散度，同時(shí)，降低進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度，降低塔內(nèi)對(duì)防腐的工藝技術(shù)要求。GGH氣氣換熱器由兩臺(tái)電機(jī)推動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩臺(tái)電機(jī)一用一備，當(dāng)軸承溫度高于80攝氏度時(shí)設(shè)置保護(hù)強(qiáng)制關(guān)閉電機(jī)。GGH稀油站由兩個(gè)導(dǎo)向軸承油站油泵電機(jī)和兩個(gè)支撐軸承油站油泵電機(jī)組成，主要為導(dǎo)向軸承與支撐軸承提供循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)，使GGH氣氣換熱器工作更加順利。兩個(gè)一組的油泵電機(jī)聯(lián)鎖一用一備，在推動(dòng)GGH煙氣換熱器電機(jī)啟動(dòng)后，且對(duì)應(yīng)軸承溫度大于55℃且一臺(tái)油泵電機(jī)未啟動(dòng)，那么，另一臺(tái)油泵電機(jī)則保護(hù)啟動(dòng)。油泵電機(jī)的正常工作，是GGH能順暢運(yùn)行的重要條件，因此，兩臺(tái)電機(jī)都不使用或者兩個(gè)軸承中任意一個(gè)溫度過高，推動(dòng)GGH的主輔電機(jī)都應(yīng)保護(hù)關(guān)閉或不能開啟。

2.5MGGH系統(tǒng)

MGGH水媒介氣氣換熱器分為降溫段和升溫段，降溫段是先用冷卻水給煙氣降溫，進(jìn)入脫硝或者除塵系統(tǒng)（脫硝或者除塵系統(tǒng)溫度不能太高），當(dāng)?shù)竭_(dá)煙囪處時(shí)，再用之前被加熱的熱媒水把煙氣溫度加熱，這樣可以使煙氣遠(yuǎn)離水的露點(diǎn)溫度，配合煙囪內(nèi)壁防腐，使煙囪安全可靠運(yùn)行，延長(zhǎng)煙囪使用壽命。另一方面，起到了一定的烘干作用，減少水分排出降低煙羽的形成。整個(gè)系統(tǒng)中主要控制有兩臺(tái)變頻循環(huán)補(bǔ)水泵兩臺(tái)補(bǔ)水泵出口電動(dòng)閥分為兩組，每組中泵與閥門聯(lián)鎖啟停，兩臺(tái)補(bǔ)水泵一用一備，且當(dāng)主變頻循環(huán)補(bǔ)水泵跳閘使備用變頻泵啟動(dòng)時(shí)，備用變頻泵中的手動(dòng)頻率設(shè)置值和PID參數(shù)與主變頻循環(huán)補(bǔ)水泵數(shù)據(jù)要相同，以此達(dá)到保證降溫段工藝的要求，變頻循環(huán)補(bǔ)水泵工作頻率隨降溫段出口煙氣溫度變化而變化。

3系統(tǒng)通迅

在下位機(jī)軟件UnityPro中，硬件設(shè)置可以更改其CPU或者通信模塊的IP地址，更改地址應(yīng)與上位機(jī)IP地址網(wǎng)斷相同。在上位機(jī)SMC（SystemManagementConsole）添加新的TCP/IP設(shè)置，把IP地址設(shè)置的和下位機(jī)UnityPro一致，并設(shè)置掃描周期時(shí)間完成后既可以實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)通訊，且在SMC中可以監(jiān)測(cè)每個(gè)組態(tài)變量的狀態(tài)以及系統(tǒng)錯(cuò)誤信息監(jiān)測(cè)，上位機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)可以及時(shí)查閱錯(cuò)誤信息。

4結(jié)語

本文以柳鋼燒結(jié)廠110㎡脫硝系統(tǒng)為研究對(duì)象，詳細(xì)介紹了基于Intouch與施耐德M580位平臺(tái)的脫硝PLC自控系統(tǒng)。對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的上下位程序設(shè)計(jì)、編寫進(jìn)行了深入的描述，對(duì)后來者學(xué)習(xí)以及了解鋼鐵廠中的脫硝系統(tǒng)運(yùn)用有著積極的作用。

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作者：劉創(chuàng) 張曉思 魏國(guó)軍 甘濤 單位：重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所