PLC在萊鋼120噸轉(zhuǎn)爐煙氣干法除塵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

為適應(yīng)轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的不斷發(fā)展和環(huán)保要求，繼寶鋼之后，萊鋼3×120t轉(zhuǎn)爐煤氣凈化和回收系統(tǒng)引進(jìn)了德國(guó)魯奇與蒂森兩公司合作開(kāi)發(fā)的干法除塵技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)LT法，并首次在國(guó)內(nèi)進(jìn)行了LT控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。LT系統(tǒng)主要由煙氣冷卻系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、煤氣回收和放散系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)采用了西門(mén)子S7-400系列的PLC，對(duì)蒸發(fā)冷卻器、電除塵器及閥門(mén)等工藝生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)過(guò)程檢測(cè)、監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制。

2 工藝控制過(guò)程簡(jiǎn)述

轉(zhuǎn)爐煙經(jīng)汽化冷卻煙道冷卻后,溫度為800~1000℃進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器，根據(jù)煙氣含熱量精確控制噴水量，使蒸汽將水完全霧化后冷卻煙氣降至200℃左右，約有45%的粗粉塵沉降并通過(guò)鏈?zhǔn)捷敾覚C(jī)、灰斗等裝置送至灰倉(cāng);冷卻后的煙氣進(jìn)入圓筒型電除塵器，電除塵器設(shè)四個(gè)電場(chǎng)，采用高壓直流脈沖電源，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的不同階段控制電壓，收集剩余的細(xì)粉塵，使經(jīng)過(guò)電除塵器的煙氣含塵量在10mg/Nm3以下;為適應(yīng)轉(zhuǎn)爐煙氣的變化，軸流風(fēng)機(jī)設(shè)變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，并根據(jù)氣體分析儀檢測(cè)的CO濃度來(lái)控制切換站將煤氣送至煙囪或煤氣柜，實(shí)現(xiàn)放散或回收的快速切換。轉(zhuǎn)爐煙氣干式凈化回收系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 轉(zhuǎn)爐煙氣千式凈化回收系統(tǒng)流程圖

3 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成

LT自動(dòng)化控制范圍是從汽化冷卻煙道開(kāi)始到煤氣冷卻器結(jié)束，設(shè)一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化，與轉(zhuǎn)爐本體、汽包等自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通訊，組成以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)，通過(guò)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)PLC與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)和報(bào)警等功能。PLC由CPU、存儲(chǔ)單元、電源模塊、通訊模塊、I/O模塊、高速計(jì)數(shù)模塊等組成，根據(jù)LT設(shè)備分散的特點(diǎn)，其自動(dòng)化硬件系統(tǒng)構(gòu)建更加靈活合理，上位機(jī)放在轉(zhuǎn)爐主控室內(nèi)，PLC按設(shè)備分布區(qū)域劃分為主站和從站，從站為主PLC的遠(yuǎn)程擴(kuò)展單元，通過(guò)IM460-4和IM461-4接口模塊進(jìn)行通訊,其中主站PLC柜與MCC、變頻器及電除塵器的高壓硅整流電源控制裝置均放置在干法除塵配電室內(nèi);而從站則設(shè)在轉(zhuǎn)爐主控樓的PLC控制室，主要是控制蒸發(fā)冷卻器和相應(yīng)的輸排灰等轉(zhuǎn)爐車(chē)間內(nèi)的LT設(shè)備。LT控制系統(tǒng)硬件配置見(jiàn)圖2：

圖2 硬件配置圖

4 系統(tǒng)的控制功能和特點(diǎn)

PLC系統(tǒng)為西門(mén)子S7-400系列可編程控制器，主CPU為S7-416-2DP，采用功能強(qiáng)大的STEP7 5.2軟件包進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)干法除塵系統(tǒng)的在線(xiàn)檢測(cè)、控制、調(diào)節(jié)和診斷功能;監(jiān)控機(jī)采用WINCC 6.0組態(tài)軟件，用于編制生產(chǎn)過(guò)程流程圖，顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)煙氣量、爐口壓力、蒸發(fā)冷卻器入口及出口溫度等重要工藝參數(shù)作實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)，故障報(bào)警，報(bào)表打印，進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定和操作顯示等，完成人機(jī)對(duì)話(huà)。

4.1 蒸發(fā)冷卻器的噴水控制

當(dāng)蒸發(fā)冷卻器入口溫度達(dá)到預(yù)定溫度時(shí),供水閥打開(kāi),雙介質(zhì)噴嘴同時(shí)噴出蒸汽和水,使水在排出時(shí)被霧化，所需要的噴水速度是由要在蒸發(fā)冷卻器中降低的轉(zhuǎn)爐煙氣熱含量來(lái)決定的，因此使用單位時(shí)間從熱輸入推算出來(lái)的水流量作為設(shè)定值，將實(shí)際噴水量作為控制器的輸入進(jìn)行比例控制，通過(guò)快速氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)水流量，其噴水響應(yīng)時(shí)間在4s左右;另外，考慮爐氣的比熱隨著爐氣成分和溫度而變化的因素，針對(duì)蒸發(fā)冷卻器出口溫度設(shè)置一個(gè)溫度控制回路，其輸出信號(hào)用來(lái)改變單位時(shí)間的噴水量和計(jì)算的水流量之間的比例關(guān)系，對(duì)上一個(gè)比例控制器起到前饋控制的作用，使蒸發(fā)冷卻器的出口溫度控制在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。

4.2 轉(zhuǎn)爐的煙氣流量控制

為了適應(yīng)煉鋼工藝，將煉鋼過(guò)程分為不吹氧、預(yù)熱、開(kāi)始吹氧、吹氧、吹氧結(jié)束、爐口清理等六個(gè)階段，分別設(shè)定各階段由軸流風(fēng)機(jī)的變頻器控制的煙氣流量，根據(jù)該設(shè)定值和爐口壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煙氣流量的控制。

將吹氧量與爐口壓力控制器的輸出信號(hào)相乘所得到的值，加到各階段煙氣流量設(shè)定的串級(jí)比例控制器上。如果吹氧速度發(fā)生變化，這種比例控制能夠通過(guò)爐口壓力控制器的輸出信號(hào)，確保煙氣的流速在相同的比例上立即得到適應(yīng)。

爐況的變化以及爐氣溫度等所導(dǎo)致的余熱鍋爐中的壓力變化通過(guò)壓力控制器對(duì)吹氧速度和煙氣流量之間的比例關(guān)系加以修正來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。測(cè)量的煙氣流量根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的條件進(jìn)行壓力和溫度校正。此外，將噴入蒸發(fā)冷卻器的水蒸汽含量從校正后的煙氣流量中扣除，使得受控變量能夠代表標(biāo)準(zhǔn)條件下干態(tài)的煙氣流量。

煙氣流量控制器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)變頻器控制軸流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

4.3 切換站的壓差控制和鐘形閥的位置控制

在煉鋼過(guò)程中，煙氣放散或回收是由CO的濃度條件來(lái)觸發(fā)切換的，通過(guò)切換站的兩個(gè)分別通往煤氣柜和煙囪的鐘形閥的開(kāi)啟來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。

在放散轉(zhuǎn)回收之前，首先通過(guò)煙囪鐘形閥對(duì)風(fēng)機(jī)下游的壓力進(jìn)行憋壓，直到高于煤氣柜一定的壓力才能進(jìn)行回收操作;當(dāng)回收切換至放散時(shí)，也必須保持一個(gè)小的正壓，以防止煤氣從煤氣柜倒流，因此針對(duì)這兩種不同的切換方式，在程序中也必須由具有兩個(gè)不同設(shè)定值的差壓控制回路來(lái)控制切換過(guò)程，該控制器的輸出信號(hào)控制煙囪鐘形閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)，使煤氣柜鐘形閥前后的壓差達(dá)到相應(yīng)的設(shè)定值，從而保證煤氣在正常切換或緊急快速切換過(guò)程中均能實(shí)現(xiàn)無(wú)壓力擾動(dòng)切換。LT系統(tǒng)的煙氣切換所需時(shí)間僅為8秒，如在作業(yè)過(guò)程中發(fā)生事故，煙氣流可在3秒內(nèi)被迅速地從通往煤氣柜切換到通往火炬的通道里。

5 結(jié)束語(yǔ)

萊鋼3×120t轉(zhuǎn)爐煙氣干法除塵系統(tǒng)已于2004年七月運(yùn)行投產(chǎn)，目前運(yùn)行效果良好。與傳統(tǒng)的濕式OG法相比，LT系統(tǒng)采用了先進(jìn)的工藝和控制技術(shù)，在各種性能指標(biāo)的對(duì)比上均有著明顯的優(yōu)勢(shì)，干法系統(tǒng)較濕法省水省電，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用和多回收的煤氣效益之和為1060萬(wàn)元，另外，干法除塵的外排粉塵含量6.6mg/Nm3，濕法除塵的外排粉塵含量100mg/Nm3，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益均十分顯著。

優(yōu)化簡(jiǎn)潔的系統(tǒng)配置，具有自適應(yīng)功能的控制軟件，使得干法除塵系統(tǒng)的運(yùn)行更加符合煉鋼工藝的實(shí)際變化情況，充分發(fā)揮其除塵效率高、綜合運(yùn)行費(fèi)用低、能源回收利用率高等優(yōu)勢(shì)，干法除塵可以部分或全部補(bǔ)償轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中的能耗，有望實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐低能煉鋼或負(fù)能煉鋼的目標(biāo)，已成為今后的發(fā)展方向，將逐步在煉鋼生產(chǎn)中得到應(yīng)用和推廣。