王紅彥
（河鋼集團邯鋼公司自動化部）
摘 要：根據(jù)工藝要求開發(fā)燒結(jié)煙氣循環(huán)自動控制系統(tǒng)程序，實現(xiàn)燒結(jié)循環(huán)煙氣的主要參數(shù)控制、增壓風機的啟停以及氣力輸灰系統(tǒng)的自動控制要求。
關鍵詞：控制系統(tǒng)；自動調(diào)節(jié)；功能模塊；程序
1 前言
邯鋼西區(qū)2#燒結(jié)煙氣循環(huán)利用項目是國家重點研發(fā)計劃項目“鋼鐵行業(yè)煙氣多污染物全過程控制耦合關鍵技術(shù)”子課題“高溫煙氣循環(huán)分級凈化及余熱利用技術(shù)及示范”的示范工程，屬國內(nèi)首創(chuàng)。該項技術(shù)是根據(jù)燒結(jié)風箱或風箱段內(nèi)煙氣特征（溫度、含氧量、煙氣量、污染物濃度等）的差異，在不影響燒結(jié)礦質(zhì)量和產(chǎn)量前提下，選擇特定風箱段煙氣循環(huán)回燒結(jié)臺車表面，用于熱風點火、熱風燒結(jié)。循環(huán)煙氣由燒結(jié)機風箱引出，經(jīng)除塵系統(tǒng)、循環(huán)主抽風機、煙氣混合器后通過密封罩，引入燒結(jié)料層，重新參與燒結(jié)過程。循環(huán)煙氣與燒結(jié)料層，經(jīng)過一系列復雜的熱質(zhì)傳遞與化學反應過程，包括高溫循環(huán)煙氣與燒結(jié)料層的熱交換、CO的二次燃燒放熱、二噁英的高溫分解以及NOx的催化還原，使污染物排放總量降低的同時，煙氣余熱全部供給混合料進行熱風燒結(jié)，降低燒結(jié)固體燃料消耗，改善表層燒結(jié)礦質(zhì)量，提高燒結(jié)礦料層溫度均勻性和破碎強度等理化指標，實現(xiàn)節(jié)能、減排、提高多功能耦合。燒結(jié)煙氣循環(huán)項目包括除塵系統(tǒng)、煙道系統(tǒng)、密封熱風罩系統(tǒng)、電氣儀控及監(jiān)測系統(tǒng)。
2 技術(shù)方案
本文介紹的是燒結(jié)煙氣循環(huán)自動控制系統(tǒng)的開發(fā)。為確保項目的如期實施和安全投運，根據(jù)燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝要求，經(jīng)過認真的分析和論證之后，自動控制系統(tǒng)提出如下編程總體思路：
2.1建立標準化功能模塊，對同類型控制設備進行快速功能塊的調(diào)用和處理。
2.2對增壓風機研究一鍵式流程自動啟動、自動停止控制模式，并對增壓風機編制報警首出程序，出現(xiàn)故障及時給出停機原因。
2.3對循環(huán)風箱選擇投運或退出時實現(xiàn)一鍵自動操作，并對已經(jīng)投入使用的風箱旁路閥和入口閥編制定時開關程序，避免旁路閥門被積灰卡料不能動作。
2.4煙氣循環(huán)系統(tǒng)重要工藝控制參數(shù)實現(xiàn)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。
2.5編制雙層卸灰閥循環(huán)定時卸灰程序，卸灰時間和間隔時間可調(diào)整。
2.6編制氣力輸灰自動控制程序，每套裝置根據(jù)時序自動循環(huán)，每個時序包括進料階段，進氣階段，輸送階段，堵管處理，吹掃階段，等待階段。
2.7監(jiān)控畫面簡潔明了、易于操作；各種工藝參數(shù)設置（包括時間設定參數(shù)、報警設定參數(shù)、聯(lián)鎖設定參數(shù)）可以在畫面進行設定；具有重要工藝參數(shù)報警、趨勢記錄、報表記錄等功能。
3 自動控制系統(tǒng)的實施
3.1 建立標準化功能模塊，對同類型控制設備實現(xiàn)快速功能塊的調(diào)用和處理。
采用面向?qū)ο缶幊趟枷?，模塊化編程，創(chuàng)建標準化功能塊，通過建立同類對象的控制功能塊FB塊，寫入某一類對象的詳細信息并編寫接口參數(shù)，如集中、過負荷、開到位、關到位、開輸出、關輸出等設備參數(shù)。本項目中編制了旁路閥、雙層閥等開關量設備的FB功能塊以及針對模擬量AI信號的線性、非線性、熱電阻等類型的信號轉(zhuǎn)換FB模塊、然后分別嵌入到系統(tǒng)邏輯控制中，實現(xiàn)快速編程、快速查找，以及統(tǒng)一化管理功能塊。
3.2 增壓風機控制模式的制定及實施
增壓風機有2種控制方式，一種是變頻器控制，一種是軟啟動器控制。正常情況下使用變頻器通過變頻調(diào)速調(diào)節(jié)循環(huán)煙氣壓力，當變頻器出現(xiàn)故障時使用軟啟動器控制增壓風機工頻運行，通過主煙道閥門開度控制煙氣壓力。根據(jù)工藝要求，研究開發(fā)增壓風機一鍵式流程自動啟動、自動停止控制模式，并對增壓風機編制風機啟機條件報警程序和風機聯(lián)鎖跳閘首出程序，便于操作人員在啟動風機或者風機故障停機時及時發(fā)現(xiàn)風機啟動時不具備的條件和風機故障跳閘時出現(xiàn)的停機原因。風機開機前就緒條件：冷卻水系統(tǒng)運行，稀油站無重故障，變頻器或軟起就緒；風機儀表系統(tǒng)溫度、振動正常。風機聯(lián)鎖跳閘條件包括變頻器電氣故障、風機定子溫度小于145度、軸承溫度小于80度、軸承振動小于7.1、主抽風機運行聯(lián)鎖等信號。
3.3 燒結(jié)循環(huán)風箱閥門操作模式
燒結(jié)煙氣循環(huán)系統(tǒng)通過對燒結(jié)機大煙道進行局部改造，在第4,5,6,20,21,22,23,24號風箱連接東西煙道的管道上添加閥門，可以關閉煙氣到主抽風機系統(tǒng)的通路，添加煙氣循環(huán)管道，通過風機經(jīng)過除塵把煙氣引入到在第7-19號風箱位置處的燒結(jié)機上方安裝的煙罩內(nèi)，實現(xiàn)燒結(jié)機尾部大煙道高溫煙氣余熱的有效回收。每個風箱包括3個旁路閥和1個入口閥，當某個煙道的煙氣需要投運時，其中2個連接大煙道的旁通閥需要關閉操作，入口閥和另一個旁通閥需要打開操作。為了便于操作人員操作，對循環(huán)風箱選擇投運或退出時實現(xiàn)一鍵自動操作，點擊“閥門組開”或者“閥門組關”，各風箱所屬閥門自動打開或者關閉，這樣也防止了操作人員的誤操作現(xiàn)象的發(fā)生。風箱閥門組操作畫面如下圖：
項目投入使用后發(fā)現(xiàn)風箱上連接大煙道的2個旁路閥長時間關閉，煙氣中的顆粒物長期
積存導致閥門無法打開。完善程序，對已經(jīng)投入使用的風箱旁路閥和入口閥編制定時開關程序，每個風箱間隔2.5——10分鐘自動對已經(jīng)投入使用的風箱執(zhí)行退出操作，延時2分鐘后再自動投入運行。畫面設定循環(huán)時間間隔和延時時間，根據(jù)灰量在畫面上調(diào)整時間，這樣避免旁路閥門被積灰卡料不能動作。
3.4 煙氣循環(huán)系統(tǒng)重要工藝控制參數(shù)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)
密封罩壓力是煙氣循環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)中的一項重要控制參數(shù)，該參數(shù)設定值要求控制在-50Pa，密封罩壓力值過高會導致密封罩煙氣外泄，影響環(huán)保并導致人員一氧化碳中毒；過低會導致旁路閥附近負壓壓力大于主煙道負壓壓力，影響燒結(jié)主抽風機的控制。本項目中按照密封罩位置設置4個壓力檢測點，操作人員可以選擇以任一個壓力點作為被調(diào)參數(shù)，通過PID調(diào)節(jié)控制增壓風機轉(zhuǎn)速。在實踐的過程中發(fā)現(xiàn)密封罩壓力由于是微負壓，控制范圍較小，測量壓力波動大，使得PID輸出波動大，程序中增加了密封罩壓力連續(xù)采樣30秒平均值作為PID測量值參數(shù)，再通過整定PID相關參數(shù)，使得密封罩壓力控制是現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。下圖FB503功能塊是平均值計算塊，按照“先進先出”原則計算出最后30秒的壓力平均值輸出到MD528中。其中EN是使能參數(shù)，IN是采樣輸入?yún)?shù)，N是計算次數(shù)，OUT是采樣平均值輸出。
為防止煙氣溫度過高損壞風機，畫面中設置煙氣溫度的高限，高高限參數(shù)，循環(huán)煙氣溫度達到高高限時自動打開風機入口冷風閥，煙氣溫度降到高限值時關閉冷風閥。
密封罩內(nèi)含氧量過低會導致燒結(jié)機臺車上的燒結(jié)礦氧化反應降低，影響燒結(jié)礦質(zhì)量，在密封罩內(nèi)設置4個氧分析儀監(jiān)測密封罩內(nèi)氧氣含量，畫面中設置每個氧含量參數(shù)的下限，下下限，當氧含量下降到下下限值時自動打開對應的密封罩冷風閥，氧含量回升到下限值時關閉冷風閥。
3.5 煙道上的雙層卸灰閥控制程序
雙層卸灰閥有手動和自動兩種操作方式。手動方式時，作為測試閥門使用，自動方式時，與其下料到相應皮帶機具有聯(lián)鎖功能，皮帶機啟動，閥門才能運行，皮帶機停止，雙層卸灰閥聯(lián)鎖停止。另外根據(jù)工藝要求，編制雙層卸灰閥循環(huán)定時卸灰程序，程序中設置1個時間定時器作為卸灰閥間隔時間，定時器預設值在畫面可以設置；再設置1個計數(shù)器對定時器進行計數(shù)，根據(jù)計數(shù)器數(shù)值的不同控制13個卸灰閥的啟動時間，計數(shù)器大于13，將計數(shù)器賦值為1，重新開始計數(shù)，這就實現(xiàn)雙層卸灰閥的循環(huán)定時卸灰。畫面上點擊“雙層閥啟動”按鈕，13個雙層卸灰閥全部設置到“自動”模式，然后依據(jù)一定的時間間隔（時間間隔畫面中可以設置），依次循環(huán)卸灰。點擊”雙層閥停止”按鈕，終止循環(huán)卸灰。
3.6 編制氣力輸灰自動控制程序
本項目氣力輸灰系統(tǒng)由4套倉泵組成，輸灰系統(tǒng)分為手動和自動模式。自動模式下，每套裝置根據(jù)時序自動循環(huán)輸灰，一個時序包括進料階段，進氣階段，輸送階段，堵管處理，吹掃階段，等待階段。
手動模式下，每套裝置的倉壁振動器，進料閥，排料閥，一次進氣閥，二次進氣閥，排氣閥，在點擊后有相應的操作畫面，直接點擊開閥按鈕或者關閥按鈕，閥門進行開關動作，閥門有開超時或關超時的情況下，通過點擊復位按鈕，清除超時故障后，閥門才能動作。
3.7 操作監(jiān)控畫面
本項目共設置3個工藝監(jiān)控畫面：煙氣循環(huán)監(jiān)控畫面、風機監(jiān)控畫面、氣力輸灰監(jiān)控畫面，在每個工藝監(jiān)控畫面中設置可以彈出的的參數(shù)畫面，進行參數(shù)設置。另外設置報警信息、趨勢記錄、報表等功能畫面。
4 應用效果
邯鋼西區(qū)2#燒結(jié)煙氣循環(huán)項目于2019年12月成功實施，在保證燒結(jié)機正常運行的情況下，循環(huán)風機的啟停、旁路閥和雙層卸灰閥的循環(huán)啟動以及氣力輸灰系統(tǒng)完全滿足工藝的自動控制操作要求，各設備的運行狀態(tài)能夠正常顯示并控制，各儀表數(shù)據(jù)顯示正常。密封罩煙氣的壓力經(jīng)過PID調(diào)節(jié)控制增壓風機轉(zhuǎn)速，保證了密封罩煙氣的壓力微負壓狀態(tài)穩(wěn)定。投運后經(jīng)過3個月不斷優(yōu)化控制程序，磨合設備狀態(tài)，逐步使得煙氣循環(huán)系統(tǒng)的煙氣循環(huán)流量穩(wěn)定在20萬M3/h以上，煙氣循環(huán)溫度在230℃以上，燒結(jié)機混勻料上料量由600噸/h提高到650噸/h，達到了增產(chǎn)降耗，節(jié)能環(huán)保的效果。
5 結(jié)語
邯鋼西區(qū)2#燒結(jié)煙氣循環(huán)利用技術(shù)路線的成功實施將為鋼鐵行業(yè)提供新的污染物超低排放技術(shù)路徑,為京津冀重點區(qū)域打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)提供更加有力的技術(shù)支撐,也將為我國鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)綠色發(fā)展、智造綠色提供“河鋼樣板”。