鋼鐵廠燒結(jié)工藝脫硝控制系統(tǒng)設(shè)計
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摘要：近年來，隨著社會各界對環(huán)境保護意識的不斷加強，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)工藝脫硝自動化控制系統(tǒng)對整個鋼鐵燒結(jié)脫硝更是意義重大。文章以對其自動化控制的概述與特點、各個子系統(tǒng)的組成、重要設(shè)備的控制等脫硝自動化控制系統(tǒng)的重點介紹，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，為我國經(jīng)濟的快速發(fā)展做出過重要的貢獻。但正因為如此，我們更需要在鋼鐵企業(yè)的環(huán)保節(jié)能減排上下功夫，通過改進工藝加強自動化不斷改善不斷創(chuàng)新，以實現(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工藝，簡而言之，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以下黏結(jié)成固體的現(xiàn)象，簡單來說，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。在鋼鐵廠中燒結(jié)工藝能達到提高產(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，而這些污染物嚴重降低了城市空氣質(zhì)量，對我國的環(huán)境保護工作造成了很大的影響。所以，引進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㎡脫硝自動化控制系統(tǒng)的介紹為切入點，來深入了解鋼鐵廠燒結(jié)工藝脫銷控制系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)對于目前鋼鐵企業(yè)需要減少污染物排放的迫切需求具有非常有效的實用參考價值。
1系統(tǒng)特點與概述
1.1系統(tǒng)特點
在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中安全生產(chǎn)貫穿了整個流程，所以在系統(tǒng)設(shè)計中，保護生產(chǎn)過程中的安全是整個系統(tǒng)的重中之重，該系統(tǒng)在設(shè)計時便對所有設(shè)備的啟停加入了三級權(quán)限，分別為手動啟停、連鎖啟停與自動保護啟停，其中，最高級自動保護啟停為閉環(huán)控制，不需人為設(shè)置，以此作為系統(tǒng)的安全生產(chǎn)的保護措施。且選擇控制系統(tǒng)時以遵循系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定可靠性、技術(shù)先進性、操作簡便性與后續(xù)開發(fā)可擴展性的原則，選用安全可靠的廠商，產(chǎn)品經(jīng)過長時間多方面的考驗無重大質(zhì)量問題，編程方式簡便易懂，預(yù)留點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具有性價比高、性能可靠穩(wěn)定以及可擴展的優(yōu)點，CPU模塊自帶內(nèi)存容量大處理器運行快速穩(wěn)定，且施耐德M580PLC抗干擾性強，可以適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，能實現(xiàn)大多數(shù)過程自動化控制。在設(shè)計時，預(yù)留約25%I/O點和插槽供后續(xù)擴展使用，使該系統(tǒng)具有可擴展性。軟件部分與M580搭配的UnityPro下位機編程軟件，擁有FBD、LD、ST、SFC、IL五種編程語言，且功能庫齊全，具有仿真與在線修改功能，在線修改功能中系統(tǒng)只需向下位機下載修改的一部分程序而不用重新下載整個程序，所以可在整套系統(tǒng)運行途中進行在線編程且不會影響系統(tǒng)的正常運作。上位機采用IntouchHMI作為上位機控制軟件InTouch軟件是一個開放且可擴展的組態(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)庫互連(ODBC)及標準的動態(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，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)以及便捷的測點遠程引用等優(yōu)點。
2自動控制介紹
2.1設(shè)備啟停
為保障整個生產(chǎn)過程的安全以及降低人員的誤操作帶來的危險，所有設(shè)備啟停按鈕都具有二次確認彈框，重要設(shè)備的啟動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，當允許條件滿足時文字則變色。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，所有的啟動停止兩個按鈕將無法操作，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了解設(shè)備未能及時啟停的原因。系統(tǒng)中設(shè)備的啟停一共分為三級，而保護啟停為其中的最高級，下位機編程設(shè)置自動保護啟停的條件，當條件滿足時，操作人員無須任何操作設(shè)備即可自動啟停。并在上位機中對應(yīng)的設(shè)備圖標旁設(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間得知設(shè)備情況，并在報警列表中體現(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)中整個蒸汽吹灰子系統(tǒng)共有12個耙式吹灰器組成，每個吹灰器在啟動時會按機械設(shè)置速度向前運行到達末端后再向后退回原點，以兩端的限位開關(guān)為基點由設(shè)備電控系統(tǒng)向PLC反饋原點、前進、后退三個DI信號。由于吹灰器電控系統(tǒng)設(shè)計不能讓兩個吹灰器同時運行，所以在系統(tǒng)中，每個吹灰器一個接一個運行直達所有吹灰器都運行完畢算作整個吹灰流程完。在系統(tǒng)中運用了順序控制的方式，在下位機中實現(xiàn)了該子系統(tǒng)。具體方法為，設(shè)置一個標志變量，此變量為順序控制中每一步的數(shù)字標志為實數(shù)變量，如標志變量為1時，代表這個子系統(tǒng)運行到第一步；標志變量為2時，代表此子系統(tǒng)運行到第二步。在每一步的結(jié)束條件滿足后，該標志變量加1，得以讓蒸汽吹灰系統(tǒng)程序進入下一步，下一步開始的條件即當標志變量等于上一步標志變量加一后的數(shù)值。八個吹灰器在運行過程中可能出現(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個吹灰器都具有對應(yīng)的旁路按鈕，當旁路按鈕置位時，對應(yīng)的吹灰器不會啟動且標志變量加一程序跳到下一步。啟動整個蒸汽吹灰系統(tǒng)的條件為吹灰氣源母管溫度達到工藝要求的設(shè)定值，當溫度的設(shè)定值未達到要求時候標志變量一直為0也就是程序不進行下一步驟，界面有紅色文字彈出示警。整個系統(tǒng)有13個步驟，為了讓吹灰系統(tǒng)每個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)運行到哪一步該步驟文字即由白色變?yōu)榧t色顯示，當吹灰系統(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補燃系統(tǒng)
補燃系統(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到催化劑工作溫度。補燃系統(tǒng)共有三套補燃燃燒器，每套燃燒器主要由點火槍、火檢裝置以及煤氣管道上的各類閥門組成，自動控制系統(tǒng)主要分為點火、關(guān)火及監(jiān)控等。由于點火系統(tǒng)中煤氣管道較為危險，因此，其控制系統(tǒng)中保護措施較多，管道中四個排空氣動閥全為失電失氣自動打開，以達到停電或空氣壓力罐中無氣等緊急時刻排空管道內(nèi)存留煤氣的要求。當燃氣母管氣動閥在補燃風(fēng)機、增壓風(fēng)機停止、GGH停轉(zhuǎn)或任一燃燒器燃氣快關(guān)閥1和燃氣快關(guān)閥2開啟且燃氣壓力報警時，都有保護關(guān)閉動作達到切斷母管煤氣的作用。點火前，應(yīng)先做好準備工作如將點火槍插入到位；點火時，先關(guān)閉排空閥在排空閥關(guān)到位信號點亮后啟動點火槍，同時打開對應(yīng)的兩個快關(guān)閥，火檢傳感器在設(shè)定的點火槍運行時間內(nèi)檢測到有火信號后則表示點火成功，這時需要人工將點火槍退出，直到下次點火再將點火槍插入。在點火啟動過程中，任何一個設(shè)備沒有動作到位或在設(shè)定的點火槍啟動時間結(jié)束以后火檢無火，系統(tǒng)則做出“點火失敗”的判斷，點火失敗則系統(tǒng)關(guān)閉燃氣快關(guān)閥1和燃氣快關(guān)閥2，切斷管道內(nèi)的煤氣，排空閥自動打開排掉管道剩余的廢氣。若要將燃燒器?；穑瑒t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行加熱，使排煙溫度達到露點之上，減輕對凈煙道和煙囪的腐蝕，提高污染物的擴散度，同時，降低進入吸收塔的煙氣溫度，降低塔內(nèi)對防腐的工藝技術(shù)要求。GGH氣氣換熱器由兩臺電機推動轉(zhuǎn)動，兩臺電機一用一備，當軸承溫度高于80攝氏度時設(shè)置保護強制關(guān)閉電機。GGH稀油站由兩個導(dǎo)向軸承油站油泵電機和兩個支撐軸承油站油泵電機組成，主要為導(dǎo)向軸承與支撐軸承提供循環(huán)潤滑系統(tǒng)，使GGH氣氣換熱器工作更加順利。兩個一組的油泵電機聯(lián)鎖一用一備，在推動GGH煙氣換熱器電機啟動后，且對應(yīng)軸承溫度大于55℃且一臺油泵電機未啟動，那么，另一臺油泵電機則保護啟動。油泵電機的正常工作，是GGH能順暢運行的重要條件，因此，兩臺電機都不使用或者兩個軸承中任意一個溫度過高，推動GGH的主輔電機都應(yīng)保護關(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?shù)竭_煙囪處時，再用之前被加熱的熱媒水把煙氣溫度加熱，這樣可以使煙氣遠離水的露點溫度，配合煙囪內(nèi)壁防腐，使煙囪安全可靠運行，延長煙囪使用壽命。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。整個系統(tǒng)中主要控制有兩臺變頻循環(huán)補水泵兩臺補水泵出口電動閥分為兩組，每組中泵與閥門聯(lián)鎖啟停，兩臺補水泵一用一備，且當主變頻循環(huán)補水泵跳閘使備用變頻泵啟動時，備用變頻泵中的手動頻率設(shè)置值和PID參數(shù)與主變頻循環(huán)補水泵數(shù)據(jù)要相同，以此達到保證降溫段工藝的要求，變頻循環(huán)補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IP地址網(wǎng)斷相同。在上位機SMC（SystemManagementConsole）添加新的TCP/IP設(shè)置，把IP地址設(shè)置的和下位機UnityPro一致，并設(shè)置掃描周期時間完成后既可以實現(xiàn)上下位機通訊，且在SMC中可以監(jiān)測每個組態(tài)變量的狀態(tài)以及系統(tǒng)錯誤信息監(jiān)測，上位機系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤時可以及時查閱錯誤信息。
4結(jié)語
本文以柳鋼燒結(jié)廠110㎡脫硝系統(tǒng)為研究對象，詳細介紹了基于Intouch與施耐德M580位平臺的脫硝PLC自控系統(tǒng)。對各個子系統(tǒng)的上下位程序設(shè)計、編寫進行了深入的描述，對后來者學(xué)習(xí)以及了解鋼鐵廠中的脫硝系統(tǒng)運用有著積極的作用。
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作者：劉創(chuàng) 張曉思 魏國軍 甘濤 單位：重慶工業(yè)自動化儀表研究所