高炉料罐煤气回收及自动化控制系统

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摘要:高炉炼铁生产会产生大量的高炉煤气。对高炉煤气的回收利用，不仅可以减少对环境的污染，还可以减少钢铁厂生产成本。为进一步加强煤气回收利用，决定对高炉料罐内高炉煤气进行回收利用。本文简要介绍了高炉料罐内煤气回收工艺及其自动化控制系统。

关键词:煤气回收；自动化设计；高炉料罐

1引言

高炉煤气是高炉炼铁生产过程中副产的可燃气体。这些可燃气体可以用于冶金企业的自用燃气，如加热热轧的钢锭、预热钢水包等，也可以供给民用。但高炉煤气中带有大量的料粉尘不利于回收利用，所以高炉煤气在使用前应进行除尘处理。福建三钢闽光责任有限公司在6号高炉规划之际，就把料罐煤气回收改造列为高炉设计重点工程之一。料罐煤气回收主要是把料罐内的高炉煤气通过除尘把洁净的煤气送入煤气总管中，本文中，介绍了高炉料罐内煤气回收的工艺，以及相关的自动化控制系统。

2煤气回改造概况

2.1上料系统简介

高炉上料系统如图1所示。矿石、焦炭等料类由受料斗至炉身内部的步骤为：（1）判断收料斗是否有料。（2）当受料斗有料开南北均放阀，使料罐压力为零。（3）料罐压力为零开上密、挡料阀，使受料斗内的料下到料罐。（4）关挡料阀、上密。（5）探尺下放到给定料线、炉内缺料。（6）开启南北均压阀，使料罐压力大于炉身内部压力。（7）开下密、节流阀开始布料；（8）判断料罐是否下空；（9）当料罐空关节流阀、下密。

2.2煤气回收改造前

改造前炉顶管道如图2所示。改造前在开下密、节流阀开始布料时，料罐内产生大量高炉煤气，在开南北均放阀时料罐内高炉煤气直接排入大气中，不仅造成资源浪费，还污染了环境。

3硬件设计

煤气回收采用独立系统控制，这样可避免因设备故障对上料系统正常运行造成影响。煤气回收自动控制系统采用Profinet-PN总线协议[1]。Profinet-PN总线协议具有在所有平台上进行快速安全的数据交换；可从设备中读取大量诊断数据，快速定位故障；传输速率远高于传统现场总线等特点。控制核心采用西门子S1200CPU和远程扩展I/O实现[2]。S1200CPU具有非常紧凑、体积小、成本低、安装方便，模块尺寸统一、安装整齐、I/O点选型自由、安装调试、扩展、维修方便等特点。所需的模块数量可根据煤气回收系统需要控制的设备，统计出所需的I/O点数来确定。

2.3煤气回收改造后

改造后新增一套煤气回收系统，改造后炉顶管道如图3所示。在放散管处增加一个旋风除尘器、煤气回收阀及一套布袋除尘设备。当煤气回收条件不满足时，料罐内高炉煤气先经过旋风除尘器，再通过放散阀排入大气中，具有一定除尘效果；当满足煤气条件时，料罐内高炉煤气先经过旋风除尘器，再通过煤气回收管道进入布袋除尘，最后进入煤气总管中。当料罐压力低于设定值或煤气回收开启的时间达到设定值时关闭煤气回收阀，这样既能有良好的除尘效果又能够回收高炉煤气。硬硬件组态如图4所示。CPU1215C下挂四个站点，主要用于接收各个阀门的开关位信号、机旁操作的开关信号、现场温度、压力、含氧量等信号，以及控制现场电磁阀的动作。

4软件设计

4.1程序

6号煤气回收系统程序的编写软件采用的是博途(TIAPortal)V14[3]，采用梯形图编写。梯形图与实际电路图接近，易于掌握。程序通过循环调用组织块OB1里的子功能FC来实现工艺控制。6号煤气回收系统大体可分为与上料系统通讯、煤气回收条件判断及高炉煤气除尘控制。与上料通信采用S7通讯，因通信数据不大，采用S7单向通信GET与PUT指令即可。单向通信只需在一方建立通信即可，GET指令为将伙伴PLC数据数据读到本体PLC内，PUT指令为将本体PLC数据数据写到伙伴PLC内。组建S7通讯时先在硬件组态PLC右键添加一个新连接，在弹出对话框内选择S7连接、连接ID号，连接伙伴未指定，点击添加即可生成一个S7连接。在生成的S7连接设置伙伴的IP地址及机架插槽号即可。S7连接建立完成后，在程序调用GET与PUT指令即可。调用指令如图5所示。PUT/GET指令各参数含义：REQ为控制参数request，上升沿激活数据交换功能；ID为寻址参数；DONE为状态参数，为0时表示作业未启动或仍在执行过程中，为1表示作业已执行，且无任何错误；ADDR_1为指向伙伴CPU上用于写入数据的区域的指针；SD_1为指向本地CPU上包含要发送数据的区域的指针；ERROR和STATUS为状态参数，通过这两个参数输出特定值可反应PUT、GET指令的状态。煤气回收投入条件主要判断温度、压力、氧含量是否符合条件以及各个阀门是否动作正常。温度过低，高炉煤气会含有大量水汽，粉尘会凝结在布袋上；温度过高则会把布袋烧毁。因此只有温度在合适范围内才能投入煤气回收。压力过低煤气无法进入煤气总管中。氧含量过大则可能造成煤气爆炸等危险，因此当氧含量过高时要先对管道进行氮气吹扫，直到氧含量达标时才允许投入煤气回收。高炉煤气除尘分为粗除尘与精除尘[4]。粗除尘采用旋风除尘器除尘，利用粉尘惯性将固体颗粒从气体分离出来。旋风除尘器结构简单，安全可靠，阻力损失小，寿命长，运行费低，除尘效率可达60%以上。精除尘采用布袋除尘器除尘，布袋除尘器除尘具有除尘效率高、运行稳定、节能、解决环保问题等优点。它的除尘效率在99%以上，净煤气含尘量可达到5mg/m3以下。

4.2人机界面

本操作系统采用的人机交互界面软件是WINCC7.4编辑[5]。WINCC7.4不仅画面简洁，操作简单方便，还有以下优点：具有强大的标准接口；使用方便的脚本语言；提供大量的向导来简化组态工作；在调试阶段可以在线修改；提供所有主要PLC系统的通讯通道。在操作界面可直观了解现场设备实时状态，易于操作与故障判断。也可通过查看历史曲线、报警纪录来了解设备近期运行状况。通过该人机界面可直观反映现场各个设备实时状态，方便操作人员快速了解现场设备的运行状况。一旦设备发生故障，维护人员也可通过该界面迅速判断故障点。

5结束语

操作人员可以通过煤气回收系统的运行，快速了解现场设备的运行状况。不仅提高了设备自动化控制水平，也降低了粉尘的排放，改善了对环境的污染，也加强了煤气的回收利用。

参考文献

[1]Pigan,R.西门子PROFINET工业通信指南.北京:人民邮电出版社,2007

[2]李方园.西门子S7-1200PLC从入门到精通.北京:电子工业出版社,2018

[3]廖常初.S7-300/400plc应用技术.第三版.北京:机械工业出版社,2011

[4]高炉煤气的回收利用原理.

[5]廖常初.西子人机界面触摸屏组态与应用技术.第三版.北京:机械工业出版社,2018