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)引進了德國魯奇與蒂森兩公司合作開發(fā)的干法除塵技術(shù)，簡稱LT法，并首次在國內(nèi)進行了LT控制系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計。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)采用了西門子S7-400系列的PLC，對蒸發(fā)冷卻器、電除塵器及閥門等工藝生產(chǎn)線設(shè)備實現(xiàn)過程檢測、監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制。

2 工藝控制過程簡述

轉(zhuǎn)爐煙經(jīng)汽化冷卻煙道冷卻后,溫度為800~1000℃進入蒸發(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鏈式輸灰機、灰斗等裝置送至灰倉;冷卻后的煙氣進入圓筒型電除塵器，電除塵器設(shè)四個電場，采用高壓直流脈沖電源，根據(jù)系統(tǒng)運行的不同階段控制電壓，收集剩余的細粉塵，使經(jīng)過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，軸流風機設(shè)變頻調(diào)速，實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，并根據(jù)氣體分析儀檢測的CO濃度來控制切換站將煤氣送至煙囪或煤氣柜，實現(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)流程圖見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)爐煙氣千式凈化回收系統(tǒng)流程圖

3 自動化控制系統(tǒng)的構(gòu)成

LT自動化控制范圍是從汽化冷卻煙道開始到煤氣冷卻器結(jié)束，設(shè)一級基礎(chǔ)自動化，與轉(zhuǎn)爐本體、汽包等自動化系統(tǒng)進行聯(lián)網(wǎng)通訊，組成以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)，通過服務(wù)器實現(xiàn)PLC與上位機之間的數(shù)據(jù)傳輸、存儲和報警等功能。PLC由CPU、存儲單元、電源模塊、通訊模塊、I/O模塊、高速計數(shù)模塊等組成，根據(jù)LT設(shè)備分散的特點，其自動化硬件系統(tǒng)構(gòu)建更加靈活合理，上位機放在轉(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的遠程擴展單元，通過IM460-4和IM461-4接口模塊進行通訊,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)爐車間內(nèi)的LT設(shè)備。LT控制系統(tǒng)硬件配置見圖2：

圖2 硬件配置圖

4 系統(tǒng)的控制功能和特點

PLC系統(tǒng)為西門子S7-400系列可編程控制器，主CPU為S7-416-2DP，采用功能強大的STEP7 5.2軟件包進行軟件開發(fā)，以實現(xiàn)計算機對干法除塵系統(tǒng)的在線檢測、控制、調(diào)節(jié)和診斷功能;監(jiān)控機采用WINCC 6.0組態(tài)軟件，用于編制生產(chǎn)過程流程圖，顯示設(shè)備運行狀態(tài)，對煙氣量、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)作實時和歷史趨勢，故障報警，報表打印，進行數(shù)據(jù)設(shè)定和操作顯示等，完成人機對話。

4.1 蒸發(fā)冷卻器的噴水控制

當蒸發(fā)冷卻器入口溫度達到預(yù)定溫度時,供水閥打開,雙介質(zhì)噴嘴同時噴出蒸汽和水,使水在排出時被霧化，所需要的噴水速度是由要在蒸發(fā)冷卻器中降低的轉(zhuǎn)爐煙氣熱含量來決定的，因此使用單位時間從熱輸入推算出來的水流量作為設(shè)定值，將實際噴水量作為控制器的輸入進行比例控制，通過快速氣動調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)水流量，其噴水響應(yīng)時間在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，針對蒸發(fā)冷卻器出口溫度設(shè)置一個溫度控制回路，其輸出信號用來改變單位時間的噴水量和計算的水流量之間的比例關(guān)系，對上一個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，將煉鋼過程分為不吹氧、預(yù)熱、開始吹氧、吹氧、吹氧結(jié)束、爐口清理等六個階段，分別設(shè)定各階段由軸流風機的變頻器控制的煙氣流量，根據(jù)該設(shè)定值和爐口壓力來實現(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相乘所得到的值，加到各階段煙氣流量設(shè)定的串級比例控制器上。如果吹氧速度發(fā)生變化，這種比例控制能夠通過爐口壓力控制器的輸出信號，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致的余熱鍋爐中的壓力變化通過壓力控制器對吹氧速度和煙氣流量之間的比例關(guān)系加以修正來進行補償。測量的煙氣流量根據(jù)標準的條件進行壓力和溫度校正。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準條件下干態(tài)的煙氣流量。

煙氣流量控制器的輸出信號經(jīng)過變頻器控制軸流風機的轉(zhuǎn)速。

4.3 切換站的壓差控制和鐘形閥的位置控制

在煉鋼過程中，煙氣放散或回收是由CO的濃度條件來觸發(fā)切換的，通過切換站的兩個分別通往煤氣柜和煙囪的鐘形閥的開啟來實現(xiàn)控制。

在放散轉(zhuǎn)回收之前，首先通過煙囪鐘形閥對風機下游的壓力進行憋壓，直到高于煤氣柜一定的壓力才能進行回收操作;當回收切換至放散時，也必須保持一個小的正壓，以防止煤氣從煤氣柜倒流，因此針對這兩種不同的切換方式，在程序中也必須由具有兩個不同設(shè)定值的差壓控制回路來控制切換過程，該控制器的輸出信號控制煙囪鐘形閥的開度調(diào)節(jié)，使煤氣柜鐘形閥前后的壓差達到相應(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程中均能實現(xiàn)無壓力擾動切換。LT系統(tǒng)的煙氣切換所需時間僅為8秒，如在作業(yè)過程中發(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

萊鋼3×120t轉(zhuǎn)爐煙氣干法除塵系統(tǒng)已于2004年七月運行投產(chǎn)，目前運行效果良好。與傳統(tǒng)的濕式OG法相比，LT系統(tǒng)采用了先進的工藝和控制技術(shù)，在各種性能指標的對比上均有著明顯的優(yōu)勢，干法系統(tǒng)較濕法省水省電，節(jié)省運行費用和多回收的煤氣效益之和為1060萬元，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)濟效益和環(huán)保效益均十分顯著。

優(yōu)化簡潔的系統(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)的運行更加符合煉鋼工藝的實際變化情況，充分發(fā)揮其除塵效率高、綜合運行費用低、能源回收利用率高等優(yōu)勢，干法除塵可以部分或全部補償轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的能耗，有望實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐低能煉鋼或負能煉鋼的目標，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。