柳鋼高爐煤氣放散自動(dòng)點(diǎn)火及監(jiān)控系統(tǒng)改造

供稿|申世武,楊春,周蕓 /SHEN Shi-wu,Yang chun,ZHOU Yun

內(nèi)容導(dǎo)讀

高爐煤氣放散自動(dòng)點(diǎn)火控制系統(tǒng)是高爐生產(chǎn)必要的環(huán)保設(shè)施之一,它可以減輕煤氣放散對(duì)大氣的污染,改善大氣環(huán)境,又能節(jié)約了點(diǎn)火伴燒用的燃料氣源,創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益.同時(shí)能大大降低煤氣異常放散中毒事件的發(fā)生.還能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,具有潛在的社會(huì)效益.煤氣放散自動(dòng)點(diǎn)火控制系統(tǒng)以 PLC (programmable logic controller,可編程控制) 為基礎(chǔ),以煤氣壓力為監(jiān)控參數(shù),實(shí)現(xiàn)壓力報(bào)警、煤氣壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)、煤氣放散自動(dòng)點(diǎn)火等.煤氣放散經(jīng)過改造后投入運(yùn)行至今,自動(dòng)點(diǎn)火控制運(yùn)行正常,實(shí)現(xiàn)了煤氣管網(wǎng)壓力穩(wěn)定;加上焦?fàn)t煤氣不需要長明火伴燒 (只需要在點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)燃燒),減少了能源消耗;實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火放散,降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期的效果.

柳鋼煉鐵廠高爐煤氣總管放散共有 6個(gè),1#、3#、4# 為全手動(dòng)點(diǎn)火控制方式,如使用時(shí),要有焦?fàn)t煤氣長明火.其中 1#、3# 將隨老區(qū)煤氣管網(wǎng)改造后停用.2#、5#、6# 均為自動(dòng)控制方式,因點(diǎn)火及監(jiān)測(cè)元件設(shè)計(jì)在高空,點(diǎn)火及監(jiān)測(cè)元件出現(xiàn)故障后,維修比較困難或無法進(jìn)行維修,導(dǎo)致自動(dòng)點(diǎn)火控制失效,目前只能進(jìn)行手動(dòng)控制.

在有多套放散的情況下,任何時(shí)候都必須保證至少一個(gè)放散為點(diǎn)火狀態(tài),才能確保煤氣管網(wǎng)壓力穩(wěn)定 (煤氣管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定引發(fā)的安全事故時(shí)有發(fā)生).由于火炬頭燃燒不穩(wěn)定、不充分,比較易造成脫火或熄火,再加上自動(dòng)點(diǎn)火控制及監(jiān)控措施失效,為確保生產(chǎn)安全,必須讓焦?fàn)t煤氣長明火伴燒,這就造成比較大的能源浪費(fèi).根據(jù)現(xiàn)狀,需要將焦?fàn)t煤氣長明火伴燒改造為點(diǎn)火啟動(dòng)短時(shí)間燃燒,減少能源浪費(fèi),就需要將失效的自動(dòng)點(diǎn)火控制改造為維修方便自動(dòng)點(diǎn)火控制.

放散控制系統(tǒng)的組成[1]

放散控制系統(tǒng)由高壓點(diǎn)火器、火焰遙測(cè)器、點(diǎn)火煤氣電磁閥、伴燒煤氣電磁閥、氣動(dòng)球閥及 PLC 控制柜等組成.高壓點(diǎn)火器由高能發(fā)生器、高壓電纜、半導(dǎo)體打火嘴、導(dǎo)電桿組成,其點(diǎn)火能量大,抗污能力強(qiáng).火焰燃燒監(jiān)測(cè)裝置由光敏和熱敏傳感器組成點(diǎn)火燃燒監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置組成.PLC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由控制柜、現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)箱、點(diǎn)火溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、控制電纜組成.

自動(dòng)點(diǎn)火及監(jiān)控的工作原理

放散煤氣的前提是,煤氣管網(wǎng)煤氣壓力超高.為確保生產(chǎn)安全和保證下游用戶使用壓力穩(wěn)定的高爐煤氣,需要將煤氣管網(wǎng)壓力進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)節(jié),一般是通過電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥來調(diào)節(jié)煤氣壓力,其作用是當(dāng)煤氣壓力過高,超過正常操作壓力上限,才進(jìn)行煤氣放散,即打開電動(dòng)閥門,放散煤氣.另外,為減少煤氣對(duì)大氣環(huán)境的污染和降低煤氣安全事件的發(fā)生,放散煤氣需要進(jìn)行完全燃燒才可以排放到大氣中,即自動(dòng)點(diǎn)火.當(dāng)壓力降至操作壓力下限,即關(guān)閉閥門,以保證高爐煤氣管網(wǎng)壓力回到安全正常范圍內(nèi).煤氣壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖如圖 1.

圖 1 煤氣壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖

煤氣管煤氣壓力信號(hào) (4~20 mA 模擬量) 送至 PLC 控制柜,當(dāng)煤氣管煤氣壓力達(dá)到高值時(shí) (可自設(shè)定),控制柜的 PLC 開始按點(diǎn)火程序運(yùn)行;開啟點(diǎn)火煤氣電磁閥,后啟動(dòng)點(diǎn)火器 15 s,點(diǎn)火成功后停止點(diǎn)火,火焰檢測(cè)器報(bào)警后檢測(cè)到火炬表示點(diǎn)火成功;當(dāng)煤氣壓力逐漸下降,壓力達(dá)到低值時(shí) (可設(shè)定);控制裝置將自動(dòng)關(guān)閉放散煤氣閥和關(guān)閉煤氣電磁閥,放散過程結(jié)束.手動(dòng)點(diǎn)火情況下,手動(dòng)依次打開點(diǎn)火煤氣電磁閥,啟動(dòng)點(diǎn)火器,點(diǎn)起長明火,即完成手動(dòng)點(diǎn)火過程.高爐煤氣放散自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)控制流程圖如圖 2.

自動(dòng)點(diǎn)火及監(jiān)控改造方案

本改造方案是對(duì) 1 個(gè)煤氣放散的改造.根據(jù)煤氣放散自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)要求,并結(jié)合現(xiàn)有運(yùn)行的煤氣放散系統(tǒng)情況,為了節(jié)省系統(tǒng)改造費(fèi)用,工藝主體設(shè)備放散塔使用原有舊設(shè)備;自動(dòng)點(diǎn)火裝置按全新設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)時(shí)將點(diǎn)火裝置安裝在放散塔底部平臺(tái),離地面高約 10 m 左右,設(shè)計(jì)有樓梯方便檢修人員至檢修平臺(tái),以方便維護(hù)和檢修設(shè)備;熄火監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)采用火焰遙測(cè)器,安裝在高爐干法樓頂;恢復(fù)氮?dú)獯祾哐b置,增設(shè)氮?dú)獯祾咔蜷y.

高爐煤氣放散自動(dòng)點(diǎn)火及監(jiān)控改造核心是將自動(dòng)點(diǎn)火與火焰遙測(cè)構(gòu)成自動(dòng)閉環(huán)控制,通過火焰遙測(cè)器對(duì)長明火進(jìn)行邏輯判斷,有火焰時(shí)輸出"1"給 PLC 控制柜,自動(dòng)點(diǎn)火停止,點(diǎn)火煤氣電磁閥與伴燒焦?fàn)t煤氣電磁閥自動(dòng)關(guān)閉.熄火時(shí)輸出"0"給 PLC 控制柜,自動(dòng)點(diǎn)火啟動(dòng),自動(dòng)開啟點(diǎn)火煤氣電磁閥,讓點(diǎn)火焦?fàn)t煤氣著火,然后伴燒焦?fàn)t煤氣電磁閥自動(dòng)開啟,焦?fàn)t煤氣點(diǎn)火燃燒,然后放散高爐煤氣燃燒,自動(dòng)點(diǎn)火停止.所有控制設(shè)在高爐干法值班室;設(shè)計(jì)改造總費(fèi)用約 6.03 萬元 (一個(gè)放散).改造示意圖如圖 3.

圖 2 全自動(dòng)高爐煤氣放散點(diǎn)火系統(tǒng)安裝示意圖

圖 3 改造示意圖

手動(dòng)強(qiáng)制控制點(diǎn)火 (緊急用)

第一步:對(duì)煤氣放散管道氮?dú)獯祾?確認(rèn)煤氣放散閥關(guān)閉,撤煤氣放散水封;第二步:將現(xiàn)場(chǎng)控制柜內(nèi)所有電源開關(guān)全部合閘,檢查點(diǎn)火系統(tǒng)各部正常 (即電源指示燈、伴燒閥關(guān)到位指示燈、點(diǎn)火閥關(guān)到位指示燈);第三步:在控制面板上將"遠(yuǎn)程/就地"轉(zhuǎn)換開關(guān)置"就地"位置;第四步:啟動(dòng)高壓點(diǎn)火器;第五步:高壓打火;打開點(diǎn)火用 DN100 焦?fàn)t煤氣閥,點(diǎn)火管燃燒;第六步:打開伴燒 DN100 焦?fàn)t煤氣閥,伴燒管焦?fàn)t煤氣燃燒;第七步:關(guān)閉氮?dú)獯祾?打開高爐煤氣放散閥,高爐煤氣著火燃燒;第八步:火焰遙測(cè)器監(jiān)測(cè)高爐煤氣放散持續(xù)燃燒;第九步:關(guān)閉點(diǎn)火、伴燒焦?fàn)t煤氣閥,停止高壓點(diǎn)火,并將點(diǎn)火及火焰監(jiān)測(cè)投入自動(dòng)控制狀態(tài).

自動(dòng)控制點(diǎn)火方式[2]

第一步:確認(rèn)高爐煤氣,焦?fàn)t煤氣,氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)均正常;第二步:確認(rèn)電磁站電源柜 PLC 開關(guān)量、模擬量模塊、火焰遙感檢測(cè)儀電源開關(guān)全部合閘;第三步:將控制面板上"遠(yuǎn)程 / 就地"轉(zhuǎn)換開關(guān)置"遠(yuǎn)程"位置;第四步:開啟自動(dòng)允許開關(guān),點(diǎn)火及火焰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入于自動(dòng)控制狀態(tài).

放散火炬燃燒,電腦畫面將適時(shí)顯示"放散火炬正在燃燒或熄滅"字樣;如放散火炬熄滅,延時(shí) 10 s,系統(tǒng)開啟自動(dòng)點(diǎn)火程序并同時(shí)聲光報(bào)警;當(dāng)火焰遙感檢測(cè)儀檢測(cè)到放散火炬被點(diǎn)燃時(shí),延時(shí) 5 s,系統(tǒng)關(guān)閉自動(dòng)點(diǎn)火程序;如在 30 s 內(nèi)未檢測(cè)到放散火炬燃燒,保持伴燒管長明,直至檢測(cè)到放散火炬燃燒,延時(shí) 5 s,關(guān)閉伴燒管,聲光報(bào)警自動(dòng)復(fù)位,點(diǎn)火系統(tǒng)處于自動(dòng)監(jiān)控狀態(tài).點(diǎn)火邏輯圖如圖 4.

圖 4 點(diǎn)火邏輯圖

結(jié)束語

項(xiàng)目改造前,在沒有自動(dòng)點(diǎn)火及監(jiān)控系統(tǒng)措施的情況,為了保證生產(chǎn)安全,必須采用焦?fàn)t煤氣長明火伴燒,造成比較大的能源浪費(fèi).項(xiàng)目改造后,只需要在點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)燃燒焦?fàn)t煤氣.根據(jù)測(cè)算,改造后比改造前每天大約節(jié)約焦?fàn)t煤氣約 8000 Nm3,高爐每年正常生產(chǎn)時(shí)間按 350 天計(jì)算,柳鋼焦?fàn)t煤氣平均氣價(jià)按照 0.9 元/Nm3來計(jì)算.每年可節(jié)約焦?fàn)t煤氣量約為:8000 Nm3/天X350 天/年 = 280 萬 Nm3/年.

每年可節(jié)約能源消耗成本約為:280萬Nm3/年X0.9 元/Nm3= 252 萬元/年.

該項(xiàng)目具有投資省、達(dá)產(chǎn)快、運(yùn)行順、維修及操作方便等特點(diǎn);同時(shí)為高爐煤氣管網(wǎng)壓力穩(wěn)定提供了有力保障,確保了高爐煤氣生產(chǎn)安全;最重要的一點(diǎn)是減少了能源消耗,達(dá)到了節(jié)能降耗增效的目的.

[1] 鋼鐵企業(yè)燃?xì)庠O(shè)計(jì)參考資料(煤氣部分). 北京:冶金工業(yè)出版社,1978:174-178

[2] 程有林. 南鋼焦?fàn)t煤氣放散塔自控系統(tǒng)工藝介紹.現(xiàn)代冶金, 2009,8(4):68-69