大型高爐熱風(fēng)爐自控系統(tǒng)安全防護(hù)實(shí)踐

李錦龍

【摘要】國內(nèi)的高爐冶煉過程中，因?yàn)闊犸L(fēng)爐安全控制不完善的問題發(fā)生過多起重大的安全事故。宣鋼在熱風(fēng)爐的控制系統(tǒng)中，經(jīng)過多達(dá)3代爐齡的理論分析和實(shí)踐摸索中，總結(jié)出一套完整的安全控制連鎖理論，在生產(chǎn)實(shí)踐中得到很好的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】順序控制方式； 雙信號(hào)保護(hù)；三級(jí)保護(hù)模式

1.引言

河鋼集團(tuán)宣化鋼鐵目前擁有4座2000M3以上的大型高爐，生鐵產(chǎn)量具有800萬噸的年生產(chǎn)能力。在與高爐配套的熱風(fēng)爐控制工藝中，關(guān)鍵問題并不是工藝流程的實(shí)現(xiàn)，而是熱風(fēng)爐的安全防護(hù)連鎖問題。我們宣鋼人在熱風(fēng)爐的控制系統(tǒng)中，經(jīng)過多達(dá)3代爐齡的理論分析和實(shí)踐摸索中，總結(jié)出一套完整的安全控制連鎖理論，在生產(chǎn)實(shí)踐中得到很好的應(yīng)用。

2.項(xiàng)目簡介

2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

宣鋼高爐采用ABB公司的AC800F系統(tǒng)來對高爐的生產(chǎn)進(jìn)行控制。工程師站安裝CBF 9.1版本組態(tài)軟件，數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)以德國赫斯曼工業(yè)型光纖交換機(jī)200M系列為核心構(gòu)成100M高速光纖環(huán)網(wǎng)，各控制站通過EI803以太網(wǎng)通訊模板和工業(yè)雙絞電纜連接至工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)上，操作站采用DELL780工控機(jī)，裝有Windows XP SP2操作系統(tǒng)，通過網(wǎng)卡經(jīng)工業(yè)雙絞電纜與工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)相接。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

2.2.1 在熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)順序控制方式中采用三級(jí)保護(hù)模式，（現(xiàn)場連鎖級(jí)、手動(dòng)連鎖級(jí)、自動(dòng)連鎖級(jí)）極大提高了熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)的安全系數(shù)。

2.2.2 休風(fēng)和復(fù)風(fēng)連鎖：采用休風(fēng)指令和冷風(fēng)放風(fēng)閥門連鎖，在正常生產(chǎn)過程中操作工誤操作休風(fēng)指令不起作用，只有在冷風(fēng)放風(fēng)閥門開以后，才能執(zhí)行休風(fēng)指令。反之，復(fù)風(fēng)操作時(shí)必須保證冷風(fēng)放風(fēng)閥門在關(guān)閉狀態(tài)下才能執(zhí)行。

2.2.3 每個(gè)閥的反饋由該閥的到位信號(hào)和相反的到位信號(hào)的取反得出。而只要有一個(gè)閥不正常則報(bào)警顯示，把每座熱風(fēng)爐的每個(gè)切斷閥的報(bào)警信號(hào)組合在一起。當(dāng)每座熱風(fēng)爐只要有一個(gè)閥的控制設(shè)備發(fā)出報(bào)警信號(hào)，該座熱風(fēng)爐的所有設(shè)備將停止工作，按照預(yù)設(shè)的安全方案動(dòng)作，從而避免安全事故。

2.2.4 每個(gè)閥操作分為機(jī)旁、集中手動(dòng)、自動(dòng)操作模式，集中手動(dòng)模式又分為連鎖和非連鎖兩種模式。

2.3 應(yīng)用工藝流程

在自動(dòng)狀態(tài)下，單個(gè)熱風(fēng)爐的分四種工作狀態(tài)：送風(fēng)、悶爐、燃燒、休風(fēng)，控制過程工藝集中體現(xiàn)在對四種狀態(tài)的監(jiān)控以及四種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程。安全控制連鎖主要是對這四種狀態(tài)及狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換過程中起到安全保護(hù)的作用，以下從悶爐—送風(fēng)—悶爐—燃燒—悶爐的過程中的安全連鎖問題進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.3.1 悶爐—送風(fēng)過程：執(zhí)行“送風(fēng)指令”

熱風(fēng)爐倒流休風(fēng)閥在關(guān)到位狀態(tài)下，才可以執(zhí)行“送風(fēng)指令”

A.充壓閥

熱風(fēng)閥關(guān)到位，煙道閥關(guān)到位，廢氣閥關(guān)到位，冷風(fēng)閥關(guān)到位，高爐煤氣切斷閥關(guān)到位，高爐煤氣燃燒閥關(guān)到位，助燃空氣切斷閥關(guān)到位，有送風(fēng)請求，允許開充壓閥。

B.熱風(fēng)閥

倒流休風(fēng)閥關(guān)到位，廢氣閥關(guān)到位，煙道閥關(guān)到位，助燃空氣切斷閥關(guān)到位，高爐煤氣切斷閥關(guān)到位，高爐煤氣燃燒閥關(guān)到位，煤氣放散閥開到位，充壓閥開到位超過20分鐘，冷風(fēng)閥前后壓差小于9.8KPa時(shí)，允許開熱風(fēng)閥。

C.冷風(fēng)閥

熱風(fēng)閥開到位，廢氣閥關(guān)到位，煙道閥關(guān)到位，助燃空氣切斷閥關(guān)到位，高爐煤氣切斷閥關(guān)到位，高爐煤氣燃燒閥關(guān)到位，有“送風(fēng)請求”，允許開冷風(fēng)閥。

熱風(fēng)閥開到位，冷風(fēng)閥開到位，有送風(fēng)請求，允許關(guān)充壓閥。后，熱風(fēng)爐進(jìn)入送風(fēng)狀態(tài)，執(zhí)行送風(fēng)。

單座熱風(fēng)爐送風(fēng)30分鐘后，才可以轉(zhuǎn)悶爐。

單座熱風(fēng)爐送風(fēng)30分鐘后，才可以轉(zhuǎn)燒爐。

進(jìn)入送風(fēng)狀態(tài)后的熱風(fēng)爐，所有的閥門不論在手動(dòng)還是自動(dòng)方式都不能執(zhí)行其它指令。只有當(dāng)另外一座熱風(fēng)爐進(jìn)入送風(fēng)狀態(tài)后或特殊情況下有“休風(fēng)請求”才可以執(zhí)行其他指令。

2.3.2 送風(fēng)—悶爐過程：執(zhí)行“悶爐指令”

熱風(fēng)爐在送風(fēng)狀態(tài)下：

另外兩座熱風(fēng)爐任意一座在送風(fēng)狀態(tài)下或有休風(fēng)請求，有悶爐請求，允許關(guān)冷風(fēng)閥。

另外熱風(fēng)爐任意一座在送風(fēng)狀態(tài)下或有休風(fēng)請求，冷風(fēng)閥關(guān)到位，有悶爐請求時(shí)，允許關(guān)熱風(fēng)閥。熱風(fēng)爐進(jìn)入悶爐狀態(tài)。

2.3.3 悶爐—燃燒過程：執(zhí)行“燃燒指令”

A.廢氣閥

冷風(fēng)閥關(guān)到位，熱風(fēng)閥關(guān)到位，充壓閥關(guān)到位，煙道閥關(guān)到位，助燃空氣切斷閥關(guān)到位，高爐煤氣切斷閥關(guān)到位，高爐煤氣燃燒閥關(guān)到位，有燒爐請求，允許開廢氣閥。

B.煙道閥

冷風(fēng)閥關(guān)到位，熱風(fēng)閥關(guān)到位，充壓閥關(guān)到位，廢氣閥開到位，煙道閥前后煙氣差壓小于9.8KPa，允許開煙道閥。

煙道閥開到位，有燒爐請求，允許關(guān)廢氣閥。

C.助燃空氣切斷閥

冷風(fēng)閥關(guān)到位，熱風(fēng)閥關(guān)到位，充壓閥關(guān)到位，廢氣閥關(guān)到位，煙道閥開到位，無拱頂溫度高報(bào)警，無后煙道溫度高報(bào)警，助燃空氣預(yù)熱器進(jìn)口閥開到位且助燃空氣預(yù)熱器出口閥開到位，或助燃空氣預(yù)熱器旁通閥開到位時(shí)，有燒爐請求，允許開助燃空氣切斷閥。

D.高爐煤氣燃燒閥

冷風(fēng)閥關(guān)到位，熱風(fēng)閥關(guān)到位，充壓閥關(guān)到位，廢氣閥關(guān)到位，煙道閥開到位，助燃空氣切斷閥開到位，有燒爐請求，允許開高爐煤氣燃燒閥。

E.煤氣放散閥

高爐煤氣燃燒閥開到位，有燒爐請求，允許關(guān)煤氣放散閥。

F.氮?dú)獯祾唛y

冷風(fēng)閥關(guān)到位，熱風(fēng)閥關(guān)到位，充壓閥關(guān)到位，高爐煤氣切斷閥關(guān)到位，廢氣閥關(guān)到位，煙道閥開到位，高爐煤氣燃燒閥開到位，助燃空氣切斷閥開到位，有燒爐請求，允許開氮?dú)獯祾唛y。

氮?dú)獯祾唛y開到位延遲20秒，允許關(guān)氮?dú)獯祾唛y。

G.高爐煤氣切斷閥

冷風(fēng)閥關(guān)到位，熱風(fēng)閥關(guān)到位，充壓閥關(guān)到位，廢氣閥關(guān)到位，煙道閥開到位，助燃空氣切斷閥開到位，沒有拱頂溫度高報(bào)警，沒有后煙道溫度高報(bào)警，沒有高爐煤氣壓力低報(bào)警，沒有助燃空氣壓力低報(bào)警，高爐煤氣預(yù)熱器入口切斷閥開到位且高爐煤氣預(yù)熱器出口切斷閥開到位或高爐煤氣預(yù)熱器旁通切斷閥開到位，氮?dú)獯祾唛y關(guān)到位，高爐煤氣燃燒閥開到位，有燃燒請求，允許開高爐煤氣切斷閥。

自動(dòng)調(diào)節(jié)助燃空氣調(diào)節(jié)閥和煤氣調(diào)節(jié)閥，高爐進(jìn)入燒爐階段。

熱風(fēng)爐在燒爐狀態(tài)下，廢氣支管廢氣溫度大于或等于350度時(shí)，轉(zhuǎn)為悶爐狀態(tài)。

熱風(fēng)爐在燒爐狀態(tài)下，高爐煤氣壓力低報(bào)警加延遲后，關(guān)閉煤氣切斷閥，并轉(zhuǎn)為悶爐狀態(tài)。

熱風(fēng)爐在燒爐狀態(tài)下，助燃空氣壓力低報(bào)警加延遲后，關(guān)閉煤氣切斷閥，轉(zhuǎn)為悶爐狀態(tài)。

熱風(fēng)爐在燒爐狀態(tài)下，助燃風(fēng)機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)消失，關(guān)閉煤氣切斷閥，轉(zhuǎn)為悶爐狀態(tài)。

2.3.4 燃燒—悶爐過程：執(zhí)行“悶爐指令”

自動(dòng)連鎖“燃燒狀態(tài)”下，有悶爐請求，允許關(guān)高爐煤氣切斷閥。

A.氮?dú)獯祾唛y

冷風(fēng)閥關(guān)到位，熱風(fēng)閥關(guān)到位，充壓閥關(guān)到位，高爐煤氣切斷閥關(guān)到位，廢氣閥關(guān)到位，煙道閥開到位，高爐煤氣切斷閥關(guān)到位，高爐煤氣燃燒閥開到位，有悶爐請求，允許開氮?dú)獯祾唛y。

氮?dú)獯祾唛y開到位延遲20秒，允許關(guān)氮?dú)獯祾唛y。

B.高爐煤氣燃燒閥

高爐煤氣切斷閥關(guān)到位，氮?dú)獯祾唛y關(guān)到位，有悶爐請求，允許關(guān)高爐煤氣燃燒閥。

C.煤氣放散閥

冷風(fēng)閥關(guān)到位，熱風(fēng)閥關(guān)到位，充壓閥關(guān)到位，高爐煤氣燃燒閥關(guān)到位，高爐煤氣切斷閥關(guān)到位，有悶爐或送風(fēng)請求，允許開煤氣放散閥。

D.助燃空氣切斷閥

高爐煤氣切斷閥關(guān)到位，高爐煤氣燃燒閥關(guān)到位，有悶爐請求時(shí)，允許關(guān)助燃空氣切斷閥。

E.煙道閥

煤氣切斷閥關(guān)到位，助燃空氣切斷閥關(guān)到位，有悶爐請求，允許關(guān)煙道閥。高爐進(jìn)入悶爐狀態(tài)。

3.結(jié)束語

經(jīng)過多年的研發(fā)和逐步完善，宣鋼熱風(fēng)爐控制的安全生產(chǎn)逐步趨于運(yùn)行正常。操作更加安全，快捷?？刂葡到y(tǒng)及應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)傳輸快，質(zhì)量好。操作界面人性化、直觀簡便，布局合理，得到用戶的認(rèn)可和高度評價(jià)。保證了工藝生產(chǎn)過程穩(wěn)定。為提高宣鋼生鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]《ABB Industrial AC800F系統(tǒng)在宣鋼大型高爐的生產(chǎn)實(shí)踐》《自動(dòng)化博覽》2011年S2期

[2]《鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排新技術(shù)5000問》