天鐵6#高爐熱風爐與鼓風機自動換爐控制系統(tǒng)設(shè)計及應用

劉東平

（天津天鐵冶金集團第二煉鐵廠，河北涉縣056404）

天鐵6#高爐熱風爐與鼓風機自動換爐控制系統(tǒng)設(shè)計及應用

劉東平

（天津天鐵冶金集團第二煉鐵廠，河北涉縣056404）

為實現(xiàn)天鐵6#高爐熱風爐與鼓風機自動換爐并減少換爐對風壓的波動，設(shè)計開發(fā)了熱風爐與鼓風機自動換爐控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過在熱風爐PLC控制系統(tǒng)與高爐鼓風機PLC控制系統(tǒng)建立通訊連接，對已有程序進行優(yōu)化和重新設(shè)計，實現(xiàn)了換爐工藝的自動控制，保證了高爐穩(wěn)定順行、增產(chǎn)節(jié)焦，取得了較高的社會效益和經(jīng)濟效益。

熱風爐；鼓風機；換爐;自動控制；系統(tǒng)

1 引言

天鐵6#高爐（以下簡稱：6#高爐）是一座2 800 m3的現(xiàn)代化大型高爐，自2009年6月投產(chǎn)以來，在許多方面進行了優(yōu)化和改造。在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上，通過自動化控制技術(shù)的設(shè)計應用，結(jié)合高爐冶煉工藝，實現(xiàn)爐熱風爐與鼓風機自動換爐并減少換爐對風壓的波動。通過在熱風爐PLC控制系統(tǒng)與高爐鼓風機PLC控制系統(tǒng)建立通訊連接，對現(xiàn)有程序進行優(yōu)化和重新設(shè)計，最終實現(xiàn)了自動換爐，進一步穩(wěn)定了風壓，確保高爐對風量的平穩(wěn)需求。投入運行后改善和穩(wěn)定了爐況，使高爐生產(chǎn)進一步順行。通過這次對自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計和應用，實現(xiàn)了換爐工藝的自動控制，優(yōu)化了高爐生產(chǎn)工藝，減少了人工勞動強度，使高爐穩(wěn)定順行、增產(chǎn)節(jié)焦，實現(xiàn)了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

2 換爐現(xiàn)狀及優(yōu)化方案的分析

2.1 熱風爐操作工藝

目前，熱風爐是全自動操作，具體工藝流程是：

（1）熱風爐由“燃燒”轉(zhuǎn)為“送風”狀態(tài)。當換爐指令到達后：各閥門的動作順序為：關(guān)煤氣調(diào)節(jié)閥→關(guān)煤氣切斷閥（同時開啟煤氣吹掃閥進行管道吹掃）→關(guān)空氣調(diào)節(jié)閥→關(guān)空氣切斷閥→關(guān)煤氣燃燒閥（同時打開煤氣放散閥→關(guān)煙道閥，此時熱風爐處于“悶爐”狀態(tài)。）→開冷風充壓閥進行均壓→冷風閥前后壓差達到規(guī)定值后，開熱風閥→全開冷風閥。熱風爐進入“送風”狀態(tài)。

（2）熱風爐由“送風”轉(zhuǎn)為“燃燒”狀態(tài)（三座熱風爐工作時）。接到換爐指令后，熱風爐各閥門的動作順序為：關(guān)冷風閥→關(guān)熱風閥（此時熱風爐處于“悶爐”狀態(tài)）→開廢氣閥→（熱風爐均壓）→煙道閥前后壓差到達規(guī)定值后，開煙道閥→關(guān)廢氣閥→開煤氣燃燒閥（同時關(guān)閉煤氣放散閥）→開空氣切斷閥→開煤氣切斷閥→小開空氣調(diào)節(jié)閥→小開煤氣調(diào)節(jié)閥→已著火→開空氣調(diào)節(jié)閥→開煤氣調(diào)節(jié)閥，熱風爐由“送風”轉(zhuǎn)為“燃燒”狀態(tài)。

2.2 換爐現(xiàn)狀分析

6#高爐有三座頂燃式熱風爐組成，平均送風溫度為1 200℃。高爐生產(chǎn)中，為了保證高爐高風溫，需要熱風爐每40 min左右周期性的換爐，換爐過程中，因為向另一座熱風爐充壓的原因，入爐風量要經(jīng)過先減少，后有增加到換爐前風量的過程，在這個過程中，熱風壓力會先降低，再升高的波動過程。目前，這一換爐的過程是采用人工（電話聯(lián)系）的方式進行，崗位工接到換爐開始或結(jié)束的命令后，通過操作計算機按鈕來完成換爐的整個過程。熱風爐正常送風是采用定風量的方式送風，當換爐的時候采用定風壓的方式進行換爐，換爐結(jié)束后再回到起先的定風量操作，這一過程也是常說的換爐過程。現(xiàn)在的具體換爐過程是爐內(nèi)工長根據(jù)熱風爐沖壓情況來進行換爐操作，即當燃燒完成（即將送風）的熱風爐開始沖壓時為換爐開始，當沖壓到100 kPa左右時為換爐結(jié)束（假定此時的正常送風風壓為398 kPa），轉(zhuǎn)為定風量控制。這期間風壓的波動在5～12 kPa之間波動（具體曲線如圖1所示）。

圖1 改造前曲線

波動越大就越會影響高爐的進風風量和爐況，從而影響生產(chǎn)。因每個班次和每一次換爐的操作都是由崗位工來執(zhí)行操作命令，對時間上的把握各有不同，每位爐內(nèi)工長的要求也各有不同，加之爐內(nèi)爐料的變化本身是一個復雜的過程，給高爐的操作便帶來一些難度，增加了崗位工的勞動強度，高爐操作工藝的自動化程度得不到充分的發(fā)揮。對于鼓風機操作而言，在每次接到相應命令后，需手動做出調(diào)整，不時對高爐的要求做出相應的變化。

2.3 優(yōu)化方案分析

為了改善這一現(xiàn)狀，單位組織相關(guān)人員外出學習考察，通過對熱風爐自動化控制系統(tǒng)的研究和對鼓風機調(diào)節(jié)能力的分析，制定出了可行的改造方案：一方面，應對高爐熱風爐及鼓風機控制系統(tǒng)采用屏蔽線進行相應信號的對接，確保信號傳輸?shù)募皶r準確；另一方面，應對程序進行了重新設(shè)計和優(yōu)化，保證3個熱風爐在使用過程中給鼓風機信號的唯一性，避免邏輯上出現(xiàn)問題；最后，還應該對高爐鼓風機的運行情況做出相應的調(diào)整和優(yōu)化。在對這些方面的改造完成后方可進行自動換爐，從而實現(xiàn)換爐過程中換爐開始是定風壓，換爐結(jié)束后定風量的自動控制操作過程。具體情況是：

（1）在換爐前，當熱風操作工點擊自動換爐信號時，熱風爐各閥門進行自動操作，同時發(fā)出換爐信號，高爐鼓風機會自動切換為定風壓操作，風機靜葉開度與風機出口壓力進行連鎖。

（2）當充壓閥打開充壓時，風機出口壓力會慢慢降低，此時風機會維持充壓前壓力，通過風機靜葉慢慢加風、減風，確保風壓波動在5 kPa以內(nèi)，同時滿足高爐換爐前進風量的需求。

（3）換爐結(jié)束，熱風爐開始正常送風，風機檢測到換爐結(jié)束信號后，風機自動切換為定風量操作，風量為換爐前的風量，此時，風機靜葉開度與風量進行連鎖。實現(xiàn)高爐換爐時定風壓，換爐結(jié)束后定風量的自動控制技術(shù)，最終達到穩(wěn)定爐況和氣流的目的。

3 設(shè)計方案的實施

根據(jù)自動換爐的具體要求，在自動換爐、過程中需要解決信號的對接，換爐開始與結(jié)束的程序設(shè)計，鼓風機靜葉PID參數(shù)的優(yōu)化，畫面組態(tài)的設(shè)計等。

3.1 信號傳遞的對接

6#高爐PLC系統(tǒng)采用GE PAC Rx3i自動控制系統(tǒng)與BL67 TRUCK總線系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)實現(xiàn)對高爐的自動化控制，高爐鼓風機采用西門子S7-400H系列PLC自動化控制技術(shù)。為確保通訊數(shù)據(jù)的準確、及時和可靠，在信號對接時主要采用屏蔽線對信號進行連接，經(jīng)過繼電器至總線與PLC模塊進行對接。需要傳遞換爐開始、換爐結(jié)束、鼓風機運行反饋等運行參數(shù)。

3.2 程序設(shè)計及優(yōu)化

通過對輸出信號與反饋信號的采集與處理，需對高爐熱風爐程序進行設(shè)計與優(yōu)化。當熱風爐處于自動操作狀態(tài)時，爐況順行，鼓風機允許自動換爐，此時可以投入熱風爐自動換爐操作。當具備換爐條件時，即充壓閥第一次開啟，為換爐開始，程序輸出換爐開始命令，鼓風機靜葉與風壓連鎖。當充壓完成后，充壓閥關(guān)閉，熱風閥打開，冷風閥全打開，熱風爐轉(zhuǎn)為送風狀態(tài)，此時換爐結(jié)束，程序輸出換爐結(jié)束命令，鼓風機靜葉與風量連鎖。熱風爐自動換爐開始與結(jié)束程序如圖2所示。

圖2 熱風爐自動換爐開始與結(jié)束程序

4 應用效果

該設(shè)計完成后，利用高爐定修的機會進行了模擬應用，這樣做的主要目的是保護鼓風機和高爐的設(shè)備安全。離線應用過程中把放風閥打開，熱風爐分別給出換爐開始和換爐結(jié)束的信號，鼓風機分別把靜葉與風壓、靜葉與風量進連鎖。經(jīng)過反復調(diào)試，對靜葉的PID參數(shù)進行了適度的優(yōu)化，保證靜葉的調(diào)節(jié)速度在連鎖過程中換爐時間及鼓風機承受力等方面的參數(shù)達到最優(yōu)狀態(tài)。同時也對異常狀態(tài)下的操作進行了演練，如緊急休風、風量、風壓波動較大，放散閥失靈等緊急情況。正常生產(chǎn)并且爐況穩(wěn)定后，在高爐熱風爐與鼓風機都相互允許自動換爐的情況下開始投入使用。結(jié)果觀察及對各種參數(shù)的監(jiān)控，該設(shè)計達到了預期效果。從檢測情況看，每次換爐時風量有所增加，該部分風量是給熱風爐中壓所致，屬正常情況。從風壓波動情況看，基本能控制在5 kPa左右，給高爐高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)創(chuàng)造了重要的外部條件。改造后的風量風壓曲線如圖3所示。

圖3 改造后曲線

5 結(jié)束語

通過這次對6#高爐熱風爐與鼓風機自動換爐控制的優(yōu)化設(shè)計及應用，改變了傳統(tǒng)的操作方式，減小了高爐風壓波動，解放了勞動力，達到了預期效果，為高爐穩(wěn)定順產(chǎn)打下了堅實的基礎(chǔ)。

[1]馬竹語.高爐熱風爐自動換爐的研究與應用實踐[J].冶金自動化，2007（2）：30.

Design and Application of Automatic Stove Switching Control System for Hot Blast Stove and Air Blower of Tiantie BF 6

LIU Dong-ping
(Iron-making Plant 2,Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County,Hebei Province 056404,China)

The automatic control system for the stove switching of hot blast stove and air blower was designed and developed to realize automatic stove switching and reduce the influence of stove switching on air pressure fluctuation at Tiantie BF 6．By the establishment of communication between stove PLC control system and blower PLC control system,the existing program was optimized and redesigned．The automatic control of stove switching process was realized．The blast furnace ran stably and production was increased with less coke consumption．High social and economic benefits were achieved．

hot blast stove;air blower;stove switching;automatic control;system

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．010

2015-01-15

2015-02-04

劉東平（1976—），男，工程師，主要從事冶金電氣自動化控制工作。