玉鋼3#高爐爐頂煤氣分析系統(tǒng)優(yōu)化改造

孫有斌 丁娛樂

摘? 要：高爐爐頂煤氣成分是直接反映高爐冶煉過程的狀態(tài)參數(shù)，對高爐正常生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用，而爐頂煤氣分析系統(tǒng)是保證測量準(zhǔn)確性和及時(shí)性的前提。文章介紹了高爐爐頂煤氣分析系統(tǒng)在玉鋼3#高爐中的應(yīng)用，以及應(yīng)用以來在實(shí)際生產(chǎn)中存在的問題，提出了優(yōu)化改造的措施，實(shí)現(xiàn)了高爐爐頂煤氣取樣點(diǎn)、煤氣成分及煤氣利用率的實(shí)時(shí)檢測，對操作者及時(shí)了解爐內(nèi)工況、優(yōu)化操作提高了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：高爐;煤氣成分;在線分析儀;優(yōu)化改造

中圖分類號：TF321 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）09-0030-03

Abstract： The composition of blast furnace top gas is a direct reflection of the state parameters of blast furnace smelting process， which plays an important role in the normal production of blast furnace， and the top gas analysis system is the premise to ensure the accuracy and timeliness of measurement. This paper introduces the application of blast furnace top gas analysis system in No. 3 blast furnace of Yugang Iron and Steel Co.， Ltd.， as well as the problems existing in practical production since its application， and puts forward some measures for optimization and transformation. The real-time detection of top gas sampling point， gas composition and gas utilization ratio is realized， which improves the strong data support for the operator to understand the working conditions in the furnace in time and optimize the operation.

Keywords： blast furnace; gas composition; on-line analyzer; optimization and transformation

引言

玉溪新興鋼鐵有限公司（簡稱玉鋼）煉鐵廠3#高爐有效容積為1080m3[1]，于2011年5月28日開爐投產(chǎn)。在高爐冶煉生產(chǎn)中，為了保證高爐順利高產(chǎn)，必須及時(shí)掌握高爐爐頂煤氣的成分，高爐爐頂煤氣成分一般含有CO、CO2、H2、CH4、O2等，其中CO、CO2、H2三個(gè)參數(shù)最為重要，CO、CO2、H2的含量一般在21%～26%、15%～20%、0.2%～1.5%左右[2]。通過CO和CO2含量的測量可以實(shí)時(shí)計(jì)算出煤氣利用率，提高煤氣利用率，可以降低綜合燃料比，降低生鐵成本，從而提高出鐵率;通過測量H2含量可判斷冷卻設(shè)備漏水的程度和噴煤在不同時(shí)間段的均勻程度[3]，因此玉鋼3#高爐在設(shè)計(jì)之初，就安裝了爐頂煤氣成分的在線分析系統(tǒng)。

1 玉鋼3#高爐爐頂煤氣分析系統(tǒng)工作流程

玉鋼3#高爐爐頂煤氣分析系統(tǒng)的基本工作流程是將高爐爐頂煤氣通過采樣點(diǎn)上安裝的采樣探頭采樣后，經(jīng)樣氣預(yù)處理單元過濾后，將潔凈、干燥的爐頂煤氣輸送至分析小屋，在小屋內(nèi)通過安裝的煤氣在線分析儀進(jìn)行連續(xù)分析，最后將分析的結(jié)果通過一條通訊電纜傳輸給PLC，最終在計(jì)算機(jī)上顯示爐頂煤氣的含量[4]。工作流程如圖1所示。

2 玉鋼3#高爐爐頂煤氣分析系統(tǒng)存在問題

玉鋼3#高爐爐頂煤氣氣相色譜分析系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)的原因，在多年生產(chǎn)使用中發(fā)現(xiàn)有以下三個(gè)方面的問題：

（1）上位機(jī)顯示取樣點(diǎn)不明確。氣相色譜儀有兩個(gè)取樣點(diǎn)，即一回路取樣點(diǎn)和二回路取樣點(diǎn)，上位機(jī)上無法顯示煤氣含量數(shù)據(jù)來源于哪個(gè)取樣點(diǎn)，如要確認(rèn)數(shù)據(jù)來源于哪個(gè)取樣點(diǎn)，需工作人員到氣相色譜分析間現(xiàn)場查看，單邊耗時(shí)大概10min，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。

（2）上位機(jī)無法記錄變化趨勢。高爐煤氣各組分含量在上位機(jī)上僅顯示即時(shí)數(shù)值，無法顯示高爐煤氣各組分含量的波動(dòng)，也無回看功能，不能監(jiān)控煤氣各組分含量變化趨勢[5]。

（3）上位機(jī)上不能顯示煤氣利用率。在上位機(jī)中不能直接顯示煤氣利用率，如要獲得煤氣利用率，需要工作人員自己計(jì)算。

隨著玉鋼3#高爐產(chǎn)能的不斷增加，上述問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到正常生產(chǎn)，因此解決上述問題，已經(jīng)刻不容緩。

3 解決的方案及措施

3.1 采取的方案

通過多方論證和研究，決定在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行優(yōu)化改造，讓它能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控。

（1）增加在上位機(jī)畫面上查看氣相色譜儀數(shù)據(jù)時(shí)的取樣點(diǎn)來源。

（2）增加高爐煤氣各組分含量與時(shí)間的坐標(biāo)圖，實(shí)時(shí)監(jiān)控煤氣各組分含量的變化，增加數(shù)據(jù)回看功能。

（3）增加在上位機(jī)畫面上顯示高爐煤氣利用率。

3.2 具體的措施

（1）新增一條通訊電纜用于傳輸采樣點(diǎn)信號

從高爐氣相色譜分析室接一根3芯通訊電纜到中控室，用于區(qū)分取樣數(shù)據(jù)來源于一回路還是二回路，其中2芯分別連接采樣點(diǎn)一回路繼電器和二回路繼電器，1芯作為備用[6]。原通訊電纜仍用于傳送煤氣成分?jǐn)?shù)據(jù)。

（2）Step7程序優(yōu)化

a.創(chuàng)建Step7變量

對應(yīng)分析儀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，新建4個(gè)模擬量piw600，piw602，piw604，piw606分別顯示氫氣、一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)夂?。對?yīng)一回來采樣和二回路采樣，新建2個(gè)數(shù)字量E1003.6、E1003.7，它們來自分析儀二個(gè)回路的繼電器上，當(dāng)一回路工作時(shí)I1003.6為1，I1003.7為0，二回路工作時(shí)，I1003.6為0，I1003.7為1，如表1所示[7]。

b.創(chuàng)建PLC程序

先在功能FC20模塊中實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換程序，如圖3所示。然后在在OB1中調(diào)用FC20功能塊，編寫H2、CO、CO2及N2顯示程序，如圖4所示。再根據(jù)煤氣利用率計(jì)算公式（煤氣利用率=二氧化碳/（一氧化碳+二氧化碳）*100%），從歸檔變量中調(diào)用一氧化碳MD244和二氧化碳MD248實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建煤氣利用率MD360計(jì)算程序[8]，如圖5所示。

（3）WinCC程序優(yōu)化

a.創(chuàng)建變量記錄及歸檔

在上位機(jī)的工程里建立相應(yīng)的變量記錄，氫氣MD240，一氧化碳MD244，二氧化碳MD248，氮?dú)釳D252，一回路取樣E1003.6，二回路取樣E1003.7，如表2所示。并將氫氣MD240，一氧化碳MD244，二氧化碳MD248，氮?dú)釳D252，一回路取樣I1003.6，二回路取樣I1003.7變量添加到歸檔文件中[9]。

b.創(chuàng)建顯示畫面及趨

勢圖

從歸檔變量中提取氫氣、一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)?、一回路取樣、二回路取樣及煤氣利用率變量[10]，創(chuàng)建圖6所示畫面和圖7所示趨勢圖[11]。

4 使用效果

玉鋼3#高爐爐頂煤氣成分分析系統(tǒng)于2016年9月8日優(yōu)化改造完成并投入使用，2年多來，系統(tǒng)整體運(yùn)行良好。實(shí)現(xiàn)了在上位機(jī)上對高爐煤氣成分的實(shí)時(shí)監(jiān)測及記錄，并可以準(zhǔn)確的看到數(shù)據(jù)來源于哪個(gè)采樣點(diǎn)，煤氣利用率也一目了然的顯示在上位機(jī)畫面上，不再需要手動(dòng)計(jì)算。這種無滯后的數(shù)據(jù)，能幫助操作者及時(shí)了解爐內(nèi)工況、優(yōu)化操作，提供了及時(shí)有力的數(shù)據(jù)支撐，通過優(yōu)化改造后的高爐煤氣利用率同比提升0.1%，按照玉鋼3#高爐年生產(chǎn)鐵水110萬噸，焦炭1800元/噸，煤氣利用率提高0.1%計(jì)算，每年為高爐節(jié)省成本為：（1100000*0.8）1.8≈158萬元[11]。

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