萊鋼熱風(fēng)爐群控技術(shù)應(yīng)用

李繼鋒，劉 曉

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司，山東 濟(jì)南 271104）

1 萊鋼銀山型鋼煉鐵廠概況

山東鋼鐵集團(tuán)萊蕪分公司銀山型鋼煉鐵廠建有2座1 880 m3和1座3 200 m3高爐，配套熱風(fēng)爐共10座。每座1 880 m3高爐配備3座熱風(fēng)爐，燒爐制度不固定，正常情況下一燒一燜一送，特殊情況為一燒兩送或兩燒一送，送風(fēng)量4 100～4 250 m3/min。3 200 m3高爐配備4座熱風(fēng)爐，燒爐制度為兩燒兩送，送風(fēng)量6 250～6 350 m3/min。

2 熱風(fēng)爐生產(chǎn)現(xiàn)狀

3座高爐的熱風(fēng)爐均采用人工手動(dòng)燒爐操作工藝，穩(wěn)定性差、能耗高。3座高爐獨(dú)立運(yùn)行，熱風(fēng)爐生產(chǎn)信息沒(méi)有共享，操作人員無(wú)法及時(shí)、高效地溝通。3座高爐存在熱風(fēng)爐換爐時(shí)間或同時(shí)燒爐時(shí)間重疊現(xiàn)象，導(dǎo)致煤氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)較大（波動(dòng)范圍6～12 kPa），不僅對(duì)熱風(fēng)爐燒爐造成不利影響，同時(shí)對(duì)整個(gè)煤氣管網(wǎng)下的各類(lèi)燃燒裝置都有不利影響。

基于當(dāng)前現(xiàn)狀，亟需提高熱風(fēng)爐自動(dòng)化控制水平，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐優(yōu)化燒爐及多座熱風(fēng)爐協(xié)調(diào)換爐，確保煤氣系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3 群控應(yīng)用方案

群控技術(shù)是一種成熟完善、可行性良好的優(yōu)化控制手段，其應(yīng)用已覆蓋到燃?xì)忮仩t、加熱爐、回轉(zhuǎn)窯等十幾種燃燒裝置上[1]。通過(guò)論證，群控技術(shù)適用于熱風(fēng)爐當(dāng)前生產(chǎn)實(shí)際，高爐熱風(fēng)爐優(yōu)化控制及群控系統(tǒng)改造分兩個(gè)階段實(shí)施。

第一階段為高爐熱風(fēng)爐單體優(yōu)化控制[2]，立足于高爐熱風(fēng)爐最基本的測(cè)控儀表，與原控制系統(tǒng)通過(guò)OPC/MODBUS通訊方式連接，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期可靠的全自動(dòng)優(yōu)化燒爐。這是目前國(guó)內(nèi)熱風(fēng)爐普遍采取的燒爐工藝，為應(yīng)用群控技術(shù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

第二階段為高爐熱風(fēng)爐區(qū)域群控系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)10座熱風(fēng)爐集中控制。通過(guò)設(shè)置一臺(tái)熱風(fēng)爐信息集成系統(tǒng)服務(wù)器作為群控優(yōu)化站，通過(guò)工業(yè)防火墻與1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)高爐熱風(fēng)爐優(yōu)化控制站相連。群控優(yōu)化站采集到10座熱風(fēng)爐實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，預(yù)測(cè)潛在的換爐時(shí)機(jī)重疊情況并進(jìn)行拆解，形成換爐協(xié)調(diào)指令。換爐協(xié)調(diào)指令最終會(huì)傳輸?shù)礁鳠犸L(fēng)爐單體優(yōu)化系統(tǒng)，單體優(yōu)化系統(tǒng)根據(jù)換爐協(xié)調(diào)指令控制各熱風(fēng)爐適當(dāng)提前或延遲完成燒爐操作，最大限度避免熱風(fēng)爐換爐時(shí)間重疊。同時(shí)，群控服務(wù)器會(huì)從群控優(yōu)化站實(shí)時(shí)獲取各熱風(fēng)爐運(yùn)行數(shù)據(jù)，并以Web發(fā)布形式向局域網(wǎng)用戶(hù)發(fā)布熱風(fēng)爐實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)及各種統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，熱風(fēng)爐各級(jí)管理人員可通過(guò)訪問(wèn)群控服務(wù)器了解各熱風(fēng)爐生產(chǎn)信息。

4 協(xié)調(diào)換爐原理

正常情況下，熱風(fēng)爐同時(shí)在網(wǎng)設(shè)備數(shù)量應(yīng)為3～4個(gè)，但是在實(shí)際生產(chǎn)中，高爐休風(fēng)等特殊工況破壞了熱風(fēng)爐正常的生產(chǎn)節(jié)奏，不可避免地人工介入對(duì)換爐與燒爐時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，如3號(hào)高爐熱風(fēng)爐雙燒及1號(hào)、2號(hào)高爐熱風(fēng)爐換爐重疊時(shí)，熱風(fēng)爐同時(shí)在網(wǎng)設(shè)備將達(dá)到6個(gè)，煤氣管網(wǎng)壓力急劇波動(dòng)。

為解決上述生產(chǎn)問(wèn)題，熱風(fēng)爐專(zhuān)家提出了建立高爐熱風(fēng)爐換爐時(shí)機(jī)協(xié)調(diào)模塊的解決方案，如下頁(yè)圖1所示，目標(biāo)是在不影響熱風(fēng)爐正常燒爐與送風(fēng)的前提下，徹底避免熱風(fēng)爐同時(shí)換爐。換爐時(shí)機(jī)協(xié)調(diào)是在3座高爐狀態(tài)信息互通，綜合彼此燒爐時(shí)間、送風(fēng)時(shí)間和換爐周期的基礎(chǔ)上，結(jié)合單體燒爐可調(diào)整空間，協(xié)調(diào)各熱風(fēng)爐換爐時(shí)機(jī)，最終使在網(wǎng)熱風(fēng)爐設(shè)備數(shù)保持基本穩(wěn)定的一種方法。

圖1 高爐熱風(fēng)爐換爐時(shí)機(jī)協(xié)調(diào)模塊功能示意圖

換爐時(shí)機(jī)協(xié)調(diào)模塊可預(yù)測(cè)每座高爐熱風(fēng)爐的換爐時(shí)間，當(dāng)2座或多座熱風(fēng)爐換爐時(shí)間重合時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整相應(yīng)熱風(fēng)爐的燒爐時(shí)間及燒爐強(qiáng)度，進(jìn)而錯(cuò)開(kāi)這些熱風(fēng)爐的換爐時(shí)間，模塊也可自動(dòng)判斷當(dāng)前處于送風(fēng)狀態(tài)熱風(fēng)爐的送風(fēng)能力，并優(yōu)先安排送風(fēng)能力已經(jīng)較弱的熱風(fēng)爐提前換爐，這一過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)。

通過(guò)以下操作，高爐熱風(fēng)爐換爐時(shí)機(jī)協(xié)調(diào)模塊可在盡可能保證換爐協(xié)調(diào)不影響正常單體燒爐的情況下，最大限度減少重疊換爐時(shí)間，使在網(wǎng)設(shè)備數(shù)量保持穩(wěn)定，緩解由于高爐熱風(fēng)爐內(nèi)部使用煤氣量波動(dòng)較大引起的煤氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)。

1）通訊檢測(cè)。檢測(cè)由熱風(fēng)爐單體傳入的數(shù)據(jù)是否正常，正常則執(zhí)行下一步。

2）數(shù)據(jù)采集?；緮?shù)據(jù)計(jì)算及預(yù)處理：包含讀取各表信息、計(jì)算當(dāng)前設(shè)備常量、實(shí)際在網(wǎng)設(shè)備數(shù)，做出決策判斷管網(wǎng)此時(shí)用煤氣設(shè)備數(shù)量是否符合設(shè)計(jì)預(yù)期等。

3）燒爐中期通過(guò)廢氣溫升、3號(hào)高爐熱風(fēng)爐歷史峰谷值預(yù)測(cè)當(dāng)前爐（1號(hào)或2號(hào)高爐熱風(fēng)爐）廢氣燒到目標(biāo)溫度值后，3號(hào)高爐熱風(fēng)爐的燒爐狀態(tài)是單燒還是雙燒，并據(jù)此計(jì)算出燒爐時(shí)間長(zhǎng)度是延長(zhǎng)還是縮短，進(jìn)而修正燒爐強(qiáng)度。

4）在1號(hào)或2號(hào)高爐熱風(fēng)爐燒爐末期，根據(jù)當(dāng)前3號(hào)高爐燒爐設(shè)備數(shù)，判斷是否可以立即送風(fēng)。若換爐時(shí)間重疊，應(yīng)在工藝允許的廢氣溫度下限和上限之間重新確定本次燒爐終點(diǎn)廢氣溫度值，以避開(kāi)3號(hào)高爐熱風(fēng)爐換爐時(shí)間，同時(shí)為下一次換爐進(jìn)行正確的燒爐時(shí)間移位。

高爐熱風(fēng)爐協(xié)調(diào)換爐控制邏輯[3]如圖2所示。

圖2 高爐熱風(fēng)爐協(xié)調(diào)換爐控制邏輯

正常情況下，熱風(fēng)爐同時(shí)在網(wǎng)設(shè)備數(shù)量應(yīng)為3～4個(gè)（即應(yīng)有3座或4座熱風(fēng)爐處于燒爐狀態(tài)）。但當(dāng)3號(hào)高爐熱風(fēng)爐雙燒、1號(hào)和2號(hào)高爐熱風(fēng)爐換爐重疊時(shí)，熱風(fēng)爐同時(shí)在網(wǎng)設(shè)備將達(dá)到6個(gè)。當(dāng)3號(hào)高爐熱風(fēng)爐雙燒、1號(hào)或2號(hào)高爐熱風(fēng)爐進(jìn)行換爐操作，或當(dāng)3號(hào)高爐熱風(fēng)爐單燒時(shí)、1號(hào)和2號(hào)高爐熱風(fēng)爐進(jìn)行換爐操作，熱風(fēng)爐同時(shí)在網(wǎng)設(shè)備將達(dá)到5個(gè)。對(duì)2019年8月24—27日，群控系統(tǒng)投用前熱風(fēng)爐現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖3所示，在網(wǎng)熱風(fēng)爐數(shù)量變化頻繁，大量出現(xiàn)5座熱風(fēng)爐處于燒爐狀態(tài)的情況，即使是6座熱風(fēng)爐處于燒爐狀態(tài)的極端情況也偶有發(fā)生。

圖3 群控系統(tǒng)投用前熱風(fēng)爐在網(wǎng)設(shè)備數(shù)72 h統(tǒng)計(jì)

群控系統(tǒng)于2019年11月12日上線運(yùn)行，運(yùn)行效果良好，基本避免了同時(shí)換爐現(xiàn)象的發(fā)生，由系統(tǒng)自動(dòng)生成的熱風(fēng)爐在網(wǎng)設(shè)備數(shù)統(tǒng)計(jì)圖，如圖4所示。群控系統(tǒng)投用后在網(wǎng)熱風(fēng)爐數(shù)量更加穩(wěn)定，完全避免了6座熱風(fēng)爐處于燒爐狀態(tài)的極端情況發(fā)生，出現(xiàn)5座熱風(fēng)爐處于燒爐狀態(tài)的情況也大幅減少。

圖4 群控系統(tǒng)投用后熱風(fēng)爐在網(wǎng)設(shè)備數(shù)72 h統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用高爐熱風(fēng)爐優(yōu)化控制及群控系統(tǒng)，熱風(fēng)爐管理水平提高，實(shí)現(xiàn)了熱風(fēng)爐系統(tǒng)集中監(jiān)控、自動(dòng)分析、Web發(fā)布和生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享等功能。實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期可靠的全自動(dòng)優(yōu)化燒爐，長(zhǎng)期自控率達(dá)到90%以上，同等送風(fēng)溫度下節(jié)省煤氣2%以上，預(yù)期投資回收期僅為10.8個(gè)月。

通過(guò)實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐群控控制，熱風(fēng)爐的運(yùn)行更加穩(wěn)定，燒爐設(shè)備數(shù)大部分時(shí)間可以穩(wěn)定在3～4座之間，避免換爐時(shí)間重疊，減少因同時(shí)換爐導(dǎo)致的煤氣壓力波動(dòng)，具有很好的推廣價(jià)值。