自动控制技术在高炉煤气净化系统中的应用

王姗姗

(安阳钢铁股份有限公司)

自动控制技术在高炉煤气净化系统中的应用

王姗姗

(安阳钢铁股份有限公司)

随着科技进步和电气自动化技术的更新，高炉煤气全干法除尘技术取得了长足的发展，本文阐述了基于现场总线、可编程控制器、工业微机和工业以太网的自动化技术在该系统中的应用，以及高炉煤气全干式布袋除尘器自动控制的全过程。

干法除尘 自动控制系统 可编程控制器

0 引言

高炉煤气净化系统过去采用湿法除尘，该方法虽然能达到一定的除尘效果，但存在水污染及煤气热值降低等问题。近年来随着高温滤料的问世和自动化控制技术的发展，为高炉煤气干法除尘控制技术开辟了新的途径。高炉煤气干法除尘技术，不仅可以显著降低炼铁过程的水消耗，还可以提高二次能源的利用效率，减少环境污染，已经成为高炉炼铁技术的发展方向，属于冶金工业的绿色环保技术，在当今国内严峻的环保形势下，具有重要意义。

笔者论述了干法除尘技术自动控制系统的工艺流程、煤气温度的控制工艺、自动控制系统的硬件、软件、及整个过程控制的范围。

1 布袋除尘工艺流程

高炉荒煤气经重力除尘器旋风除尘器后进入布袋除尘器进气总管,经各支管进入布袋除尘器筒体,除尘后的净煤气经布袋除尘器出气总管进入净煤气管道,经调压阀组或TRT,入净煤气管网。 在旋风除尘器和布袋除尘器之间一旁路,加设冷热交换器,用于煤气的升温和降温。 主要难点在于调温系统:采用全干法布袋除尘工艺技术,各方面的综合效益非常显著,对企业而言有很强的吸引力,之所以推广困难,最主要的原因是大流量的煤气在瞬间内完成调温(特别是升温)非常困难,一旦发生烧布袋或糊布袋,不但造成更换布袋的直接经济损失,更严重的是无法维持高炉正常生产,况且更换布袋需要较长的时间,这正是干法布袋工艺难以推广的原因之一。目前,精料、熟料方针的推广、操作管理水平的提高,布袋耐用、耐温水平的提高,都使这一矛盾相对减弱,但从根本上讲,采用全干法除法工艺技术的先决条件是必须有长期可靠的煤气调温控制系统。大高炉长期运行时,煤气温度偏高的情况多余偏低的情况,但低温情况仍然存在,温度高烧布袋,温度低糊布袋,因此应同时具备工业区气的升温和降温两种措施。

图1 布袋除尘工艺流程

2 干法除尘器对煤气温度的控制

2.1 干法除尘器对煤气温度的要求

为了保证干法除尘器的正常运行，煤气温度的控制对干法除尘器的滤袋材质起到决定性的影响。如果除尘器的煤气入口温度在110 ℃～250 ℃，则会延长滤袋寿命，温度过高，会烧毁滤袋现象，温度过低，煤气中的水蒸气凝结，会导致糊袋。因此，入口煤气温度的控制，对干法除尘器非常重要。

2.2 煤气温度的控制方法

当干法除尘器的入口煤气温度低于40 ℃～80 ℃时，理论上会发生结露和糊袋现象，实际操作中，不需要增设增温设备，结合鼓风中的水和焦炭水分含量，在操作工艺上采取措施即可。为了防止煤气温度过高对除尘器滤袋造成影响，一般工艺上，在重力除尘器和干法除尘器之间安装热交换器，当煤气温度过高时，热交换器投入使用，当煤气温度达到规定值时，热交换器退出，以此达到控制温度的目的。

3 自动化控制系统

3.1 自动化控制系统硬件

3#高炉煤气的全干法除尘系统采用硬件结构坚固的可编程控制器即plc,主机选用10槽结构，远程I/O机架为10槽和16槽结构，PLC主机架和扩展机架的连接也采用远程I/O模块，双缆方式连接，进一步提高了系统的可靠性，上位系统工控机位于高炉主控室内，用于监视系统的工作情况。

图2 高炉煤气干法除尘自动化监控系统结构示意图

3.2 自动化控制系统软件

3#高炉煤气干法除尘自动化控制系统的上位操作系统软件选用Windows 2000 Professional 中文版操作系统。上位组态软件选用Intouch 8.0中文版，通过上位组态软件，可以将现场数据快速显示在屏幕上，可以通过CRT上的按钮来取代真正的按钮完成对现场设备的操作，记录数据曲线，实时完成现场情况的分析和操作。

系统选用的Concept操作员站组态软件具有以下功能：

(1)信息量大，极大方便应用开发人员的使用

(2)支持多种操作平台：Windows NT/2000等

(3)具有软件保护功能，安全、可靠

(4)符合IEC 1131-3标准的多种编程模式

3.3 自动化系统的控制范围

3.3.1 自动控制在换热器系统中的应用

自动化控制系统在自动方式时，当荒煤气总管温度大于250 ℃或者重力除尘器后荒煤气温度大于270 ℃，程序会自动把换热器管道旁路的蝶阀打开并开到位，再关闭主管道的蝶阀；当重力除尘器后荒煤气温度小于240 ℃或者荒煤气总管道温度小于190 ℃的时候打开主管道的蝶阀并在开到位后，关闭旁路蝶阀。上述操作也可在手动状态下进行。保证从重力除尘器出口的煤气通向干法除尘系统的一条通道是打开的。

3.3.2 自动控制在卸灰系统的应用

卸灰系统通过球阀、卸灰阀和仓壁振动器实现对干法除尘系统的自动卸灰。当除尘器箱体的灰位达到高灰位时，自动打开球阀、卸灰阀、开启仓壁振动器开始卸灰。当达到低灰位时，反向操作停止卸灰。每次只能操作一个箱体，防止同时有两个以上箱体达到高灰位，堵塞输灰管道。布袋除尘灰最终输送至大灰仓。

3.3.3 自动控制在料位计系统的应用

自动控制系统对料位计的控制，大大减少了料位计信号的误报，分体式料位计，消除了高位灰尘及仓壁振动器对系统干扰的隐患。

3.3.4 自动控制在含尘量监测系统的应用

煤气含尘量监测系统如图3所示，通过测量静电荷的变化，判断布袋除尘系统运行是否正常，使插入箱体管道中的传感器及时检测到电荷量值，并输出给变送器，即通过颗粒与管壁、布袋之间的碰撞和摩擦，形成静电场的变化，通过这个变化来反映粉尘含量的变化。

图3 高炉煤气含尘量监测系统示意图

在图3中：传感器，包括布袋除尘各箱体净煤气出口传感器、荒煤气总管传感器和净煤气总管传感器检测电荷信号，根据箱体数量的增加，传感器数量也相应增加；变送器进行从电荷信号到电压信号的转换，并进行硬件补偿，根据传感器数量的增加，变送器数量也相应增加；安全栅具有防爆功能；系统主板具有A/D 转换及数据补偿功能；供电ups单元为系统供电；液晶显示器显示各布袋净煤气出口。

由传感器测得电信号进入变送器，经过电荷信号到电压信号的转换并进行补偿后，进入安全栅阵列进行防爆隔离，然后进入系统主板进行A/D转换及补偿，再以4mA-20mA标准电流信号输出。任意箱体有布袋破裂时，此箱体含尘量值上升，此时，净煤气总管的含尘量也会有所上升，系统此时在监视盘和上位机上现实故障并报警，方便维护人员发现和及时处理问题。

布袋除尘自动控制系统的特点和亮点是：

(1)传感器表面采用特殊涂覆材料。

(2)接地网的制作采用传感器端悬空，变送器端接地的连接方式。

(3)通过测量静电荷的变化，判断除尘系统的运行是否正常。

(4)硬件和软件都采用了补偿的方式。

(5)系统的各个画面可以自由切换，所有重要的数据都有自动记录曲线。

(6)使用UPS供电，系统掉电后可保证15分钟自动供电。

(7)PLC系统具有标准的以太网接口，通过交换机可以实现PLC与上位机之间的数据传输。

安钢3#高炉煤气全干法除尘技术，填补了国内的空白，技术达到国内领先水平，特别是系统中的自动控制技术，为该系统在冶金行业的重点推广应用，做出了积极贡献。

4 自动控制技术在3#高炉煤气净化系统中的应用效果、工艺效果及应用效果

自动控制技术在3#高炉煤气净化系统中应用，实现了远程集中控制和自动化控制系统的稳定运行，其在达到的应用效果如下。

(1)全干法除尘在运行中通过脉冲反吹布袋除尘技术，基本实现了粉尘的充分回收。

(2)排出煤气压力损失小，温度高，比老式的湿法除尘高出110 ℃～180 ℃，经过干法除尘后的煤气热值高、水分低、可应用的领域大。如果热风炉采用干式热煤气可提高热风温度55℃左右，相应降低炼铁焦比8 KG/tFe。

(3)具有投资省、占地少、建设周期短、运行成本低等优点，在当前的扬尘治理，环境保护的大形势下，省掉了湿法除尘建设大型洗水塔、沉淀池等的投资和占地，杜绝了大量污泥、污水的污染。

5 结语

安钢3#高炉采用全干式除尘技术对高炉煤气进行除尘，取代原有湿法除尘系统，并实现全过程的自动控制技术，具有明显的经济和社会效益，达到了理想的使用效果。总之，全干法除尘及其自动控制技术，使我们的除尘工艺水平又上了一个新台阶，为推动我国大型高炉进一步向节能、环保、高效等方面的发展，迈出了新的一步。

[1] 张福明，现代大型高炉关键技术的研究与创新[J].工程与技术,2008,1:3-4

[2] 向君中.高炉煤气布袋除尘是重要的环保节能工程[J].冶金环境保护,2000,6:1-5

[3] 张瑞平,赵士骐,吴利勤.布袋除尘器的应用与前景[J].煤气与热力,2004,4:4-6

APPLICATION OF AUTOMATIC CONTROL TECHNOLOGY IN BLAST FURNACE GAS CLEANING SYSTEM

Wang Shanshan

(Anyang Iron and Steel Stock Co.,Ltd. )

With the technical progress and the upgrading of electric-automation control technology,the BFG dry bag type dust collecting technology has taken quite great development. It expound emphatically the application of integrated automatic thchnology based on field bus,PLC,intustrial computer and Ethernet network.And automatic control process of dusting system in blast furnace etc.

Dry dusting Automation control system PLC

，中级职称，河南.安阳(455004)，安钢钢铁股份有限公司技改工程处;

2016-9-16