玉钢3#高炉炉顶煤气分析系统优化改造

孙有斌 丁娱乐

摘  要：高炉炉顶煤气成分是直接反映高炉冶炼过程的状态参数，对高炉正常生产起着至关重要的作用，而炉顶煤气分析系统是保证测量准确性和及时性的前提。文章介绍了高炉炉顶煤气分析系统在玉钢3#高炉中的应用，以及应用以来在实际生产中存在的问题，提出了优化改造的措施，实现了高炉炉顶煤气取样点、煤气成分及煤气利用率的实时检测，对操作者及时了解炉内工况、优化操作提高了强有力的数据支撑。

关键词：高炉;煤气成分;在线分析仪;优化改造

中图分类号：TF321 文献标志码：A 文章编号：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

玉溪新興钢铁有限公司（简称玉钢）炼铁厂3#高炉有效容积为1080m3[1]，于2011年5月28日开炉投产。在高炉冶炼生产中，为了保证高炉顺利高产，必须及时掌握高炉炉顶煤气的成分，高炉炉顶煤气成分一般含有CO、CO2、H2、CH4、O2等，其中CO、CO2、H2三个参数最为重要，CO、CO2、H2的含量一般在21%～26%、15%～20%、0.2%～1.5%左右[2]。通过CO和CO2含量的测量可以实时计算出煤气利用率，提高煤气利用率，可以降低综合燃料比，降低生铁成本，从而提高出铁率;通过测量H2含量可判断冷却设备漏水的程度和喷煤在不同时间段的均匀程度[3]，因此玉钢3#高炉在设计之初，就安装了炉顶煤气成分的在线分析系统。

1 玉钢3#高炉炉顶煤气分析系统工作流程

玉钢3#高炉炉顶煤气分析系统的基本工作流程是将高炉炉顶煤气通过采样点上安装的采样探头采样后，经样气预处理单元过滤后，将洁净、干燥的炉顶煤气输送至分析小屋，在小屋内通过安装的煤气在线分析仪进行连续分析，最后将分析的结果通过一条通讯电缆传输给PLC，最终在计算机上显示炉顶煤气的含量[4]。工作流程如图1所示。

2 玉钢3#高炉炉顶煤气分析系统存在问题

玉钢3#高炉炉顶煤气气相色谱分析系统由于设计的原因，在多年生产使用中发现有以下三个方面的问题：

（1）上位机显示取样点不明确。气相色谱仪有两个取样点，即一回路取样点和二回路取样点，上位机上无法显示煤气含量数据来源于哪个取样点，如要确认数据来源于哪个取样点，需工作人员到气相色谱分析间现场查看，单边耗时大概10min，既费时又费力。

（2）上位机无法记录变化趋势。高炉煤气各组分含量在上位机上仅显示即时数值，无法显示高炉煤气各组分含量的波动，也无回看功能，不能监控煤气各组分含量变化趋势[5]。

（3）上位机上不能显示煤气利用率。在上位机中不能直接显示煤气利用率，如要获得煤气利用率，需要工作人员自己计算。

随着玉钢3#高炉产能的不断增加，上述问题已经严重影响到正常生产，因此解决上述问题，已经刻不容缓。

3 解决的方案及措施

3.1 采取的方案

通过多方论证和研究，决定在现有系统的基础上对其进行优化改造，让它能够实现自动监控。

（1）增加在上位机画面上查看气相色谱仪数据时的取样点来源。

（2）增加高炉煤气各组分含量与时间的坐标图，实时监控煤气各组分含量的变化，增加数据回看功能。

（3）增加在上位机画面上显示高炉煤气利用率。

3.2 具体的措施

（1）新增一条通讯电缆用于传输采样点信号

从高炉气相色谱分析室接一根3芯通讯电缆到中控室，用于区分取样数据来源于一回路还是二回路，其中2芯分别连接采样点一回路继电器和二回路继电器，1芯作为备用[6]。原通讯电缆仍用于传送煤气成分数据。

（2）Step7程序优化

a.创建Step7变量

对应分析仪传输的数据，新建4个模拟量piw600，piw602，piw604，piw606分别显示氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气含量。对应一回来采样和二回路采样，新建2个数字量E1003.6、E1003.7，它们来自分析仪二个回路的继电器上，当一回路工作时I1003.6为1，I1003.7为0，二回路工作时，I1003.6为0，I1003.7为1，如表1所示[7]。

b.创建PLC程序

先在功能FC20模块中实现模拟量转换程序，如图3所示。然后在在OB1中调用FC20功能块，编写H2、CO、CO2及N2显示程序，如图4所示。再根据煤气利用率计算公式（煤气利用率=二氧化碳/（一氧化碳+二氧化碳）*100%），从归档变量中调用一氧化碳MD244和二氧化碳MD248实时数据，创建煤气利用率MD360计算程序[8]，如图5所示。

（3）WinCC程序优化

a.创建变量记录及归档

在上位机的工程里建立相应的变量记录，氢气MD240，一氧化碳MD244，二氧化碳MD248，氮气MD252，一回路取样E1003.6，二回路取样E1003.7，如表2所示。并将氢气MD240，一氧化碳MD244，二氧化碳MD248，氮氣MD252，一回路取样I1003.6，二回路取样I1003.7变量添加到归档文件中[9]。

b.创建显示画面及趋

势图

从归档变量中提取氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、一回路取样、二回路取样及煤气利用率变量[10]，创建图6所示画面和图7所示趋势图[11]。

4 使用效果

玉钢3#高炉炉顶煤气成分分析系统于2016年9月8日优化改造完成并投入使用，2年多来，系统整体运行良好。实现了在上位机上对高炉煤气成分的实时监测及记录，并可以准确的看到数据来源于哪个采样点，煤气利用率也一目了然的显示在上位机画面上，不再需要手动计算。这种无滞后的数据，能帮助操作者及时了解炉内工况、优化操作，提供了及时有力的数据支撑，通过优化改造后的高炉煤气利用率同比提升0.1%，按照玉钢3#高炉年生产铁水110万吨，焦炭1800元/吨，煤气利用率提高0.1%计算，每年为高炉节省成本为：（1100000*0.8）1.8≈158万元[11]。

参考文献：

[1]李佳俊.玉钢1080m3高炉卡卢金热风管道高效修复实践[J].昆钢科技，2018（3）：23-24.

[2]刘俊华.高炉炉顶煤气分析系统初探[J].攀钢技术，2002，25（3）：108-110.

[3]周荣富，郭新年，刘俊华.高炉炉顶煤气分析系统[J].兵工自动化，2006，25（1）：79-80.

[4]余威庭，黄振泰，胡子航.高炉炉顶煤气在线气体分析系统应用[J].分析仪器，2012（5）：59-62.

[5]乔振刚.高炉煤气分析仪取样方式的改进和应用[J].包钢科技，2016，42（6）：68-71.

[6]田叶，刘远，詹悦.2500m3高炉TRT控制系统[J].重庆钢铁装备与工艺技术，2018，61（2）：16-19.

[7]熊家慧.基于PLC实现高炉炉顶控制系统的改造与研究[J].电气时代，2018（10）：93-95.

[8]廖常初.S3-300/400 PLC应用技术[M].机械工业出版社，2008.

[9]夏侯洪波，姜锐，李忠民.西门子PLC与Wincc在高炉热风炉控制系统的应用[J].中国设备工程，2011（2）：46-47.

[10]张峰.WinCC组态软件在高炉槽下配料系统中的应用[J].山东冶金，2009，31（1）：56-57.

[11]苏昆哲.深入浅出西门子WINCC（第二版）[M].北京航空航天大学出版社，2004.

[12]苗辉.气相色谱分析系统在安钢3号高炉的应用[J].中国仪器表，2014（05）：59-61.