4350m3高炉煤气放散点火自动控制的研究与应用杜宇,任建中,赵建宏(山西太钢不锈钢股份有限公司自动化公司,山西太原030003)摘要:介绍了采用西门子S7-300系列PLC和WinCC软件实现高炉煤气放散点火的自动控制功能,重点阐述了系统的改造内容、方案及改造效果。实现了天然气取代焦炉煤气作为燃料气体,从而能够有效防止煤焦油堵塞管道同时能够大量节省燃料气体的使用量。关键词:PLCWinCC堵塞节省使用量4350m3高炉是太钢集团容积最大的高炉,煤气放散点火系统的作用:一是通过调节放散管的压力调节阀开度,保证高炉煤气总管道压力稳定,尽可能地减少放散、节约能源;二是通过点火燃烧控制装置将高炉煤气放散过程中放散的高炉煤气进行充分燃烧,减轻对生产现场人员的危害、减少对大气的污染,保证高炉生产的安全稳定。1设备组成及工艺简介4350m3高炉放散塔具有3个火炬,每个火炬的系统如图1所示。火炬的顶部安装3个长明灯、3个点火抢、4个热电偶。其中,1个长明灯、1个点火抢、1个热电偶构成一个点火装置,点火枪对长明灯点火,长明灯的燃烧介质是焦炉煤气,点火成功后靠近长明灯的热电偶能够迅速反应温度的上升。一旦长明灯点着后,在火炬口有伴烧的焦炉煤气的情况下,如果火炬中有高炉煤气,那么放散火炬将自动点燃,形成3m左右的大火焰,主火焰附近的1个热电偶迅速反应出温度的变化,控制装置由此判断放散点火成功。系统是否放散,由调节阀控制,当排放气体的压力高于预先设置的压力后,调节阀自动打开,同样排放气体的压力持续低于预设压力时,调节阀关闭。系统中分子封能够使火炬中保持正压,避免空气进入火炬,防止发生爆炸。2改造前的状况改造前使用的燃料气和伴烧气均是焦炉煤气,焦炉煤气含有煤焦油,易堵塞管道,当管道出现堵塞后,必须进行蒸汽吹扫。因此,系统一直没有投入自动方式,放散由PID调节器自动工作,点火必须由操作人员在现场操作,为了防止点火不及时的危险情况出现,现有的电磁阀组没有使用,燃料气和伴烧气均是通过旁通管工作,长明灯时刻点亮。控制器使用的是西门子S7-200,没有上位机操作画面,远程调度室不能操作。3系统的改造内容、方案及改造效果3.1改造思路本次改造的目的是为了获得功能提升,经分析应具有以下三种功能:就地手动模式、远程手动模式和远程自动模式,其中就地/远程手动模式比较容易实现,就地手动模式的放散控制由安装在控制柜顶端的PID调节器实现,远程手/自动模式的放散控制均有PLC自带的PID软件来实现。要实现自动模式最关键的环节是必须防止焦炉煤气中的煤焦油堵塞供气管道。由于天然气是一种纯净气体,不含其他成分,使用天然气后将最大程度地防止堵塞,另一方面,天然气的热值比较高,也更易于燃烧。同时,采用自动点火模式后,确保PLC控制天然气电磁阀只在点火时才使用天然气,这样可以极大地减少燃料气的使用量,减少成本。3.2系统硬件配置硬件部分主要有PLC控制系统和能源环境采集系统两部分组成,这里主要阐述的是PLC控制系统。可编程逻辑控制器(PLC)是自动控制、计算机、通信技术相结合的产物,可靠性高、适应性强,具有通信功能、编程方便、结构模块化等特点,是一种专门用于工业生产现场过程控制的设备[1]。本次改造使用的PLC是西门子S7-300系列的产品,功能强且易扩展,同时与调度中心的WinCC(西门子公司的工控产品)平台容易连接。系统中有3个放散火炬,为了实现每个火炬的独立性,火炬之间互相不干扰,硬件配置3个S7-300PLC控制器单元。系统配置如图2所示。PLC硬件配置如表1所示。3.3系统软件设计控制系统使用软件包括:PLC编程软件为step7V5.5;上位机使用软件为WinCC7.0SP1。PLC的软件功能主要包括放散模块和点火模块,两者既相互联系又相互独立,其流程图如下图3和图4所示。3.3.1操作功能启动点火:实现半自动、全自动、硬手动点火的控制与显示。停止点火:控制高压电相关设备和某些工艺参数的接通与断开。试报警:实现点火失败的报警系统。3.3.2显示功能本系统的上位机WinCC组态画面具有显示实时趋势、历史趋势、过程即时值以及当前报警的功能。实时趋势:包括3个放散压力趋势,主要在整定PID参数时显示,方便优化参数。历史趋势:主要包括3个放散压力趋势、12个热电偶温度趋势、3个伴烧阀的压力趋势。过程即时值:显示当前的热电偶温度、实时的阀位开度、压力设定值、电磁阀的开关情况、远程或者就地操作的选择方式、手动点火的画面显示等。报警功能:显示点火失败、放散压力高等趋势。3.4系统设计中的难点3.4.1PID的设定值高炉煤气通过3个放散火炬放散,每个调节阀使用1个PID模块进行调节,而且每个PID模块均是以高炉煤气的压力做设定参数,如果所有的整定值都一样,将使现场控制比较混乱。为此,解决的办法是为每个放散火炬设定不同的放散压力,比如:1号火炬设定压力12kPa,2号火炬设定压力12.5kPa,3号火炬设定压力13kPa,这样1号、2号、3号火炬依次投入使用,而且如果1号、2号能满足放散要求的情况下,3号不必投入使用。3.4.2重复点火的设计如果出现一次点火不成功的情况,必须进行二次点火、甚至多开点火。解决办法:在软件编写时编写3min30s为1个周期的矩形波程序,因为每次点火以后,点火器必须休息3min,反复点火,第一次点火不成功时即显示报警信号,如果后续点火成功,报警能够自动复位,便于维修时发现问题。4结语在投入自动方式之前,12个DN50mm管道的焦炉煤气每天24h的不断供应作为长明灯的燃烧介质,同时也作为伴烧环的燃烧介质,焦炉煤气压力在10~20kPa之间,投入自动放散模式后,助燃气体改为天然气,而且只在有高炉放散时才供应,高炉煤气平均下来每天最多放散5min,相比原来消耗的焦炉煤气量可以忽略不计。参考文献[1]廖常初.西门子S7-300.400应用技术[M].北京:机械工业出版社,2008.