张钢高炉-转炉煤气混气控制系统

崔丽丹;王长利;张连成;孙玉梅;周翠霞

【摘 要】张店钢铁总厂高炉-转炉混气控制系统主要由高炉、转炉煤气流量双闭环比值控制单元和转炉煤气压力定值控制单元组成.该系统自投运后,保证了高炉、转炉煤气以最佳方式按一定的体积比混合,轧钢加热炉提温显著增快,减少了高炉煤气用量,减少了转炉煤气的排放,节约了能源. 【期刊名称】《山东冶金》 【年(卷),期】2012(034)002 【总页数】2页(P69-70)

【关键词】高炉煤气;转炉煤气;混气;控制系统;PLC 【作 者】崔丽丹;王长利;张连成;孙玉梅;周翠霞

【作者单位】张店钢铁总厂,山东淄博256400;张店钢铁总厂,山东淄博256400;张店钢铁总厂,山东淄博256400;张店钢铁总厂,山东淄博256400;张店钢铁总厂,山东淄博256400 【正文语种】中 文 【中图分类】TP273

张店钢铁总厂目前拥有1座1 350m3高炉，配套1座15万m3高炉煤气柜，主要用户为热风炉、烧结、电厂及轧钢；100t转炉2座，配套1座8万m3转炉煤气柜，主要用户为石灰窑、烤包器。高炉煤气用户较多、消耗量大，同时大量的转炉煤气通过放散塔燃烧放散。为节能减排，设计了高炉-转炉煤气混气控制系统，

将转炉煤气有效掺入高炉煤气供轧钢加热炉使用。

张钢轧钢加热炉系统所需煤气原设计以高炉煤气为主，为实现掺烧转炉煤气，在煤气柜与加热炉煤气主管道之间就近敷设了DN1200和DN800管道，在规定位置将转炉煤气与高炉煤气进行混合，混合后的煤气经原高炉煤气管道送至加热炉，混和气以高炉煤气为主（流量约30 000m3/h），转炉煤气为辅（流量约10 000m3/h）。同时在高炉煤气、转炉煤气管道上分别设置了盲板阀、电动蝶阀和调节阀，从而实现了高炉-转炉煤气的自动混合。混气系统工艺流程见图1。 正常生产情况下，由高炉煤气柜供出到煤气管网的高炉煤气压力相对稳定，压力一般在7.5～8 kPa，而从转炉煤气柜出来的煤气压力一般在2.8 kPa左右。为了能使转炉煤气充分混合到高炉煤气中，增设了1台煤气加压机，经加压后的煤气压力设计在9 kPa；同时为确保加压机机组稳定运行，防止煤气倒流危害人身和机组安全，在加压机进、出总管间增设1条DN400的回流管道，在回流管路上设置1台高密封调节碟阀，通过风机出口压力自动调节阀门开度。使转炉煤气压力工作在9 kPa左右，保证系统稳定、安全运行。

混气控制系统主要由高炉、转炉煤气流量双闭环比值控制单元和转炉煤气压力定值控制单元两部分组成。

双闭环比值控制单元以高炉煤气流量为主被控参数，转炉煤气流量为副被控参数，PLC为控制器，V型锥流量计和差压变送器为检测元件，智能型电动执行器和调节阀为执行元件，实现了高炉、转炉煤气流量双闭环比值控制单元。

为降低加压后转炉煤气压力的波动，同时提高转炉煤气热值的稳定性，系统设置了煤气压力定值控制单元，单元组成见图2。

混气控制系统采用了西门子S7-300系列PLC，运用PID控制算法，采用梯形图语言进行编程，所有监控点均采集进PLC内，通过操作室HMI进行控制和监视，实现了对设备及压力、温度、流量等参数的在线监测，并单独设置操作员站，便于

操作人员准确及时地了解生产及设备运行状况。

S7-300PLC具有多种不同的通讯接口和多种通讯处理器，可以连接Profibus和以太网总线系统，为了满足工艺和生产需求，该系统实现了与加热炉系统的联网，可进行实时双向通讯。

结合生产状况，使高炉、转炉煤气以最佳方式按一定的体积比混合，充分发挥两种煤气热值效益，达到节能增效的效果，为加热炉用户提供可靠、安全、优质的能源。 由于加热炉煤气用户对煤气热值稳定的要求较高，煤气流量的供给要相对稳定。流量双闭环比值控制单元可以保持两种不同热值的煤气按一定的体积比混合，由于比值控制单元参数设定比较复杂，所以系统应具有完善的操作界面，设计了手动、自动、比值等操作模式。当管网压力稳定，流量波动不大，系统可设定在比值操作模式；当煤气压力较小，流量较稳定，系统可退出比值模式，切换到自动状态，操作人员只要根据经验或现场流量反馈值在画面上分别输入高炉、转炉煤气体积，系统自动跟踪煤气流量反馈值，适时调节阀门开度，保证加热炉用户稳定运行；当管网压力波动较大，系统可切换到手动状态，操作人员根据高炉、转炉煤气流量反馈值，在HMI画面上手动调节高炉、转炉煤气调节阀开度，使生产稳定、安全、高效地运行。

由于两种煤气之间存在压差，为保证两种煤气安全混合，防止气体倒流，系统中设计了转炉煤气压力定值控制单元，并在HMI画面上设置了手、自动切换按钮。自动状态时，系统会自动跟踪设定值，及时调节回流管道调节阀，确保转炉煤气压力稳定运行。

由于生产本身的不稳定性，煤气成分会经常出现波动。为使混合后的煤气热值达到最佳，需定时对煤气成分进行采样分析，再通过公式计算出混合煤气的热值。另外混气站与加热炉的实时通讯，可以及时了解加热炉烟气管道的氧含量分析数据，并以此为参考指导生产。

1）PID控制器中比例、积分、微分时间参数的设置直接影响系统的控制精度。分别调整这3个参数，可以使受控对象的响应时间、超调、稳态误差达到系统的要求。根据经验和现场反复实践，对过程变量的历史曲线和设定值进行比较，对PID控制器参数进行整定，消除了稳态误差。

2）为防止由于煤气流量不稳阀门动作频繁，根据现场实践在程序中适时调长了采样时间和系统执行时间，并在上位机设置了小信号切除和延时功能，减少了阀门动作次数，保证阀门可靠运行。

3）流量一次仪表选用了插入式V型锥流量计配EJA智能差压变送器。V型锥形流量计的特点是精度高、稳定性好、量程比宽，且取压口不易堵塞，差压值大，特别适合于脏污煤气的应用。通过采取温压补偿措施，克服了节流装置进行煤气系统流量测量时，温度、压力变化的影响，使计量数据准确，控制稳定。

4）选用智能型防爆电动执行器和高密封调节蝶阀，不仅保证了系统的精度，还消除了安全隐患。

5）为方便检修和日常维护，盲板阀和电动阀还分别设置了就地防爆操作箱，实现了就地和远程PLC操作。

为保证混合后煤气在轧钢加热炉的正常、可靠、安全运行，设置了报警和多级安全联锁。

1）转炉管道的煤气压力联锁。若系统检测到混合后管道压力实际反馈值大于转炉煤气管道压力值，煤气有回流危险，系统声光报警，选择压力联锁按钮后，转炉煤气管路上的调节阀和切断阀关闭（切断阀在远控位置），同时打开回流管道上的调节蝶阀，防止煤气倒流，主控室声光提示阀门关闭动作。2）高炉管道的煤气压力联锁。当混合后的煤气压力大于混合前高炉煤气压力时，声光报警，约2 s后高炉煤气管道上调节阀联锁关闭20%，防止混合后煤气回流。3）当混合后的煤气压力突然降低或者意外中断，系统立即将终端的煤气管道阀门关闭，防止发生高压煤气

向低压煤气倒流的现象。当煤气压力恢复正常后，被关闭的煤气管道自动开启。 煤气混合控制系统自投产以来，运行稳定，实用性强，轧钢加热炉提温显著增快，同时由于高炉煤气用量减少，也保证了其他用户的供给，减少转炉煤气的排放，节约了能源，增加了效益。

Abstrract:The control system mixed blast furnace gas with converter gas at Zhangdian Iron and Steel General Works mainly is consisted of the double closed loop ratio control unit for gas flux of blast furnace and converter, and fixed set point control unit for gas pressure of converter.Since use,this system ensured that optimum mixing ratio between blast furnace gas and converter,fast rising speed for heating furnace of rolling steel,reducing consumption of blast furnace gas and reducing emission of converter gas,saving energy sources.