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   赖军华 （1981-）

    男，年毕业于南昌航空大学测控系，学士学位，助理工程师，主要从事工业自动化系统设计开发与维护。




    摘  要：本文主要介绍了新钢公司三期技改炼焦工程中西门子PCS7在155T干熄焦系统中的应用。概述了有关工艺流程、系统功能、硬件配置，重点介绍了干熄焦的装焦系统、锅炉系统、排焦系统等。

    关键词：PCS7；干熄焦；自动装焦；锅炉

    Abstract: This paper mainly introduces the application of Siemens PCS7 in 155T CDQ(Dry Coke Quenching) in the third technical coking project of steel company. We give an overview of the process, system function, hardware configuration, and focus on the introduction of CDQ coke loaded systems, boiler systems, automatic out of coke systems, such as coke.

    Key words: PCS7; CDQ; automatic loading of coke; boiler

    循环经济和绿色经济是目前我国大型生产企业的发展方向，干熄焦即是在如此环境下孕育诞生的。作为国家重点推荐的清洁生产技术，新钢公司三期技改焦化厂熄焦方式采用了中日联的干熄焦技术，与湿熄焦相比，不仅有节水、节能、污染少、焦炭强度高等优点，而且给企业带来了更多的经济效益。

    1 干熄焦工艺流程及设备

    1.1 工艺流程

    从焦炉炭化室中推出的950℃~1050℃的红焦经过拦焦机的导焦栅落入焦罐车里，焦罐车由电机牵引至干熄焦装置提升井架底部，提升机将焦罐提升至井架顶部，再平移到干熄炉炉顶，通过炉顶装入装置将焦炭装入干熄炉，除尘系统通过控制干熄炉内的压力，防止粉尘外逸及空气进入预存段，装料完毕后，炉盖自动关闭。在干熄炉中，焦炭与惰性气体直接进行热交换，冷却至250℃以下。冷却后的焦炭经排焦装置送到胶带输送机上，送到焦化的筛焦系统。

           


                        图1   干熄焦 CDQ工艺流程

    180℃以下的惰性气体由循环风机通过干熄炉底的供气装置鼓入炉内，与红焦进行热交换，出炉 的惰性气体温度大致为850℃。热地惰性气体夹带大量的焦粉经过一次除尘器进行除尘后，进入废热锅炉进行换热，在这里惰性气体温度降至200℃以下。冷惰性气体由锅炉出来，经过二次除尘器除尘后由循环风机加压再经过二次换热器后送入干熄炉冷却段循环使用。

    供水系统将工业水进行除盐、除氧、化学药物处理，经过加温、加压后供给锅炉，通过与锅炉管道内高温循环气体的热交换，产生的蒸汽并入新钢公司蒸汽管网或用于汽轮发电机发电。
   
    1.2 干熄焦设备

    干熄焦装置主要设备包括：焦罐及其装载车、电机车、提升装置、装入装置、干熄炉、排焦装置、鼓风装置、循环风机、锅炉、一次除尘、二次除尘等。

    2 系统硬件配置及设计

    2.1 控制系统硬件配置

    新钢155T干熄焦本体及锅炉的自动化控制系统，使用了德国Siemens公司的PCS7的CPU 414-4 H PLC控制器和WINCC 6.2 SP2系统。PCS7系统安装在2台操作员工作站上，其WINCC6.2用于对干熄焦系统的操作以及数据采集、处理、记录及报警，并且将监控画面的指令通过工业以太网传送给下位PLC。

    由于干熄焦系统的重要性，为了确保干熄焦控制系统的可靠性及安全性，PLC采用了CPU冗余、电源冗余以及网络的冗余设计。控制系统分为主站和远程站，在主站下挂15个远程站，主站与分站通过PROFIBUS-DP进行通讯，HMI与CPU通过工业以太网进行数据交换。其网络布置图如图2所示。

                  

                                     图2

    2.2 控制系统设计

    新钢155T干熄焦控制系统根据工艺要求分为15个子系统：（1）焦罐车及APS系统；（2）提升及走行系统；（3）装入系统；(4）预存段料位控制系统；（5）排焦系统；（6）称量及运焦系统；（7）除尘系统；（8）焦粉排出回收系统；（9）气体循环系统；（10）锅炉控制系统；（11）供水系统；（12）汽轮发电机系统；（13）能源介质辅助系统；（14）生产报表管理系统；（15）控制过程报警、自诊断系统。

    3 过程控制软件设计

    由于干熄焦控制系统十分庞大和复杂，所以以下对其主要控制功能进行简单介绍。

    3.1 装焦系统的控制

    装焦系统由焦罐车、APS、提升装置、走行装置、装入装置等子系统组成。从焦炉炭化室推出的红焦装在电机车上的旋转焦罐里，旋转焦罐接焦过程中匀速旋转，使焦炭均匀地落到焦罐里，其控制使用了西门子变频器控制。再由电机车拉到提升机下，由西门子PLC完成定位、锁闸、接空焦罐、解锁、移位、再锁闸、向提升机变频器发出各种命令等一连串的动作。提升机装置在西门子PLC的控制下将红焦按预定的速度曲线，完成挂钩、焦罐离车、提升等一系列的加减速动作，将焦罐提升到顶部并准确对位。走行装置也是在西门子PLC的控制下将焦罐车按预定的速度曲线进行控制，使得焦罐车安全的运到干熄炉的顶部并准确定位。在焦罐向干熄炉顶部移动的同时，装入装置自动打开干熄炉盖，并且炉顶的除尘阀门自动打开，除尘风机的转速也处于高速状态下，使得干熄炉口的压力为负压，防止粉尘的外逸和空气进入干熄炉里。等到干熄炉盖完全打开后，提升机再将焦罐按预定的速度曲线，放在干熄炉顶部。焦罐到位后，其底门靠自身重力自动打开，向干熄炉的预存段装入红焦。装焦完毕后，干熄炉盖、炉顶除尘阀门关闭，除尘风机处于低速旋转。提升装置、走行装置又按预定的速度曲线，将空焦罐送回到正在电机车上等待的台车上。从而完成一个装焦过程的循环。

    提升装置、走行装置的卷上、卷下以及走行控制，由现场设备上安装的编码器检测其移动的位置，同时发给对应的西门子变频器和PLC，经过PLC的计算后，再由变频器给出加减速及定位的指令。

    3.2 排焦、运焦及称量、除尘等系统控制

    干熄焦系统运行的好坏与排焦量的大小有直接的关系，排焦、运焦及称量系统，是由振动给料器、旋转密封阀、吹扫风机、空/氮气切换装置和皮带机、走行小车、皮带秤、除尘装置、料仓等设备共同组成的。

    干熄炉里冷却段的焦炭，通过与惰性气体的热交换冷却到200℃以下，由PLC根据操作工在监控画面上设定的排焦量和实际测量的排焦量形成闭环调节，控制振动给料器的振幅，进而达到控制排焦量的大小。

    除尘装置设备包括：变频除尘风机、冷却器、布袋除尘器、振打器、卸灰阀、离线阀、反吹脉冲阀等组成。其除尘风机的转速的高低与干熄炉盖、炉顶除尘阀门联动，保证炉门打开时炉口压力为负压，防止灰尘外逸及空气进入。

    3.3 气体循环系统控制

    惰性气体变频循环风机是干熄焦控制技术的关键设备之一，它主要由操作工根据干熄炉内的各种工况以及惰性气体量等，在监控画面上设定给定值，由PLC计算，给命令变频器完成风机转速的调节和保安系统连锁控制。HMI对风机进行各种参数进行实时监控，例如轴振动、轴温等。

    3.4 锅炉控制系统

    在锅炉操作中，汽包的水位是锅炉正常运行的重要指标，根据锅炉的操作要求，汽包水位应稳定在汽包二分之一处，此时锅炉出汽量最大，汽质最好。影响锅炉汽包水位的主要干扰是蒸汽负荷和上水压力，它们的变化导致蒸汽流量和上水流量的变化，也就影响到水位的变化。有时会产生虚假水位，造成这一原因是由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象，实际应用中可以根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双冲量以及水位、蒸汽量、给水流量三冲量的控制系统。在本干熄焦系统中，使用了单冲量和三冲量两种控制方式。干熄焦锅炉投运的初期阶段和保温阶段，我们选用了单冲量调节控制汽包水位。在锅炉以额定负载的75%以上时，我们投用了三冲量调节控制。三冲量控制通过PID提高系统的调节质量，由汽包水位、上水流量、蒸汽流量组成一个三冲量调节系统，具体调节过程方框如图3所示。

                                         图3

    4 应用效果

    干熄焦工艺因改变了传统的湿法熄焦工艺，具有能源回收利用、环境保护以及改善焦炭质量等多项优点，符合国家提倡的“节约能（资）源、清洁生产、发展循环经济和建设节约型社会”的要求，现已在我国焦化行业广泛推广。此次新钢三期技改焦化工程干熄焦系统的投产，极大地改善新钢焦化厂的经营环境，降低投资成本，提升了焦化厂的市场竞争能力，有助于提高焦炭的质量，对高炉炉况的稳定、高产起到了不可估量的作用。同时由于SIEMENS控制器在国内冶金行业广泛运用，此次采用SIEMENS PCS7控制系统在新钢公司的成功应用，值得其它干熄焦工程借鉴。

    参考文献：

    [1] 潘立惠，魏松波等. 干熄焦技术[M]. 北京: 冶金工业出版社，2005.

    [2] 干熄焦新技术新工艺与设备状态维护及检修实用手册.

    [3] PCS7深入浅出，西门子（中国）有限公司 自动化与驱动集团.

    [4] 深入浅出西门子Wincc V6，西门子（中国）有限公司 自动化与驱动集团，2004.

    [5] 罗红富等. PROFIBUS-DP现场总线工程应用实例解析[M]. 北京: 中国电力出版社，2008.



                                                      ——转自《自动化博览》