摘要：干熄焦是國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的熄焦技術(shù)，具有較強的環(huán)保效益。本文首先簡要介紹了干熄焦的工藝流程與技術(shù)優(yōu)勢，著重介紹了優(yōu)穩(wěn)UW500a DCS控制系統(tǒng)如何適合實現(xiàn)干熄焦全自動化生產(chǎn)，包括系統(tǒng)的配置以及一些主要控制功能的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：干熄焦；運焦；自動控制；DCS系統(tǒng)；UW500a

1　引 言

所謂干法熄焦，是相對于濕熄焦而言的，是指采用惰性氣體將紅焦降溫冷卻的一種熄焦方法。干熄焦是目前國內(nèi)外應(yīng)用廣泛的熄焦技術(shù)，與濕法熄焦相比，具有明顯的優(yōu)勢：第一，焦炭質(zhì)量明顯提高，獲得在煉鐵的延伸經(jīng)濟效益；第二，充分利用紅焦顯熱，節(jié)約能源，獲得直接經(jīng)濟效益；第三，降低有害物質(zhì)的排放，保護環(huán)境。本文以山西至信某科技有限公司150萬噸炭化室高度6.25米搗固焦化工程項目為例進行編寫，項目總投資15億元，總占地30公頃。焦爐爐型選用JL6253D型側(cè)裝搗固焦爐，炭化室高度6.25m，爐組規(guī)模為2×65孔，配套建設(shè)有備煤、190t/h干熄焦（備用濕熄焦）、焦處理、冷鼓電捕、蒸氨、脫硫及硫回收、硫銨、洗脫苯、焦爐煙氣脫硫脫銷、污水處理站及相應(yīng)的公用工程和輔助設(shè)施。此案例主要介紹干熄焦工段的自動化實現(xiàn)。

2　工藝簡介

干熄焦的工藝流程是利用惰性循環(huán)氣體N2（約180℃）通過鼓風(fēng)裝置進入干熄爐與溫度約1000℃的紅焦逆向流動進行熱交換將紅焦熄滅，使焦炭溫度下降到250℃左右，而循環(huán)氮氣的溫度上升到約800℃，循環(huán)氣體經(jīng)過鍋爐時，本身所帶的熱量使鍋爐產(chǎn)生大量的蒸汽，蒸汽經(jīng)過減溫減壓后，送入汽輪機組用于發(fā)電。整個系統(tǒng)主要由紅焦裝入系統(tǒng)、冷焦排出系統(tǒng)、干熄爐及供氣裝置、氣體循環(huán)系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)等組成，主要設(shè)施有干熄爐、裝入裝置、排焦車、提升機、電機車及焦罐臺車、焦罐、一次除塵器、二次除塵器、干熄焦鍋爐單元、循環(huán)風(fēng)機、除塵地面站、水處理單元等。其工藝流程如圖1所示。

圖1 干熄焦工藝流程圖

3　控制系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)

采用杭州優(yōu)穩(wěn)自動化公司UW500a DCS控制系統(tǒng)，操作站軟件采用優(yōu)穩(wěn)公司自主開發(fā)的UWinTechPro1.0，實現(xiàn)全廠的集中控制、監(jiān)視和管理。I/O測點752點，配置2臺控制站，4臺操作站，控制站通過冗余工業(yè)以太網(wǎng)交換機與操作站相連，CPU、控制網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、電源模件也均配置冗余模式。I/O模塊配置單通道隔離且支持單點熱插拔的單點卡。按工段設(shè)置分站，實現(xiàn)分散控制，操作站集中監(jiān)控，全廠信息共享。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)圖

4　控制方案

根據(jù)項目要求生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)對所有生產(chǎn)過程及設(shè)備在中央控制室進行集中監(jiān)控，系統(tǒng)具有人機界面友好，操作可靠，同時在系統(tǒng)故障時能提供快速診斷的能力。生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)采用UW500a DCS系統(tǒng)進行控制，對于工藝操作所需要的各種操作參數(shù)均引至計算機控制系統(tǒng)，并視其重要程度分別進行指示、調(diào)節(jié)、記錄、計算、報警及聯(lián)鎖等，實現(xiàn)過程控制、順序控制和邏輯控制。

4.1　運焦自動控制

電機車和焦罐運載車作為干法熄焦的設(shè)備，承擔(dān)全部接焦和運送紅焦的任務(wù)，對自動化控制水平要求很高。運焦系統(tǒng)自動控制主要是控制電機車走行定位和焦罐車旋轉(zhuǎn)定位。

4.1.1　電機車走行定位控制

電機車主要由車體、走行裝置、制動裝置、氣路系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及電器系統(tǒng)等組成。定位檢測元件設(shè)在焦罐車和地面檢測站上。檢測元件包括電機車對位、APS動作、提升機動作、電機車鎖車和攔焦機對位用磁接近開關(guān)。運用DCS控制變頻器的頻率進行走行調(diào)速，設(shè)有“左微、左低、左中、左高、停止、右微、右低、右中、右高”等九個擋位，分別控制電機車的停止、左右方向的高、中、低和微速運行。在電機車進入攔焦機和提升機時均以微速前進，停止時采取逆變發(fā)電制動和壓縮機空氣盤式制動，以確保定位精度。電機車編程控制的流程如下：

（1）接空罐。電機車停在APS范圍內(nèi)（電機車定位信號準備好）、電機車制動投入、無焦罐——按下“接空罐”按鈕——電機車制動解除——無焦罐的車對準提升機——電機車鎖車，APS動作完成——提升機動作（送罐）——有焦罐、提升機吊鉤打開——電機車鎖車解除，APS解除。

（2）送滿罐。電機車停在APS范圍內(nèi)（電機車定位信號準備好）、電機車制動投入、有焦罐——按下“送滿罐”按鈕——電機車制動解除——有滿焦罐的車對準提升機——電機車鎖車，APS動作完成——提升機動作（接焦）——提升機到達待機位——APS解除，電機車鎖車解除可以走行。

（3）攔焦機側(cè)。焦罐旋轉(zhuǎn)鎖車指令取消、提升機鎖車指令取消、APS動作指令取消、電機車電控正常——電機車制動解除，走行——攔焦機對位信號準備好——電機車制動——接焦準備就緒。

4.1.2　焦罐車旋轉(zhuǎn)定位

焦罐旋轉(zhuǎn)定位的動作流程包括：前提條件準備就緒（旋轉(zhuǎn)裝置正常、變頻器和制動電阻正常、焦罐車上有焦罐、攔焦機對位信號接通）→焦罐旋轉(zhuǎn)鎖車指令發(fā)出→焦罐選擇（No1或者No2）→旋轉(zhuǎn)開始（指示燈亮）→按下“旋轉(zhuǎn)停止”按鈕→焦罐減速位傳感器接通→按照程序曲線減速→焦罐轉(zhuǎn)速0.5r/min以下、焦罐停止位傳感器接通→焦罐旋轉(zhuǎn)停止→焦罐對正→焦罐車鎖車指令取消→電機車駛向干熄站。

圖3 干熄爐焦罐提升監(jiān)控界面

圖4 紅焦裝入控制邏輯（部分）

4.2　預(yù)存室壓力自動調(diào)節(jié)

當(dāng)裝入焦炭時，預(yù)存室壓力不穩(wěn)會導(dǎo)致焦粉擴散到大氣中或吸入空氣而燃燒焦炭。為了更好地控制預(yù)存室壓力在工藝要求的范圍內(nèi)，此系統(tǒng)不僅采用簡單的單回路調(diào)節(jié)，而且針對于在裝焦時壓力波動大， 難以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的狀況，設(shè)計了在裝焦信號發(fā)生后自動轉(zhuǎn)入手動控制狀態(tài)，當(dāng)裝焦信號消失后，系統(tǒng)又自動轉(zhuǎn)入自動調(diào)節(jié)的控制狀態(tài)， 從而使預(yù)存室壓力較好地控制在工藝要求的范圍內(nèi)。

4.3　循環(huán)風(fēng)機變頻調(diào)節(jié)

循環(huán)風(fēng)機是整個系統(tǒng)的重要部分，從控制循環(huán)風(fēng)機的風(fēng)量來控制鍋爐的入口溫度使鍋爐達到一個良好的平衡。從干熄焦的工藝特性來看， 調(diào)速控制必須做到快速、準確，而且一般是微量調(diào)節(jié)。通過對系統(tǒng)氣料比與循環(huán)風(fēng)量的分析比較，建立系統(tǒng)氣料比與循環(huán)風(fēng)量對照表，通過設(shè)定氣料比實現(xiàn)對循環(huán)風(fēng)量控制。

4.4　排焦系統(tǒng)定量連續(xù)控制及安全控制

采用旋轉(zhuǎn)密封閥的排焦裝置，真正實現(xiàn)連續(xù)排焦，同時大大減少循環(huán)氣體的泄漏。預(yù)存室的存焦量是由干熄焦爐的焦炭初始存量、裝入量、排焦量三者共同作用決定的，根據(jù)現(xiàn)在干熄焦爐內(nèi)的存焦量，和生產(chǎn)中的裝入量，通過設(shè)定電磁振動給料器的輸出可以非常精確地控制排焦量，并且與程序演算值下限及排焦溫度進行連鎖控制，既保證了排焦系統(tǒng)定量、連續(xù)控制，又保證了生產(chǎn)的安全、可靠運行。

圖5 干熄焦總體流程監(jiān)控界面

4.5　其它監(jiān)控要點

（1）干熄爐斜煙道吸入空氣量調(diào)節(jié)；

（2）干熄爐料位檢測控制；

（3）循環(huán)氣體旁通流量調(diào)節(jié)；

（4）干熄爐預(yù)存室料位上、下限報警、聯(lián)鎖；

（5）循環(huán)氣體成份（O2、H2、CO、CO2）分析指示、報警；

（6）排焦溫度上限報警、聯(lián)鎖；

（7）排出焦炭溫度上限報警、上上限聯(lián)鎖；

（8）提升機提升連鎖；

（9）提升機走行連鎖；

（10）提升機裝焦連鎖；

（11）裝入裝置打開、關(guān)閉行程；

（12）提升機返回連鎖；

（13）整個提升過程的保護控制；

（14）鍋爐汽包液位三沖量調(diào)節(jié)；

（15）過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)；

（16）過熱蒸汽壓力調(diào)節(jié)、過熱蒸汽壓力放散調(diào)節(jié)；

（17）除氧器蒸汽壓力調(diào)節(jié)；

（18）除氧器液位調(diào)節(jié)；

（19）鍋爐汽包壓力上限報警；上上限聯(lián)鎖，停循環(huán)風(fēng)機；

（20）鍋爐汽包液位上、下限報警；下下限聯(lián)鎖，停循環(huán)風(fēng)機；

（21）除氧器液位上、下限報警；下下限聯(lián)鎖，停鍋爐給水泵；

（22）風(fēng)機軸承溫度上限聯(lián)鎖；

（23）主電機定子溫度上限聯(lián)鎖；

（24）電機軸承溫度上限聯(lián)鎖；

（25）風(fēng)機軸承振動振幅上限聯(lián)鎖；

（26）各吸水井液位上、下限聯(lián)鎖；

（27）各冷卻塔風(fēng)機油溫、軸振動上限聯(lián)鎖；

（28）高壓電機定子、軸承溫度上限報警、聯(lián)鎖。

5　總結(jié)

采用干熄焦技術(shù)來處理紅焦，并用其熱量生產(chǎn)中壓蒸汽，再經(jīng)過汽輪機背壓發(fā)電，最終將電能饋入電網(wǎng)，節(jié)能環(huán)保，并能大幅提高焦炭質(zhì)量。該解決方案從軟硬件著手，優(yōu)質(zhì)的畫面設(shè)計滿足生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控，操作安全便捷；事件記錄功能在系統(tǒng)發(fā)生故障報警、跳機時，準確判斷分析報警、跳機的原因，自動化水平提高，大大提高了生產(chǎn)效率和控制精度，降低了人員的勞動強度，實現(xiàn)了干熄焦的高效穩(wěn)定運行。

摘自《自動化博覽》2020年10月刊