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賴軍華 （1981-）
男，年畢業于南昌航空大學測控系，學士學位，助理工程師，主要從事工業自動化系統設計開發與維護。
摘 要：本文主要介紹了新鋼公司三期技改煉焦工程中西門子PCS7在155T干熄焦系統中的應用。概述了有關工藝流程、系統功能、硬件配置，重點介紹了干熄焦的裝焦系統、鍋爐系統、排焦系統等。
關鍵詞：PCS7；干熄焦；自動裝焦；鍋爐
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
循環經濟和綠色經濟是目前我國大型生產企業的發展方向，干熄焦即是在如此環境下孕育誕生的。作為國家重點推薦的清潔生產技術，新鋼公司三期技改焦化廠熄焦方式采用了中日聯的干熄焦技術，與濕熄焦相比，不僅有節水、節能、污染少、焦炭強度高等優點，而且給企業帶來了更多的經濟效益。
1 干熄焦工藝流程及設備
1.1 工藝流程
從焦爐炭化室中推出的950℃~1050℃的紅焦經過攔焦機的導焦柵落入焦罐車里，焦罐車由電機牽引至干熄焦裝置提升井架底部，提升機將焦罐提升至井架頂部，再平移到干熄爐爐頂，通過爐頂裝入裝置將焦炭裝入干熄爐，除塵系統通過控制干熄爐內的壓力，防止粉塵外逸及空氣進入預存段，裝料完畢后，爐蓋自動關閉。在干熄爐中，焦炭與惰性氣體直接進行熱交換，冷卻至250℃以下。冷卻后的焦炭經排焦裝置送到膠帶輸送機上，送到焦化的篩焦系統。
圖1 干熄焦 CDQ工藝流程
180℃以下的惰性氣體由循環風機通過干熄爐底的供氣裝置鼓入爐內，與紅焦進行熱交換，出爐 的惰性氣體溫度大致為850℃。熱地惰性氣體夾帶大量的焦粉經過一次除塵器進行除塵后，進入廢熱鍋爐進行換熱，在這里惰性氣體溫度降至200℃以下。冷惰性氣體由鍋爐出來，經過二次除塵器除塵后由循環風機加壓再經過二次換熱器后送入干熄爐冷卻段循環使用。
供水系統將工業水進行除鹽、除氧、化學藥物處理，經過加溫、加壓后供給鍋爐，通過與鍋爐管道內高溫循環氣體的熱交換，產生的蒸汽并入新鋼公司蒸汽管網或用于汽輪發電機發電。
1.2 干熄焦設備
干熄焦裝置主要設備包括：焦罐及其裝載車、電機車、提升裝置、裝入裝置、干熄爐、排焦裝置、鼓風裝置、循環風機、鍋爐、一次除塵、二次除塵等。
2 系統硬件配置及設計
2.1 控制系統硬件配置
新鋼155T干熄焦本體及鍋爐的自動化控制系統，使用了德國Siemens公司的PCS7的CPU 414-4 H PLC控制器和WINCC 6.2 SP2系統。PCS7系統安裝在2臺操作員工作站上，其WINCC6.2用于對干熄焦系統的操作以及數據采集、處理、記錄及報警，并且將監控畫面的指令通過工業以太網傳送給下位PLC。
由于干熄焦系統的重要性，為了確保干熄焦控制系統的可靠性及安全性，PLC采用了CPU冗余、電源冗余以及網絡的冗余設計。控制系統分為主站和遠程站，在主站下掛15個遠程站，主站與分站通過PROFIBUS-DP進行通訊，HMI與CPU通過工業以太網進行數據交換。其網絡布置圖如圖2所示。
圖2
2.2 控制系統設計
新鋼155T干熄焦控制系統根據工藝要求分為15個子系統：（1）焦罐車及APS系統；（2）提升及走行系統；（3）裝入系統；(4）預存段料位控制系統；（5）排焦系統；（6）稱量及運焦系統；（7）除塵系統；（8）焦粉排出回收系統；（9）氣體循環系統；（10）鍋爐控制系統；（11）供水系統；（12）汽輪發電機系統；（13）能源介質輔助系統；（14）生產報表管理系統；（15）控制過程報警、自診斷系統。
3 過程控制軟件設計
由于干熄焦控制系統十分龐大和復雜，所以以下對其主要控制功能進行簡單介紹。
3.1 裝焦系統的控制
裝焦系統由焦罐車、APS、提升裝置、走行裝置、裝入裝置等子系統組成。從焦爐炭化室推出的紅焦裝在電機車上的旋轉焦罐里，旋轉焦罐接焦過程中勻速旋轉，使焦炭均勻地落到焦罐里，其控制使用了西門子變頻器控制。再由電機車拉到提升機下，由西門子PLC完成定位、鎖閘、接空焦罐、解鎖、移位、再鎖閘、向提升機變頻器發出各種命令等一連串的動作。提升機裝置在西門子PLC的控制下將紅焦按預定的速度曲線，完成掛鉤、焦罐離車、提升等一系列的加減速動作，將焦罐提升到頂部并準確對位。走行裝置也是在西門子PLC的控制下將焦罐車按預定的速度曲線進行控制，使得焦罐車安全的運到干熄爐的頂部并準確定位。在焦罐向干熄爐頂部移動的同時，裝入裝置自動打開干熄爐蓋，并且爐頂的除塵閥門自動打開，除塵風機的轉速也處于高速狀態下，使得干熄爐口的壓力為負壓，防止粉塵的外逸和空氣進入干熄爐里。等到干熄爐蓋完全打開后，提升機再將焦罐按預定的速度曲線，放在干熄爐頂部。焦罐到位后，其底門靠自身重力自動打開，向干熄爐的預存段裝入紅焦。裝焦完畢后，干熄爐蓋、爐頂除塵閥門關閉，除塵風機處于低速旋轉。提升裝置、走行裝置又按預定的速度曲線，將空焦罐送回到正在電機車上等待的臺車上。從而完成一個裝焦過程的循環。
提升裝置、走行裝置的卷上、卷下以及走行控制，由現場設備上安裝的編碼器檢測其移動的位置，同時發給對應的西門子變頻器和PLC，經過PLC的計算后，再由變頻器給出加減速及定位的指令。
3.2 排焦、運焦及稱量、除塵等系統控制
干熄焦系統運行的好壞與排焦量的大小有直接的關系，排焦、運焦及稱量系統，是由振動給料器、旋轉密封閥、吹掃風機、空/氮氣切換裝置和皮帶機、走行小車、皮帶秤、除塵裝置、料倉等設備共同組成的。
干熄爐里冷卻段的焦炭，通過與惰性氣體的熱交換冷卻到200℃以下，由PLC根據操作工在監控畫面上設定的排焦量和實際測量的排焦量形成閉環調節，控制振動給料器的振幅，進而達到控制排焦量的大小。
除塵裝置設備包括：變頻除塵風機、冷卻器、布袋除塵器、振打器、卸灰閥、離線閥、反吹脈沖閥等組成。其除塵風機的轉速的高低與干熄爐蓋、爐頂除塵閥門聯動，保證爐門打開時爐口壓力為負壓，防止灰塵外逸及空氣進入。
3.3 氣體循環系統控制
惰性氣體變頻循環風機是干熄焦控制技術的關鍵設備之一，它主要由操作工根據干熄爐內的各種工況以及惰性氣體量等，在監控畫面上設定給定值，由PLC計算，給命令變頻器完成風機轉速的調節和保安系統連鎖控制。HMI對風機進行各種參數進行實時監控，例如軸振動、軸溫等。
3.4 鍋爐控制系統
在鍋爐操作中，汽包的水位是鍋爐正常運行的重要指標，根據鍋爐的操作要求，汽包水位應穩定在汽包二分之一處，此時鍋爐出汽量最大，汽質最好。影響鍋爐汽包水位的主要干擾是蒸汽負荷和上水壓力，它們的變化導致蒸汽流量和上水流量的變化，也就影響到水位的變化。有時會產生虛假水位，造成這一原因是由于負荷增加時，導致汽包壓力下降，使汽包內水的沸點溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系統，實質上是維持鍋爐進出水量平衡的系統。由于鍋爐水位系統是一個設有自平衡能力的被控對象，運行中存在虛假水位現象，實際應用中可以根據情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙沖量以及水位、蒸汽量、給水流量三沖量的控制系統。在本干熄焦系統中，使用了單沖量和三沖量兩種控制方式。干熄焦鍋爐投運的初期階段和保溫階段，我們選用了單沖量調節控制汽包水位。在鍋爐以額定負載的75%以上時，我們投用了三沖量調節控制。三沖量控制通過PID提高系統的調節質量，由汽包水位、上水流量、蒸汽流量組成一個三沖量調節系統，具體調節過程方框如圖3所示。
圖3
4 應用效果
干熄焦工藝因改變了傳統的濕法熄焦工藝，具有能源回收利用、環境保護以及改善焦炭質量等多項優點，符合國家提倡的“節約能（資）源、清潔生產、發展循環經濟和建設節約型社會”的要求，現已在我國焦化行業廣泛推廣。此次新鋼三期技改焦化工程干熄焦系統的投產，極大地改善新鋼焦化廠的經營環境，降低投資成本，提升了焦化廠的市場競爭能力，有助于提高焦炭的質量，對高爐爐況的穩定、高產起到了不可估量的作用。同時由于SIEMENS控制器在國內冶金行業廣泛運用，此次采用SIEMENS PCS7控制系統在新鋼公司的成功應用，值得其它干熄焦工程借鑒。
參考文獻：
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——轉自《自動化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號