AX-2000在寶鋼轉(zhuǎn)爐上的應(yīng)用

前言
臺塑公司于1985年成立電子組，與日本富士電機技術(shù)合作，從事中大型分散式控制系統(tǒng)（DCS）軟硬件設(shè)計與制造，2004年臺塑實現(xiàn)多元化發(fā)展策略，將富士電機DCS技術(shù)整體收購，成立臺塑電子（寧波）有限公司，由日本、臺灣經(jīng)驗直接移轉(zhuǎn)到大陸，并培養(yǎng)大陸技術(shù)人員，達成制造本土化，就近服務(wù)客戶。目前臺塑DCS（富士DCS）廣泛應(yīng)用于鋼鐵、化工、紙業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、汽電共生、發(fā)電廠等過程。
富士電機于1975年10月發(fā)布DCS系統(tǒng)，是世界上最早研發(fā)出DCS系統(tǒng)的廠家之一。AX-2000集散控制系統(tǒng)是富士的第五代產(chǎn)品系統(tǒng)，是開放的新一代綜合控制系統(tǒng)，智能可靠的Process I／O 單元同時也被橫河的CS3000系統(tǒng)所采用。AX-2000系統(tǒng)具有良好的控制性能、實時靈活的通訊能力、直觀清晰的人機接口，系統(tǒng)擴展方便，獲得用戶較高評價。
轉(zhuǎn)爐在冶煉過程中產(chǎn)生大量含有灰塵和酸性氣體的廢氣，寶山鋼鐵股份有限公司不銹鋼分公司煉鋼廠2004年2月、4月分別隨轉(zhuǎn)爐同時投入運行兩套150t BOF轉(zhuǎn)爐的OG系統(tǒng)，采用日本NKK公司工藝，由KHI公司提供主要設(shè)備硬件以及基本設(shè)計，其控制系統(tǒng)采用AX-2000集散控制系統(tǒng)。這兩套OG系統(tǒng)是面向轉(zhuǎn)爐廢氣的未燃式濕式處理系統(tǒng)，不但大大減輕了轉(zhuǎn)爐廢氣對空氣和環(huán)境的污染，還回收了煤氣資源，生成精煉等工位必需的蒸汽能介，粉塵也可以回收再利用。它的應(yīng)用使轉(zhuǎn)爐冶煉走向了綠色工業(yè)發(fā)展道路，保護了環(huán)境。

1 工藝設(shè)備組成
　 在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，轉(zhuǎn)爐中產(chǎn)生約1450℃的高溫廢氣，主要成分是CO,O2,CO2,N2和SO2，還有大量的灰塵，約噸鋼10～30kg,在爐口用裙罩來收集，在收集廢氣的同時形成裙罩內(nèi)外爐口微差壓(±20Pa)以穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐內(nèi)腔工況，由移動煙罩和上、下部鍋爐內(nèi)熱交換器對廢氣進行冷卻，冷卻水轉(zhuǎn)化成蒸汽、水混合物(約250℃)進入汽包，汽包系統(tǒng)實行全自動方式控制，并有充分的安全控制措施。除塵過程中，有一定量CO被燃燒(約占CO總量的10% )。在除塵塔中進行連續(xù)三重水洗除塵，熱交換中生成的蒸汽由蓄能器儲存，自動完成蒸汽產(chǎn)耗平衡;在降低了溫度和去除了灰塵后，使廢氣達到了可燃煤氣的凈度要求，在滿足進一步的成分條件下進行煤氣回收，或者在煙囪頂部燃燒放散到大氣中。整個氣體流程的動力源是引力風(fēng)機。廢氣處理流程見圖1。

圖1 廢氣處理流程

　
　 OG系統(tǒng)按功能分為(1)煤氣系統(tǒng);(2)鍋爐系統(tǒng);(3)氮封系統(tǒng);(4)設(shè)備清洗系統(tǒng);(5)蒸汽系統(tǒng)。根據(jù)影響煙道氣流量和方向的因素—吹煉狀態(tài)、煤氣是否回收、OG緊停三狀態(tài)將OG分為5個狀態(tài)來運行和控制:正常運行，煤氣放散時A類緊停，煤氣回收時A類緊停，煤氣放散時B類緊停和當煤氣回收時B類緊停。正常吹煉時，OG各功能單元，特別與廢氣流向相關(guān)的設(shè)備，均要依次隨著吹煉狀態(tài)信號完成爐次過程的控制。當OG向A,B緊停切換時，各功能單元的運行控制也相應(yīng)改變。
2 控制系統(tǒng)組成及其通信
轉(zhuǎn)爐MICREX-AX系統(tǒng)包括工程師站AES，操作站AOS，數(shù)據(jù)庫站ADS，現(xiàn)場控制站。控制系統(tǒng)分成4層:(1)過程計算機級(FL-NET連接網(wǎng)關(guān));(2) DCS主站級(FL-NET連接);(3) FS系列接口I/O現(xiàn)場控制級(PE-LINK連接);(4)現(xiàn)場設(shè)備級(T-LINK, EPC連接)。
現(xiàn)場控制站由五對冗余ACS控制站單元組成，OG本體控制器主要包括煤氣系統(tǒng)、鍋爐汽包系統(tǒng)、氮封系統(tǒng)和設(shè)備清洗系統(tǒng)。共通輔助控制器單元主要包括蒸汽主干網(wǎng)、共用液壓單元、公用能介接口(如氮、氬、氧)和水處理等一些輔助設(shè)備的控制。其控制系統(tǒng)及其通信結(jié)構(gòu)如圖2所示。包括OG在內(nèi)的控制系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次化、數(shù)據(jù)流清晰；工程、操作人機界面友好；數(shù)據(jù)、時鐘管理一元化；系統(tǒng)智能化高，電氣、儀表形成基礎(chǔ)自動化一體化后，進而和過程計算系統(tǒng)機一起構(gòu)成一體化監(jiān)控。

圖2 控制系統(tǒng)及其通訊結(jié)構(gòu)框圖

3 主要設(shè)備控制特點
3.1 風(fēng)機系統(tǒng)控制
　 OG高壓風(fēng)機系統(tǒng)包括風(fēng)機、電機，風(fēng)機調(diào)速和節(jié)能設(shè)備調(diào)速耦合器、RSE和風(fēng)機入口擋板，風(fēng)機盤車，風(fēng)機的潤滑和冷卻單元等。風(fēng)機系統(tǒng)由OG本體ACS控制站控制，電機在現(xiàn)場和畫面均可以啟動，啟動后自動運行。電機的啟動和運行條件嚴密，以保證風(fēng)機和OG系統(tǒng)運行的安全性。電機啟動條件不但包括風(fēng)機系統(tǒng)本體的條件如電源和風(fēng)機狀態(tài)，定子軸溫度，風(fēng)機軸震動，盤車狀態(tài)，潤滑油位、油壓和泵狀態(tài)，耦合器和擋板狀態(tài)等，還包括OG煙道上涉及煙氣流向的重要設(shè)備，如裙罩液壓系統(tǒng)狀態(tài)，三通閥和水封閥的狀態(tài)。
3.2 汽包控制
汽包要素包括輸出蒸汽量、液位和補給水流量，俗稱三沖量。汽包控制上包括壓力控制、液位控制、安全措施控制，前二者之間既獨立又有聯(lián)系，即汽包壓力控制獨立于液位控制進行，汽包的蒸汽輸出量作為壓力控制的結(jié)果，又是液位控制的一個合成量，液位控制輸出再作為補充水的進水量的串級設(shè)定值。另外還有不屬于汽包本體但與汽包有物流聯(lián)系的控制，如汽化冷卻循環(huán)水、汽包水預(yù)熱蒸汽控制。
3.2.1 汽包壓力控制
汽包壓力目標值先分程設(shè)定，再自適應(yīng)調(diào)整后，以PI算法調(diào)節(jié)輸出。當壓力由低到高超過一定值時，汽包壓力設(shè)定值采用較高值，當汽包壓力降低到某個值時，汽包壓力設(shè)定值采用較低值，當由低向高切換時，設(shè)定值作緩慢的趨向性處理。這種壓力分程控制使汽包壓力控制滿足了在吹煉中汽包中有大量蒸汽產(chǎn)生時壓力很高，停煉后壓力又會自動衰減直至很低的工況，趨向性處理吻合了汽包壓力增加的趨向性。
3.2.2 汽包液位控制
汽包液位控制由液位和補充水流量的串級控制來實現(xiàn)，液位控制是補充水流量控制的前級控制。汽包液位調(diào)節(jié)設(shè)定值按轉(zhuǎn)爐是否在吹煉中也分為高低值設(shè)定，吹煉時采用高液位，停吹時采用低液位。同時汽包壓力對檢測液位作修正，液位調(diào)節(jié)輸出對補充水流量的控制也按是否在吹煉中來分類控制。一般情況下，補充水流量在串級方式下遠程控制，也可以采用本回路的設(shè)定值自動運行。在設(shè)備上兩個補充水調(diào)節(jié)閥一用一備，當前使用閥可在畫面上選擇。
3.2.3 汽包安全聯(lián)鎖控制
汽包安全控制自動完成，正常情況下汽包運行在分程的壓力范圍內(nèi)，超過一定壓力后，蒸汽由放散閥安全放散，壓力再升高后，蒸汽由放散閥安全放散。液位過高時，由汽包水安全閥排放。
3.2.4 關(guān)聯(lián)汽包物流控制
汽化冷卻循環(huán)由三臺高壓給水泵強制給鍋爐的移動煙罩和上、下部煙道三部分供水。其中移動煙罩用常開管道供給強制冷卻水；上、下部煙道由旁通管道常開和電機擋板閥管道兩路管道組合供給強制冷卻水，擋板閥開關(guān)控制隨轉(zhuǎn)爐過程信號自動完成;鍋爐下部還有不經(jīng)過強制泵的大流量低壓常開冷卻水循環(huán)。此外汽包預(yù)熱蒸汽由開關(guān)閥控制，檢修后汽包需要預(yù)熱時手動打開，預(yù)熱完成后手動關(guān)閉。
3.3 蒸汽系統(tǒng)控制
蒸汽系統(tǒng)分為產(chǎn)能、蓄能和耗能單元，各單元連接于蒸汽主干網(wǎng)，在各單元壓力參數(shù)合理分配后，系統(tǒng)控制在主干網(wǎng)壓力下依據(jù)分配參數(shù)自動完成。
3.4 泵類控制
能介系統(tǒng)中用到了大量的水泵，這些泵采用有開有備的形式，備用泵在管道流量、壓力過小時自動投入運行，至流量增加達到要求時原泵停止;另外，如運行泵故障停泵，則備用泵自動投入運行。在聯(lián)鎖上泵運行受物流上級能介儲存器液位制約，當液位過低時運行泵自動停泵。由于汽包的兩個給水泵(一開一備)功率比較大，所以泵的出口配有擋板和軟啟動器。擋板在泵啟動時關(guān)閉以減小啟動負荷，也可以方便地設(shè)定軟啟動器控制電機的啟停時間和啟停電流等。

4 結(jié)束語
隨著轉(zhuǎn)爐的投產(chǎn)，OG系統(tǒng)同步投入。經(jīng)過近一年的多調(diào)整和優(yōu)化后，OG新的工藝技術(shù)和主要控制參數(shù)得到了完善，AX-2000控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行，已經(jīng)取得了很好的效果。經(jīng)過實測，在鐵水含碳3.80%、鐵水比90%的情況下，回收的煤氣〔CO〕大于45%；標準熱值下，噸鋼煤氣回收率達到82.17m3，每爐回收時間約10min；汽包壓力在3.8MPa以上時蒸汽回收，噸鋼回收蒸汽達到0.122t以上；在煙囪環(huán)保測定點實測的放散氣含塵量低于38mg/m3，回收煙氣含塵量低于68mg/m3，杜絕了排放黃煙現(xiàn)象。

參考文獻：
1、BOF OG新技術(shù)應(yīng)用和控制

中國煉鋼技術(shù)網(wǎng)