高炉智能控制系统

来自 搜狐网 的图片

高炉智能控制系统高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。炼铁过程实质上是将铁从其自然 形态一一矿石等含铁化合物中还原出来的过程。

目录

一、解决方案简述

1、 方案简介与功能目标

高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。炼铁过程实质上是将铁从其自然 形态一一矿石等含铁化合物中还原出来的过程。炼铁工艺是是将含铁原料（烧结矿、球团矿或铁矿）、燃料（焦炭、煤粉等）及其它辅助原料（石灰石、白云石、镒矿等）按 一定比例自高炉炉顶装入高炉，并由热风炉在高炉下部沿炉周的风口向高炉内鼓入热风 助焦炭燃烧（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料），在高温下焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气。原料、燃料随着炉内熔炼等过程的进行 而下降，在炉料下降和上升的煤气相遇，先后发生传热、还原、熔化、脱炭作用而生成 生铁，铁矿石原料中的杂质与加入炉内的熔剂相结合而成渣，炉底铁水间断地放出装入铁水罐，送往炼钢厂。同时产生高炉煤气，炉渣两种副产品，高炉渣铁主要矿石中不还 原的杂质和石灰石等熔剂结合生成，自渣口排出后，经水淬处理后全部作为水泥生产原 料；产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。

高炉控制系统主要包含槽下控制系统、本体控制系统、供料控制系统、炉顶控制系统、喷煤控制系统、热风炉自动控制系统、水渣自动控制系统几大系统组成。其目的主 要保证高炉操作的四个主要问题：正确配料并以一定的顺序及时装入炉内；控制炉料均 匀下降；调节炉料分布及保持其热煤气流的良好接触；保持高炉整体有适合的热状态。高炉生产必须要求计算机控制系统能够很好地保证生产过程的连续性和实时监控性，而 且要求数据量最多，所有设备的自动化 程度要高。计算机系统要求数据采集周期短，刷新速率快，特别对通讯网络而言，数据传输速率、网络稳定性和正确性尤为重要。

2、 技术体系与技术特点

整个高炉自动化系统按其总体结构分为三级：第一级为现场级，主要设备有气动执行机构，测量仪表和伺服机构等，用于对现场设备的直接控制和信号检测；第二级为基 础级，S7-400/300PLC控制系统对过程信号进行深加工，以控制设备的运行，并对数据进行采集和处理；第三级为控制级，主要由工业控制计算机（IPC）完成对高炉的监控操作。

本设计方案全部采用SIMATIC S7-400/300 PLC控制系统，整个软件设计使用 SIMATIC STEP7编程工具来完成对硬件的组态、控制程序的编写、信号的处理以及文 档报表的处理。上位机操作监控系统用过SIMATIC WINCC对上料系统进行过程控制及参数设定，并给操作人员提供多幅显示和操作画面。整个高炉自动控制系统的通讯通过 工业以太网和PROFIBUS过程现场总线来实现控制系统三级结构如图所示。

铁区网络主要包括高炉环网（其中又包括1#高炉、2#高炉、3#高炉、4#高炉等）、 喷煤环网和供料环网系统。这几大环网之间彼此独立，又相互联系，它们之间采用专用通讯电缆把各个网段连接在一起。冗余光纤环网的应用保证了网络系统数据传输的抗现 场干扰能力和高可靠性；实现了集中操作和多高炉通讯；系统各操作站是全透明的，它 们之间可以互相替代。采用典型Ethemet/Fieldbus的网络结构，网络分为2级，主干网 络采用SIMATIC NET工业以太网，分布式外设采用分布式现场总线PROFIBUS-DP。 各环网之间的连接和布局如图所示。

SIMATIC NET工业以太网的监控网络由SIMATICNET工业双绞线电缆、工业光纤交换模块（OSM）、操作站和室外多模光纤来构成，并组成冗余网络，来保证通讯的可 靠性、实时性、连续性，同时也考虑与其它网络系统的信息交互。其中冗余环网需要设置1台OSM作为冗余管理主机。高炉SIMATIC NET环网拓扑图如图所示。

PROFIBUS-DP的分布式现场总线由PROFIBUS-DP屏蔽双绞线电缆、工业光纤链路模块（OLM）和室外多模光纤来构成，并组成冗余网络，来保证通讯的可靠性、实时 性、连续性。

二、应用案例简述

1、 案例名称与实施时间

案例名称：重钢新区炼铁厂高炉控制系统

起止时间：2017年1月至2017年12月

2、 应用创新与技术亮点

（1） 炉顶控制系统

控制系统在喷雾模式下，根据设定的启喷温度和停喷温度参数，依据炉顶4支煤气 上升管的温度平均值和最高点温度，首先判断是否满足启喷条件和启喷位置，通过8支 喷枪，按照顶温变化趋势，通过依次加/减喷枪，进行喷雾降温操作；吹扫模式下，在未 喷雾期间且“允许吹扫”时，每天2次以自动脉冲方式按均匀分布原则定时对喷枪进行 吹扫。系统通过自动/手动方式控制喷枪向高炉炉喉喷雾，使流经上升管的煤气温度控制在250〜300°C范围内。有效保护炉顶及煤气系统设备，避免导致炉顶煤气温度及压力的异常上升，使得高炉以稳定的冶炼强度进行高炉操作，为高炉高产、顺行创造有利条件。

（2） 喷煤控制系统

煤粉流量计自动纠偏控制，喷吹罐压力自适应调整功能，利用一套喷煤系统实现了对两座高炉同时喷煤，用两个喷吹罐对两个高炉的四个分配器进行同时喷煤，利用两套 PLC控制系统进行一喷二控制，趋势调节。

（3） 槽下控制系统

高炉小粒度矿回收利用控制系统，解决了烧结矿资源不足的问题，降低烧结矿再生产成本，节约资金，提高效益，同时减少烧结矿再生产造成的环境污染，产生了良好的 社会效益。降低产品生产成本，提高企业的竞争力。

3、 实施效果与示范意义

该控制系统完全满足工艺需求，确保了高炉的稳定顺行，得到了用户单位好评，几个创新技术更是得到了用户单位高度评价。

（1） 炉顶控制系统

由于炉顶温度过高，而导致TRT停机。若以TRT平均发电能力13, 000千瓦/小时， 工业电价0.55元/度，TRT冷机重启用时5个小时，发生概率按不高于2次/月计算，则 一年至少可提高发电效益85.8万元。

将上升管的煤气温度控制在250-300°C范围内，有效保护了气密箱和干法除尘布袋等关键设备。气密箱700万元/套，干法除尘布袋箱体20万元/个（10个箱体），延长设 备使用寿命及保养费用按其设备费的2%计算，共计节约18万元。

（2） 喷煤控制系统

该成果投入运行后，1#和3#高炉喷煤总量比1#高炉多喷煤60Kg/tFe, 3#高炉按月 产15万吨计算，使用煤粉9000吨，使用一吨煤粉节约200元，每月节约180万元。

（3） 槽下控制系统

高炉小粒度烧结矿入炉量N55kg/t.fb；（生产过程中不断增加）。每吨小粒度烧结矿 烧结加工成本为100.29元，即炼铁使用1吨小粒度烧结矿节约加工费100.29元。全年 产铁按600万吨计算，全年回收经济效益为：600*0.055*100.29=3309.57万元。

该方案实施后，确保了高炉的正常冶炼，同时为用户单位节约了大量的原料，解决了焦碳生产量不足，烧结矿资源不足的问题，同时还减少了因焦碳、烧结矿生产过程中 对环境造成的污染。既降低了生产成本，又减少了工人的劳动强度，提高企业的竞争力。