基于西门子ET-200M的煤气混合控制系统

2022-09-10

钢铁工业目前加热炉的燃料大多为工业煤气。由于单一煤气特别是产量较大的高炉煤气在使用时压力、热值波动大, 不易燃烧, 效率低, 故目前均采用高热值煤气与低热值煤气经混合加压后输送给加热炉以提高综合利用效率, 因此混合煤气的热值稳定性就直接决定了加热炉的燃烧状况, 而加热炉的燃烧状况是影响生产和产品质量的关键因素, 从而影响经济效益。所以稳定煤气的热值及实现恒压控制对于冶金工业十分重要。

1 煤气系统的工艺现状

福建三安钢铁有限公司目前拥有1个10万m3高炉煤气柜及1个3万m3转炉煤气柜, 负责回收储存并向外输送高、转炉管网煤气, 目前没有焦炉煤气。控制系统采用先进的德国西门子SIMATICS7-400PLC作为控制核心, 采用ET-200M作为IO从站, 实现整个系统自动控制。高炉加压机及转炉加压机分别采用ABB公司ASC800和西门子SINAMICSG120变频器进行调速控制。但系统采用单一的高、转炉煤气加压后分别输送的方式。这样就使得煤气用户特别是轧钢加热炉的稳定生产带来很大的影响。

2 问题的提出与解决方法

以上提到系统采用单一的高、转炉煤气加压后分别输送的方式, 不利于稳定生产, 其主要原因是高炉煤气热值较低, 使用时压力、热值波动大, 不易燃烧、效率低;转炉煤气热值相对较高, 但回收较麻烦, 回收量较少, 用量较大时难以实现持续供应。若要能使热值相对较高的转炉煤气得到充分的利用又能使煤气得到稳定持续的供应, 同时须保持热值和管网压力的稳定, 目前最有效的方法就是增加一套煤气混合站。按目前的结构采用先加压后混合的配置方式, 如图1所示。

3 煤气混合站控制系统的基本结构

煤气混合站离控制中心相对较远, 将需要铺设很长的电缆, 并且可能因为电磁干扰而使得可靠性降低, 从而不易实现。因此煤气混合站控制采用ET-200M作为远程IO站, ET-200M具有模块化设计, 方便安装于控制柜, 与SIMATIC S7-300 I/O模块及功能模块兼容, 安全性高, 支持“热插拔”功能, 防护等级高, 适合过程控制中危险区域使用等特殊模拟量模块等特点。信号由ET-200M远程IO站采集并通过PROFIBUS现场总线与控制中心S7-400PLC相连, 这样的设计大大减少了电缆的投资, 从而成本也能得到有效控制。

4 煤气混合系统调节方式的选取及调节原理

4.1 混合系统调节方式

煤气混合一般采用流量配比调节和热值指数调节两种方式。按三安钢铁目前的现状及需求, 本系统采用了流量配比调节方式, 根据混合煤气的压力和两种煤气流量的配比进行自动调节, 以保持两种煤气的体积混合比和混合后的煤气压力不变。系统利用四个蝶阀进行调节, 其调节系统如图2所示。

4.2 系统的控制原理

在每组需混合的煤气管道上, 为使两种不同发热量的煤气流量成一定的比例及保持混合后煤气压力的稳定, 设有一套压力调节装置T1和两套压差调节装置T2和T3。在高炉煤气和转炉煤气管道上各装两个蝶阀。其中蝶阀b和蝶阀c具有相同的流量特性, 即在保持蝶阀前后压差恒定的条件下, 蝶阀的相对开度和相对流量之间的关系相同。通过选择蝶阀b和c的直径可以达到此要求。当蝶阀b和c同步运行以保持开度相同, 并用压差调节装置以保持蝶阀b和c前后压差恒定时, 便可实现通过两个蝶阀的煤气流量比例不变。

四个蝶阀调节系统的动作过程是:当用户减量时, 混合煤气压力偏离给定值, 压力调节器T1输出改变, 作用于执行机构, 使蝶阀a关小, 减少高炉煤气流量, 这时蝶阀b上的压差变小, 此信号使压差调节器T2的输出改变, 作用于执行机构, 使蝶阀b关小, 直至蝶阀b上的压差恢复到原来的给定为止。由于蝶阀b和c系同步运行, 因此在蝶阀b关小的同时, 蝶阀c也关小, 而压差变大。此信号又使压差调节器T3的输出改变, 作用于执行机构, 使蝶阀d关小, 减少转炉煤气流量, 直至蝶阀c上的压差恢复到原来的给定值为止。这样, 蝶阀a、b、c和d都因用户的减量而关小, 但是, 两种煤气的流量配比却依然保持不变, 这样也使得混合煤气的热值保持稳定。当其它因素发生变化时, 动作过程可以此类推。

通过实践证明, 本系统的调节性能较稳定、操作可靠, 具有稳压的作用, 又有调节煤气比值的作用。通过稳定高、转炉煤气流量配比, 混合煤气的热值也相对稳定, 稳定的热值能实现加热炉稳定燃烧。

5 结语

混合煤气热值采用计算机计算值, 控制系统对高、转炉煤气流量进行比值控制, ET-200M完成数据的输入输出交换, 实现了稳定压力、稳定配比、稳定热值自动控制系统。该系统可对各种生产数据进行记录, 其工艺流程画面显示生产状况;报警功能记录生产过程发生的报警信息。近一年运行表明, 上述控制系统经济、稳定、实用, 取得了良好的经济效益和社会效益。

摘要：福建三安钢铁有限公司实际生产中煤气的利用效率较低, 目前没有高热量的焦炉煤气, 均采用单一煤气加压后直接送至用户, 因热值波动较大, 导致加热炉难以实现稳定燃烧, 从而影响产品质量, 为此设计了基于西门子ET-200M分布式IO的混合煤气控制系统, 通过煤气配比方法, 实现了加热炉的稳定燃烧。

关键词：煤气热值,高炉煤气,转炉煤气,混合煤气,自动控制