淺談焦化備煤與出焦過程控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

 1 備煤、出焦過程控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
備煤和出焦過程是一種典型連續(xù)性的自動控制系統(tǒng)，生產(chǎn)環(huán)境惡劣。特點主要包括：
①工藝流程比較復(fù)雜，設(shè)備種類較多。在備煤和出焦的過程中，需要各種設(shè)備的連鎖，并將料線進行互鎖，這是一種交叉復(fù)雜的控制過程。其中在繼電器中控制系統(tǒng)能夠自動控制，但是維護過程比較復(fù)雜，不宜在粉塵較多，濕度較大環(huán)境中作業(yè)，因此就需要運用一個具有較強自動化程度，工作方便，適應(yīng)性強的自動控制系統(tǒng)。
②自動化控制系統(tǒng)始終保持著經(jīng)濟，實用，安全，有效的原則。與此同時也要保障生產(chǎn)的可靠性和安全性。
③在此控制系統(tǒng)中，控制指令反應(yīng)非常靈敏，需采集比較多的現(xiàn)場信號，一般包括溫度、流量、電流、壓力等。
④在焦爐備煤與出焦的過程中，會產(chǎn)生大量有毒有害的煙塵，對工作人員的身體以及環(huán)境造成嚴重影響。大量煙塵對于設(shè)備也有很大的損毀和腐蝕。現(xiàn)在如何經(jīng)濟有效的解決這個問題是重點研究方向。
⑤對于備煤系統(tǒng)而言，屬于一種出焦前煤料配置并將焦炭篩分的過程。在系統(tǒng)中都存在很多子系統(tǒng)，所以要綜合實現(xiàn)焦化流程，就需要各個子系統(tǒng)應(yīng)用信號進行銜接。
對于這幾種特點，要運用集散控制的思想去控制。近些年來，這種思想被廣泛的應(yīng)用到新建技改項目中。對于傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)來說，控制的范圍較大，成本費用較高，因此對一些小規(guī)模自控系統(tǒng)的推廣產(chǎn)生了不利影響，現(xiàn)已經(jīng)不能夠滿足自動化過程控制系統(tǒng)中的設(shè)計標準。現(xiàn)在對于建立一個完善的生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)，能夠有效的將生產(chǎn)過程中參數(shù)全局化和信息化。控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)目標的要求，使得生產(chǎn)過程運行良好，最終獲取較大的經(jīng)濟及社會效益。
在我國國民經(jīng)濟重點行業(yè)中，煉焦行業(yè)是重點行業(yè)之一。它涉及到冶金，煤炭，化工等部門。鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)在不斷的發(fā)展，城市燃料利用趨于煤氣化。但是我國焦化生產(chǎn)中的自動化水平還與國際存在較大差距。應(yīng)用電子技術(shù)，實現(xiàn)作業(yè)制度的網(wǎng)絡(luò)管理在煉焦生產(chǎn)中的應(yīng)用是一個急需解決的問題。工業(yè)的不斷發(fā)展，使得焦炭的需求量越來越大，在推廣應(yīng)用新技術(shù)的同時，也提高了以質(zhì)量為前提的生產(chǎn)。但是我國的焦炭行業(yè)還處于一個調(diào)整階段，其中存在的重要問題如下：
①對于建廠歷史悠久企業(yè)，工藝老化，設(shè)備比較陳舊，生產(chǎn)中存在較大安全隱患，同時生產(chǎn)效率較低，資源利用率不高。②焦爐老化，并且焦爐自身的損壞部分較大，泄漏率較高，造成大量煤氣外泄。一方面造成大量的資源浪費，另一方面直接或間接導(dǎo)致嚴重的環(huán)境污染。③工藝落后，消耗大量能源。在陳舊工藝中，一般只采用硫銨飽和器的方式除去氨或者采用直接終冷或蒸汽方式脫苯。這樣不但消耗了大量的蒸汽，也使得處理生產(chǎn)中的廢水消耗大量的能源。上述焦炭行業(yè)中存在的問題嚴重影響了高爐的生產(chǎn)水平。因此開發(fā)在技術(shù)，管理，效益等各個方面均較為合理的焦化工程是我國工業(yè)發(fā)展的一項重要任務(wù)。
在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，在焦化備煤及出焦過程中進行計算機控制是比較困難的。在焦化生產(chǎn)過程中，介質(zhì)較為復(fù)雜，測量難度比較大，各個工序之間相互連接，且在焦化生產(chǎn)的過程中，有毒污染物較多，嚴重影響了操作環(huán)境，為了能夠在焦化生產(chǎn)的過程中，減少消耗的能源，提高生產(chǎn)質(zhì)量以及降低工作人員的勞動強度，讓計算機監(jiān)控系統(tǒng)真正的融入焦化生產(chǎn)的過程中顯得尤為必要。
2 備煤、出焦過程控制系統(tǒng)整體設(shè)計方法
隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展和計算機技術(shù)的不斷進步，自動化控制概念有了很大的改變。在生產(chǎn)過程中，監(jiān)視和控制信息明顯增加，使得工業(yè)自動化控制系統(tǒng)面臨著可靠性，功能完善性，系統(tǒng)可維護性以及數(shù)據(jù)利用分析管理等各個方面綜合的挑戰(zhàn)。因此大力推廣應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化自動控制系統(tǒng)才能夠有效推動生產(chǎn)過程自動化水平以及產(chǎn)品質(zhì)量，就出現(xiàn)了生產(chǎn)過程的全集成自動化。全集成自動化主要是指在同一組態(tài)、編程、數(shù)據(jù)管理和通信中，能夠高度集成整個產(chǎn)品的范圍，應(yīng)用一個系統(tǒng)完成幾個系統(tǒng)的全部功能。這種應(yīng)用方案能夠簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少接口部件使用，具有較高利用價值。
備煤系統(tǒng)中主要包括輸煤系統(tǒng)和配煤系統(tǒng)。輸煤系統(tǒng)需要改進的工藝較少，而配煤系統(tǒng)有較大改進空間。根據(jù)煤源的具體煤質(zhì)狀況，在備煤車間中運用較為簡單的工藝，減少設(shè)備的使用，緊湊的布置，最終進行先配煤后粉碎的工藝流程，可大大提高設(shè)備的利用率。在備煤系統(tǒng)中有八個配料槽，將單種煤以適當比例進行配合，最終滿足焦爐生產(chǎn)的高質(zhì)量要求。在各個槽中都有料位計檢測量煤的料位狀況。在儲存煤的槽中放置單種煤，并按照配煤的槽口自動配煤。在每個裝置中都存在料帶式的輸送機和自動控制系統(tǒng)。在生產(chǎn)的過程中，要按照定值對各種單煤流量進行自動控制，以保障配煤比的恒定。這種自配煤的裝置能夠有效提高配煤的準確性，降低工作人員的勞動強度，最終能夠合理利用焦炭質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
在篩焦系統(tǒng)的工藝過程中，煤塔中加入配煤槽以及相配合好的裝爐煤，并用裝煤車取煤和計量之后，依照作業(yè)計劃將其轉(zhuǎn)入炭化室中。然后在炭化室中煤料就能夠在高溫干餾的一個結(jié)焦周期內(nèi)形成焦炭以及荒煤氣。在炭化室中焦炭成熟之后，應(yīng)用推焦機將其推出，經(jīng)過攔焦機傾倒在熄焦車中。然后熄焦之后的焦炭就會形成焦臺，再經(jīng)過一段時間的冷卻，就進入了篩儲焦階段。焦臺的主要作用就是用來處理瀝水以及蒸發(fā)水分，冷卻熄焦之后的混合焦，最后用剩余紅焦補充熄焦。以上過程可利用刮板放焦機在遠距離處對機械進行控制放焦。刮板放焦機將焦臺地溝中的混合焦運用帶式輸送機使焦臺上滑下來的混合焦混合均勻，最后送到篩貯樓中。篩貯樓主要是用來篩分處理混合焦，最終進行倉貯存放。在篩貯焦槽能夠通過振動篩將焦炭分為三個級別，分別為小于10毫米、10～25毫米和大于25毫米。還需要在帶式輸送機中添加計量秤，能夠反映出混合焦的產(chǎn)量和冶金焦進入高爐的狀況。同時還應(yīng)在各個貯集槽中設(shè)置料位計，對貯槽中的焦炭料位狀況進行實時監(jiān)控。
在控制焦爐裝煤和出焦生產(chǎn)過程的除塵系統(tǒng)中，對于全干式除塵技術(shù)，能夠?qū)⒔y(tǒng)一焦爐的裝煤除塵和出焦除塵整合為一個系統(tǒng)，在出焦除塵的過程中，涂層主要為吸附在濾袋中的焦粉。這種涂層讓裝煤過程中吸進煙氣內(nèi)的焦油以及粉塵都不能夠和濾袋接觸，使得出焦除塵裝置以及裝煤除塵裝置能夠交替運行，保障濾袋的長期使用，并且避免粘結(jié)和堵塞，使裝煤除塵裝置和出焦除塵裝置整合到一起。對于地面站除塵器來說，是三大部分組成的。其中第一部分為攔焦車中一個移動性的大型集氣罩，煙氣通過集氣罩進入焦側(cè)集塵管的轉(zhuǎn)換設(shè)備。第二部分為焦臺上方的集塵固定接口閥。第三部分設(shè)置在地面，其將煙氣熄滅，凈化所有的設(shè)備并將收集的粉塵集中于貯灰罐中，在規(guī)定時間內(nèi)將其導(dǎo)出。地面除塵站凈化系統(tǒng)存在兩個階段，分別為裝煤除塵階段和焦爐除塵階段。其中裝煤除塵階段主要是為了解決在粉碎過程中產(chǎn)生的大量煙塵而設(shè)置。在煤粉碎機室中的每個揚塵點均安裝吸氣罩，防止煙塵粉塵向外排出，這種系統(tǒng)稱之為機械除塵系統(tǒng)，最后將凈化后的氣體通過風(fēng)機以及消聲器排到室外。焦爐除塵工藝流程主要為：在焦爐上裝煤，并在出焦的同時產(chǎn)生的煙塵經(jīng)相應(yīng)的管道排出，再經(jīng)過冷卻器以及除塵器，將煙塵送進各自的管道中，最終排出。
3 系統(tǒng)的硬件配置
對于備煤系統(tǒng)、篩焦系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)而言，其計算機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是通過兩級控制器完成，分別為監(jiān)視級以及過程控制級，而在備煤系統(tǒng)中主要包括輸煤系統(tǒng)以及自動配煤系統(tǒng)。其中：①監(jiān)視級中包括打印機以及網(wǎng)絡(luò)操作站等。在監(jiān)視系統(tǒng)中能夠通過設(shè)備運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)過程、設(shè)備具體操作、參數(shù)設(shè)定和報表打印等進行深入了解。網(wǎng)絡(luò)操作站是由兩臺工控機組成的，通過共享電纜連接到一臺打印機上。②控制級是通過的PLC控制器組成，其中S7-300是模塊化的中小型PLC系統(tǒng)，能夠滿足中等性能的要求。由于系統(tǒng)模塊化以及無風(fēng)扇等結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)總體構(gòu)成小巧靈活，分布方便，易于控制。在控制量模塊中有輸入/輸出的數(shù)字量以及輸入/輸出的模擬量，對于模塊數(shù)量以及配置都是通過當?shù)毓ぷ髡具M行控制和采集的點數(shù)決定。
對于輸煤系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)來說，輸煤系統(tǒng)中存在一個中央操作單元，在Profibus總線上有兩個站點，分別為本站點以及遠程點。本站點通過應(yīng)用主機架將接口模塊IM360以及IM361擴展為3個機架。在遠程點最好采用通用性較強的ETM200現(xiàn)場模塊進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和控制。在工業(yè)現(xiàn)場中，Profibus的利用能夠更好的建立控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
而對于配煤控制系統(tǒng)而言，自動配煤控制系統(tǒng)是通過一臺工業(yè)PC機、一套PLC以及8套控制系統(tǒng)組成。閉環(huán)控制系統(tǒng)包括稱量帶式輸送機、秤體、速度傳感器、現(xiàn)場操作設(shè)備和可控制室內(nèi)的調(diào)節(jié)器和變頻器。
4 系統(tǒng)監(jiān)控的功能
在焦化生產(chǎn)中備煤系統(tǒng)是重要的步驟之一，最終可將配合好的煤一齊送至煤塔中進行煉焦作業(yè)。在篩焦系統(tǒng)和焦化生產(chǎn)中主要配套使用裝煤車、攔焦車、推焦車以及熄焦車等，他們都屬于出焦后生產(chǎn)過程的控制。在除塵系統(tǒng)中不存在壓料現(xiàn)象，是一種單料線的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)。在循環(huán)啟動出焦、裝煤信號控制閥門和其他設(shè)備的同時，其中可實現(xiàn)的控制功能為：①對過程進行控制和監(jiān)視。對生產(chǎn)設(shè)備進行統(tǒng)一的監(jiān)控，能夠有順序、有邏輯的對生產(chǎn)過程進行系統(tǒng)控制。對于系統(tǒng)選擇、切換、起點以及終點的確定能夠進一步處理和控制生產(chǎn)過程中的各種設(shè)備。對設(shè)備故障進行自動診斷以及采取相應(yīng)保護措施，進行實時處理，增強報警記錄上設(shè)備運行的可靠性和安全性，進行參數(shù)設(shè)定和情報打印，監(jiān)視管理料量的具體狀況。②對開關(guān)輸入輸出量和相關(guān)模擬量進行輸入信號處理，進行實績搜集。根據(jù)操作數(shù)據(jù)中有上煤/焦量數(shù)據(jù)、設(shè)備的開停機時間和報警記錄形成的報表和歷史趨勢圖，可搜集通信使用的數(shù)據(jù)。③數(shù)據(jù)通訊?？刂葡到y(tǒng)在控制層和操作站之間交換數(shù)據(jù)，對上位機上發(fā)送系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)。對于各個控制子站和系統(tǒng)之間交換運行的數(shù)據(jù)，對整個過程的控制系統(tǒng)、上位機、兌取料機系統(tǒng)、舊有備煤系統(tǒng)以及自動配煤系統(tǒng)等實現(xiàn)控制監(jiān)控。④CRT畫面顯示功能。CRT畫面顯示能夠顯示出操作畫面、設(shè)定畫面、組畫面、趨勢畫面、棒形圖以及生產(chǎn)過程中流程圖等。⑤報警功能?？蓪崿F(xiàn)事故報警，設(shè)定相應(yīng)的優(yōu)先級別，這些幾乎是通過屏幕報警窗口列表顯示以及打印完成的。
5 結(jié)語
本文通過分析備煤和出焦過程中控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，控制系統(tǒng)整體的設(shè)計方法，完善系統(tǒng)硬件配置以及監(jiān)控系統(tǒng)的功能等幾個方面，基于控制思想，其設(shè)計方案圍繞備煤系統(tǒng)，篩焦系統(tǒng)以及除塵地面站系統(tǒng)設(shè)計出的監(jiān)控系統(tǒng)，最終實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的綜合自動化。