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摘要:高炉煤气全干式除尘主要作用是给高炉煤气余压透平发电TRT-(Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit,TRT)提供净化后的高炉煤气进行发电,是TRT装置的重要组成部分。文章采用浙大中控WebField ECS-100 DCS控制系统实现攀钢新#3高炉全干式除尘系统的控制,通过对DCS系统硬件、软件的设计与调试,高炉煤气全干式除尘系统成功投运,为高炉煤气回收利用和TRT发电创造了前提条件,为企业创造了较大的经济效益,为高炉煤气全干式除尘控制积累了大量的经验。
关键词:ECS-100;DCS;TRT;高炉全干式除尘控制
一、引言
高炉煤气能量回收发电装置(TRT)是高炉炉顶煤气的高效利用装置,其主要由煤气净化(除尘)系统和透平发电系统两大部分组成。高炉粗煤气经过重力除尘器、散热器、布袋除尘器(BDC)之后,成为净煤气,具备引入透平机组发电的条件。该装置具有减少环境污染和能量浪费、稳定炉顶压力、改善高炉生产条件,现已成为当今世界钢铁行业公认的节能环保装置。
攀钢新#3高炉TRT是在干式、湿式相结合的工艺上进行改进而建成的全干式除尘方式的TRT。全干式除尘系统主要由重力除尘器、散热器、布袋除尘器和排灰罐组成。根据新#3高炉TRT装置的控制设备较多,引入控制站的控制信号也较多(全干式除尘部分大概有5000多个信号点),控制系统选择浙大中控的WebField ECS-100 DCS控制系统进行全面的监视和控制。
二、工艺流程及系统配置
(一)系统概述
在攀钢新#3高炉煤气全干式除尘控制包括:散热器控制、BDC筒体控制、排灰控制。3个控制部分全部采用DCS系统控制,设一个工程师站和一个操作员站,与TRT透平发电控制系统一起组成一个大型的DCS系统,并通过过程控制网SCnetⅡ与系统控制站、通讯接口单元等在两个互为冗余的集线器(HUB)上直接连接,数据传输遵循TCP/IP协议。ECS-100 SCnetⅡ网络采用双重化冗余结构;控制站内部I/O控制总线是SBUS总线,主控制卡、数据转发卡、I/O卡通过SBUS进行信息交换。整个系统网络拓扑图如图1所示。
散热器部分主要由4套散热器组成,正常运行时2用2备。一套散热器包括2个眼镜阀、1个氮气阀、放散阀组成。其主要控制过程有:散热器的连锁投运和停运、散热器自动喷水、放散塔点火控制等。
BDC部分由12套布袋除尘器筒体组成,正常运行时8用4备,1套BDC包括2个眼镜阀、过滤阀、反吹阀和放散阀各1个。同时,公辅设施(比如反吹风机、过滤及反吹阀门等设备)也划归该部分进行控制。其主要控制过程有:BDC筒体的自动投运和停运,停运控制分检修停运和不检修停运两种情况,以及BDC筒体的过滤反吹自动控制等。
排灰系统包括:布袋筒体及卸灰阀组12套、粉尘计量装置及排灰阀组12套,12套可同时排放,也可单独排放;螺旋输送机一组(共4台);皮带输送机一组(共4台)。其控制过程主要有:筒体的自动卸灰和粉尘罐的自动排灰,其中还包括皮带与排灰系统的启动连锁和停止连锁控制。
连锁自动控制是该工程的主要编程任务。
(二)功能控制的实现
1、散热器自动控制:主要是工艺电气设备的控制及根据散热器温度进行喷水自动控制。
2、布袋筒体卸灰自动控制(控制逻辑图如图2):筒体内粉尘排放以料位而定,料位高时卸灰,料位低时关,也可人为进行排放。当粉尘达到筒体料位上限时必须排放,卸灰时,筒体先均压,再卸灰。
3、粉尘计量装置排灰(控制逻辑图如图3):粉尘计量装置内粉尘定量(粉尘重达3t,信号来自称重装置)排放,当粉尘计量装置内粉尘达到上料位时必须排放。12个粉尘计量装置共分4组,每3个粉尘计量装置为一组,供一台螺旋输送机排灰,4组可同时排灰,但每组内的3个粉尘计量装置每次只能有一个排灰。排灰时,排灰罐先泄压,再排灰。
4、控制氮气吹扫、置换等电磁阀完成筒体氮气自动循环吹扫控制。
5、控制反吹風机、过滤及反吹阀门等完成筒体空气自动吹扫控制。
三、控制系统编程思想
鉴于BDC排灰系统中的布袋筒体及卸灰阀组、粉尘计量装置及排灰阀组的数量较多,而且考虑到每套布袋筒体及卸灰阀组和每套粉尘计量装置及排灰阀组的控制逻辑基本一致,只有部分(12个粉尘计量装置共分4组,每3个粉尘计量装置为一组,供一台螺旋输送机)有所差别,同时因为在该排灰系统中,有的设备有机旁操作箱,而有的设备没有机旁操作箱,其控制完全由CRT完成。为了减少不必要的工作量,提高工作效率,本次控制系统编程利用WebField ECS-100功能强大的自定义功能块(DFB)把同一个系统中的不同设备再进行归类划分,从而把这些设备分为7种自定义功能模块:带机旁操作的单向电机、集中控制的单向电机、带机旁操作的电动阀门、有机旁操作箱的双线圈电磁阀、无机旁操作箱的双线圈电磁阀、有机旁操作箱的单线圈电磁阀、无机旁操作箱的单线圈电磁阀。
该种编程思想对设备的分类细化简练,规律性强,在程序的编写上操作性强,自定义功能模块直接调用,只需在自定义模块的引脚处输入相应的控制信号点,就可以达到控制要求,尤其在实现连锁控制的时候,只需把需连锁的信号条件串入模块“连锁自动运行条件”引脚就可以轻松实现连锁控制目的,这样,各个系统的自动控制程序编写起来就显得非常简便,对于新#3高炉TRT全干式除尘系统控制信号点多的情况,用这种办法确实可以达到事半功倍的效果,同时,在调试的时候也可以减少校验信号点的工作量,对于维护的方便性也可以得到大大的提高。
四、全干式除尘系统在CRT上的集中控制
根据本次TRT——煤气全干式除尘系统的各种设备有的有机旁操作箱,而有的没有机旁操作箱,以及系统有自动和手动两种操作方式的控制要求,在程序的编写上相应的在硬件组态软件(Sconfig)变量栏里加入<系统集中>、<系统机旁>、<系统自动>、<系统手动>和每个设备的启动、停止的自定义1字节变量。
系统预先定义的变量用于控制信息的交换处理等,在控制组态里预先定义的变量,可以在SupView软件里进行访问。
在CRT画面建立<系统集中>与<系统机旁>的切换控件、同时,对切换控件进行设置,使设备在CRT控制画面上实现集中控制的目的。
在CRT上的控件有两种功能:一种是运行状态显示;另一种是控制操作。其中运行显示由预先定义变量与动画形成动态连接;控制操作在<编辑脚本>里用Visual Basic语言进行程序编写达到控制要求。
全干式除尘系统的各个设备和信号经过以上步骤的编程、设置,就基本上完成了系统的控制编程,之后便可进行运行调试,首先是工程师站、操作员站、控制站、网络通讯的调试运行;之后再是现场系统的联机调试与运
行。
五、结束语
通过对新#3高炉TRT全干式除尘系统WebField ECS-100DCS控制系统硬件及软件的调试,使新#3高炉TRT全干式除尘系统顺利投运,运行过程中,设备及系统运行安全稳定,运行操作方便快捷,报警联锁及时可靠,自动和手动切换灵活、自动控制运行可靠稳定,取得了较高的自动化控制水平和调节控制效果,全面保证了设备的安全、经济运行和生产的稳定增长。同时,为今后大中型高炉TRT-全干式除尘自动化控制积累了大量的经验,具有很高的推广价值。
参考文献:
1、关绅,王振平.高炉煤气干法布袋除尘技术在大型高炉上的应用[A].中国钢铁工业节能减排技术与设备概览[M].冶金工业出版社,2008.
2、(瑞典)奥斯特隆姆,威顿马克著;周兆英译.计算机控制系统——原理与设计[M].电子工业出版社,2001.
3、李先才等.攀钢四高炉TRT“全干式”除尘的探索[J].冶金动力,2001(5).
4、浙江中控技术有限公司.ECS-100控制系统说明书[Z].2004.
5、浙江中控技术有限公司.SupView软件说明书[Z].2004.
[作者单位:攀钢(集团)设计研究院有限公司]
关键词:ECS-100;DCS;TRT;高炉全干式除尘控制
一、引言
高炉煤气能量回收发电装置(TRT)是高炉炉顶煤气的高效利用装置,其主要由煤气净化(除尘)系统和透平发电系统两大部分组成。高炉粗煤气经过重力除尘器、散热器、布袋除尘器(BDC)之后,成为净煤气,具备引入透平机组发电的条件。该装置具有减少环境污染和能量浪费、稳定炉顶压力、改善高炉生产条件,现已成为当今世界钢铁行业公认的节能环保装置。
攀钢新#3高炉TRT是在干式、湿式相结合的工艺上进行改进而建成的全干式除尘方式的TRT。全干式除尘系统主要由重力除尘器、散热器、布袋除尘器和排灰罐组成。根据新#3高炉TRT装置的控制设备较多,引入控制站的控制信号也较多(全干式除尘部分大概有5000多个信号点),控制系统选择浙大中控的WebField ECS-100 DCS控制系统进行全面的监视和控制。
二、工艺流程及系统配置
(一)系统概述
在攀钢新#3高炉煤气全干式除尘控制包括:散热器控制、BDC筒体控制、排灰控制。3个控制部分全部采用DCS系统控制,设一个工程师站和一个操作员站,与TRT透平发电控制系统一起组成一个大型的DCS系统,并通过过程控制网SCnetⅡ与系统控制站、通讯接口单元等在两个互为冗余的集线器(HUB)上直接连接,数据传输遵循TCP/IP协议。ECS-100 SCnetⅡ网络采用双重化冗余结构;控制站内部I/O控制总线是SBUS总线,主控制卡、数据转发卡、I/O卡通过SBUS进行信息交换。整个系统网络拓扑图如图1所示。
散热器部分主要由4套散热器组成,正常运行时2用2备。一套散热器包括2个眼镜阀、1个氮气阀、放散阀组成。其主要控制过程有:散热器的连锁投运和停运、散热器自动喷水、放散塔点火控制等。
BDC部分由12套布袋除尘器筒体组成,正常运行时8用4备,1套BDC包括2个眼镜阀、过滤阀、反吹阀和放散阀各1个。同时,公辅设施(比如反吹风机、过滤及反吹阀门等设备)也划归该部分进行控制。其主要控制过程有:BDC筒体的自动投运和停运,停运控制分检修停运和不检修停运两种情况,以及BDC筒体的过滤反吹自动控制等。
排灰系统包括:布袋筒体及卸灰阀组12套、粉尘计量装置及排灰阀组12套,12套可同时排放,也可单独排放;螺旋输送机一组(共4台);皮带输送机一组(共4台)。其控制过程主要有:筒体的自动卸灰和粉尘罐的自动排灰,其中还包括皮带与排灰系统的启动连锁和停止连锁控制。
连锁自动控制是该工程的主要编程任务。
(二)功能控制的实现
1、散热器自动控制:主要是工艺电气设备的控制及根据散热器温度进行喷水自动控制。
2、布袋筒体卸灰自动控制(控制逻辑图如图2):筒体内粉尘排放以料位而定,料位高时卸灰,料位低时关,也可人为进行排放。当粉尘达到筒体料位上限时必须排放,卸灰时,筒体先均压,再卸灰。
3、粉尘计量装置排灰(控制逻辑图如图3):粉尘计量装置内粉尘定量(粉尘重达3t,信号来自称重装置)排放,当粉尘计量装置内粉尘达到上料位时必须排放。12个粉尘计量装置共分4组,每3个粉尘计量装置为一组,供一台螺旋输送机排灰,4组可同时排灰,但每组内的3个粉尘计量装置每次只能有一个排灰。排灰时,排灰罐先泄压,再排灰。
4、控制氮气吹扫、置换等电磁阀完成筒体氮气自动循环吹扫控制。
5、控制反吹風机、过滤及反吹阀门等完成筒体空气自动吹扫控制。
三、控制系统编程思想
鉴于BDC排灰系统中的布袋筒体及卸灰阀组、粉尘计量装置及排灰阀组的数量较多,而且考虑到每套布袋筒体及卸灰阀组和每套粉尘计量装置及排灰阀组的控制逻辑基本一致,只有部分(12个粉尘计量装置共分4组,每3个粉尘计量装置为一组,供一台螺旋输送机)有所差别,同时因为在该排灰系统中,有的设备有机旁操作箱,而有的设备没有机旁操作箱,其控制完全由CRT完成。为了减少不必要的工作量,提高工作效率,本次控制系统编程利用WebField ECS-100功能强大的自定义功能块(DFB)把同一个系统中的不同设备再进行归类划分,从而把这些设备分为7种自定义功能模块:带机旁操作的单向电机、集中控制的单向电机、带机旁操作的电动阀门、有机旁操作箱的双线圈电磁阀、无机旁操作箱的双线圈电磁阀、有机旁操作箱的单线圈电磁阀、无机旁操作箱的单线圈电磁阀。
该种编程思想对设备的分类细化简练,规律性强,在程序的编写上操作性强,自定义功能模块直接调用,只需在自定义模块的引脚处输入相应的控制信号点,就可以达到控制要求,尤其在实现连锁控制的时候,只需把需连锁的信号条件串入模块“连锁自动运行条件”引脚就可以轻松实现连锁控制目的,这样,各个系统的自动控制程序编写起来就显得非常简便,对于新#3高炉TRT全干式除尘系统控制信号点多的情况,用这种办法确实可以达到事半功倍的效果,同时,在调试的时候也可以减少校验信号点的工作量,对于维护的方便性也可以得到大大的提高。
四、全干式除尘系统在CRT上的集中控制
根据本次TRT——煤气全干式除尘系统的各种设备有的有机旁操作箱,而有的没有机旁操作箱,以及系统有自动和手动两种操作方式的控制要求,在程序的编写上相应的在硬件组态软件(Sconfig)变量栏里加入<系统集中>、<系统机旁>、<系统自动>、<系统手动>和每个设备的启动、停止的自定义1字节变量。
系统预先定义的变量用于控制信息的交换处理等,在控制组态里预先定义的变量,可以在SupView软件里进行访问。
在CRT画面建立<系统集中>与<系统机旁>的切换控件、同时,对切换控件进行设置,使设备在CRT控制画面上实现集中控制的目的。
在CRT上的控件有两种功能:一种是运行状态显示;另一种是控制操作。其中运行显示由预先定义变量与动画形成动态连接;控制操作在<编辑脚本>里用Visual Basic语言进行程序编写达到控制要求。
全干式除尘系统的各个设备和信号经过以上步骤的编程、设置,就基本上完成了系统的控制编程,之后便可进行运行调试,首先是工程师站、操作员站、控制站、网络通讯的调试运行;之后再是现场系统的联机调试与运
行。
五、结束语
通过对新#3高炉TRT全干式除尘系统WebField ECS-100DCS控制系统硬件及软件的调试,使新#3高炉TRT全干式除尘系统顺利投运,运行过程中,设备及系统运行安全稳定,运行操作方便快捷,报警联锁及时可靠,自动和手动切换灵活、自动控制运行可靠稳定,取得了较高的自动化控制水平和调节控制效果,全面保证了设备的安全、经济运行和生产的稳定增长。同时,为今后大中型高炉TRT-全干式除尘自动化控制积累了大量的经验,具有很高的推广价值。
参考文献:
1、关绅,王振平.高炉煤气干法布袋除尘技术在大型高炉上的应用[A].中国钢铁工业节能减排技术与设备概览[M].冶金工业出版社,2008.
2、(瑞典)奥斯特隆姆,威顿马克著;周兆英译.计算机控制系统——原理与设计[M].电子工业出版社,2001.
3、李先才等.攀钢四高炉TRT“全干式”除尘的探索[J].冶金动力,2001(5).
4、浙江中控技术有限公司.ECS-100控制系统说明书[Z].2004.
5、浙江中控技术有限公司.SupView软件说明书[Z].2004.
[作者单位:攀钢(集团)设计研究院有限公司]