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摘 要：本文结合莱钢3200m3高炉煤气除尘工艺，设计了轴流旋风除尘器排灰自动控制系统，重点阐述了控制系统的控制功能及控制系统的硬件配置和软件组成。
关键词：高炉煤气；轴流旋风除尘器；控制系统
中图分类号：TF547
在冶金行业中，传统高炉炼铁工艺粗煤气除尘通常采用重力除尘器，这种除尘器体积大，占地多，而且由于除尘效率低，不利于环保和节能降耗。莱钢3200m3高炉是其所有高炉中首个采用高炉轴流旋风除尘器除尘的，旋风除尘器设计结构简单、占地面积小、布局灵活、易于制造、安装和维护管理，设备投资和操作费用都较低。随着高炉炼铁技术的不断发展和进步，旋风除尘技术在高炉粗煤气系统中应用日益广泛。
1 旋风除尘工艺
莱钢3200m3高炉旋风除尘器分三个区域：上部导流区，中部旋流除尘区，下部贮灰。其主要组成部分有：进气管道、出气管道、导向锥体、旋流板、反射锥体、灰仓锥体、上卸灰阀、储灰罐、下卸灰阀、出灰管道等，其结构简图如图1所示。旋风除尘器的灰仓锥体下方的排灰口设有两个锥形导灰斗，每个导灰斗连接一个储灰罐，储灰罐与导灰斗之间有闸板阀和上卸灰阀控制，储灰罐下面又有下卸灰阀控制排放灰，所以此套旋风除尘器共有2套排灰系统。平时生产时，两个排灰系统是可以互为备用。储灰罐满后，上卸灰阀自动关闭，罐体放散打开，氮气吹扫打开，此时连接好真空泵车后，下排灰阀打开即可放灰。
2 系统的控制功能
2.1 系统运行前检测。为了保证旋风除尘系统工作稳定，首先，要在系统运行前，检测相关设备顺序动作，确保阀门在各自的工作位上。两个储灰罐中，以某罐为例，系统会自动关闭罐上排灰阀，打开上排灰阀氮气密封阀。当密封氮气压力大于0.28Mpa时，打开放散阀，关闭均压阀，然后关闭下排灰阀，打开下排灰阀氮气密封阀。当密封氮气压力大于0.28Mpa，气控柜氮气入口压力大于0.35Mpa时，满足条件时，系统检测通过。如果不满足条件，系统会到时发出报警，提醒操作人员排除故障。
2.2 自动装灰控制。为防止储灰罐泄露煤气，造成顶压波动，影响生产，储灰罐在装灰前进行耐压检测。系统会自动先关闭放散阀，打开均压阀，将储灰罐内压力均压到0.3Mpa时，关闭均压阀。若能持续30秒的时间，保持罐内压力大于0.27Mpa，则执行装灰程序。否则，继续做耐压检测，超过3次未通过检测，报警提示。通过检测后，关闭上排灰阀氮气密封阀，且密封氮气压力小于0.005Mpa时，打开上排灰阀，储灰罐开始装灰，直至罐内灰满发出信号。当装填达到设定值或高料位报警时，程序自动判断储灰罐已经装满。这时，打开吹扫阀，关闭上排灰阀，打开上排灰阀氮气密封阀。当密封氮气压力大于0.28Mpa时，关闭吹扫阀，打开排灰斗放散阀。此时，系统完成了装填过程。
2.3 自动排灰控制。储灰罐排灰前再次进行耐压检测，保证储灰罐不会泄气。当通过检测时，系统自动打开放散阀，将罐内温度降到低于120℃时，真空泵车到位。程序检测到车辆，关闭罐下排灰阀氮气密封阀，同时密封氮气压力小于0.005Mpa，打开下排灰阀，开始排灰。伺服阀采用PID自动调节，控制放灰速度，防止堵塞出灰口。当排灰期罐重达到下限值时，调节放散阀和均压阀的开关控制，尽量将罐内灰尘排空。排空后，关闭下排灰阀，进行吹扫清理。清理完成后，氮气密封阀打开，吹扫阀关闭。此时系统A罐完成排灰。向B罐发出可以排灰指令。B罐满足排灰条件时立即排灰，A罐返回装填。两路交替，周而复始，直到检测集尘室低灰位，一个卸灰周期完成，排灰停止工作。
3 控制系统组成
3.1 硬件系统配置。本系统配置了一套施耐德Quantum PLC，中央处理器采用Quantum系列型号为65150的CPU，选择即插即用的高精度I/O模块，一台工程师站及两台操作员站来构成自动化控制系统。这套PLC布置在一个控制柜内，只有一个主控制站直接与现场的各类装置相连，进行监测和控制。控制站的重要数据经光纤以太环网可到主控室进行集中显示、集中管理。
3.2 软件控制系统。控制编程软件和上位机监控软件，都是由施耐德提供的。分别是Unity Pro V4.1和Vijeo Citect 7.1。前者是主要实现过程控制策略，后者主要给操作员提供监视操作的过程人机接口。工程师站通过以太环网与PLC通信，利用编程软件Unity Pro，实现控制程序的上装和下载，完成画面组态程序的维护工作。操作站以监控软件Vijeo Citect为平台，实现以下功能：（1）显示工艺流程画面。监控程序画面动态显示运行设备的工作称重、温度、压力及阀门状态，供操作人员了解系统生产状况。系统工艺画面如图3；（2）控制方式。画面控制系统提供两种控制方式：自动控制方式和手动控制方式。可在监控界面上通过按钮选择设定，进行切换操作；（3）趋势显示。监控程序提供了温度，压力等趋势的显示，通过选择按钮，可以显示不同的趋势曲线；（4）画面报警。设备出现故障时，系统将通过动画闪烁或语音报警提示操作人员。
4 结束语
目前，此高炉旋风除尘排灰自控系统生产运行情况良好。与厂内其他高炉相比，3200m3高炉旋风除尘可达到20-24kg/t（吨铁除尘量），除尘效率很高，自动排灰系统能够短时间内完成灰尘的排放收集，能为其后的煤气净化工序创造较好的生产条件。结果表明，该系统配置合理，功能完善，人机界面简洁清晰，操作方便，系统完全可满足生产要求。
参考文献：
[1]范小钢，黄威钢.高炉轴流旋风除尘器技术及应用[J].炼铁，2006（05）：17-21.
[2]刘元扬，刘德溥.自动检测和过程控制[M].北京：冶金工业出版社，2000.
作者简介：武晓文（1984-），男，2009年毕业于辽宁科技学院通信工程专业，助理工程师，从事自动化控制计算工作。
作者单位：山东钢铁莱芜分公司自动化部，山东莱芜 271104
关键词：高炉煤气；轴流旋风除尘器；控制系统
中图分类号：TF547
在冶金行业中，传统高炉炼铁工艺粗煤气除尘通常采用重力除尘器，这种除尘器体积大，占地多，而且由于除尘效率低，不利于环保和节能降耗。莱钢3200m3高炉是其所有高炉中首个采用高炉轴流旋风除尘器除尘的，旋风除尘器设计结构简单、占地面积小、布局灵活、易于制造、安装和维护管理，设备投资和操作费用都较低。随着高炉炼铁技术的不断发展和进步，旋风除尘技术在高炉粗煤气系统中应用日益广泛。
1 旋风除尘工艺
莱钢3200m3高炉旋风除尘器分三个区域：上部导流区，中部旋流除尘区，下部贮灰。其主要组成部分有：进气管道、出气管道、导向锥体、旋流板、反射锥体、灰仓锥体、上卸灰阀、储灰罐、下卸灰阀、出灰管道等，其结构简图如图1所示。旋风除尘器的灰仓锥体下方的排灰口设有两个锥形导灰斗，每个导灰斗连接一个储灰罐，储灰罐与导灰斗之间有闸板阀和上卸灰阀控制，储灰罐下面又有下卸灰阀控制排放灰，所以此套旋风除尘器共有2套排灰系统。平时生产时，两个排灰系统是可以互为备用。储灰罐满后，上卸灰阀自动关闭，罐体放散打开，氮气吹扫打开，此时连接好真空泵车后，下排灰阀打开即可放灰。
2 系统的控制功能
2.1 系统运行前检测。为了保证旋风除尘系统工作稳定，首先，要在系统运行前，检测相关设备顺序动作，确保阀门在各自的工作位上。两个储灰罐中，以某罐为例，系统会自动关闭罐上排灰阀，打开上排灰阀氮气密封阀。当密封氮气压力大于0.28Mpa时，打开放散阀，关闭均压阀，然后关闭下排灰阀，打开下排灰阀氮气密封阀。当密封氮气压力大于0.28Mpa，气控柜氮气入口压力大于0.35Mpa时，满足条件时，系统检测通过。如果不满足条件，系统会到时发出报警，提醒操作人员排除故障。
2.2 自动装灰控制。为防止储灰罐泄露煤气，造成顶压波动，影响生产，储灰罐在装灰前进行耐压检测。系统会自动先关闭放散阀，打开均压阀，将储灰罐内压力均压到0.3Mpa时，关闭均压阀。若能持续30秒的时间，保持罐内压力大于0.27Mpa，则执行装灰程序。否则，继续做耐压检测，超过3次未通过检测，报警提示。通过检测后，关闭上排灰阀氮气密封阀，且密封氮气压力小于0.005Mpa时，打开上排灰阀，储灰罐开始装灰，直至罐内灰满发出信号。当装填达到设定值或高料位报警时，程序自动判断储灰罐已经装满。这时，打开吹扫阀，关闭上排灰阀，打开上排灰阀氮气密封阀。当密封氮气压力大于0.28Mpa时，关闭吹扫阀，打开排灰斗放散阀。此时，系统完成了装填过程。
2.3 自动排灰控制。储灰罐排灰前再次进行耐压检测，保证储灰罐不会泄气。当通过检测时，系统自动打开放散阀，将罐内温度降到低于120℃时，真空泵车到位。程序检测到车辆，关闭罐下排灰阀氮气密封阀，同时密封氮气压力小于0.005Mpa，打开下排灰阀，开始排灰。伺服阀采用PID自动调节，控制放灰速度，防止堵塞出灰口。当排灰期罐重达到下限值时，调节放散阀和均压阀的开关控制，尽量将罐内灰尘排空。排空后，关闭下排灰阀，进行吹扫清理。清理完成后，氮气密封阀打开，吹扫阀关闭。此时系统A罐完成排灰。向B罐发出可以排灰指令。B罐满足排灰条件时立即排灰，A罐返回装填。两路交替，周而复始，直到检测集尘室低灰位，一个卸灰周期完成，排灰停止工作。
3 控制系统组成
3.1 硬件系统配置。本系统配置了一套施耐德Quantum PLC，中央处理器采用Quantum系列型号为65150的CPU，选择即插即用的高精度I/O模块，一台工程师站及两台操作员站来构成自动化控制系统。这套PLC布置在一个控制柜内，只有一个主控制站直接与现场的各类装置相连，进行监测和控制。控制站的重要数据经光纤以太环网可到主控室进行集中显示、集中管理。
3.2 软件控制系统。控制编程软件和上位机监控软件，都是由施耐德提供的。分别是Unity Pro V4.1和Vijeo Citect 7.1。前者是主要实现过程控制策略，后者主要给操作员提供监视操作的过程人机接口。工程师站通过以太环网与PLC通信，利用编程软件Unity Pro，实现控制程序的上装和下载，完成画面组态程序的维护工作。操作站以监控软件Vijeo Citect为平台，实现以下功能：（1）显示工艺流程画面。监控程序画面动态显示运行设备的工作称重、温度、压力及阀门状态，供操作人员了解系统生产状况。系统工艺画面如图3；（2）控制方式。画面控制系统提供两种控制方式：自动控制方式和手动控制方式。可在监控界面上通过按钮选择设定，进行切换操作；（3）趋势显示。监控程序提供了温度，压力等趋势的显示，通过选择按钮，可以显示不同的趋势曲线；（4）画面报警。设备出现故障时，系统将通过动画闪烁或语音报警提示操作人员。
4 结束语
目前，此高炉旋风除尘排灰自控系统生产运行情况良好。与厂内其他高炉相比，3200m3高炉旋风除尘可达到20-24kg/t（吨铁除尘量），除尘效率很高，自动排灰系统能够短时间内完成灰尘的排放收集，能为其后的煤气净化工序创造较好的生产条件。结果表明，该系统配置合理，功能完善，人机界面简洁清晰，操作方便，系统完全可满足生产要求。
参考文献：
[1]范小钢，黄威钢.高炉轴流旋风除尘器技术及应用[J].炼铁，2006（05）：17-21.
[2]刘元扬，刘德溥.自动检测和过程控制[M].北京：冶金工业出版社，2000.
作者简介：武晓文（1984-），男，2009年毕业于辽宁科技学院通信工程专业，助理工程师，从事自动化控制计算工作。
作者单位：山东钢铁莱芜分公司自动化部，山东莱芜 271104