淮钢转炉烟气净化与回收自动控制系统的实现

　　转炉炼钢产生大量烟气，如任其放散，将会对工厂周围数百平方千米的环境造成严重污染，因而必须设计有效的净化系统。与此同时，冶炼中后期，烟气中CO的含量高达50%以上，这笔巨大的能量资源需要我们将它很好地回收利用。      
　　1．回收基本原理           
　　1．1烟气的收集、冷却和净化      
　　转炉烟气离开炉口时温度为1 400~1 500℃，主要采用循环水冷法令其迅速冷却。烟气经过众多毛细管环绕的活动烟罩、上部固定烟罩和汽化冷却烟道后，冷却至800~1 000℃，然后经溢流文氏管（以下简称“一文”）进行饱和冷却降温、除尘，此时温度已降至75℃左右。冷却后的烟气经重力脱水器进入矩形线性可调文氏管（以下简称“二文”），进行精除尘。此时，烟气与喷入二文内的水滴高速碰撞，由于扩散、惯性作用，烟气中的尘粒与水珠结合后凝聚而被除下。二文采用矩形“R-D”线性可调文氏管，通过阀板（米字阀）调节其开度，控制罩内差压。回收时，将罩内烟气压力调节至微正压（一般约为0~20 Pa），以控制空气吸入量（即控制O2的吸入量），减少烟气中CO的燃烧，使回收的煤气浓度增高。      
　　1．2烟气的抽取、放散及回收      
　　煤气鼓风机是烟气除尘系统的重要设备，依靠它的强大抽吸能力将吹炼产生的大量烟尘抽走。淮钢风机通过液力耦合器调速，其转速根据生产工艺进行调整（淮钢烟气鼓风机高速为2 700 r/min；低速为800 r/min），动力源采用防爆电机。一般情况下，在转炉吹炼期，鼓风机升至高速；非吹炼期，降至低速。在鼓风机的烟气出口处，设有煤气分析仪，录检测到CO含量>40%，O2含量<1.5%时，烟气送入煤气加压站，作为燃料储存，否则引至烟囱放散。     
　　2．主要设备选型与系统基本配置      
　　淮钢转炉烟气净化回收自动控制系统，采用西门子SMATIC S7-400作为主站，挂接ET200M远程站，I/O模板选用S7-300系列，主从站间采用PROFIBUS-DP网通信，主干环网选用SIMATICNET。软件平台选用WINDOWS 2000 PROFESSIONAL，PLC编程环境采用Step7 V5.2，上位监控软件采用WIN CC V5.2，网络通信采用Soft Net软件。从运行效果看，硬件系统运行稳定可靠，软件系统刷新速度快，实时更新性好，配合报警与趋势功能，极大地满足了操作人员对于数值监测，设备控制以及数据记录的需要。      
　　3．控制要求的实现      
　　3．1基本控制流程      
　　在整个烟气净化与回收的过程中，由于烟气温度很高，且属易燃易爆气体，一旦出现泄漏将出现不可估量的后果，所以在控制方式上对自动化要求很高。   
　　3．2主要控制回路      
　　（1）炉口微差压控制。采用闭环PID调节回路，将炉口微差压的检测值作为过程值，设定值一般在10 Pa左右，利用闭环调节二文阀芯开度。由于炉口微差压调节的好坏，直接影响煤气回收的质量，所以要求将比例调节值P和积分调节值I调节到使输出较为灵敏的数值处。此外，降罩后进行调节，抬罩后将二文阀芯开度设定到50%。      
　　（2）风机转速控制。风机的全程自动调节取决于两点，即兑铁时刻和出钢时刻。当OG系统收到顶吹“兑铁”信号后，负机自动升至高速，吹炼完毕，转炉转至出钢角时，风机自动降为低速。风机高低速的转换，必须平滑，实现斜坡速度上升或下降，否则电流变化过猛，会对电机造成损害，缩短电机寿命。      
　　（3）三通阀组连锁控制。三通阀组是决定煤气回收、放散的核心装置，阀组的控制也是OG系统中比较复杂的环节。在这一环节中，包括对三通阀体的控制，对水封逆止阀以及旁通阀的控制，对N2吹扫B1阀、B2阀、D阀的控制以及对冲洗电磁阀的控制。     
　　4．尚待完善提高的环节      
　　本设计完全满足了淮钢转炉炼钢车间对于烟气净化与回收系统的工艺要求，控制系统运行稳定可靠，极大地方便了操作人员对于整个OG系统的监控。但纵观整体设计，存在以下两点不足：      
　　（1）二文喉口处的喷水量直接决定着除尘效果的好坏，因这里总有大量烟尘通过，极易堵塞，厂家在这里设计了氮气捅针。操作工定时操作捅针，对二文喉口喷水处进行清堵处理。但这项上作琐碎易忘，导致堵塞后的除尘效果不好，冒出大量黄烟。在今后的设计中，应将这一过程加入PLC自控系统，以便定期自动完成清堵工作。      
　　（2）自控系统很大程度上依赖于仪表测量到的准确数据。由于本系统处于高温、高粉尘环境中，所以某些位置的仪表易出故障，导致操作工无法正确了解各段设备的情况，不但直接影响除尘效果，更易发生意想不到的危险。所以今后在设计这类工况下的仪表时，务必在选型和安装位置上仔细斟酌，以便能够长期测量到准确的数据。      
　　5．结束语      
　　淮钢转炉炼钢车间的烟气净化回收系统于2004年4月正式投产，投产以来系统运行良好。烟气净化后，放散时呈白色雾状。每炉钢的煤气回收量达6 000~7 000 m3，回收的煤气供套筒窑使用，产生了很好的经济效益。   
　　（考试大注册安全工程师）