多座分散布置气烧石灰窑集成控制技术张兴国

多座分散布置气烧石灰窑集成控制技术张兴国

张兴国1梁坤2

（1.广东韶钢松山股份有限公司；2.广东韶钢松山股份有限公司）

摘要：介绍了广东韶钢焙烧厂1-9#150m3气烧石灰窑生产现状及存在劳动生产效率低、自动化控制程度低、煤气能耗高的问题。通过实施窑炉集中控制技术改造、煤气加压机变频技术改造、定量供热技术改造，实现了对1-9#150m3气烧石灰窑集中统一控制，大幅降低了人工、能源生产成本，并在本质上提高了生产安全性。

关键词：气烧石灰窑；变频技术；统一控制；定量供热

前言

焙烧厂1-9#150m3气烧石灰窑分别于1996、2000、2003年各建设了3座石灰窑，均以高炉煤气为燃料的气烧石灰窑，每3座石灰窑为一个独立操作系统，均设立一个总控操作室负责燃烧石灰工艺管控和石灰成品上仓控制；另设有煤气加压机、石灰石筛洗操作控制室分别为1-9#150m3气烧石灰窑提供煤气调节控控制和原料筛洗分仓上料操作。1-9#150m3气烧石灰窑目前用工人数为193人，年产石灰和轻烧白云石合计约37.26万吨（，劳动生产率为1930吨石灰/年•人，劳动生产率明显偏低；石灰窑操作出灰、上料等大部分操作需要人工干预，自动化程度低；石灰煅烧工艺调节、煤气加压调节粗放，导致石灰能源平均消耗高达5.5ＧＪ/t以上，较高于周边同类气烧窑0.3ＧＪ/t，能源浪费严重。由此可见，对1-9#150m3气烧石灰窑操作控制进行改造升级是必要的。经过广泛深入的调查研究和技术分析论证，焙烧厂决定对1-9#150m3气烧石灰窑集中控制技术改造、煤气加压机变频技术改造、定量供热技术改造，实现了多座分散布置气烧石灰窑集成控制工艺、安全的要求，降低了生产成本，提升了生产效率。

1煤气加压机变频技术改造

1.1原煤气加压机人工手动调压难于满足生产要求

1-9#150m3气烧石灰窑目前共有7台煤气加压机（电机型号Y315S-2110kW），通过并联方式为9座气烧石灰窑提供高压煤气。加压机电控部分采用常规电气控制，仪控部分采用常规二次仪表显示控制，煤气压力调节是通过操作人员人工调节机前预旋流装置或进口阀来实现。一是由于进口低压煤气压力变化频繁（3-15kPa），操作人员往往不能及时将出口煤气压力调节到石灰窑工艺要求的压力范围；二是在调节压力过程中不能保证各煤气加压机出口压力一致，导致加压机在运行中出现震动和其它不正常现象；三是当进口低压煤气压力较高时，压力调节是通过改变进口电动阀门开度来实现的，系统存在较严重的用电浪费现象。

1.2改进的措施

通过增加自控系统和变频器，实现恒定煤气高压总管压力和节能的目的。

1.3煤气加压机变频技术主要内容

（1）每台煤气加压机电机配置变频柜，实现变频调节。

（2）煤气加压站提供一套S7－300控制系统及相应的软件，实现自动控制。

（3）自动控制操作要求输出压力稳定。

控制系统要求能对所有工艺参数显示和报警，能对所有设备进行操作，能在特殊情况下启动应急保护措施（如煤气管网压力突升突降），并能对根据气烧窑系统提出的加压机输出压力应在22-24kPa的要求，采用压力闭环调节方式，通过高压总管压力来控制各变频器的转速。变频器控制方式为：将高压总管压力作为调控参数，通过压力变送器转换出的信号送入PLC与压力设定信号比较，其差值由调节器作PID运算，然后PLC将指令通过DP总线输出给各变频器，随时调整各变频器的输出频率，控制电机转速，维持管道压力稳定在设定的压力值范围内。要求整个系统调控过程快，能在短时间内使压力达到平衡状态，且保证各加压机的输出平衡，从而实现加压机始终处于节电运行状态。

2气烧窑定量供热技术改造

2.1原气烧窑煅烧工艺存在的问题

（1）高炉煤气热值波动期间常因调节滞后出现工艺事故。

近些年来，韶钢的高炉由于扩容、富氧燃烧等情况导致煤气热值下降，而煤气用户的增多也导致整个韶钢的煤气压力不稳定。当这两个情况发生时，会使焙烧厂的石灰竖窑的生产带来坏的影响。当煤气热值低时，相关技术人员没有及时减少入窑的原料量会使石灰窑出现生烧的情况。当当煤气热值高时，相关技术人员没有及时增加入窑的原料量会使石灰窑出现过烧的情况。韶钢钙业事业部石灰厂的石灰竖窑没有随时监测煤气热值的仪器仪表，技术人员只能从第二天得出的石灰质量状况调节煤气流量和助燃风流量，调节的滞后时间超过30个小时。

随韶钢炼铁技术的进步，高炉煤气热值不断降低，且因各座高炉的运行状况不同而使石灰窑煤气总管煤气成份（即热值）波动大、高炉煤气用户多使石灰窑煤气总管压力波动也大，二者导致气烧石灰竖窑单位时间内的供热量波动过大，其结果是气烧窑工艺事故频繁、出窑产品实物质量波动很大。

（2）工艺调节方法粗放难于满足精细化操作要求

气烧石灰竖窑入窑煤气流量、配风流量均是通过现场调节阀门手动调整，不能进行实时跟踪调节。石灰气烧竖窑设计中包含有两套鼓风机，其作用是提供一次助燃风（用于给与煤气供氧）和二次助燃风（用于石灰冷却），石灰竖窑在实际生产过程中，鼓风机出口阀的开度不超过30%，风机风量小，高炉煤气热值和流量的异常波动在实际生产过程中入窑的实际热量与煅烧石灰所需的热量不匹配，导致石灰生烧与过烧现象经常出现，造成浪费能源。当实际供热量过大时，操作人员若不调整石灰产量变会使石灰竖窑的煅烧温度进一步升高，就会造成石灰棚料的工艺事故发生。

2.2改进的措施

进行1-9#窑实施定量供热技术改造。通过更换风机、工艺调节阀门后，结合各窑工艺特点制作定量供热控制程序，对整个气烧窑进行定量供热自动化控制，以达到最合理的煤气利用，减少煤气的浪费，提高产品质量。

2.3气烧石灰窑集中控制技术改造

2.3.1气烧石灰窑集中控制的必要性

在完成煤气加压机变频技术改造和定量供热技术改造的基础上，1-9#窑的自动化控制上了一个新的台阶，但操作室分散，人员冗余人员没有得到根本上的改变，尤其是煤气加压站操作室在煤气区域内不符合安全要注，为了进一步优化管理，提高劳动效率和员工操作安全，实现集中控制是急需解决的问题。

2.3.2气烧石灰窑集中控制的可行性

将1-9#150m3气烧石灰窑系统中不通过PLC的直接操作移位，如一些关键的阀门、急停设施等移至1-3#窑总控操作室，实现远程操作，当PLC或网络故障时可有效切断煤气或其他关键设备，可以实现安全可控；对1-9#150m3气烧石灰窑三个总控室与煤气加压站的四套各自独立的PLC系统应进行整合集中到1-3#窑总控操作室，实现集中操作；增加煤气安全操作必要的检测设施与控制设施，实现煤气加压站无人值守。

2.3.3气烧石灰窑集中控制改造主要内容

（1）迁移分散操作室中手动控制关键的阀门、急停设施开关，统一管理操作。

①煤气加压站阀门急停设施（保证煤气系统安全的主要手段）移位至1-3#窑总控操作室（确保有效）；

②拆除各总控室上料、出灰手/自动选择操作台，原操作台控制线路、信号重新设计；

③各窑底、侧风机电流信号、运行信号进入原PLC系统，便于系统检测与自动控制；

④各窑的煤气电动阀操作设施移位到1-3#窑总控操作室；

⑤各窑的煤气快速切断阀操作设施移位到1-3#窑总控操作室。

（2）对分散操作室进行组合集中，实现集中控制操作。

将现有4个单项目多用户操作系统整合为一个多项目多用户操作系统。其控制要求为在任意一台操作员站上可以对所有工艺参数显示和报警，能对所有设备进行操作和监控，能在特殊情况下自动启动应急保护措施（如煤气管网压力突升突降），满足生产工艺要求。

①将原4个系统不同版本软件进行统一；

②将4个单项目多用户操作系统整合为一个多项目多用户操作系统；

③重新进行监控画面、历史记录、报警设置等功能设计；

④对应急设施自动控制编程。

⑤1～9#窑操作室合并需对其他两个操作室的监控设施进行搬迁，并需增加煤气加压站监控设施。

（3）完善煤气加压站安全管理系统，实施加压站无人值守。

1-9#气烧窑煤气加压站已完成站内高炉煤气加压机变频改造集中控制、监控设施改造、煤气加压机进出口电动阀门集中控制改造、煤气管道压力和温度信号集中监测改造，集中控制的地点位于1-3#窑控制室，自动化控制部分已基本完成，但煤气加压站是公司一级重点防火区域、煤气重点监控区域，实现无人值守需安全系数要求极高，必须要为后续生产过程出现异常时能够及时管控提供足够的时间和空间，为了进一步提高安全性，进行了一系列的整改。

①高炉煤气加压站增设火灾自动报警系统1套。

②高炉煤气加压站增设高炉煤气泄漏报警系统1套。

③高炉煤气加压站7台煤气加压机增设振动监测点。

④高炉煤气加压站7台煤气加压机增设轴承温度监测点。

⑤高炉煤气管道溢流式冷凝排水器更换为防泄漏排水器12台。

⑥完善高炉煤气加压站一键式停机、压力高低报警自动停机程序。

3实施效果

（1）煤气加压机调压实现7台变频器同时调速功能，并且每台加压机输出负荷一致，保证了输出煤气压力平稳，为煅烧石灰提供了良好的条件。

（2）投用定量供热控制技术后，石灰烧损率由原来6.25%下降到6.03%，活性度由原来的346ml/10min上升到358ml/10min，石灰三级品率由原来54%上升至94%。由此可见定量供热控制技术对石灰质量的提升有着明显的作用。再通过收集定量供热控制技术投用之前后的数据研究分析得到基本相同的煤气热值的前提下，平均煤气损耗下降了1150m³/h，，一次助燃风所需风量下降626m³/h，二次助燃风的所需风量降低364m³/h。定量供热控制技术投用前的石灰平均吨耗为：5.77GJ/吨，投用后的石灰吨耗为：4.48GJ/吨。每顿石灰可降低损耗：1.29GJ/吨。

（3）气烧石灰窑集中控制改造后，通过整合1-9#150m3气烧石灰窑总控制室，将其用工人数由193人减至116人，人员优化比例为40%。劳动生产率由1930吨石灰/年•人提高到3212吨石灰/年•人以上，从而实现减员增效的目标。

4结语

随着科技进步，现场自动化不断提高，通过操作室集中控制改制，优化人力资源配置，降低人力资源成本，提高劳动强度等方面取得了丰收，具有很好的推广应用价值。。

参考文献：

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