均压煤气回收控制算法升级改造实践
刘莹芳
（首钢长治钢铁有限公司炼铁厂，山西 长治 046031）
近年来，由于国家各项政策的相继出台，要求严格执行环保、能耗、水耗、质量、技术和安全等标准，倒逼过剩钢铁产能退出[1]。与此同时，对钢铁企业来说，其生产目标也从之前的做大、做强到现在的环保、节能、高质、高效，要求企业实现现有设备使用效率的最大化，均压回收系统应运而生。
首钢长钢9号高炉有效容积为1 080 m3，于2019年2—4月完成大修，大修前高炉处于护炉状态，风量为2 800 m3/min，矿批批重为28 t，高炉平均上料为14.5批/h（每走一批焦炭，走一批矿料）。大修完成后，风量为3 450 m3/min，矿批批重为35 t，高炉平均上料为17批/h。随着冶炼强度的增加，高炉的上料能力基本为满负荷状态。而此套均压回收系统的投入，属于高炉行业的一次能源环保行动，在环保与能耗方面，从之前的对空排放到除尘后重返冶炼流程，利处是不言而喻的，但同时也造成了高炉产量降低的负面影响[2-3]。若不能完全消除环保系统带来的负面影响，就应设法把影响程度降至最低。这就要求自控系统提供实时数据，将提取的有效数据服务于生产、指导生产，甚至逐步代替部分人工判断与操作。
煤气回收工艺原理：之前的炉顶均压煤气是直接对空放散的，由于顶压高、均压压力高且均压煤气量大，对空气污染较重，均压煤气的回收再利用不仅可降低污染，而且还可以产生一定的回收效益，因此，对均压煤气回收项目进行研究有重要的意义。
回收模式是从下料罐引出放散煤气至专用除尘器，除尘后的净煤气对接到净煤气管网中。当料罐压力达到一定值时，自动切断与净煤气管网的连接，然后打开上料罐原有的放散装置，将料罐内剩余煤气对空放散，同时将上料罐的料倒入下料罐中，这算是完成一次煤气回收过程。正常生产过程中，上料罐每下一批料，均压煤气回收就动作一个回收过程。上料罐煤气行径路线从原先的上料罐—对空放散阀，改为上料罐—回收阀—专用除尘器—对空放散阀。
回收煤气动作方式：当上料罐准备下料时，打开回收阀。为方便下料罐下料，充入带压煤气（或煤气与氮气的混合物），并在压力作用下将其充入专用除尘器。当上罐内的压力不高于设定回收压力值时，回收阀关闭。打开放散阀，将上料罐内剩余气体对空放散，完成一次煤气回收过程。
此均压回收模式中的高炉煤气并不能完全回收，仍有少部分煤气对空放散，煤气回收率取决于回收停止的压力设定值。
在保证设备运行安全性和可靠性的同时，由应用程序实现对上述阀门联锁动作的顺序控制。但是增加均压煤气回收系统以后，将原先对空排放的煤气回收，增加了企业的高炉煤气产量，却对高炉正常上料带来一定影响，拉长了上料时间，这就意味着高炉冶炼时间变长、产量降低约10%，环保与产量发生了冲突。
1.1 内涵
该项目的创新点：零资金投入，通过程序精准算法，在保质保量完成煤气回收的同时，把所耗时间压缩至最短，为生产争分夺秒。
该项目的内容：高炉均压系统有两处组成。当下罐准备下料前，需通过一次均压管道引入下罐高炉净煤气，使其与炉内压力差≤10 kPa时，才能保证下罐内的料顺利入炉。当净煤气的压力达不到炉内压力时，可通过二次均压管道通入带压氮气，保证下罐与炉内压力相当，继而完成高炉装料过程。当上罐准备下料前，需通过均压放散管道将刚才充入的净煤气、氮气与混入的高炉荒煤气对空放散后，保证下罐压力与大气压力相当。当压力差≤10 kPa时，上罐向下罐顺利倒料[4]。
为了使系统更加环保与节能，在均压对空放散过程中加入一套除尘、回收系统，原先被对空放散掉的那部分煤气(或有氮气)被该系统回收，回收后所剩无几的煤气再对空放散。
此系统的投入虽然达到了环保与节能指标要求，但同时也使放散均压时间拉长，无形中减少了将近10%的高炉产量，致使此套设备迟迟不能正常投用。
“均压煤气回收控制算法升级改造实践”项目为把此套系统带来的负作用降至最低，将系统投用时每批耗时34～37 s，缩减为13～14 s。
1.2 主要做法
1.2.1 理清均压放散时长的组成
增加均压煤气回收之前，均压放散对空排放。而将排放出的荒煤气经过如图1所示的煤气回收系统处理后，再对空排放，余气所剩无几。
图1 新增高炉煤气回收系统
均压放散时长组成：介质的行进产生时长+介质所经设备动作产生时长。
介质的行进产生时长主要取决于此套系统内的压力损耗与环境压力，如果此系统内的环境压力小于大气压力，定会节约时长，但如果想达到负压，就需要投入设备及资金。
介质所经设备动作产生时长=回收阀开动作所耗时长+回收阀关动作所耗时长+放散阀开动作所耗时长+回收阀关动作所耗时长。
1.2.2 逐一查找时长产生的原因，并逐个推敲、优化
针对产生时长的条目，逐个优化，具体情况如表1所示。
表1 回收动作优化表
1.2.3 均压放散工作顺序优化
原均压煤气回收控制工作顺序为：回收流程开始→回收阀打开→煤气进入新增的均压煤气回收系统→回收完成后回收阀关闭，同时均压放散阀打开→回收后的尾气对空放散→均压放散阀关闭→均压回收流程完毕。
优化后均压煤气回收控制工作顺序为：回收流程开始→回收阀打开→煤气进入新增的均压煤气回收系统→回收完成后回收阀关闭→关闭指令发出2 s后→均压放散阀打开→回收后的尾气对空放散→均压放散阀关闭→均压回收流程完毕。
在进行控制算法升级改造前，由于回收系统每个工作周期耗时太长，且将近减产10%，在高炉大修完成恢复炉况时期，该系统的弊端并没有显现。高炉顺产后对产量提出要求才发现了这个问题，致使此套系统迟迟不能正常投用。
此项目通过控制算法升级改造后，从系统投用时的每批耗时34～37 s，缩减为13～14 s，平均每批料可节约22 s。仅此项改造可创直接经济效益：3 800 t/d×22 s/批×17批/h×200元/t×365 d/年=2 881.8万元/年。
经对均压煤气回收系统进行控制算法升级改造后，系统平稳正常地投入使用至今，顺利回收了荒煤气，在保证环保、节能各项指标的同时，把对高炉产量的损失降至最低。此均压煤气回收通过控制算法升级改造，可以缓解炼铁行业的环保、节能与产量之间的矛盾，减少工作人员的劳动强度，且零资金投入，高效率回报，值得推广。
猜你喜欢上料下料控制算法一种用于塑料隔板生产的上料机橡塑技术与装备(2021年24期)2021-12-30一种带有螺旋上料装置的塑料注塑机橡塑技术与装备(2021年12期)2021-06-24一种高效橡胶管生产辅料上料装置橡塑技术与装备(2021年1期)2021-01-05工业机器人自动纸箱坯拆垛上料系统的研发应用河北省科学院学报(2020年4期)2020-03-19基于ARM+FPGA的模块化同步控制算法研究制造技术与机床(2017年6期)2018-01-192100PCTC薄甲板制作工艺中国新技术新产品(2017年22期)2017-10-30废树脂料斗定量法计量验证试验科技视界(2016年27期)2017-03-14铝电解槽下料过程对电解质温度场的影响科学与财富(2016年32期)2017-03-04一种优化的基于ARM Cortex-M3电池组均衡控制算法应用电源技术(2015年9期)2015-06-05滑模控制算法在在线式大功率UPS高频整流器中的应用电测与仪表(2014年14期)2014-04-04