高爐沖渣水余熱中PLC控制系統(tǒng)的應用

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1、高爐沖渣水余熱中PLC控制系統(tǒng)的應用 高爐沖渣水余熱中PLC控制系統(tǒng)的應用 2019/09/05 高爐沖渣；案例分析；余熱 利用技術(shù)傳統(tǒng)鋼鐵廠在冶煉鋼鐵過程中，由燃煤鍋爐提供能源，每年鋼鐵廠消耗煤炭數(shù)量。高爐沖渣是目前鋼鐵廠采用的主要生產(chǎn)工藝，在爐內(nèi)1400℃-1500℃高溫影響下，沖渣后的水溫度很高，若能將水余熱收集起來，為冶煉工藝提供能量，有效減少鋼鐵廠煤炭消耗，降低生產(chǎn)成本。水余熱利用技術(shù)目前在各大鋼鐵廠都有應用，但設(shè)備簡單、供熱量受季節(jié)影響，

2、沖渣過濾不充分會堵塞管網(wǎng)，可見該項技術(shù)還有待完善。 1高爐沖渣水余熱利用現(xiàn)狀 1.1采暖應用 采暖質(zhì)量受天氣影響較大，鋼鐵廠冬天產(chǎn)出高爐渣水，其溫度最高能達到53℃，這位室內(nèi)取暖提供有利條件。在鋼鐵廠周圍住戶房間里安裝供暖設(shè)施，渣水經(jīng)過濾裝置順著管道流向各處，水溫下降后排出，持續(xù)供水能將室內(nèi)溫度保持在穩(wěn)定水平，住戶不用開空調(diào)。 1.2發(fā)電應用 余熱能為發(fā)電設(shè)備提供動力，熱水經(jīng)過蒸汽機處理后變成蒸汽，汽輪機被蒸汽推動做工，經(jīng)過一系列措施將水熱分離，并將熱能轉(zhuǎn)換成電能。此外，水余熱在海水淡化工藝中也有應用。

3、 2案例分析 2.1廠家生產(chǎn)現(xiàn)狀 某煉鐵廠共有三臺鍋爐，其中一座為高爐，爐內(nèi)容量1000m3，剩下兩臺是燃氣鍋爐，重50噸。高爐沖渣后得到大量渣水，水中包含較多熱量，但并未被利用起來。廠區(qū)共有兩座汽水換熱站，用于廠區(qū)供暖，兩座換熱站的總采暖負荷約為21MW。在此情況下，渣水中熱量散發(fā)，鍋爐補水加熱引入新水，導致資源消耗巨大。為改變上述問題，廠家引入水余熱回收系統(tǒng)，將水中熱量收集起來，減少煉鐵廠能耗。本次系統(tǒng)設(shè)計融入先進科技，旨在提升系統(tǒng)實用性，采用PLC集中控制自動化系統(tǒng)，配合自動化儀表等儀器，構(gòu)建相應的水余熱回收系統(tǒng)。為優(yōu)化系統(tǒng)功能，將換熱站、煙氣回收系統(tǒng)

4、配合此系統(tǒng)使用。整個系統(tǒng)采用儀電一體化技術(shù)，將PLC控制系統(tǒng)安裝在換熱站中，在操作員站安置另一套PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對余熱采集過程的自動控制，控制系統(tǒng)與計算機相連，相關(guān)參數(shù)在計算機屏幕上顯示出來，技術(shù)員通過屏幕按鈕，完成警報值設(shè)定、參數(shù)調(diào)整等功能。監(jiān)控中心人員在工作時間內(nèi)必須堅守崗位，若系統(tǒng)控制出現(xiàn)異常，及時排查故障，快速恢復系統(tǒng)運行。 2.2系統(tǒng)設(shè)計 如圖1所示，是主要系統(tǒng)的設(shè)計圖紙，左邊是煙氣換熱系統(tǒng)，右邊是沖渣水換熱系統(tǒng)。水余熱回收系統(tǒng)設(shè)計：PLC控制系統(tǒng)安置在電氣室中，由技術(shù)員在旁輔助操作，完成余熱回收作業(yè)。系統(tǒng)包含多個裝置，沖渣水換熱器、汽-水換熱器分

5、別設(shè)置兩臺并安裝到相應位置，熱網(wǎng)循環(huán)泵準備兩臺，還要準備補水泵、熱力管網(wǎng)等裝置。溫度、流量等參數(shù)通過系統(tǒng)都能被檢測出來，系統(tǒng)檢測項目如下：（1）換熱器經(jīng)過一次沖渣水作業(yè)，測量出水溫度和壓力，測量數(shù)據(jù)立即在控制室中顯示出來。（2）進行二次沖渣水作業(yè)，再次測量溫度與壓力，技術(shù)員在控制室中記錄相應的測量數(shù)據(jù)。（3）精確測量采暖溫度和壓力，實時顯示測量數(shù)據(jù)。（4）對進水總管實時監(jiān)測，測量參數(shù)與上述內(nèi)容相同，顯示屏上將供熱熱量實時顯示出來。（5）系統(tǒng)運行前、運行中，對除污器壓力變化進行監(jiān)測，將數(shù)值在控制室計算機中顯示出來。（6）蒸氣總管、汽-水換熱器除監(jiān)測上述值外，還有檢測流量值，若流量超出標準范圍及時

6、調(diào)節(jié)。（7）對熱網(wǎng)循環(huán)泵狀態(tài)進行檢測，重點測量其出口壓力，將壓力控制在合理范圍。（8）檢查補水泵，對出口壓力、總管壓力、流量等參數(shù)進行檢測，調(diào)整不符合標準的參數(shù)，保證系統(tǒng)運行順暢。 2.3系統(tǒng)設(shè)計要點分析 余熱回收系統(tǒng)旨在分離、存儲渣水熱能，系統(tǒng)必須滿足安全、環(huán)保及低耗能原則，因此設(shè)計過程必須注意以下要點。（1）熱交換器、管道設(shè)計要點：制定相應的防堵、防腐措施，對渣水酸堿度、雜質(zhì)含量等詳細分析，進而得到針對性的防堵方案。將水流速度控制在最佳范圍內(nèi)，流速過快殘渣會加速管道磨損，流速過慢會降低熱能回收效率。（2）過濾、沖洗設(shè)計：過濾設(shè)備要選擇耐熱性強、耐磨損的設(shè)備，

7、在經(jīng)濟條件允許的情況下，選擇性價比最高設(shè)備。沖洗次數(shù)根據(jù)渣水含熱量來定，保證經(jīng)過多次沖洗后，能達到最高的熱量回收率。（3）對沖渣工藝進行優(yōu)化，合理布局換熱站，盡量讓設(shè)備擺放緊湊，減小占地面積，從而降低工程造價。反沖水源選擇必須慎重，都在會影響余熱回收系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。（4）做好安全防護設(shè)計，在系統(tǒng)關(guān)鍵位置安裝備用裝置，如備用水泵、備用管道等，若設(shè)備出現(xiàn)故障，PLC系認會自動跳轉(zhuǎn)到備用設(shè)備上，保證系統(tǒng)正常運行，技術(shù)員及時修復故障，修復期間并不影響系統(tǒng)運行，同時提升系統(tǒng)運行安全性，保證煉鐵廠工作人員安全。（5）設(shè)置冗余設(shè)備，在運行裝置基礎(chǔ)上，設(shè)置一定數(shù)量的冗余設(shè)備，能促進系統(tǒng)穩(wěn)定，降低系統(tǒng)運行風險

8、，可見冗余設(shè)備設(shè)置在余熱回收系統(tǒng)中是非常有必要的。 3計算機控制系統(tǒng)設(shè)計 3.1系統(tǒng)配置 為實現(xiàn)余熱回收系統(tǒng)的自動化運行，廠家選用PLC自動控制系統(tǒng)，以西門子S7-300為控制器核心系統(tǒng)，利用邏輯控制程序，完成整個余熱回收操作，除系統(tǒng)自動運行外，需輔助交換機、技術(shù)員操作，才能實現(xiàn)余熱回收的全面控制?；厥者^程中需變化的量有壓力、水流量等，控制開關(guān)啟閉、熱數(shù)據(jù)采等工作由系統(tǒng)自動完成，技術(shù)員在計算機上按下相應按鈕即可。將工控機安置在操作員站，機器屏幕自動顯示系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，在機器上預設(shè)控制參數(shù)，當系統(tǒng)監(jiān)測到相關(guān)數(shù)值超出正常范圍，會自動報警。維護、回收等數(shù)

9、據(jù)都記錄在系統(tǒng)中，技術(shù)員可隨時調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，從而合理調(diào)節(jié)儀器參數(shù)。操作站設(shè)置兩臺PLC控制器，沖渣水換熱站電氣室安置一臺，監(jiān)控水余熱回收過程，另一臺控制器安置在鍋爐電氣室，雙管齊下對水余熱回收過程進行監(jiān)控，換熱站監(jiān)控系統(tǒng)允許技術(shù)員操作，另一系統(tǒng)只支持監(jiān)控和顯示數(shù)據(jù)。 3.2系統(tǒng)功能 自動化編程控制系統(tǒng)必須保證功能多樣化，才能滿足水余熱回收工藝要求，不同裝置負責不同功能，渣水換熱器負責采暖水溫，循環(huán)泵負責熱水循環(huán)，壓力泵控制水壓等，下面挑介個裝置分別介紹其功能。補水泵：其功能是對補水點壓力進行調(diào)節(jié)，補水點壓力、水泵處于閉環(huán)控制回路，當壓力下降，回路中的反饋系統(tǒng)會將

10、信息傳到水泵，水泵根據(jù)系統(tǒng)運行情況及時調(diào)整泵壓，實現(xiàn)對補水點壓力的調(diào)控。渣水換熱器：與蒸汽補熱系統(tǒng)關(guān)系緊密，渣水經(jīng)過換熱器后采暖水溫發(fā)生變化，蒸汽閥門、采暖水溫構(gòu)成閉環(huán)回路，當水溫發(fā)生變化，蒸汽補熱系統(tǒng)會根據(jù)渣水溫度，對閥門啟閉狀態(tài)進行調(diào)節(jié)，閥門開度不同，采暖水溫隨之變化。汽-水換熱器：與渣水換熱器構(gòu)成閉環(huán)回路，排放閥開度由汽-換熱器控制，當渣水換熱器中的凝結(jié)水位發(fā)生變化，排放閥開度隨之變化。循環(huán)泵組：調(diào)節(jié)參數(shù)為轉(zhuǎn)速、啟閉狀態(tài)等，通過各參數(shù)調(diào)節(jié)，讓出口壓力保持恒定狀態(tài)。水余熱回收過程中，相關(guān)裝置都由PLC系統(tǒng)集中控制，配上專業(yè)技術(shù)員，對系統(tǒng)進行控制，定期對操作系統(tǒng)進行維護，泵組、閥門等在PLC

11、控制下自動啟閉?？刂葡到y(tǒng)中還包含預警模塊，當壓力過大、溫度過高時，系統(tǒng)自動報警，同時自動切換到備用裝置上，保證水余熱回收系統(tǒng)的正常運行。 4結(jié)束語 綜上是對高爐沖渣水余熱回收系統(tǒng)的相關(guān)介紹，余熱在供暖、發(fā)電等領(lǐng)域都有應用，相信隨著科技的進一步發(fā)展，渣水余熱會在更多領(lǐng)域得到應用。余熱回收系統(tǒng)設(shè)計過程中，為減少熱量損失，必須從水流速度、回收設(shè)備等多方面把控，細節(jié)設(shè)計嚴格化，既能保證設(shè)計質(zhì)量，又能減少熱浪流失。 參考文獻 [1]徐珊珊.高爐沖渣水余熱利用技術(shù)淺析[J].黑龍江冶金,2016(5):22-24. [2]蘇相成,黃波.凌鋼高爐沖渣水余熱回收與利用[J].冶金動力,2019(2):46-49.