高炉喷煤喷吹自动化控制系统说明.docx

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高炉喷煤喷吹自动化控制系统说明

摘　　要

本次毕业设计主要阐述了高炉喷煤喷吹自动化控制系统，不包括制粉过程的控制，控制范围是从煤粉仓、中间罐、喷吹罐、喷吹总管、由炉前煤粉分配器到喷吹支管的自动控制过程。

本次毕业设计只考虑了一个喷煤喷吹序列作为控制对象。

本次设计包含：

课题本身的背景、由来、意义、主要工艺类型、国内外高炉喷煤喷吹技术的发展现状以及对未来发展的展望；阐述了所需传感器、阀、开关等硬件设备，主要进行了煤粉从煤粉仓到中间罐倒罐控制，煤粉从中间罐到喷吹罐倒罐控制，煤粉从喷吹罐喷到高炉风口中的控制，停喷控制，中间罐和喷吹罐的压力控制，煤粉仓、中间罐及喷吹罐温度、压力的安全连锁控制，喷吹风压力的自动测量等控制项目；本设计主要选用的PLC控制系统的选型、硬件配置选择、I/O表编写、硬件接线图的绘制的工作。

关键词：

PLC；高炉喷煤；传感器

Abstract

Thegraduationprojectfocusedontheautomaticcontrolofblastfurnacecoalinjectionsystem,doesnotincludecoalgrindingprocesscontrol.Cntroltheprocessofautomationandcontrol,includingocoalpowderstoragewarehouse,themiddletank,theinjectiontank,injectionExplorer,front-endfromtheblastfurnacecoalinjectionpowderdistributiondevicetothebranchpipe.Thegraduationproject,aPCIonlyconsiderasacontrolledinjectionsequence.

Thedesignincludes:

Thattheissueofbackground,origin,meaning,themaintypeoftechnology,athomeandabroadPCIjettechnologydevelopmentprospectsandthefuturedevelopmentof.Ontheneedforthesensors,valves,switchesandotherhardwareequipment.Mainlycarriedoutcoalpowderfromthecoalpowderpositiontocontrolthemiddleofthetank,pulverizedcoalinjectioninthemiddletanktotankcanbackcontrolfromthepulverizedcoalinjectionintoblastfurnacetuyerespraycansofcontrol,stoptheinjectioncontrol,themiddletankandtheinjectionpressurecontroltank,coalstores,intermediateandspraycansblowtanktemperatureandpressurecontrolofthesecuritychain,hairspray,suchasautomaticmeasurementofthepressurecontrolprojects;thedesignofthemainselectionofthePLCcontrolsystemselection,hardwareconfigurationoptions,I/Otablepreparedmappinghardwarewiringwork.

KeyWords：

PLC;blastfurnacepulverizedcoalinjection;sensor

详细摘要

高炉喷煤技术始于1840年S．M．Banks关于喷吹焦炭和无烟煤的设想；世界最早的工业应用即是根据这一设想于1840～1845年间在法国博洛涅附近的马恩省炼铁厂实现的。

由此背景引出本次毕业设计的题目高炉喷煤喷吹技术的自动化控制。

课题主要阐述了高炉喷煤系统的喷吹工艺控制，不包括制粉工艺。

在此项技术产生的一百多年间，发展却相对缓慢，基本无进展；直至20世纪60年代初，欧洲、中国、美国的一些工厂才陆续开始在高炉上试验喷煤。

7O年代末，第二次石油危机的出现，加快了高炉喷煤技术的研究和发展，特别是欧洲和日本更是在实际应用上取得了重大突破。

第一部分前言中阐述了高炉喷煤的定义，就是指从高炉风口向炉内直接喷吹磨细了的煤粉（无烟煤、烟煤或两者的混合煤粉以及褐煤），以代替焦炭向高炉提供热量和还原剂。

然后由定义引出了采用此项技术的意义，它以低价的煤代替了日趋贫乏且价格昂贵的冶金焦，降低了焦化，使高炉炼铁的成本大幅下降。

它是一种调剂炉况的手段，也改善炉缸工作状态，是高炉稳定顺行。

然后，又介绍了此工艺的常用基本流程，根据制粉装置到高炉距离的远近、煤粉仓，喷吹罐安放位置的差异、喷吹管路的粗细、喷吹压力的高低、输送浓度的大小以及喷枪形式的不同，可以有直接喷吹、间接喷吹；串罐喷吹、并罐喷吹；总管喷吹、多支管喷吹；高压喷吹、常压喷吹；浓相喷吹、稀相喷吹和氧煤枪喷吹、常规枪喷吹等各种形式的喷吹。

简介描述了几种较成熟的工业性生产流程：

1、德国KvTTNER流程；2、美国阿姆科（ARMCO）流程；3、日本住友流程；4、日本川崎流程；5、卢森堡PaulWurth流程；6、混合型流程；7英钢联粒煤喷吹流程。

再后简要介绍了几种新喷煤工艺，包括：

1、富氧大喷煤量技术；2、利用等离子大量喷吹煤粉；3、复合喷吹技术；4、粒煤喷吹技术。

在第一部分最后介绍了我国喷煤喷吹技术现状，进十几年这项技术在国内的进步和存在的问题，还包括对我国高炉发展前景的展望。

第二大部分主要阐述了高炉喷煤喷吹自动化控制整体方案。

首先对喷吹工艺及检测点布置进行了讲解，其中包括了所选用的三罐串罐喷吹所需放散阀、流化阀、充压阀、均压阀、灭火氮气阀、下锥形阀、上锥形阀、给料器和下煤球阀的分配进行了比较细致的叙述并附图对安装位置进行说明，又对各种所需测量设备（如压力、温度、重量、气体含量等）、所需数量、安装位置进行了描述。

然后在附图的基础上进行喷吹控制过程描述。

先介绍了基本操作方式：

全自动操作、手动操作和检修操作，然后是主要进行的操作过程总述（包括煤粉从煤粉仓到中间罐倒罐控制，煤粉从中间罐到喷吹罐倒罐控制，煤粉从喷吹罐喷到高炉风口中的控制，停止向高炉喷吹煤粉的控制，安全连锁控制程序），最后详细说明了具体操作过程。

中间罐加料：

中间罐加料前的条件为中间罐必须为“空信号”，压力必须小于0.02MPa，放散阀处于“打开”状态，充压阀、流化阀、上锥阀和下锥阀处于“关闭”状态、中间罐与喷吹罐之间的均压阀处于“关闭”状态；满足上述条件后在进行倒罐操作开煤粉仓下锥形阀，开中间罐上锥形阀，关煤粉仓放散阀，开煤粉仓流化阀，中间罐“料满”信号发出时再进行以下操作，关煤粉仓流化阀，开煤粉仓放散阀，关煤粉仓下锥形阀，关中间罐上锥形阀，煤粉从煤粉仓到中间罐倒罐顺序结束，中间罐处于“料满”位置。

喷吹罐加料：

喷吹罐内煤量显示下限，自动发出允许加料信号，喷吹罐内压力达到设定值，中间罐“料满”；倒罐，关中间罐放散阀，开中间罐充压阀，中间罐与喷吹罐压差小于设定值时，关闭充压阀，打开两罐间均压阀，开中间罐下锥形阀，开喷吹罐上锥形阀，开中间罐流化阀，中间罐“料空”信号来后，进行下列操作，关中间罐流化阀，关中间罐下锥形阀，关喷吹罐上锥形阀，关中间罐充压阀，关中间罐与喷吹罐间均压阀，开中间罐放散阀，煤粉从中间罐到喷吹罐倒罐顺序完成。

喷吹控制：

前提条件得到高炉“允许喷吹”信号，喷吹罐内料位不低于下限，满足安全连锁要求，检查喷煤管路上手动阀门的状态，人工输入正常；喷吹控制，开喷吹风阀，开安全阀，开喷吹罐下煤球阀，开喷吹罐流化阀，启动给料器。

最后是停喷控制（发出停喷指令终止各“倒罐”操作，关喷吹罐下煤球阀，停给料器，关安全阀，关喷吹风阀）和对三罐及喷吹管道的压力、温度的安全连锁控制。

第三部分主要阐述了所用的各种测量设备（包括料位、压力、温度、氧含量、一氧化碳含量和重量测量设备）的选型和其技术指标的说明，所选用控制设备采用SIEMENS公司的SIMATICS7系列的SIMATICS7-300通用型PLC的CPU（6ES7315-2AG10-0AB0），模拟量I/O模块（6ES7331-7KF02-0AB0），数字量输入I/O模块（6ES7321-1EH01-0AA0），数字量输出I/O模块（6ES7322-1HH00-0AA0）的选型和详细数据说明。

关键词：

PLC；高炉喷煤；传感器

DetailedSummary

Blastfurnacepulverizedcoalinjectiontechnologyin1840atS.M.Banksontheinjectionofcokeandanthraciteidea;theworld'sfirstindustrialapplicationsarebasedontheideathatin1840~1845intheFrenchprovinceofBolognaneartheironworkstoachievetheIsleofMan.ThisbackgroundleadstothetopicofgraduationPCIdesignautomationcontrolinjectiontechnology.Themaintopicsoftheblastfurnacepulverizedcoalinjectionsystemtocontroltheinjectionprocess,doesnotincludethemillingprocess.

Inthetechnologiesusedtoproducemorethanonehundredyears,thedevelopmentisrelativelyslow,thebasiclackofprogress;the20thcenturyuntiltheearly60's,Europe,China,theUnitedStatesbeforesomeofthefactorystartedintheblastfurnacepulverizedcoalinjectiononthetest.7Oattheendofthesecondoilcrisisintheemergenceoftheblastfurnacepulverizedcoalinjectiontechnologytospeedupresearchanddevelopment,especiallyinEuropeandJapanisinthepracticalapplicationhasbeenmadeamajorbreakthrough.Forewordtothefirstpartofthedefinitionofablastfurnacepulverizedcoalinjectionisfromtheblastfurnacetuyeredirectinjectiontothegroundofthecoal（anthracite,bituminouscoal,orboth,aswellasamixtureofpulverizedlignite）,toreplacethecoketotheblastfurnacetoprovideheatandreducingagent.Ledbythedefinitionofthemeaningoftheuseofthistechnology,itreplacesthelow-costcoalandincreasinglyscarceexpensivemetallurgicalcoke,cokingreducedsothatthecostofblastfurnacesubstantiallyreduced.Itisameansofregulatingthestatusoffurnace,butalsoworktoimprovethehearth,andisstableantegradeblast.Andthenintroducedthebasicprocesstechnologyused,underthemillingdevicetothedistancefromtheblastfurnace,coalstores,injectiontankplacementdifferencesinthethicknesspipelineinjection,injectionpressureishighorlowconcentrationsofthesizeoftransmissionaswellasdifferentformsofspray,youcanhaveadirectinjection,indirectinjection;stringinjectioncansandcansofinjection;Explorerinjection,multi-branchinjection;high-pressureinjection,pressureinjection;densephaseinjection,dilutecoalinjectionandoxygeninjectionmachine,injectionmachineandotherconventionalformsofinjection.Profiledescribessomeofthemorematureindustrialproductionprocesses:

1,GermanyKvTTNERprocess;2,theUnitedStatesarmco（ARMCO）process;3,Japan'sSumitomoprocesses;4,flowKawasaki,Japan;5,LuxembourgPaulWurthprocess;6,mixed-typeprocess;7BritishSteelUnionCoalparticleinjectionprocess.Againafterabriefintroductionofseveralnewcoaltechnology,including:

1,thevolumeofoxygen-richlargecoaltechnology;2,theuseofalargenumberofplasmapulverizedcoalinjection;3,compoundinjectiontechniques;4,tabletscoalinjectiontechnology.Finally,inthefirstpartofthestatusquoofChina'scoalinjectiontechnology,morethantenyearsintothetechnologyprogressinChinaandproblems,butalsothedevelopmentprospectsofChina'soutlookforblastfurnace.

Thesecondmostofthemajorcoalinjectiononblastfurnaceautomationcontrolpackage.Firstpointofinjectionanddetectionprocesscarriedoutonthelayout,includingthechoiceofthreecansofstringemissionrequirementscaninjectionvalve,fluidvalve,chargepressurevalvearepressurevalves,firenitrogenvalve,conicalvalveunder,theconevalve,underthecoalfeederandthedistributionoftheballvalvewerecomparedanddescribedindetailontheinstallationdrawingsindicatethelocation,butalsoallthenecessarymeasuringequipment（suchaspressure,temperature,weight,gascontent,etc.）,therequirednumber,adescriptionoftheinstallationlocation.Andtheninthegraphonthebasisofthecontrolprocessdescribedinjection.Firstintroducedthebasicmodeofoperation:

fullyautomaticoperation,manualoperation,andmaintenanceoperations,andthenisamajoroperationcarriedoutbyOverview（includingcoalfromthecoalinvertedpositiontotheintermediatetankcancontrol,tothepulverizedcoalinjectioninthemiddletankcanscansbackcontrolfromtheinjectionofpulverizedcoaltoblastfurnacetuyerespraycansofcontrol,stoptheblastfurnacepulverizedcoalinjectioncontrol,securitycontrolproceduresforthechain）,andfinallyadetaileddescriptionofthespecificoperation.Tankfeedingthemiddle:

themiddleofthepre-conditionscanfeedtankforthemiddlemustbean"emptysignal",thepressuremustbelessthan0.02MPa,emissionvalvesinthe"open"status,fillingpressurevalve,fluidvalve,conevalveandthevalveundertheconeinthe"off"state,intermediatebetweenthecansandthecansareinjectionvalveinthe"off"state;tomeettheaboveconditionscanoperateinopencoalwasundertheconevalveposition,openthemiddleofthecone-shapedtankvalve,Bleedingvalveclearancewarehousecoal,thecoalflowpositionofvalve,themiddletank"fullfeed"signalwhenthefollowingclosingofcoalflowvalveposition,thevalveemissioncoalwarehouse,customswarehouseundertheconeofpulverizedcoalvalveoffthemiddleofthecone-shapedtankvalve,coalfromthecoalwarehousecansdowntothemiddleoftheorderoftheendcans,cansinthemiddleof"fullfeed"position.Feedtankinjection:

injectionvolumeofthetankshowedthatthelowerlimitofcoal,toallowautomaticfeedingsignalinjectiontankpressuresettingstoreachthemiddletank"fullfeed";invertedcans,BleedingTundishvalveclearance,thetankfillingthemiddlepressurevalve,intermediatepressuretankandtheinjectiontankislessthansetvalue,thefillingvalveshutdown,openthetwocanswerepressurebetweenthevalveandopenthenextamongthetankvalvecone,thecone-jetonthetankvalve,openthemiddlefluidtankvalve,themiddletank"feedair"signals,thefollowing