余热利用智能控制系统的研发与应用概要文档格式.docx

余热利用智能控制系统的研发与应用概要文档格式.docx

《余热利用智能控制系统的研发与应用概要文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《余热利用智能控制系统的研发与应用概要文档格式.docx（9页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

散一是污染环境，二是造成能源浪费，因此除尘和余热利用成为各冶金企业研究和治理的重点。

莱钢集团特殊钢厂50吨电炉除尘与余热利用系统于2007年3月正式投运，利用电炉生产冶炼过程中产生的高温烟气，生产出高品质的饱和蒸汽，用来满足VD炉生产需求。

该系统工艺先进，控制精准,功能化设计实现了工艺过程的全流

程控制，先进控制和检测技术的开发与应用保证了生产的稳定运行。

下面对余热利用智能控制系统作详细阐述。

1工艺简介

电弧炉余热能源利用系统主要工艺原理是利用电炉冶炼生产过程中产生的高温烟气热能，在通过省煤气室（蒸汽发生器时将软化水气化成饱和蒸汽，同时将热能利用后的烟气通过除尘器除尘后排入到大气中。

在莱钢特殊钢厂50T电炉余热利用系

统中，系统产生的饱和蒸汽用来进行VD炉的生产应用以及电炉生产区域的供热供暖应用。

余热利用生产工艺控制流程如图1所示：

图1余热利用生产工艺控制流程图

3莱芜钢铁集团有限公司自动化部山东莱芜271104建立人力资源（技术骨干的动态管理数据库，对关键工艺系统进行矢量化地图分析，实现维护车辆和人员的GPS定位。

建立

设备故障诊断专家系统，对信号进行分析处理、比较、判断，依据判定规则得出诊断结论，同时进行模拟仿真。

7.6形成莱钢特色的固定+流动+远程”自动化维护保障模式

8总结

莱钢自动化维护保障体系，整合了企业内部所有的过程控制系统数据资源，为生产管理、维护人员实现生产线自控系统的异

地监控与维护提供一个集成化的平台；

对自动化控制系统的多种性能指标进行实时检测和评估并进行分析、计算和预测，建立了具有自学习功能的故障及处理方法历史数据库，并在不断积累经验的基础上，优化处理故障预案，实现了管控一体化，打造出了具有莱钢特色的固定+流动+远程”的自动化维护保障体系，实现了信息资源的共享和生产过程的统一管理。

［作者简介］栾鲁民（1953~，男，高级工程师，主要从事自动化、信息化技术的研究与应用。

（收稿日期:

2009-04-17

余热利用PLC除尘本体PLC

八A典.

pHX尅

tjI7

1062009年第3期

电炉冶炼过程中，炉内排出的原始烟气温度约为1200r左右,高温烟气首先通过电炉炉盖第四孔进入水冷滑套，然后经过水冷烟道和高温烟道，进入热管式余热锅炉后，余热利用系统工作。

除盐软化水通过除氧器进一步除去水中的氧气，经过省

煤气器预热后，进入余热锅炉系统，在余热锅炉中通过和高温烟气的热能交换，将软化水加热成中压饱和蒸汽，然后储存在蓄热器内，以供生产和生活使用。

经过热能交换后的烟气温度降到150C左右，然后通过管道进入除尘器本体，烟气经过除尘器净化后，由风机系统排入大气中。

2控制系统结构组成

根据系统生产工艺特点和要求，以及出于安全考虑，该项目控

制系统由两套SIEMENSS7-400PLC控制器、三台监控站组成。

两套系统分别在完成余热利用系统智能化控制和除尘系统的智能化控制的同时，系统间通过以太网进行通讯，分别监控对方的运行状况。

余热和除尘两套S7-400PLC及三台上位机之间采用以太网方式进行实时通讯,实现监控终端的集中显示、操作和故障自诊断。

PLC采用以太网模板CP443-1系列，利用CP443-1自身的处理器，独立处理工业以太网上的数据堵塞，减轻了CPU的通讯负担。

控制系统网络结构如图2所示：

图2除尘余热利用控制系统网络结构图

基础级自动化的功能：

现场电控系统和仪控系统设置为三电一体化（EIC控制，统一由两套S7-400PLC完成其控制功能。

其中所有仪表检测参数均直接引入P

LC控制系统，取消了中间的仪表显示减少了中间环节，降低了故障发生的机率。

电控系统的控制在监控微机上实现了集中控制，减轻了操作工人的劳动强度，实现了全面EIC一体化的系统。

3余热利用系统智能化控制与检测技术

3.1全流程温度模糊控制技术

余热利用系统中的温度控制是实现全流程控制的关键，它是一个多变量、相互耦合的控制系统。

它的控制对象是生产流程中各部分的温度，干扰因素有高温烟气的热值变化、高温烟气的流量变化、空气的压力与温度的变化以及电炉系统生产过程的中断等随机扰动，调节参数为高温烟气的压力与流量、空气的压力与流量等变量。

按照余热利用系统的生产实际情况，以数学模型数据库为温度模糊控制系统的规则库，以燃烧沉降室出口温度和除尘器入口

温度为关键词，把数据库提供的设定温度作为目标函数，构造温度模糊控制系统。

根据本系统的特点和生产工艺要求，建立的数学模型数据库提供了在不同的电炉生产状况和不同的高温烟气流量工况下系统各个部分的温度设定值和温度控制上、下限（±

0C,温度变化率

|T*

温度|=|（T当前温度一T前一周期的温度/△t调节周期|（为5C,指每一个调

节周期，高温烟气和空气的流量等过程控制参数，并且根据生产实际操作规程和生产经验制定出燃烧沉降室和除尘器入口烟气温度的上、下限。

通过对生产过程的高温烟气的压力和流量、空气压力和流量、生产流程各段温度、汽包、余热锅炉、蓄热器的压力温度等参数进行数据采集和数据处理，计算出

燃烧沉降室出口和除尘器入口过

程温度和设定值的偏差、温度升温速度等需要的数据。

然后对过

程设定值和过程变量进行综合分析和比较，推理得出结论，给出调节和控制指令。

具体步骤如下

首先对过程与设定值的偏差△T温度=T设定值一T过程值，按照推理要求进行不同档次的划分，分为0T温度|W©

、10C、20C和△T温度|>

204个档次根据|T*

温度|大小，同样分为20

、50、1003个档次。

当温度偏差△T温度|小于50,温度变化率|T*

温度小于50

时,不进行高温烟气和空气流量的调节；

如果温度变化率超过50,则需要混风阀进行烟气流量的调节，烟气调节量为30~50m3/h如果温度变化率超过100,烟气调节量为60~80m3/h。

其后进入控制模型优化模块，调节空气流量的大小。

当温度偏差△T温度大于50

而小于100时，温度变化率|T*

温度小于20

如果温度变化率超过20,则需要混风阀进行烟气流量的调节，烟气调节量为

30~50m3

/h;

如果温度变化率超过50,烟气调节量为60~100m3

如果温度变化率超过100,烟气调节量为100~150m3

/h。

其后

进入控制模型优化模块，调节空气流量的大小。

当温度偏差△T温度|大于10C小于20C时,按照温度偏差的正负分为两个分支，进行温度升温速度的正负和大小的考察。

根据温度偏差和升温速度的大小，进行

空气流量的调节，空气调节量为50~200m3/h空气调节量由优化模块计算给出。

当温度偏差大于20T时,根据温度偏差的正负和升温速度的大小及趋势，分别进行高温烟气和空气流量的调节，高温烟气调节量为100~300m3/h空气调节量由优化模块计算给出。

综上所述，温度控制推理算式可以归纳为如下形式：

△V烟气或空气=f（T温

度△T温度,T烟温△T烟温,T混风比

依据上述分析思路和推理步骤，编制计算机控制系统软件程序框图如图3所示:

3.2阵列式烟气流量检测防堵技术

电炉烟气流量测量具有一定的特殊性，主要原因是其测量介质温度高，粉尘含量高，而一般的流量测量装置其灰尘只进不出，容易堵塞，造成测量不稳定，不准确，而且维护工作量很大。

余热利用系统采用的新型防堵型阵列烟气流量测量装置，在高温烟道测量截面上严格采用标准的网格多点式布置，并且测量装置本身

信息技术与信息化自动控制

2009年第3期107

具备的自动清灰和防堵塞功能，几乎没有压损,装置性能可靠，保

证了烟气流量测量的准确和稳定

•jA

图3全流程温度模糊控制程序框图

为了准确的测量高温烟气流量，防堵型阵列烟气流量测量装

置的计算数学模型确定为：

Q=36003A3Vm3/h

其中:

A为高温烟道截面面积,m2

V为高温烟道中的烟气流速,m/s

标定后的烟气流量可以用检测装置的差压得到：

Q=36003A3k2Pd/pm3/h

其中,K为检测装置的标定系数，经过计算，得到了差压变送器的量程:

0~100Pa通过差压变送器的信号转换，得到了准确的高温烟气流量数值。

为了解决检测元件的堵塞问题，利用压缩空气为介质，通过一套西门子LOGO进行编程控制，实现了对高温烟道内检测元件的定时脉动吹扫，从而确保了检测元件的正常工作。

防堵型阵列烟气流量测量装置的稳定检测，使余热利用系统得到了准确的高温烟气流量数值，对整个系统的温度控制和整个系统的稳定运行起到了重要作用

3.3声纳振波除尘技术

经沉降室进入省煤气室的高温烟气依然存在大量灰尘，省煤气室内的热交换管相对较细，高温灰尘很容易附着在外管壁上，长期形成很厚的结垢，水流通过时受热不均匀，易造成热交换管爆裂,产生重大事故。

经研究分析采用声纳振波技术进行除尘，一则声波频率较高70~90Hz,可连续产生振荡波使管壁的附着物脱落，二则声波震幅较小不会对省煤气装置造成太大损害，三则频率可调不至于和基础设备产生共振。

声纳振波除尘技术的应用大大缓解了省煤气室的工作压力，提高了蒸汽产生量。

3.4除尘风机变频调速控制

电炉的生产工艺决定各阶段所产生的高温烟气流量差异较

大，因此为降低电耗，提高风机的工作效率，风机采用西门子变频

控制,根据生产节奏，通过S7-400PLC直接输出模拟控制信号作为风机变频调速的给定值，去控制风机的运转，这种方案没有了PLC和变频器的通讯，减少了故障发生的机率，操作员在监控画面上实现了对风机的控制。

风机控制方式简介如下：

远程手动方式（M:

当选择远程手动操作方式时，操作员可通过计算机画面直接输入变频调速值，控制风机转速。

远程自动方式（A:

当选择远程自动操作方式时，风机的转速区域通过电炉系统的冶炼控制信号来控制，电炉系统的控制信号控制风机的高速和低速运转区域，在风机的运转过程中，通过对系统燃烧沉降室出口温度和除尘器入口温度的监测，根据对温度的

控制算法，自动调节风机的实时运转频率，实现了变频风机的高效节能运转。

4余热利用系统效果分析

该系统自2007年2月正式投运以来，实现了余热能源的再利用目的，提高了电炉系统的除尘能力，大大减少了对环境的污染，保护了大气环境。

控制系统运行稳定，余热利用效果显著，具备年产20万吨高品质饱和蒸汽的生产能力，满足了VD炉生产的蒸汽

需求,达到了设计目标要求。

同时随着除尘能力的增强，提升了电

炉的吹氧量，加快了炼钢生产的节奏，平均每炉钢的冶炼周期缩短

2分钟,大大提咼了钢产量和特钢厂的核心竞争力。

参考文献：

［1］韦巍•智能控制技术.机械工业出版社，2001,6.

.北京:

［2］陈在平等主编.可编程序控制器技术与应用系统设计

机械工业出版社,2002.

［3］金以慧.过程控制.清华大学出版社,1991.

［作者简介］于海忠（1965~，男，高级工程师，主要从事自动化技术的研究与应用。