热风炉自控系统设计论文

摘要：详述了顶燃式热风炉的工艺特点及控制程序的设计，并与内然式热风炉对比分述其优缺点。

关键词：顶燃式；内燃式；氧气分析仪；冷风调节阀

宣化钢铁集团责任有限公司炼铁厂450M3高炉建于2002年，共有3座热风炉，每座热风炉共有十个阀，分别为热风阀、冷风阀、充压阀、废气阀、烟道阀、高炉煤气切断阀、高炉煤气放散阀、高炉煤气燃烧阀、空气燃烧阀和通冷切断阀。还有3个调节阀，分别为高炉煤气调节阀，助燃空气调节阀，通冷调节阀。公共阀有混风切断阀、倒流休风阀、助燃风机切断阀、预热器前切断阀、预热器后切断阀、1#、2#助燃风机切断阀、混风调节阀和1#、2#助燃风机调节阀。如下示意图：

由于热风炉使用高炉煤气易造成煤气中毒、火灾、爆炸等恶性生产事故，在控制系统的选择上需要高性能、高稳定性、控制算法灵活多样的计算机控制系统。450M3高炉使用ABB公司的大型集散控制AC800F系统，该系统融传统的DCS和PLC优点于一体并支持多种国际现场总线标准。它既具备DCS的复杂模拟回路调节能力、友好的人机界面（HMI）及方便的工程软件，同时又具有与高档PLC指标相当的高速逻辑和顺序控制性能。系统既可连接常规I/O，又可连接RemoteI/O及Profibus、FF、CAN、Modbus等各种现场总线设备。系统具备高度的灵活性和极好的扩展性，控制机柜供电、控制模件采用冗余设计，局部的故障不能影响现场设备安全运行。在现场设备控制参数中，设定故障状态下的安全设定值，一旦出现大范围的厂区停电、意外事故，控制系统按照安全模式进行工作。

高炉主控室设计了两套CPU冗余设置，通过Profibus电缆连接远程IO站，在热风电磁站安装机柜为远程I/O站，利用CI830作为Profibus从站连接I/O子模件再连接到现场设备。操作员站上的操作监控软件DigiVis及工程师站上的组态调试软件CBF是操作管理级必须的软件。控制站和操作站之间利用双绞线连接，遵循TCP/IP协议。

每个热风炉有四种状态，分别为燃烧状态、闭炉状态、送风状态和换炉状态。每种状态有九个阀（通冷切断阀除外）的反馈综合而得，在主画面用不同颜色显示各种状态，直观醒目。如果没有达到预设的综合状态则在画面显示“阀位不正常”，操作工确认并采取措施。

由操作台执行燃烧、闭炉、送风命令，在同一时刻只有一个命令有效。达到状态后复位命令并且在画面分色显示，于是命令间转换：燃烧闭炉送风。这样必经以下四种转换过程：

1燃烧转闭炉

首先煤气调节阀反馈≤30，关高炉煤气切断阀，延时5秒开高炉煤气放散阀，延时2秒关高炉煤气燃烧阀，延时2秒关助燃空气燃烧阀，延时1秒关烟道阀。例如关烟道必须同时有高炉煤气切断阀的关反馈、高炉煤气放散阀的开反馈、高炉煤气燃烧阀的关反馈和助燃空气燃烧阀的关反馈且助燃空气燃烧阀关位返回后延时1秒后才自动关烟道。

2送风转闭炉

送风转闭炉时必须判断其他两个是否送风，如果不是休风必须至少一个炉送风。关冷风阀，延时5秒关热风阀。

3闭炉转燃烧

开废气阀延时60秒且炉内压力≤5Kp，开烟道阀，延时5秒关废气阀，延时5秒开助燃空气燃烧阀，延时2秒且助燃空气调节阀开度≥40，开高炉煤气切断阀，延时后关高炉煤气放散阀延时1秒，开高炉煤气燃烧阀。

4闭炉转送风

开充压阀延时5秒且炉内压力与热压相等开热风阀，延时1妙开冷风阀、关充压阀。

每执行一步必须有前几步的反馈且延时。每个阀的命令发出后在一定延时后仍无反馈则报警且不执行下步。燃烧与送风之间必须是经过闭炉，二者直接转换不起作用。于是闭炉必须记住转换前的状态。而在执行过程中为换炉状态。

每个阀的反馈由该阀的到位信号和相反的到位信号的反取“与”关系得出。即开信号由开反馈信号和非关反馈信号构成，关信号由关反馈信号和非开反馈信号构成。例如：

同时当热风炉处于某种状态时，每个阀的开位与关位异或取反为该阀不正常。即该阀的开位和关位同时具备或同时没有则不正常。

而只要有一个阀不正常则报警显示，把每座热风炉的9个切断阀（通冷切断阀除外）的每一个设备报警信号组合在一起，当每座热风炉只要有一个阀的控制设备发出报警信号，该座热风炉的所有设备将停止工作，按照预设的安全方案动作，从而避免安全事故。

九个阀的自动信号“与”后为整个炉的自动，每个阀的自动输出必须有这个自动信号。

通过以上对顶燃式热风炉工艺特点及控制程序的简述，结合内燃式热风炉加以对比分析，总结有以下各自特点：

（1）顶燃式热风炉有烧嘴，燃烧室在热风炉顶部。有通冷切断阀和通冷调节阀，在送风过程中如果烧嘴温度过高超限，画面报警显示提示操作工手动开通冷以降温。而内燃式的热风炉没有以上通冷各阀。

（2）内燃式的热风炉具有焦炉煤气燃烧系统，包括焦炉煤气切断阀，焦炉煤气放散阀、焦炉煤气燃烧阀、氮气吹扫阀和焦炉煤气调节阀。在后烟道设有氧气气体分析仪，用以分析燃烧时其中的氧气含量，实时调节燃烧的空气、煤气的比例。

（3）内燃式的热风炉利用烟气换热高炉煤气，有两座预热炉直接加热助燃空气。顶燃式热风炉使用烟气置换助燃空气。

（4）内燃式的热风炉还具有冷风调节阀，用以自动实现“两用两备”的自动换炉。

通过以上顶燃式热风炉与内燃式的热风炉的纵观比较，使我们对热风炉控制系统有了更深入确切的了解。