摘要：干熄焦是国内外广泛应用的熄焦技术，具有较强的环保效益。本文首先简要介绍了干熄焦的工艺流程与技术优势，着重介绍了优稳UW500a DCS控制系统如何适合实现干熄焦全自动化生产，包括系统的配置以及一些主要控制功能的实现。

关键词：干熄焦；运焦；自动控制；DCS系统；UW500a

1　引 言

所谓干法熄焦，是相对于湿熄焦而言的，是指采用惰性气体将红焦降温冷却的一种熄焦方法。干熄焦是目前国内外应用广泛的熄焦技术，与湿法熄焦相比，具有明显的优势：第一，焦炭质量明显提高，获得在炼铁的延伸经济效益；第二，充分利用红焦显热，节约能源，获得直接经济效益；第三，降低有害物质的排放，保护环境。本文以山西至信某科技有限公司150万吨炭化室高度6.25米捣固焦化工程项目为例进行编写，项目总投资15亿元，总占地30公顷。焦炉炉型选用JL6253D型侧装捣固焦炉，炭化室高度6.25m，炉组规模为2×65孔，配套建设有备煤、190t/h干熄焦（备用湿熄焦）、焦处理、冷鼓电捕、蒸氨、脱硫及硫回收、硫铵、洗脱苯、焦炉烟气脱硫脱销、污水处理站及相应的公用工程和辅助设施。此案例主要介绍干熄焦工段的自动化实现。

2　工艺简介

干熄焦的工艺流程是利用惰性循环气体N2（约180℃）通过鼓风装置进入干熄炉与温度约1000℃的红焦逆向流动进行热交换将红焦熄灭，使焦炭温度下降到250℃左右，而循环氮气的温度上升到约800℃，循环气体经过锅炉时，本身所带的热量使锅炉产生大量的蒸汽，蒸汽经过减温减压后，送入汽轮机组用于发电。整个系统主要由红焦装入系统、冷焦排出系统、干熄炉及供气装置、气体循环系统、锅炉系统、水处理系统等组成，主要设施有干熄炉、装入装置、排焦车、提升机、电机车及焦罐台车、焦罐、一次除尘器、二次除尘器、干熄焦锅炉单元、循环风机、除尘地面站、水处理单元等。其工艺流程如图1所示。

图1 干熄焦工艺流程图

3　控制系统配置结构

采用杭州优稳自动化公司UW500a DCS控制系统，操作站软件采用优稳公司自主开发的UWinTechPro1.0，实现全厂的集中控制、监视和管理。I/O测点752点，配置2台控制站，4台操作站，控制站通过冗余工业以太网交换机与操作站相连，CPU、控制网络、系统网络、电源模件也均配置冗余模式。I/O模块配置单通道隔离且支持单点热插拔的单点卡。按工段设置分站，实现分散控制，操作站集中监控，全厂信息共享。网络结构如图2所示：

图2 系统配置结构图

4　控制方案

根据项目要求生产过程控制系统对所有生产过程及设备在中央控制室进行集中监控，系统具有人机界面友好，操作可靠，同时在系统故障时能提供快速诊断的能力。生产过程控制系统采用UW500a DCS系统进行控制，对于工艺操作所需要的各种操作参数均引至计算机控制系统，并视其重要程度分别进行指示、调节、记录、计算、报警及联锁等，实现过程控制、顺序控制和逻辑控制。

4.1　运焦自动控制

电机车和焦罐运载车作为干法熄焦的设备，承担全部接焦和运送红焦的任务，对自动化控制水平要求很高。运焦系统自动控制主要是控制电机车走行定位和焦罐车旋转定位。

4.1.1　电机车走行定位控制

电机车主要由车体、走行装置、制动装置、气路系统、空调系统及电器系统等组成。定位检测元件设在焦罐车和地面检测站上。检测元件包括电机车对位、APS动作、提升机动作、电机车锁车和拦焦机对位用磁接近开关。运用DCS控制变频器的频率进行走行调速，设有“左微、左低、左中、左高、停止、右微、右低、右中、右高”等九个挡位，分别控制电机车的停止、左右方向的高、中、低和微速运行。在电机车进入拦焦机和提升机时均以微速前进，停止时采取逆变发电制动和压缩机空气盘式制动，以确保定位精度。电机车编程控制的流程如下：

（1）接空罐。电机车停在APS范围内（电机车定位信号准备好）、电机车制动投入、无焦罐——按下“接空罐”按钮——电机车制动解除——无焦罐的车对准提升机——电机车锁车，APS动作完成——提升机动作（送罐）——有焦罐、提升机吊钩打开——电机车锁车解除，APS解除。

（2）送满罐。电机车停在APS范围内（电机车定位信号准备好）、电机车制动投入、有焦罐——按下“送满罐”按钮——电机车制动解除——有满焦罐的车对准提升机——电机车锁车，APS动作完成——提升机动作（接焦）——提升机到达待机位——APS解除，电机车锁车解除可以走行。

（3）拦焦机侧。焦罐旋转锁车指令取消、提升机锁车指令取消、APS动作指令取消、电机车电控正常——电机车制动解除，走行——拦焦机对位信号准备好——电机车制动——接焦准备就绪。

4.1.2　焦罐车旋转定位

焦罐旋转定位的动作流程包括：前提条件准备就绪（旋转装置正常、变频器和制动电阻正常、焦罐车上有焦罐、拦焦机对位信号接通）→焦罐旋转锁车指令发出→焦罐选择（No1或者No2）→旋转开始（指示灯亮）→按下“旋转停止”按钮→焦罐减速位传感器接通→按照程序曲线减速→焦罐转速0.5r/min以下、焦罐停止位传感器接通→焦罐旋转停止→焦罐对正→焦罐车锁车指令取消→电机车驶向干熄站。

图3 干熄炉焦罐提升监控界面

图4 红焦装入控制逻辑（部分）

4.2　预存室压力自动调节

当装入焦炭时，预存室压力不稳会导致焦粉扩散到大气中或吸入空气而燃烧焦炭。为了更好地控制预存室压力在工艺要求的范围内，此系统不仅采用简单的单回路调节，而且针对于在装焦时压力波动大， 难以实现自动调节的状况，设计了在装焦信号发生后自动转入手动控制状态，当装焦信号消失后，系统又自动转入自动调节的控制状态， 从而使预存室压力较好地控制在工艺要求的范围内。

4.3　循环风机变频调节

循环风机是整个系统的重要部分，从控制循环风机的风量来控制锅炉的入口温度使锅炉达到一个良好的平衡。从干熄焦的工艺特性来看， 调速控制必须做到快速、准确，而且一般是微量调节。通过对系统气料比与循环风量的分析比较，建立系统气料比与循环风量对照表，通过设定气料比实现对循环风量控制。

4.4　排焦系统定量连续控制及安全控制

采用旋转密封阀的排焦装置，真正实现连续排焦，同时大大减少循环气体的泄漏。预存室的存焦量是由干熄焦炉的焦炭初始存量、装入量、排焦量三者共同作用决定的，根据现在干熄焦炉内的存焦量，和生产中的装入量，通过设定电磁振动给料器的输出可以非常精确地控制排焦量，并且与程序演算值下限及排焦温度进行连锁控制，既保证了排焦系统定量、连续控制，又保证了生产的安全、可靠运行。

图5 干熄焦总体流程监控界面

4.5　其它监控要点

（1）干熄炉斜烟道吸入空气量调节；

（2）干熄炉料位检测控制；

（3）循环气体旁通流量调节；

（4）干熄炉预存室料位上、下限报警、联锁；

（5）循环气体成份（O2、H2、CO、CO2）分析指示、报警；

（6）排焦温度上限报警、联锁；

（7）排出焦炭温度上限报警、上上限联锁；

（8）提升机提升连锁；

（9）提升机走行连锁；

（10）提升机装焦连锁；

（11）装入装置打开、关闭行程；

（12）提升机返回连锁；

（13）整个提升过程的保护控制；

（14）锅炉汽包液位三冲量调节；

（15）过热蒸汽温度调节；

（16）过热蒸汽压力调节、过热蒸汽压力放散调节；

（17）除氧器蒸汽压力调节；

（18）除氧器液位调节；

（19）锅炉汽包压力上限报警；上上限联锁，停循环风机；

（20）锅炉汽包液位上、下限报警；下下限联锁，停循环风机；

（21）除氧器液位上、下限报警；下下限联锁，停锅炉给水泵；

（22）风机轴承温度上限联锁；

（23）主电机定子温度上限联锁；

（24）电机轴承温度上限联锁；

（25）风机轴承振动振幅上限联锁；

（26）各吸水井液位上、下限联锁；

（27）各冷却塔风机油温、轴振动上限联锁；

（28）高压电机定子、轴承温度上限报警、联锁。

5　总结

采用干熄焦技术来处理红焦，并用其热量生产中压蒸汽，再经过汽轮机背压发电，最终将电能馈入电网，节能环保，并能大幅提高焦炭质量。该解决方案从软硬件着手，优质的画面设计满足生产数据监控，操作安全便捷；事件记录功能在系统发生故障报警、跳机时，准确判断分析报警、跳机的原因，自动化水平提高，大大提高了生产效率和控制精度，降低了人员的劳动强度，实现了干熄焦的高效稳定运行。

摘自《自动化博览》2020年10月刊