自動撥風系統保證煉鐵高爐安穩生產

摘要：針對煉鐵高爐供風風機事故停機，突然斷風給高爐帶來的惡劣影響，工程技術人員認真分析研究了高爐風機的供風工藝。從高爐工藝和風機供風工藝出發，在確保高爐和風機都安全的前提下，開發設計應用了高爐風機自動撥風系統，以確保在風機故障時，避免造成高爐風口灌渣的惡性事故。該系統操作簡單，靈活有效，具有良好的使用、推廣價值。

關鍵詞：自動撥風 高爐供風 高爐風機 高爐灌渣

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（c）-0111-01

1 問題的提出

目前石橫特鋼煉鐵廠是風機和高爐一對一運行，即一臺風機單獨為一座高爐供風，風機運行的好壞直接關系到高爐能否正常生產。1號、3號風機分別給1號、3號2座1080m3高爐供風，當風機出現跳閘事故時，高爐就會發生坐料、灌渣等惡性事故。如何有效彌補因風機故障而造成的惡劣影響，是確保高爐安全順行的重要任務。高爐供風突然中斷時，利用正常供風系統的部分風量來保證高爐不被灌渣，因此我們設計使用自動緊急撥風系統。

2 解決方案

2.1 系統概述

撥風是指兩座高爐之間相互供風。將兩座高爐的供風管道用管道連接（撥風管），在撥風管上安裝3個閥門（快開閥、慢關閥、調節閥），當某臺風機發生故障中斷供風時，控制系統自動緊急開啟快開閥，使另一臺正常運行的風機分一部分風通過撥風管送至事故高爐，以維持事故高爐的最低安全風壓和風量，保證事故高爐不灌渣（或減輕灌渣程度）。同時另一座撥風的高爐也不會因為撥走了部分風而使爐況受太大的影響。自動撥風系統由石橫特鋼煉鐵廠自行設計，由煉鐵廠設備科負責自動控制系統的軟硬件設計、控制程序的開發，完成撥風設備的安裝、調試和試驗。

2.2 工藝設備組成

在兩臺風機送風管之間加一個旁路撥風管道系統，在撥風管道上安裝電動調節閥、氣動閥和電動切斷閥。電動調節閥主要起調整限制風量和為系統做定期試驗提供方便的作用；氣動閥是氣動快開閥，從全關到全開的動作時間小于3s，主要起快速通斷撥風的作用；電動切斷閥是慢關閥，在高爐正常或風機正常后慢關電動切斷閥，以免風壓回升時對風機和高爐造成較大的影響。控制系統選用西門子S7-300系列可編程控制器。主要包括電源模塊、CPU模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸出模塊等。軟件采用WINCC6.O監控軟件和STEP7編程軟件，控制系統采用UPS供電。

3 自動撥風系統的控制要求

3.1 撥風系統的工作條件

當1號和3號高爐均處于順行狀態，應使自動撥風系統處于允許撥風狀態；反之，應使撥風系統處于禁止撥風狀態。

3.2 撥風閥動作條件

在風機正常工作運行時，自動撥風系統始終處于熱備用（待機）狀態。只有當風機出現緊急斷風，發出風機跳閘信號給撥風系統要求撥風時，撥風系統才投入運行，為出現斷風的高爐迅速撥風。

有很多連鎖參數引起風機供風中斷，但最終可歸結為兩點，即機組安全運行和機組跳閘。機組安全運行是指風機在運行過程中因風機內部或外部故障，靜葉由正常工作角度變回零負荷22°，放風閥全開，逆止閥全閉，停止供風。因此當機組安全運行或機組跳閘時，都會發出風機跳閘信號。

3.3 撥風系統的操作方式

手動方式：撥風系統處于允許撥風狀態，當撥風系統正在撥風或者需要手動撥風時，選擇手動方式。在手動方式下，只控制電動慢關閥和氣動快開閥。當風機恢復正常送風時，需要手動操作電動慢關閥和氣動快開閥。操作步驟如下：關電動慢關閥，電動慢關閥關到位后，關氣動快開閥；氣動快開閥關到位后，開電動慢關閥；電動慢關閥開到位后，操作人員將系統切回自動方式。當需要撥風時，手動開氣動閥。

檢修方式：當需要檢修閥門或檢查閥門動作的靈活性時，選擇檢修方式。在檢修方式下，可以操作所有的閥門，但是為了避免誤操作，操作閥門時有一定的連鎖條件。具體如下：在檢修氣動快開閥時電動慢關閥必須全關；在檢修電動慢關閥時，氣動快開閥必須全關；在檢修電動調節閥時，電動慢關閥或氣動快開閥至少有一個全關。

單動方式：在單動方式下，除了限位連鎖外，其他連鎖全部解除，可以單獨操作各個閥門。只有在調試階段時才可采用單動方式。

4 自動撥風系統的生產應用試驗

以1號風機向3號高爐撥風為例，試驗目的：在兩座高爐正常生產的情況下，當其中一臺風機發生故障時，撥風系統進行自動撥風，保證事故高爐不灌渣（或減輕灌渣程度），同時另一座撥風的高爐也不會因為被撥走了部分風而使爐況受太大的影響，不發生坐料、塌料的可能。

試驗條件：1號和3號兩座高爐爐況均處于順行且冷風流量≥2500m3/min，滿足高爐允許的最小撥風量的要求。撥風控制系統靜態調試完畢，系統與各個高爐、風機的聯系信號聯絡暢通。撥風閥組單體試車結束，氣動快開閥氣源壓力得到保證，氣動快開閥從全關狀態到全開狀態的時間小于3s。1號風機正常供風，3號高爐冷風流量盡量調整到高爐允許的最小撥風量2000m3/min。

試驗步驟：在3號風機操作室手動按下儀表盤上的“安全運行”按鈕，讓3號風機轉為安全運行，撥風系統進行自動撥風，同時撥風系統在程序中從自動狀態切到手動狀態。在撥風時，記錄1號、3號高爐風量、風壓和1號風機的風量、風壓，同時密切關注兩座高爐是否發生坐料、塌料和1號風機的運行狀態。

撥風系統持續10min，記錄1號、3號高爐風量、風壓和1號風機的風量、壓力。兩座高爐爐況穩定后，在撥風系統畫面上手動關閉電動慢關閥，同時恢復3號風機給3號高爐供風。在此過程中，盡量減少對兩座高爐正常運行的影響。電動慢關閥關到位后，關氣動快開閥；氣動快開閥關到位后，開電動慢關閥，并觀察兩座高爐和兩臺風機的風量、風壓；同時密切關注兩座高爐的爐況變化。

3號風機恢復正常供風后，撥風裝置回到起始狀態，電動閥全開，氣動閥全關，調節閥在設定開度，系統切回自動，為下次撥風做準備。

試驗結果：1號、3號風機運行正常，兩座高爐均無灌渣，氣動快開閥（帶負荷）打開時間為4秒鐘，試驗成功。

5 經濟效益分析

石橫特鋼公司的撥風系統在投入運行后，至今已成功撥風3次。參照2010年高爐斷風的影響，按高爐鐵水平均日產2900t計算，3次共影響高爐鐵水產量2416t。因此，撥風系統3次共產生直接經濟效益為120.8萬元。

高爐自動撥風系統自成功投運以來，每次撥風完成都能帶來約40萬元的直接經濟效益，而且從來沒有遺漏過一次應該產生的自動撥風。自動撥風系統的穩定可靠對保障1號和3號高爐的正常生產具有重要意義，同時也給公司帶來了可觀的經濟效益。