大型高爐熱風爐自控系統安全防護實踐

李錦龍

【摘要】國內的高爐冶煉過程中，因為熱風爐安全控制不完善的問題發生過多起重大的安全事故。宣鋼在熱風爐的控制系統中，經過多達3代爐齡的理論分析和實踐摸索中，總結出一套完整的安全控制連鎖理論，在生產實踐中得到很好的應用。

【關鍵詞】順序控制方式； 雙信號保護；三級保護模式

1.引言

河鋼集團宣化鋼鐵目前擁有4座2000M3以上的大型高爐，生鐵產量具有800萬噸的年生產能力。在與高爐配套的熱風爐控制工藝中，關鍵問題并不是工藝流程的實現，而是熱風爐的安全防護連鎖問題。我們宣鋼人在熱風爐的控制系統中，經過多達3代爐齡的理論分析和實踐摸索中，總結出一套完整的安全控制連鎖理論，在生產實踐中得到很好的應用。

2.項目簡介

2.1 控制系統結構

宣鋼高爐采用ABB公司的AC800F系統來對高爐的生產進行控制。工程師站安裝CBF 9.1版本組態軟件，數據通訊網絡以德國赫斯曼工業型光纖交換機200M系列為核心構成100M高速光纖環網，各控制站通過EI803以太網通訊模板和工業雙絞電纜連接至工業以太環網上，操作站采用DELL780工控機，裝有Windows XP SP2操作系統，通過網卡經工業雙絞電纜與工業以太環網相接。

2.2 技術特點

2.2.1 在熱風爐控制系統順序控制方式中采用三級保護模式，（現場連鎖級、手動連鎖級、自動連鎖級）極大提高了熱風爐控制系統的安全系數。

2.2.2 休風和復風連鎖：采用休風指令和冷風放風閥門連鎖，在正常生產過程中操作工誤操作休風指令不起作用，只有在冷風放風閥門開以后，才能執行休風指令。反之，復風操作時必須保證冷風放風閥門在關閉狀態下才能執行。

2.2.3 每個閥的反饋由該閥的到位信號和相反的到位信號的取反得出。而只要有一個閥不正常則報警顯示，把每座熱風爐的每個切斷閥的報警信號組合在一起。當每座熱風爐只要有一個閥的控制設備發出報警信號，該座熱風爐的所有設備將停止工作，按照預設的安全方案動作，從而避免安全事故。

2.2.4 每個閥操作分為機旁、集中手動、自動操作模式，集中手動模式又分為連鎖和非連鎖兩種模式。

2.3 應用工藝流程

在自動狀態下，單個熱風爐的分四種工作狀態：送風、悶爐、燃燒、休風，控制過程工藝集中體現在對四種狀態的監控以及四種狀態之間的轉換過程。安全控制連鎖主要是對這四種狀態及狀態之間轉換過程中起到安全保護的作用，以下從悶爐—送風—悶爐—燃燒—悶爐的過程中的安全連鎖問題進行詳細分析。

2.3.1 悶爐—送風過程：執行“送風指令”

熱風爐倒流休風閥在關到位狀態下，才可以執行“送風指令”

A.充壓閥

熱風閥關到位，煙道閥關到位，廢氣閥關到位，冷風閥關到位，高爐煤氣切斷閥關到位，高爐煤氣燃燒閥關到位，助燃空氣切斷閥關到位，有送風請求，允許開充壓閥。

B.熱風閥

倒流休風閥關到位，廢氣閥關到位，煙道閥關到位，助燃空氣切斷閥關到位，高爐煤氣切斷閥關到位，高爐煤氣燃燒閥關到位，煤氣放散閥開到位，充壓閥開到位超過20分鐘，冷風閥前后壓差小于9.8KPa時，允許開熱風閥。

C.冷風閥

熱風閥開到位，廢氣閥關到位，煙道閥關到位，助燃空氣切斷閥關到位，高爐煤氣切斷閥關到位，高爐煤氣燃燒閥關到位，有“送風請求”，允許開冷風閥。

熱風閥開到位，冷風閥開到位，有送風請求，允許關充壓閥。后，熱風爐進入送風狀態，執行送風。

單座熱風爐送風30分鐘后，才可以轉悶爐。

單座熱風爐送風30分鐘后，才可以轉燒爐。

進入送風狀態后的熱風爐，所有的閥門不論在手動還是自動方式都不能執行其它指令。只有當另外一座熱風爐進入送風狀態后或特殊情況下有“休風請求”才可以執行其他指令。

2.3.2 送風—悶爐過程：執行“悶爐指令”

熱風爐在送風狀態下：

另外兩座熱風爐任意一座在送風狀態下或有休風請求，有悶爐請求，允許關冷風閥。

另外熱風爐任意一座在送風狀態下或有休風請求，冷風閥關到位，有悶爐請求時，允許關熱風閥。熱風爐進入悶爐狀態。

2.3.3 悶爐—燃燒過程：執行“燃燒指令”

A.廢氣閥

冷風閥關到位，熱風閥關到位，充壓閥關到位，煙道閥關到位，助燃空氣切斷閥關到位，高爐煤氣切斷閥關到位，高爐煤氣燃燒閥關到位，有燒爐請求，允許開廢氣閥。

B.煙道閥

冷風閥關到位，熱風閥關到位，充壓閥關到位，廢氣閥開到位，煙道閥前后煙氣差壓小于9.8KPa，允許開煙道閥。

煙道閥開到位，有燒爐請求，允許關廢氣閥。

C.助燃空氣切斷閥

冷風閥關到位，熱風閥關到位，充壓閥關到位，廢氣閥關到位，煙道閥開到位，無拱頂溫度高報警，無后煙道溫度高報警，助燃空氣預熱器進口閥開到位且助燃空氣預熱器出口閥開到位，或助燃空氣預熱器旁通閥開到位時，有燒爐請求，允許開助燃空氣切斷閥。

D.高爐煤氣燃燒閥

冷風閥關到位，熱風閥關到位，充壓閥關到位，廢氣閥關到位，煙道閥開到位，助燃空氣切斷閥開到位，有燒爐請求，允許開高爐煤氣燃燒閥。

E.煤氣放散閥

高爐煤氣燃燒閥開到位，有燒爐請求，允許關煤氣放散閥。

F.氮氣吹掃閥

冷風閥關到位，熱風閥關到位，充壓閥關到位，高爐煤氣切斷閥關到位，廢氣閥關到位，煙道閥開到位，高爐煤氣燃燒閥開到位，助燃空氣切斷閥開到位，有燒爐請求，允許開氮氣吹掃閥。

氮氣吹掃閥開到位延遲20秒，允許關氮氣吹掃閥。

G.高爐煤氣切斷閥

冷風閥關到位，熱風閥關到位，充壓閥關到位，廢氣閥關到位，煙道閥開到位，助燃空氣切斷閥開到位，沒有拱頂溫度高報警，沒有后煙道溫度高報警，沒有高爐煤氣壓力低報警，沒有助燃空氣壓力低報警，高爐煤氣預熱器入口切斷閥開到位且高爐煤氣預熱器出口切斷閥開到位或高爐煤氣預熱器旁通切斷閥開到位，氮氣吹掃閥關到位，高爐煤氣燃燒閥開到位，有燃燒請求，允許開高爐煤氣切斷閥。

自動調節助燃空氣調節閥和煤氣調節閥，高爐進入燒爐階段。

熱風爐在燒爐狀態下，廢氣支管廢氣溫度大于或等于350度時，轉為悶爐狀態。

熱風爐在燒爐狀態下，高爐煤氣壓力低報警加延遲后，關閉煤氣切斷閥，并轉為悶爐狀態。

熱風爐在燒爐狀態下，助燃空氣壓力低報警加延遲后，關閉煤氣切斷閥，轉為悶爐狀態。

熱風爐在燒爐狀態下，助燃風機運行反饋信號消失，關閉煤氣切斷閥，轉為悶爐狀態。

2.3.4 燃燒—悶爐過程：執行“悶爐指令”

自動連鎖“燃燒狀態”下，有悶爐請求，允許關高爐煤氣切斷閥。

A.氮氣吹掃閥

冷風閥關到位，熱風閥關到位，充壓閥關到位，高爐煤氣切斷閥關到位，廢氣閥關到位，煙道閥開到位，高爐煤氣切斷閥關到位，高爐煤氣燃燒閥開到位，有悶爐請求，允許開氮氣吹掃閥。

氮氣吹掃閥開到位延遲20秒，允許關氮氣吹掃閥。

B.高爐煤氣燃燒閥

高爐煤氣切斷閥關到位，氮氣吹掃閥關到位，有悶爐請求，允許關高爐煤氣燃燒閥。

C.煤氣放散閥

冷風閥關到位，熱風閥關到位，充壓閥關到位，高爐煤氣燃燒閥關到位，高爐煤氣切斷閥關到位，有悶爐或送風請求，允許開煤氣放散閥。

D.助燃空氣切斷閥

高爐煤氣切斷閥關到位，高爐煤氣燃燒閥關到位，有悶爐請求時，允許關助燃空氣切斷閥。

E.煙道閥

煤氣切斷閥關到位，助燃空氣切斷閥關到位，有悶爐請求，允許關煙道閥。高爐進入悶爐狀態。

3.結束語

經過多年的研發和逐步完善，宣鋼熱風爐控制的安全生產逐步趨于運行正常。操作更加安全，快捷。控制系統及應用軟件的數據傳輸快，質量好。操作界面人性化、直觀簡便，布局合理，得到用戶的認可和高度評價。保證了工藝生產過程穩定。為提高宣鋼生鐵的產量和質量奠定了良好的基礎。

參考文獻

[1]《ABB Industrial AC800F系統在宣鋼大型高爐的生產實踐》《自動化博覽》2011年S2期

[2]《鋼鐵工業節能減排新技術5000問》