焦化廢水熱解控制系統(tǒng)開發(fā)與應用

王麗娟，曹曉崢，王學恩

（山鋼股份萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪　271104）

焦化廢水熱解控制系統(tǒng)開發(fā)與應用

王麗娟，曹曉崢，王學恩

（山鋼股份萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪271104）

為降低焦化廠產(chǎn)生的廢水污染物含量，山鋼股份萊蕪分公司開發(fā)了焦化廢水熱解自動化控制系統(tǒng)，其自動化儀表過程控制主要包括水箱控制回路、蒸氨廢水泵控制回路，新水配水模式，蒸氨廢水配水模式、蒸汽控制回路。該控制系統(tǒng)利用轉爐高溫煙氣熱解焦化廢水，達到了煉鋼一次除塵煙氣排放標準和轉爐煤氣回收標準，降低了焦化廢水處理費用，每月可節(jié)省70萬元。

焦化廢水；熱解；自動控制；控制回路

1　前言

焦化產(chǎn)生的廢水污染物含量高，對環(huán)境危害大且處理成本高。利用轉爐高溫煙氣熱解焦化廢水，實現(xiàn)低成本焦化廢水的無害化無污染處理，經(jīng)轉爐干法除塵系統(tǒng)高溫熱解處理后，蒸氨廢水中有機物的熱分解率達到96.59%，熱解副產(chǎn)的碳氫化合物直接進入轉爐煤氣，有效提高煤氣熱值，且廢水中的耗氧成分能消耗轉爐煤氣中的自由氧，客觀上起了防爆的作用，同時降低了轉爐除塵器的新水消耗。為此，山鋼股份萊蕪分公司開發(fā)焦化廢水熱解自動化控制系統(tǒng)，以利用轉爐高溫煙氣熱解焦化廢水。

2　工藝原理

焦化廠蒸氨廢水輸送到煉鋼廠氨水箱內(nèi)，通過自動調(diào)節(jié)控制氨水泵供水冷卻轉爐煙氣。

在轉爐冶煉吹氧階段，風機高速吹送轉爐高溫煙氣經(jīng)過煙氣冷卻系統(tǒng)（活動煙罩、汽化冷卻煙道），煙氣溫度降至800～1 000℃后進入蒸發(fā)冷卻器；轉爐冶煉的初期新水蒸汽混合形成霧化冷汽對轉爐煙氣進行冷卻；冶煉3 min后啟動氨水泵，同時模式切換到蒸氨廢水模式，與蒸汽混合后形成霧化冷汽對轉爐煙氣進行冷卻；通過蒸發(fā)冷卻器內(nèi)12只噴嘴噴射霧化后的蒸氨廢水對轉爐煙氣進行降溫，使煙氣溫度降低到250～270℃。此時將煙氣中的粉塵與霧化的冷氣進行混合，未熱解的有機物在冷媒水中富集，當該有機物富集到一定程度，冷媒水泵將其送至蒸氨廢水儲存槽中，對冷媒水中富集的有機物進行熱解處理，在冷媒水系統(tǒng)末端煤氣管道上加入專用氣相緩蝕劑，降低焦化廢水后煙氣的腐蝕性，保護煤氣管道設備安全運行［1，2］。

本系統(tǒng)設計自動控制的功能包括:蒸發(fā)冷卻器新水配水系統(tǒng)、蒸氨廢水配水系統(tǒng)、蒸汽控制系統(tǒng)、蒸氨廢水泵控制系統(tǒng)、水箱控制、蒸發(fā)冷卻器出口溫度控制、風量控制系統(tǒng)。圖1為新水配水系統(tǒng)、蒸氨廢水配水系統(tǒng)、蒸汽控制系統(tǒng)布局。

圖1　配水控制系統(tǒng)布局

3　自動化控制系統(tǒng)

3.1自動化儀表部分

自動化儀表過程控制主要包括水箱控制回路、蒸氨廢水泵控制回路，新水配水模式，蒸氨廢水配水模式、蒸汽控制回路。

水箱控制回路儀表包括壓力表1臺、切斷閥1臺、流量計1臺、水箱液位計1臺；蒸氨廢水泵控制回路每個子回路儀表泵出口水壓力表1臺；蒸氨廢水配水模式儀表包括壓力表1臺、流量計1臺、切斷閥1臺、調(diào)節(jié)閥1臺；蒸汽控制回路儀表包括蒸汽壓力表1臺、進汽流量計1臺、切斷閥1臺。調(diào)節(jié)閥和切斷閥均采用氣動閥門。

3.2PLC部分

該自動化控制系統(tǒng)采用西門子S7-400可編程控制器。本控制系統(tǒng)硬件組態(tài)為西門子S7-400可編程控制器和IM153遠程站。每個遠程站配有I/O導軌插槽、背板、SM-300模板等自動化設備。遠程站與PLC主站之間通過OLM、IM153接口模板通過光纜進行通訊，上位機和PLC之間通過以太網(wǎng)通訊。1#～4#轉爐共計4套S7-400加4個遠程站。PLC與工作站之間通過以太網(wǎng)進行信息通訊。為了提高系統(tǒng)可靠性，降低維護風險，遠程站采用有源總線模板，實現(xiàn)熱插拔功能。焦化蒸氨廢水主要PLC系統(tǒng)配置中的遠程站實現(xiàn)。

上位機為轉爐干法除塵的主控制室電腦，采用Wincc6.2監(jiān)控軟件作為圖形界面，組成計算機化的操作臺，實現(xiàn)人機交互。

3.3網(wǎng)絡系統(tǒng)配置

本方案共有4套S7-400PLC接入到工業(yè)以太網(wǎng)中，網(wǎng)絡采用環(huán)形拓撲結構，對應的4臺上位機位于不同的轉爐干法除塵系統(tǒng)并通過交換機接入環(huán)形網(wǎng)絡；上位機采用IP地址，PLC采用MAC地址進行通訊；1臺上位機可以通過以太網(wǎng)實現(xiàn)4套控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控；環(huán)形網(wǎng)絡采用冗余設計，防止斷網(wǎng)導致網(wǎng)絡癱瘓。

4　控制模式

4.1設計蒸氨廢水泵控制回路

蒸氨廢水泵通過變頻器控制泵出口壓力實現(xiàn)恒壓供水，控制模式分手動控制和自動控制。手動控制用于實驗、檢修和緊急情況。

自動控制在蒸氨廢水配水模式下使用，自動控制在使用過程中分為兩個階段，第1階段是在新水模式結束前2～5 s啟動，此時間段可在監(jiān)控畫面上設定，默認限定在2～5 s內(nèi)，泵出口壓力限定在0.85～1.0 MPa。當新水模式結束并轉換到蒸氨廢水配水模式后且泵出口壓力不低于0.8 MPa時，切換到第2階段，此時泵出口壓力設定在在1.2～1.5 MPa，泵出口壓力設定可在監(jiān)控畫面上可調(diào)，默認限定在1.2～1.5 MPa。氨廢水泵控制回路有2臺蒸氨廢水泵，2臺泵互為主泵，先啟動的即為主泵，當主泵故障、泵出口壓力低于0.8 MPa、主泵運行信號沒來時備用泵自動啟動。

4.2改進水箱控制回路

蒸氨廢水箱設計為3 m高，蒸氨廢水密閉儲存水箱為自動供水，廢水儲存水箱設高、低水位報警，水箱水位高于2.5 m時水箱進水管道切斷閥關閉；當水箱水位低于1.5 m時水箱進水切斷閥打開向水箱內(nèi)注水，同時加藥泵啟動為蒸氨廢水加藥。蒸氨廢水儲存水箱進水管道上設置電磁流量計對焦化廢水流量進行實時檢測。

水箱控制分為手動和自動控制兩種方式，手動模式操作工畫面手動控制切斷閥的開關和加藥泵的啟動。自動模式下，進水切斷閥開關與加藥泵的啟停連鎖。遠程控制、遠程操作、畫面顯示相關參數(shù)，有利于崗位人員熟悉操作。

4.3調(diào)整新水配水模式

轉爐冶煉階段，當EC入口溫度高于300℃時，新水配水模式控制水切斷閥打開，此時PLC調(diào)節(jié)模塊處于手動狀態(tài)，輸出50%固定閥位，15 s后PID調(diào)節(jié)模塊轉為自動狀態(tài)，根據(jù)配水公式自動調(diào)節(jié)噴水水量控制蒸發(fā)冷卻器出口溫度。新水配水模式用于控制蒸發(fā)冷卻器出口溫度，此控制由兩個多沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成串級調(diào)節(jié)回路來實現(xiàn)溫度控制。蒸發(fā)冷卻器出口溫度PID調(diào)節(jié)回路的輸出值作為蒸發(fā)冷卻器水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設定值形成串級調(diào)節(jié)，根據(jù)設定溫度控制水調(diào)節(jié)閥的開度，控制水流量增加或減少并與蒸汽混合后形成霧化噴射，當轉爐冶煉到4 min（此時間可在監(jiān)控畫面上根據(jù)工藝要求調(diào)整）且煙氣溫度高于500℃時，自動切換到蒸氨廢水配水模式，同時退出新水配水模式；當冶煉12 min后再次將模式轉換成新水配水模式直到冶煉結束。

4.4優(yōu)化蒸氨廢水配水模式

當轉爐冶煉到4 min且煙氣溫度高于500℃時，由新水配水模式自動切換到蒸氨廢水配水模式，同時退出新水配水模式，蒸氨廢水配水模式采用與新水配水模式相同的方程式，此時配水介質(zhì)切換為蒸氨廢水，由于此時煙氣溫度高于500℃，可充分對蒸氨廢水進行熱解，在轉爐冶煉的4～12 min期間，對焦化廢水進行熱解。冶煉到12 min后蒸氨廢水模式結束同時切換到新水配水模式直到冶煉結束。

4.5改進蒸汽控制回路

蒸汽控制回路在轉爐冶煉階段打開蒸汽切斷閥，與配水系統(tǒng)配合通過噴嘴將霧化的水汽混合物噴射至蒸發(fā)冷卻器筒體，對煙氣進行降溫的同時對蒸氨廢水進行熱解。

5　結語

通過應用焦化廢水自動化控制系統(tǒng)后，滿足煉鋼一次除塵煙氣排放標準和轉爐煤氣回收標準，4座轉爐每月處理焦化廢水11 718 t，大幅度降低處理焦化廢水費用，焦化廢水處理費用按60元/t，每月可節(jié)省70萬元。煉鋼蒸發(fā)冷系統(tǒng)使用蒸氨廢水部分替代工業(yè)新水，節(jié)約新水的使用量，每月可節(jié)省約3.5萬元，同時降低了焦化廢水對環(huán)境的危害，為萊鋼清潔生產(chǎn)提供有力技術支撐。

［1］操衛(wèi)平，馮玉軍，李自樹，等.利用煉鋼轉爐煙氣治理焦化廢水［J］.工業(yè)水處理，2005，25（11）:74-76.

［2］張建磊，張煥禎，張宏達.焦化廢水回用轉爐煤氣洗滌水系統(tǒng)可行性研究［J］.工業(yè)水處理，2007，27（9）:56-59.

Abstrraacctt::To reduce the pollutants of wastewater coking plant produced，developed coking wastewater pyrolysis automated control system，its automated instrumentation process control including tank control loop，distilled ammonia waste water pump control circuit，new water distribution control system，distilled ammonia waste water distribution control system，steam control loop.This control system uses converter high temperature gas pyrolysis wastewater，it meets steelmaking flue dust emission standards and converter gas recovery standards，reducing the coking wastewater treatment costs，monthly savings of 70 thousand Yuan.

Key worrddss::coking wastewater；pyrolysis；automatic control；control circuit

Development and Application of Pyrolysis Coke Plant Wastewater Automatic Control

WANG Lijuan，CAO Xiaozheng，WANG Xueen
（The Automation Department of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271104，China）

經(jīng)濟與管理

TP273

A

1004-4620（2016）05-0061-02

2016-05-30

王麗娟，女，1986年生，2009年畢業(yè)于濟南大學計算機科學與技術專業(yè)。現(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司自動化部工程師，從事儀表自動化維護工作。