宣鋼棒材加熱爐燃燒系統(tǒng)電氣優(yōu)化升級

ELECTRICAL OPTIMIZATION AND UPGRADEOF THE COMBUSTIONSYSTEMOFXUANGANGBARHEATING FURNACE

Liu Hongliang （XuangangAdministrative Service Centerof HBISGroup. Xuanhua 075100， China）

Abstract：This paper conducts aresearch onthe electrical optimization and upgrade of the combustion system of Xuangang bar heating furnace.By changing the combustion medium from a mixture of blast furnace gas，coke oven gas and converter gas to the separate combustion of natural gas or coke oven gas，the goal of energy conservation and emission reductionis achieved.The research content includes the renovation ofthe combustion system，theoptimization of theinstrumentcontrolsystem，theredesignof thehuman-machineoperation interface，etc.Aftertherenovation，the thermal effciencyof the heating furnace hasbeensignificantly improved，energyconsumption hasbeen greatlyreduced， harmful gas and carbon emissons have been decreased，resulting in good economic and social benefits. Key words： combustion system; electrical optimization; energy conservation and emission reduction

0前言

隨著國家去產(chǎn)能和節(jié)能減排政策的實施，宣鋼公司對高爐進行了全面拆除。由于宣鋼棒材生產(chǎn)線的加熱爐為空煤雙預(yù)熱步進梁式加熱爐，原燃燒介質(zhì)為高爐、焦爐、轉(zhuǎn)爐混合煤氣加熱，為恢復生產(chǎn)并加快公司的轉(zhuǎn)型升級，宣鋼決定對加熱爐燃燒系統(tǒng)進行改造，采用天然氣和焦爐煤氣兩種氣體單獨燃燒，以適應(yīng)不同燃氣的燃燒特性，滿足生產(chǎn)要求。本文詳細介紹了棒材加熱爐燃燒系統(tǒng)的電氣優(yōu)化與升級過程，并分析了改造后的效果。

1升級改造技術(shù)方案

1.1 總體思路

為了達到燃燒系統(tǒng)改造的目標，攻關(guān)小組擬從四方面進行改造

1）天然氣管道各支管增設(shè)流量孔板和調(diào)節(jié)閥，以適應(yīng)天然氣燃燒調(diào)節(jié)及流量檢測要求，天然氣各段支管人口處增設(shè)氣動切斷閥，便于天然氣切斷。主管上增設(shè)壓力、流量和溫度檢測裝置，實時監(jiān)測主管路天然氣參數(shù)。

2）在加熱爐周圍適當位置安裝天然氣固定報警器，報警信息通過報警控制器引入儀控PLC，在加熱爐操作界面顯示。

3）加熱爐儀控系統(tǒng)根據(jù)燃燒控制系統(tǒng)作相應(yīng)改造，增加天然氣和焦爐煤氣的燃燒系統(tǒng)控制程序，并對燃燒控制程序進行優(yōu)化，提高燃燒效率。

4）對棒材加熱爐現(xiàn)用的人機操作界面進行優(yōu)化設(shè)計，焦爐煤氣單獨使用一種人機操作界面，天然氣單獨使用一種人機操作界面。

1.2技術(shù)方案

1）現(xiàn)場儀表設(shè)備安裝方案。

加熱爐按壞料運行方向分為4個爐段：預(yù)熱段、加熱一段、加熱二段、均熱段，各加熱段均分上下兩個控制區(qū)，均熱段分上下左右四段控制。空氣管道利舊，各段支管末端增加放散管道，分別放散，不得集中、自然放散。助燃風機利舊。同時，新增儀控設(shè)備的電纜和氣源重新鋪設(shè)。

使用焦爐煤氣時，采用與原混合煤氣相同的主管路，焦爐煤氣按原管路輸入至分接點。總管閥組利舊原混合煤氣閥組。在原混合煤氣各分區(qū)管路處，設(shè)置焦爐煤氣調(diào)節(jié)計量旁通管路，管路配置流量孔板、流量調(diào)節(jié)閥，完成各分區(qū)焦爐煤氣流量的調(diào)節(jié)及檢測計量。在原混合氣分區(qū)管路設(shè)置切斷閥便于燃氣切斷。

棒材加熱爐的天然氣總管設(shè)置減壓閥（一用一備）、安全閥等。天然氣調(diào)壓后配有電動蝶閥、電動盲板閥、氣動快切閥、壓力檢測裝置、流量檢測計量裝置、溫度檢測電阻等。天然氣管道各支管增設(shè)流量孔板和調(diào)節(jié)閥，以適應(yīng)天然氣燃燒調(diào)節(jié)及流量檢測要求，天然氣各段支管入口處增設(shè)氣動切斷閥，便于天然氣切斷。

2）安裝天然氣固定報警器，報警信息通過報警控制器引入加熱爐操作界面。

在加熱爐周圍適當位置安裝天然氣固定報警器，可以檢測出可燃/有毒性氣體的濃度，預(yù)防氣體泄漏后可燃有毒性氣體濃度超標。

可燃氣體報警器是由氣體報警控制器和氣體探測器兩部分組成：可燃氣體報警控制器放置于調(diào)火室內(nèi)，主要對各監(jiān)測點進行實時監(jiān)控；可燃氣體探測器安裝于加熱爐周圍氣體易泄漏的地點。氣體探測器將傳感器檢測到的燃氣氣體濃度轉(zhuǎn)換成電信號，通過線纜傳輸?shù)娇刂破鳎瑲怏w濃度越高，電信號越強，當氣體濃度達到或超過氣體報警控制器設(shè)置的報警點時，氣體報警控制器發(fā)出報警信號，并可啟動電磁閥、排氣扇等外聯(lián)設(shè)備，自動排除隱患。用戶可以通過控制器查看每個氣體探測器的的狀態(tài)。

此外，報警信息通過報警控制器接入儀控PLC，并在人機交互畫面顯示。通過HMI畫面和報警控制器均可查看有無報警信息，及時通知值班人員采取有效措施。

3）儀控系統(tǒng)改造。

加熱爐儀控系統(tǒng)根據(jù)燃燒控制系統(tǒng)作相應(yīng)改造，增加天然氣和焦爐煤氣的燃燒系統(tǒng)控制程序，并對燃燒控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，提高燃燒效率。對棒材加熱爐現(xiàn)用的人機操作界面進行優(yōu)化設(shè)計，增加焦爐煤氣和天然氣人機操作界面，并實時顯示燃氣報警信息。

a.在加熱爐儀控系統(tǒng)新增部分控制程序，用以實現(xiàn)對現(xiàn)場壓力、流量、溫度的實時監(jiān)控，并能調(diào)節(jié)支管燃氣流量開度，必要時可及時切斷主管及支管氣源供給。對燃燒控制系統(tǒng)進行程序優(yōu)化，使之具有自動調(diào)節(jié)爐壓、煙氣溫度、空混合煤氣量等功能，實現(xiàn)穩(wěn)定爐溫、降低煤氣消耗、降低氧化燒損、降低排煙電量消耗、節(jié)省人力操作等特點。

b.采用IM153備用高速串行通訊模塊這種簡單的總線系統(tǒng)，建立PROFIBUS一DP網(wǎng)絡(luò)，可以把工程設(shè)計、可視化和PLC控制集成在一起。PROFIBUS一DP現(xiàn)場總線的主要特點是鏈接職能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分枝結(jié)構(gòu)的通訊網(wǎng)絡(luò)，是能支持雙向、多節(jié)點總線式的全數(shù)字通訊。

c.組態(tài)人機交互界面：PLC與HMI之間的通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，CPUS7-400通過自帶的PROFINET接口與人機交互接口連接，在PROFINETIO網(wǎng)絡(luò)中，程序資料和警告都是實時（realtime，RT）傳送。PROFINET的實時是根據(jù)IEEE及IEC的定義，在一個網(wǎng)絡(luò)周期內(nèi)允許在有限的時間內(nèi)處理實時的服務(wù)。通過對加熱爐人機操作界面進行設(shè)計優(yōu)化，增加焦爐煤氣和天然氣操作界面，可實時監(jiān)測和控制流量、壓力等各項數(shù)據(jù)，并確保人機操作的簡便、準確、快捷，滿足現(xiàn)場操作和燃燒介質(zhì)切換的要求。

1.3 實施效果

通過本次升級改造項目的實施，滿足了棒材加熱爐區(qū)域天然氣和焦爐煤氣的燃燒要求，能夠?qū)崟r調(diào)節(jié)和反饋各支管的流量，遇緊急情況能快速切斷各支管流量和總管流量，提高了加熱爐熱效率，減少了噸鋼燃氣損耗和燃燒過程中的鋼損，噸鋼煤氣消耗平均降低 2% 以上，鋼損在原來的基礎(chǔ)上相對下降 0.015% 。大幅降低能源消耗的同時，縮減運營成本，并減少了有害氣體和碳排放，開發(fā)了加熱爐新的使用功能，響應(yīng)了國家節(jié)能減排和安全環(huán)保的要求。

2改造效果

1）通過自動化改造，優(yōu)化了過程控制，提高加熱爐的運行可靠性，滿足調(diào)火工藝要求，延長了加熱爐的使用壽命，保障生產(chǎn)順利進行。

2）使用焦爐煤氣，尤其是天然氣作為燃燒介質(zhì)，降低了多氮氧化物、硫氧化物等有害氣體的產(chǎn)生，減少了碳排放，實現(xiàn)了清潔能源生產(chǎn)、節(jié)能減排的效果。

3）使用天然氣或焦爐煤氣作為燃燒介質(zhì)，提高了單位體積的燃料發(fā)熱量，減少了燃料損耗。按照實現(xiàn)噸鋼煤氣消耗降低 2% 計算，年產(chǎn)量按80萬t計算，年降低成本費用96.74萬元。

4）改造后，自動化燃燒系統(tǒng)得到優(yōu)化，燃燒過程中的鋼損在原來基礎(chǔ)上相對下降 0.015% ，年利潤約36萬元。

3結(jié)束語

通過對宣鋼棒材加熱爐燃燒系統(tǒng)的電氣優(yōu)化與升級，實現(xiàn)了燃燒介質(zhì)的轉(zhuǎn)換，由混合煤氣變?yōu)樘烊粴饣蚪範t煤氣的單獨燃燒系統(tǒng)。改造后的加熱爐熱效率高，大幅降低了能源消耗，縮減運營成本，并減少了有害氣體和碳排放，響應(yīng)了國家節(jié)能減排和安全環(huán)保的要求。運行穩(wěn)定后，各項生產(chǎn)指標達到公司內(nèi)一流水平，對公司的科技進步起到了重要的推動作用，具有良好的市場競爭力。

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