HCS-3000智能控制在焦炉荒煤气余热利用中的应用

王杰，韩福建，王裕龙

（山东钢铁股份有限公司济南分公司，济南 250101）

摘要：介绍HCS-3000在济钢炼铁厂荒煤气余热利用的应用，阐述HCS-3000自动控制系统的特点、硬件组成和软件功能，以及主要控制功能的设计思路。

关键词：自动控制；DCS；PID；HCS-3000 

1 工艺流程

济钢炼铁厂荒煤气余热利用项目属于国家重点试验项目，其充分利用了焦炉荒煤气中的余热。工艺流程（如图1所示）：将750～800℃的荒煤气经上升管、三通导出管及高温蝶阀导入小集气管，送至除尘器；经过除尘器除掉煤气中大部分的煤粉和焦粉之后，高温荒煤气进入余热锅炉与锅炉给水进行换热，温度降至200～300℃；温度降低之后的荒煤气进入煤气冷却器，经过低压氨水的喷洒冷却后，再通过风机提供必要的吸力回送至集气管端部，最后经集气管送往煤气净化工段；与此同时，荒煤气中的大部分焦油在煤气冷却器被冷凝下来，冷凝下来的焦油与氨水的混合物由焦油氨水泵回送至集气管端部，同荒煤气一道送往煤气净化工段。

试验采用了两种不同形式的除尘器，一种是陶瓷多管除尘器，另一种是旋风除尘器，二者并联布置，一开一备，在试验进行过程中不定期更换。除尘器中分离出来的煤粉和焦粉通过格式阀外排；锅炉中冷凝下来的焦油排入固定贮槽，定期外运。

试验装置设置了氮气系统，当锅炉前荒煤气温度过高或后续管道氧含量超标时可向荒煤气管道快速充氮降温，其中荒煤气温度超高时自动开启充氮阀门。工艺中低压氨水取自焦炉使用的循环氨水，锅炉使用取自100t/h干熄焦锅炉除氧器除氧后的纯水。

图1  济钢焦炉荒煤气余热利用工艺流程图

2 HCS-3000系统软硬件结构

HCS-3000系统是一款整机一体化设计的高性能工作站，如图2所示，主机计算机部分与I/O单元采用两组电源分开供电，以提高主机的散热性能及系统稳定性。系统由12个板卡和10个扩展板卡组成，现场信号与主机I/O接口板卡间的信号连接通过DBJ200型接线端子板来实现。其具有40G以上的大容量存储空间，用来存储历史数据，通过主机后面板上的USB口连接到一台打印机。

图2 HCS-3000系统

HCS-3000采用工业级15’真彩液晶显示屏作为主机画面显示。HCS-3000支持ForceControl、CITECT、IFIX等多种监控组态软件。每块模块都采用“电源－输入（输出）－模块”三隔离电路设计。主机可容纳16块I/O接口板卡，每块板卡可配置8个I/O模块，一台HCS-3000共计可容纳128个I/O点，每个I/O点的模块型号都可以自由配置。HCS-3000采用高性能、低功耗、无风扇CPU，以及使用寿命长达70000h、有自诊断环境温度功能的智能控制散热装置，并配以合理的风道设计，使主机拥有一个高效、可靠的散热环境。HCS-3000配置100M高速以太网接口，可以把多台HCS-3000多功能控制器连接成为一个过程控制网络，并可与工厂信息自动化管理网络连接。通过HCS-3000的各种通信接口，系统可以很方便地实现HCS-3000多功能控制器各种数据的直接导入和导出，以备份和恢复本机的重要数据。HCS-3000内置了数学运算、逻辑运算、控制算法、程序调用等多种标准功能模块，能够满足工业现场的各种控制要求。

3荒煤气余热利用系统的主要控制功能 

整个系统的自动控制由HCS-3000控制程序完成。系统采用一体化的结构设计，主机上集成了控制、显示、操作、报警、数据存储、通信及外部接口、I/O等功能单元。系统通过DBJ200型接线端子板来连接主机与现场，实现集散控制、报警和数据采集等。

3.1 系统的检测

系统中有8个温度检测点，分别是荒煤气初始温度，除尘器入口温度，锅炉入口、出口温度，风机入口、出口温度，轴承1温度与轴承2温度；6个压力检测点，分别是小集气管压力，除尘器入口压力，锅炉入口、出口压力，风机入口、出口压力。另外，系统还有1个煤气氧含量、1个电磁流量计的流量和1个冷却器液位检测点。

3.2 PID

煤气调节系统对气动执行机构采用PID控制，通过对比例积分微分时间的设置，对锅炉入口的温度、小集气管的压力、煤气冷却器的液位进行自动调节。

3.3 调节阀的控制

荒煤气经高温蝶阀进入管道送至除尘器，系统通过对5个高温蝶阀开度的控制来调节荒煤气的输出量。锅炉入口温度控制是通过控制充氮阀的开度来实现的。对小集气管压力调节阀的控制可改变内部压力。煤气冷却器液位的高低也是通过调节阀来控制的。操作画面上高温蝶阀具有开关到位的显示，其他阀都有现场数据的反馈值，便于在操作室内直接监测现场的数据。对这些阀，都可以通过手动或自动来改变其开度，画面上有切换按钮。

4锅炉系统

锅炉系统流程如图3所示。

4.1系统的检测

系统的检测包括：锅炉给水流量与压力、锅炉入口温度和压力、出口压力与温度，锅炉五级蒸发器的温度与压力、汽包液位与压力、锅炉蒸汽流量、炉水循环泵出口压力和炉水循环水的流量。

4. 2 PID

锅炉系统也加入了PID的控制，通过对比例积分微分时间的设置，对锅炉汽包液位进行自动调节。

图3 锅炉系统流程图

4.3 给水泵工作原理

系统用两个给水泵给锅炉供水，一开一备，当锅炉水位达到2.1MPa时，停止先启用的泵，留下备用泵给锅炉供水，停止的泵将作为备用泵，当锅炉水位低于1.8 MPa时，再开启备用泵，循环往复，使锅炉给水压力在1.8～2.1 MPa之间，保证锅炉水位在正常范围内。    

4.4联锁保护

锅炉汽包压力达上上限（≥1.6MPa），打开放气电动阀；达下下限（≤1.4MPa），关闭放气电动阀。锅炉给水压力达下下限（≤1.8MPa），启动锅炉给水备用泵；达上上限（≥2.1MPa），停止先启动的锅炉给水泵。锅炉汽包液位达上上限（≥110mm），打开紧急放水电动阀；达下下限（≤60mm），关闭紧急放水电动阀。

当锅炉汽包液位达到下下限（≤-150mm），关闭5个高温蝶阀，充氮阀全开100%。当两台锅炉给水泵全停，延时5min，关闭5个高温蝶阀、充氮阀全开100%。当炉水循环泵停，延时5min，关闭5个高温蝶阀、充氮阀全开100%。当含氧量≥3%，同时停风机、关闭5个高温蝶阀、充氮阀全开100%。当风机轴承温度≥90℃，同时停风机、关闭5个高温蝶阀、充氮阀全开100%。当风机停，关闭5个高温蝶阀、充氮阀全开100%。

5系统应用

设备具备调试条件后，首先进行工艺管道及氨水系统调试，管道气密性检测，无泄漏，氨水系统无泄漏，压力稳定；再进行锅炉系统调试，先进行手动测试、中央集中自动测试，然后进行联动调试，联动调试时先手动联动再进行中央集中控制，锅炉系统测试效果良好。

HCS-3000在整个系统调试期间，性能稳定，未出现系统反应慢、死机或故障现象。 

6 结语

整套系统自动化水平较高，操作简单方便、报警清晰、故障率低、维护量小。