1 引言

我國高爐噴煤技術的應用始于二十世紀六十年代。高爐噴吹煤粉是從高爐風口向爐內直接噴吹磨細了的無煙煤粉或煙煤粉或二者的混合煤粉，以替代焦炭起提供熱量和還原劑的作用，從而降低焦化，降低生鐵成本；同時，噴煤可調劑爐工藝熱制度及改善高爐爐缸的工作臺狀態(tài)。

2 噴煤工藝

在珠海項目中，在工藝技術人員的配合下，作者將大型高爐工藝進行優(yōu)化、簡化，降低投資成本；高爐噴吹煤粉工藝系統(tǒng)主要由原煤貯運、煤粉制備、煤粉輸送、煤粉噴吹、干燥氣體制備和供氣動力系統(tǒng)組成，工藝流程如圖1所示，如果是直接噴吹工藝，則無煤礦粉輸送部分。

圖1 高爐噴煤系統(tǒng)工藝流程圖
3 系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)設計原則

（1）系統(tǒng)硬件設備（包括系統(tǒng)軟件）和控制應用軟件滿足高爐噴煤的各種工藝控制要求，并保證與世界控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢相一致，能夠更新升級換代，以保證近十余年連續(xù)穩(wěn)定運行；
（2）實現新一代電儀一體化，數據通訊網絡及人機操作接口一體化；
（3）操作監(jiān)視集中化，主工藝線（制粉、噴吹）上的設備均采用HMI（CRT操作站）操作，使電儀系統(tǒng)人機界面統(tǒng)一化、共享化；
（4）控制應用軟件具有可靠性、穩(wěn)定性及可操作性，并便于維護和擴展；
（5）選用的產品操作簡易，人機界面漢化，用戶友好，系統(tǒng)軟件通用，設備成熟可靠，有業(yè)績和應用實例。

3.2 系統(tǒng)硬件及設備設計

3.2.1 控制系統(tǒng)硬件及設備設計概要

隨著自動化技術的不斷發(fā)展和計算機技術的飛速進步，今天的自動化控制概念也發(fā)生了巨大的變化。在傳統(tǒng)的自動化解決方案中，自動化控制實際上是由各種獨立的、分離的技術和不同廠家的產品來搭配起來的，比如一個大型工廠經常是由過程控制系統(tǒng)、可編程控制器、上位監(jiān)控計算機、SCADA系統(tǒng)和人機界面產品共同進行控制。為了把所有這些產品組合在一起，需要采用各種類型和不同廠商的接口軟件和硬件來連接、配置和調試。

全集成自動化思想就是用一種系統(tǒng)完成原來由多種系統(tǒng)搭配起來才能完成的所有功能。應用這種解決方案，可以大大簡化系統(tǒng)的結構，減少了大量接口部件，應用全集成自動化可以克服上位機和工業(yè)控制器之間，連續(xù)控制和邏輯控制之間，集中與分散之間的界限。同時，全集成自動化解決方案還可以為所有的自動化應用提供統(tǒng)一的技術環(huán)境，這主要包括：（1）統(tǒng)一的數據管理；（2）統(tǒng)一的通信；（3）統(tǒng)一的組態(tài)和編程軟件；（4）便于鏈接的通用網絡。

基于這種環(huán)境，各種各樣不同的技術可以在一個用戶接口下，集成在一個有全局數據庫的總體平臺中，這樣系統(tǒng)之間的接口費用大大降低，備品備件的品種和數量也大大減少。同時技術人員可以在一個平臺下對所有應用進行組態(tài)、編程和監(jiān)控，可以大大提高監(jiān)控水平，減少非計劃停車時間。也是由于應用一個組態(tài)平臺，培訓和工程變得簡單，費用也大大降低。

根據系統(tǒng)需求，西門子S7-300系列PLC系統(tǒng)能滿足工程的工藝要求。設備結構形式符合世界自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展，可實現電儀一體化操作。網絡采用以太網總線結構。數據通訊網絡系統(tǒng)的開放、系統(tǒng)人機接口電儀一體化、資源共享、系統(tǒng)軟件穩(wěn)定可靠，并有利于系統(tǒng)的維護和擴展。人機界面漢化，操作實用簡便。西門子的全集成自動化思想集中體現在可同時實現PLC 和DCS的解決方案。本系統(tǒng)硬件與網絡選用西門子全集成自動化產品。

3.2.2 網絡系統(tǒng)方案

本工程的基礎自動化控制系統(tǒng)在工藝上分成3個控制子系統(tǒng)：煤粉制備系統(tǒng)2套和煤粉噴吹系統(tǒng)1套。3個系統(tǒng)之間的通訊用西門子的數據網絡通訊技術（工業(yè)以太網）實現。系統(tǒng)的各類電源采用在UPS電源基礎上的集中供配制，實用并便于維護管理。系統(tǒng)網絡層分兩級：（1）標準以太網服務器控制方式，方便地實現遠程操作和網絡擴展；（2）現場總線實現現場與系統(tǒng)的統(tǒng)一。

3.2.3 PLC（I/O）接口信號

PLC的輸入采用光隔離模塊，輸出采用繼電器模塊。用PLC驅動信號的直流電源驅動儀用（I/O）信號和RTD信號，將PLC與儀表直接相連，完成儀表信號直接進PLC。其中：模擬量（I/0）信號為4-20mA、RTD直接用PLC的溫度檢測進機。

3.2.4 煤粉制備系統(tǒng)硬件及設備設計

煤粉制備系統(tǒng)配有兩套機組，分為A系列和B系列,為3座高爐煤粉噴吹制備煤粉。煤粉制備系統(tǒng)主要工藝過程如下：原煤倉煤塊經過其出口插板閥進入電子稱重式給煤機，根據設定的制粉量，向磨煤機供煤。原煤被磨輥碾磨的同時，被吸入磨煤機的干燥氣干燥。升溫爐送出的干燥氣出口溫度220～300℃，把較細的煤粉帶入位于磨煤機上部的分離器。分離器把不合格的煤紛返回到磨盤上再次碾磨，細度合格的煤粉隨干燥氣經輸送管進入布袋收塵器被收集，再經鎖氣器進入煤粉倉。

煤粉制備系統(tǒng)主要工藝裝置和設備如下：原煤倉：A系列、B系列各一個；給煤機：A系列、B系列各一臺，每臺配有電子稱、給料皮帶速度變頻器和閘板閥；磨煤機：A系列、B系列各配有一臺型中速輥式磨煤機；熱風爐煙氣引風機：A系列、B系列各一臺；煙氣升溫爐：A系列、B系列各配有一臺煙氣升溫爐；增壓風機：A系列、B系列各一臺；袋式收粉器：A系列、B系列各一套；主排風機：A系列、B系列各一臺；煤粉倉。

上述設備和各控制點由二臺PLC采集與控制。

3.2.5 煤粉噴吹系統(tǒng)硬件及設備設計

煤粉噴吹系統(tǒng)主要工藝過程如下：在一個塔式結構的噴煤車間內裝有三套噴吹系統(tǒng)，分別向3座高爐噴吹煤粉。噴吹系統(tǒng)包括了一個煤粉倉和每個噴吹系統(tǒng)的兩個噴吹罐。煤粉制備車間制成的煤粉經布袋收粉器后，經鎖氣器進入煤粉倉。從煤粉倉(PCSB)送出的煤粉交替地加入各個噴吹罐，然后通過噴吹罐主管和分配器用氣力將煤粉送進高爐風口。

噴吹罐自動進行加料和充壓等，輪流連續(xù)不斷地向高爐噴吹煤粉。噴吹罐的輪換程序是從噴吹罐1H1到噴吹罐1H2，然后再返回到1H1。當一個噴吹罐到達低位重量值時，控制系統(tǒng)將自動啟動另一個噴吹罐。被啟動的噴吹罐必須在正在噴吹的罐到達最小重量設定值之前已經裝好煤粉，充好壓，處在等待噴吹狀態(tài)。最小重量設定值信號同時也在線設定在下一個罐上，以便能達到平穩(wěn)地轉換。

每個噴吹罐底部到流化錐體能幫助煤流穩(wěn)定地沿著主管到分給各風口的分配器。

煤粉噴吹系統(tǒng)主要工藝裝置和設備如下：噴吹罐裝煤閥門控制；噴吹罐放散閥控制；充壓控制；流化調節(jié)控制；二次風調節(jié)控制；管道防堵集中控制。