CN107937645B - 热风炉换炉操作防断风系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热风炉换炉操作防断风系统及方法，该系统包括热风炉检测单元、阀位反馈单元、上位机、阀位钳定单元、延时单元；所述热风炉检测单元用于检测热风炉是否属于送风状态和联锁状态，是否满足换炉条件；所述阀位反馈单元用于检测当前阀位开度；所述上位机根据热风炉检测单元和阀位反馈单元输出的信息控制阀位钳定单元对阀位进行钳定。热风炉换炉操作防断风功能的开发应用，确保了高炉的安全生产，预防了高炉断风事故的发生，为高炉的安全、稳定生产打下了良好的基础。

Description

热风炉换炉操作防断风系统及方法

技术领域

本发明属于电气控制技术领域，涉及热风炉换炉的控制系统及方法，具体涉及一种热风炉换炉操作防断风系统及方法。

背景技术

高炉热风炉是高炉炼铁生产的重要组成部分，主要功能是向高炉提供持续、稳定的高温热风。热风炉换炉操作的控制，直接影响到高炉风温的波动；进而影响到高炉炉况的运行。甚至因为设备或人为的因素，造成高炉断风的重大事故发生，造成不可估量的经济损失。热风炉在换炉操作时，由于没有对冷风调节阀的操作加以控制，在现场设备故障或假信号亦或人为疏忽时，将直接造成高炉断风事故的发生。由于这一隐患的存在，高炉断风事故时有发生。给高炉生产的安全稳定运行带来了巨大影响。一铁总厂几座高炉热风炉的换炉操作，均是由操作人员在上位机上，对阀门进行远程操作。当现场设备故障时，如：电机传动皮带断裂，致使电机空转，实际阀门翻板未动。此时：要进入“送风运行”的热风堡的风没送上，若操作人员再关闭即将退出“送风运行”的热风堡的冷风调节阀，就会造成高炉断风。有时由于操作人员的疏忽，直接关闭正在送风的热风堡的冷风调节阀，也会造成高炉断风事故的发生。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明提出一种热风炉换炉操作防断风方法，改进热风炉冷风调节阀的控制方法入手，增加报警及钳位等功能，改冷风调节阀控制为分段控制方式，当高炉有断风趋势时，及时发出报警并钳位调节阀的给定参数，从而达到避免高炉断风的目的。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种热风炉换炉操作防断风系统，该系统包括热风炉检测单元、阀位反馈单元、上位机、阀位钳定单元、延时单元；所述热风炉检测单元用于检测热风炉是否属于送风状态和联锁状态，是否满足换炉条件；所述阀位反馈单元用于检测当前阀位开度；所述上位机根据热风炉检测单元和阀位反馈单元输出的信息控制阀位钳定单元对阀位进行钳定。

该系统中所述阀位钳定单元根据热风炉检测单元输出的信息对PID控制调节输出的下线进行钳位。所述阀位钳定单元采用分段控制方式，根据阀位反馈单元输出的信息进行阶梯分段控制。该系统还包括报警单元和输出锁定单元；所述报警单元和输出锁定单元和上位机连接，所述报警单元用于在热风炉冷风流量变化过快或过大时发出报警信号，所述输出锁定单元用于在热风炉冷风流量变化过快或过大锁定热风炉调节阀输出。

一种热风炉换炉操作防断风方法，该方法包括以下步骤：步骤一、所述热风炉检测单元检测热风炉是否属于送风状态和联锁状态，是否满足换炉条件；步骤二、如果热风炉不属于送风状态或联锁状态或不满足换炉条件，控制阀位钳定单元对阀位进行钳定；直到热风炉满足换炉条件；步骤三、如果热风炉属于送风状态和联锁状态，且满足换炉条件，控制阀位钳定单元阀位进行解除钳定。

该方法所述步骤二包括以下步骤：步骤a、阀门开度反馈大于55％，系统将阀位设定为给定钳位值50％，并进行延迟；步骤b、阀门开度反馈大于30％小于50％时，系统将阀位设定为给定钳位值30％，并进行延迟；步骤c、阀门开度反馈小于30％时，系统将阀位设定为给定钳位值0％，直到冷风调节阀关闭。所述步骤a和步骤b延迟时间为10秒。

该方法还包括一下步骤，在热风炉冷风流量变化过快或过大时，报警单元发出报警信号，输出锁定单元锁定热风炉调节阀输出。所述在热风炉冷风流量变化过快或过大的值设为5％和10％。高炉在正常生产时，当冷风流量的设定值与实际值偏差>＝10％时，我们认为冷风流量变化过大；当冷风流量的瞬时变化率>＝5％时，我们认为冷风流量变化过快；当这两种情况发生时，我们认为高炉有断风趋势，应发出报警锁定输出。

本发明有益效果是:热风炉换炉操作防断风功能的开发应用，确保了高炉的安全生产，预防了高炉断风事故的发生，为高炉的安全、稳定生产打下了良好的基础。仅以一次高炉断风事故来计算，所造成的直接经济损失将在数百万元以上。所挽回的经济效益是相当可观的。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明的具体实施方式的：热风炉冷风调节阀输出钳位功能图。

图2是本发明的具体实施方式的：热风炉冷风调节阀分段控制功能图。

图3是本发明的具体实施方式的：换炉联锁框图。

图4是本发明的具体实施方式的：PID输出下限钳位框图。

图5是本发明的具体实施方式的：热风炉冷风调节阀分段控制框图。

图6是本发明的具体实施方式的：断风趋势报警和输出锁定框图。

图7是本发明的具体实施方式的：热风炉工作状态判断程序功能图。

图8是本发明的具体实施方式的：热风炉换炉联锁条件判断程序功能图。

图9是本发明的具体实施方式的：冷风调节阀PID输出下限钳位控制程序功能图。

图10是本发明的具体实施方式的：热风炉冷风调节阀分段控制程序功能图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施案例的描述，来阐述本发明的具体实施方式。如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

目前热风炉冷风调节阀的操作，是由操作人员在画面上输入设定值来控制冷风调节阀的阀门开度的。由于操作人员的操作水平和操作习惯的差异，有的操作人员在热风炉换炉操作时，直接输入一个“0”值来关闭冷风调节阀(或误输入)，冷风调节阀将迅速关闭。当发现操作失误或出现问题时，为时已晚，此时高炉可能已经断风了。实践证明：当只有一座热风炉给高炉送风时，冷风调节阀的阀门开度小于50％以下，就有使高炉断风的可能。

鉴于此我们将从以下几个方面来改进冷风调节阀的操作方式,：

1)首先判断此座热风炉是否在送风状态、是否满足换炉条件，如果否的话就对PID调节输出的下限进行钳位，具体如图1所示。

这样就可以避免在换炉条件不满足的情况下，操作人员误操作致使高炉断风的可能。

2)改冷风调节阀关闭操作为分段操作，开阀操作不受限制，具体如图2所示。

当操作人员要关闭冷风调节阀时，程序自动判断：此时的阀门开度反馈如果大于55％的话，即使操作人员输入小于50％的阀位给定值，程序也将阀位给定值钳位在50％，并保持10秒；

当阀门开度反馈小于等于50％大于30％时，程序将阀位给定值钳位在30％，并保持10秒。

当阀门开度反馈小于等于30％时，此时程序才允许阀位给定值直接输入到“0”值来关闭冷风调节阀。

这样当换炉操作过程中出现问题时，就可以及时发现并有充足的时间来处理问题，避免重大事故的发生。

3)断风趋势报警和输出锁定，

热风炉在进行换炉操作时，高炉冷风流量的变化能够及时地反应出热风炉的换炉情况。当高炉冷风流量变化过快或过大时，就发出高炉“有断风趋势”的报警；并同时锁定热风炉冷风调节阀的输出。避免事故进一步扩大。

4)热风炉工作状态判断程序功能。

热风炉的工作状态一般分为：送风状态、燃烧状态和闷炉状态三种，每种状态是通过各个设备的不同情况来判定的。具体如图7所示：

当冷风调节阀阀位反馈>＝80％、热风阀开到位、冷风阀开到位和煤气阀关到位条件满足时，我们认为热风炉工作在送风状态。

当冷风调节阀阀位反馈<＝5％、热风阀关到位、冷风阀关到位和煤气阀开到位条件满足时，我们认为热风炉工作在燃烧状态。

当热风阀、冷风阀、废气阀、空气阀、煤气阀均处于关到位；烟道阀、放散阀均处于开到位时，我们认为热风炉工作在闷炉状态。

5)热风炉换炉联锁条件判断程序功能

所谓的热风炉换炉联锁应包含两方面的内容：首先在一座热风炉由送风转为燃烧时，必须有另一座热风炉已处在送风状态，或己经由燃烧状态先期转为送风状态；其次热风炉各阀门的操作应严格按照逻辑顺序进行操作。具体如图8所示：

热风炉在燃烧和送风转换过程中各阀门严格按照逻辑顺序进行动作。在燃烧期，送风系统的阀门不能动作；在送风期，燃烧系统的阀门不能动作。同时，在一座热风炉由送风转为燃烧时，必须有另一座热风炉已处在送风状态，或己经由燃烧状态先期转为送风状态，即不能出现无热风炉向高炉送风，造成高炉断风的情况。

6)冷风调节阀PID输出下限钳位控制程序功能

在该程序段中利用PID功能块PID1，通过前面的“与”逻辑模块进行条件判断，来钳位PID输出下限的数值。当条件满足时，将下限值作为PID输出下限；当条件不满足时，将PID的输出下限钳位在钳位值上。具体如图9所示：

7)热风炉冷风调节阀分段控制程序功能

该程序段对热风炉冷风调节阀的输入给定进行分段控制。具体如图10所示：

当操作人员要关闭冷风调节阀时，程序自动判断：此时的阀门开度反馈如果大于55％的话，即使操作人员输入小于50％的阀位给定值，程序也将阀位给定值钳位在50％，并保持10秒；

当阀门开度反馈小于等于50％大于30％时，程序将阀位给定值钳位在30％，并保持10秒。

当阀门开度反馈小于等于30％时，此时程序才允许阀位给定值直接输入到“0”值来关闭冷风调节阀。

这样当换炉操作过程中出现问题时，就可以及时发现并有充足的时间来处理问题，避免重大事故的发生。

当一座热风炉燃烧结束具备向高炉送风条件后，即转入送风状态进入送风期。由燃烧转为送风的过程是：关煤气调节阀、煤气切断阀、开煤气支放散阀；关空气调节阀、空气切断阀；关烟道阀；开冷风均压阀，按设定时间延时后开冷风阀；开热风阀；开冷风调节阀。

当一座热风炉送风至热风温度已低于高炉设定要求的送风温度时，即由送风期转入燃烧期。由送风转为燃烧的过程是：关冷风调节阀；关冷风阀；关热风阀；开废气阀，按设定时间延时后开烟道阀；关废气阀；开空气切断阀；开空气调节阀；关煤气支放散阀；开煤气切断阀；开煤气调节阀。

所谓的热风炉换炉联锁应包含两方面的内容：首先在一座热风炉由送风转为燃烧时，必须有另一座热风炉已处在送风状态，或己经由燃烧状态先期转为送风状态；其次热风炉各阀门的操作应严格按照逻辑顺序进行操作。

热风炉在燃烧和送风转换过程中各阀门严格按照逻辑顺序进行动作。在燃烧期，送风系统的阀门不能动作；在送风期，燃烧系统的阀门不能动作。同时，在一座热风炉由送风转为燃烧时，必须有另一座热风炉已处在送风状态，或己经由燃烧状态先期转为送风状态，即不能出现无热风炉向高炉送风，造成高炉断风的情况。

通过以上对热风炉冷风调节阀控制方法的改进，在没有增加任何成本投入的情况下，对高炉断风事故的防范却收到了显著的成效。基本杜绝了因热风炉在换炉操作过程中发生的高炉断风事故，也避免了操作人员在操作冷风调节阀时的误操作，而使高炉发生断风事故的可能。为高炉生产安全、稳定地运行提供了保障；避免重大事故发生所带来的经济损失。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种热风炉换炉操作防断风系统，其特征在于,该系统包括热风炉检测单元、阀位反馈单元、上位机、阀位钳定单元、延时单元；所述热风炉检测单元用于检测热风炉是否属于送风状态和联锁状态，是否满足换炉条件；所述阀位反馈单元用于检测当前阀位开度；所述上位机根据热风炉检测单元和阀位反馈单元输出的信息控制阀位钳定单元对阀位进行钳定；

所述阀位钳定单元采用分段控制方式，根据阀位反馈单元输出的信息进行阶梯分段控制。

2.根据权利要求1所述的热风炉换炉操作防断风系统，其特征在于，所述阀位钳定单元根据热风炉检测单元输出的信息对PID控制调节输出的下线进行钳位。

3.根据权利要求1所述的热风炉换炉操作防断风系统，其特征在于，该系统还包括报警单元和输出锁定单元；所述报警单元和输出锁定单元和上位机连接，所述报警单元用于在热风炉冷风流量变化过快或过大时发出报警信号，所述输出锁定单元用于在热风炉冷风流量变化过快或过大锁定热风炉调节阀输出。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的热风炉换炉操作防断风系统的热风炉换炉操作防断风方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、所述热风炉检测单元检测热风炉是否属于送风状态和联锁状态，是否满足换炉条件；

步骤二、如果热风炉不属于送风状态或联锁状态或不满足换炉条件，控制阀位钳定单元对阀位进行钳定；直到热风炉满足换炉条件；

步骤三、如果热风炉属于送风状态和联锁状态，且满足换炉条件，控制阀位钳定单元对阀位进行解除钳定。

5.根据权利要求4所述的热风炉换炉操作防断风系统的热风炉换炉操作防断风方法，其特征在于，所述步骤二包括以下步骤：

步骤a、阀门开度反馈大于55％，系统将阀位设定为给定钳位值50％，并进行延迟；

步骤b、阀门开度反馈大于30％小于50％时，系统将阀位设定为给定钳位值30％，并进行延迟；

步骤c、阀门开度反馈小于30％时，系统将阀位设定为给定钳位值0％，直到冷风调节阀关闭。

6.根据权利要求5所述的热风炉换炉操作防断风系统的热风炉换炉操作防断风方法，其特征在于，所述步骤a和步骤b延迟时间为10秒。

7.根据权利要求4所述的热风炉换炉操作防断风系统的热风炉换炉操作防断风方法，其特征在于，该方法还包括下一步骤，在热风炉冷风流量变化过快或过大时，报警单元发出报警信号，输出锁定单元锁定热风炉调节阀输出。

8.根据权利要求7所述的热风炉换炉操作防断风系统的热风炉换炉操作防断风方法，所述在热风炉冷风流量变化过快或过大的值设为5％和10％。