淺談寶鋼湛江鋼鐵焦?fàn)t的少人化
2022-09-20 10:31:25
寶鋼湛江煉鐵新建三期 2×65 孔碳化室高 7m，寬 530mm 的復(fù)熱式頂裝大型焦?fàn)t，其生產(chǎn)移動(dòng)設(shè)備包括推焦車、導(dǎo)焦車、裝煤車和電車，執(zhí)行裝煤、推焦、導(dǎo)焦及運(yùn)焦主要功能作業(yè)，執(zhí)行無人操作少人值守操作模式，主要應(yīng)數(shù)字孿生系統(tǒng)，無煙裝煤車，余熱回收控制系統(tǒng)，煤口堵塞檢測，爐頂測溫，主動(dòng)防碰撞，故障診斷系統(tǒng)，爐底地下機(jī)器人、無線數(shù)傳系統(tǒng)、炭化室壓力控制系統(tǒng)等技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t機(jī)車的自動(dòng)化、少人化，提高作業(yè)效率，無人作業(yè)是煉焦技術(shù)的必然結(jié)果。
1、焦?fàn)t概況
煉鐵廠煉焦單元，為 6×65 孔 JNX3-70-2 型復(fù)熱式頂裝大型焦?fàn)t，年產(chǎn)干全焦約 580 萬噸。其中一二焦?fàn)t配備推焦車、導(dǎo)焦車、裝煤車、有（無）驅(qū)動(dòng)運(yùn)載車各 3 套，為 2 開 1 備使用，三焦?fàn)t系統(tǒng)新建推焦車、導(dǎo)焦車、裝煤車和電車各 2 套，為 1 開 1 備使用，采用 2-1 串序?qū)μ炕疫M(jìn)行操作，操作者可以按照手動(dòng)、自動(dòng)方式進(jìn)行操作，結(jié)合焦?fàn)t本體的液壓交換機(jī)，爐底巡檢機(jī)器人，上升管余熱利用及自動(dòng)開閉和火落判定技術(shù)等功能相互配合，完成焦?fàn)t無人生產(chǎn)作業(yè)。
2、焦?fàn)t的無人化
煉鐵焦?fàn)t單元三期新建年產(chǎn)干息焦 160 萬噸，2×65 孔碳化室高 7m，寬 530mm 的復(fù)熱式頂裝焦?fàn)t，采用全干息焦工藝。
主要生產(chǎn)設(shè)備推焦車、導(dǎo)焦車、無煙裝煤車、電機(jī)車，執(zhí)行煤塔接煤、裝煤、推焦、導(dǎo)焦、運(yùn)焦等主要生產(chǎn)需求，采用 2-1 串序?qū)範(fàn)t進(jìn)行操作，其焦?fàn)t移動(dòng)車輛按焦?fàn)t作業(yè)計(jì)劃，首先由無煙裝煤車完成從煤塔下取出煉焦煤，裝入碳化室，經(jīng)過一個(gè)結(jié)焦周期，由推焦機(jī)啟閉機(jī)側(cè)焦?fàn)t爐門，同時(shí)由導(dǎo)焦機(jī)啟閉焦側(cè)焦?fàn)t爐門，并將成熟的焦炭推出炭化室，將成熟焦炭導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)焦罐車，電機(jī)車驅(qū)動(dòng)焦罐運(yùn)載車到達(dá)牽引位，干熄焦?fàn)恳龣M移焦罐臺車，送至提升機(jī)進(jìn)行息焦，熄焦直送高爐使用，蒸汽鍋爐利用余熱進(jìn)行汽輪機(jī)發(fā)電。其中無煙裝煤車配套炭化室單孔壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和余熱回收蒸汽系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)上升管系統(tǒng)的全自動(dòng)操作和余熱利用，改善上升管周圍環(huán)境，焦?fàn)t煤氣由集氣管吸入煤精區(qū)域凈化。區(qū)域封閉、機(jī)車主動(dòng)防碰撞系統(tǒng)、爐頂碳化室溫度檢測、爐底地下巡檢機(jī)器人，通過限制和監(jiān)控達(dá)到區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)安全。
2.1 推、導(dǎo)機(jī)車除塵半封閉
湛鋼為綠色鋼鐵，無組織排放控制嚴(yán)格，不得有可見煙粉塵，推、導(dǎo)機(jī)車爐前部分采用伸縮半封閉集塵罩，推、導(dǎo)機(jī)車走形時(shí)集塵罩后退，不影響機(jī)車走形，機(jī)車推、導(dǎo)摘取爐門前，控制集塵罩前進(jìn)，封閉爐口區(qū)域，最大化形成避免空間，達(dá)到機(jī)車除塵最優(yōu)效果。
2.2 無線數(shù)傳系統(tǒng)
爐頂自動(dòng)控制、地下巡檢機(jī)器人、四車綜合聯(lián)鎖，監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸利用 5G 數(shù)據(jù)，完成。
無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)由控制信號無線數(shù)傳和視頻無線數(shù)傳兩個(gè)組成�？刂菩盘枱o線數(shù)傳用已車上 PLC 控制系統(tǒng)與地面協(xié)調(diào)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信，視頻無線數(shù)傳用以車上攝像頭信號的傳輸。無線數(shù)傳系統(tǒng)由地面基站及天線、車載站及天線、數(shù)傳機(jī)柜及網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備組成。地面基站及天線的布置應(yīng)完全覆蓋車輛工作區(qū)域，無信號盲區(qū)，通信寬帶滿足數(shù)據(jù)信號和視頻信號的實(shí)時(shí)可靠傳輸需求。
2.3 爐頂輔助功能
爐頂測溫、火落判定、加煤口堵塞檢測、上升管余熱回收利用、碳化室單孔調(diào)壓系統(tǒng)等爐頂輔助功能利用，在加煤口安裝探頭裝置，用溫度判定方法進(jìn)行檢測，在取蓋機(jī)構(gòu)側(cè)旁安裝紅外激光檢測器，探測每個(gè)加煤口，通過溫度判別加煤口蓋是否正常開啟，加煤口是否存在堵塞現(xiàn)象。
2.4 焦?fàn)t機(jī)車數(shù)字孿生系統(tǒng)
四大車數(shù)字孿生系統(tǒng)，采用數(shù)字化雙胞胎技術(shù)，充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，在虛擬空間中完成映射，實(shí)現(xiàn)了焦?fàn)t機(jī)械設(shè)備實(shí)體向數(shù)字化模型的反饋，保證數(shù)字化系統(tǒng)與物理實(shí)物的協(xié)調(diào)一致，以三維的方式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了以“飛行”“穿透”等“上帝視角”全方位查看設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)，并結(jié)合機(jī)車設(shè)備故障診斷系統(tǒng)，對機(jī)車設(shè)備長期監(jiān)督、判斷、分析等運(yùn)行數(shù)據(jù)模型分析，提出合理化建議設(shè)備管理趨勢，提醒、輔助設(shè)備點(diǎn)檢員對機(jī)車設(shè)備傾斜性管理。
2.5 主動(dòng)防碰撞系統(tǒng)
采用毫米波雷達(dá)和激光-時(shí)間飛行原理及多重回波技術(shù)，非接觸性檢測，建立主動(dòng)防碰撞系統(tǒng)，系統(tǒng)通過雷達(dá)掃描和激光回波，對焦?fàn)t機(jī)車走行區(qū)域內(nèi)人機(jī)實(shí)時(shí)信息，檢測車與人/障礙物/車的距離，通過檢測及計(jì)算得出車距及與異常障礙物或人的距離，保障人車安全，并根據(jù)距離及趨勢聯(lián)鎖車輛報(bào)警、減速、制動(dòng)等車輛動(dòng)作，保障車輛全自動(dòng)作業(yè)后人機(jī)安全，最大限度輔助車輛走行系統(tǒng)控制決策，避免車輛與周圍目標(biāo)物發(fā)生碰撞，從而最大限度的改善車輛的主動(dòng)安全性。
2.6 炭化室壓力控制系統(tǒng)
單炭化室壓力控制系統(tǒng)，在焦?fàn)t裝煤生產(chǎn)操作階段，集氣管負(fù)壓配合高壓氨水噴射效應(yīng)工藝，有效的控制煙塵的無組織排放。在焦?fàn)t結(jié)焦生產(chǎn)操作階段依據(jù)荒煤氣發(fā)生量曲線，把整個(gè)結(jié)焦過程分成 11 段調(diào)節(jié)給定值，更能精確控制炭化室底部壓力在 5~50Pa 的范圍內(nèi)。在焦?fàn)t推焦生產(chǎn)操作階段，炭化室與集氣管完全阻斷，避免推焦過程中吸入大量的空氣，保證焦?fàn)t及后續(xù)工藝生產(chǎn)安全。系統(tǒng)與四大車系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t裝煤、結(jié)焦、推焦過程的自動(dòng)化。
2.7 焦?fàn)t爐底自動(dòng)巡檢小車
自動(dòng)巡檢小車攜帶工業(yè)視覺相機(jī)、熱成像相機(jī)、CO 傳感器和溫濕度傳感器按預(yù)先設(shè)定的計(jì)劃進(jìn)行巡檢，讀取巡檢點(diǎn)，自動(dòng)記錄巡檢點(diǎn)的編碼和讀取的準(zhǔn)確日期和時(shí)間，然后完成該巡檢點(diǎn)預(yù)先設(shè)定的采集內(nèi)容，然后對采集的圖像、環(huán)境參數(shù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)分析計(jì)算，將分析得到的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)等結(jié)果通過 WIFI網(wǎng)絡(luò)提交給部署在巡檢專用服務(wù)器上的巡檢管理系統(tǒng)軟件。通過監(jiān)控和采集爐底數(shù)據(jù)，完成焦?fàn)t區(qū)域無人。
2.8 焦?fàn)t機(jī)車故障診斷
結(jié)合數(shù)字孿生和全流程監(jiān)控及信息流控制，建立智能化的分析診斷系統(tǒng)，指導(dǎo)焦?fàn)t設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行，使焦?fàn)t設(shè)備保持最佳運(yùn)行狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。智能診斷由：大數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)連接、數(shù)據(jù)分析、專家診斷系統(tǒng)、分析報(bào)告輸出等單元組成，主要任務(wù)：
（1）關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集：核心狀態(tài)監(jiān)測，對主要零部件的軸承、車輪轉(zhuǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)，減速機(jī)使用時(shí)間累計(jì)，推焦桿、導(dǎo)焦柵、平煤桿、使用次數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對主要參數(shù)爐體溫度、壓力、荒煤氣發(fā)生量，及機(jī)車推焦電流或推焦力形成數(shù)據(jù)庫，便于焦?fàn)t生產(chǎn)、配煤等系統(tǒng)的優(yōu)化。
（2）能源介質(zhì)管理：包括水、電、氣、液壓介質(zhì)、潤滑介質(zhì)消耗量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析。在線監(jiān)測能源介質(zhì)壓力、流量、清潔度，對能源介質(zhì)消耗監(jiān)控，保證能源量最小，對介質(zhì)清潔度進(jìn)行監(jiān)控，形成數(shù)據(jù)庫。
（3）備件周期管理：以寶鋼設(shè)備管理為基礎(chǔ)，預(yù)知狀態(tài)維修為指導(dǎo)，結(jié)合設(shè)備使用說明書的推薦，對設(shè)備壽命進(jìn)行專家系統(tǒng)評測，智能指導(dǎo)維修、保養(yǎng)。
（4）對設(shè)備進(jìn)行故障預(yù)診斷，形成數(shù)據(jù)庫，便于設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)。
3、焦?fàn)t無人化前景
隨著設(shè)備水平不斷的提高和自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，煉焦生產(chǎn)工藝自動(dòng)化研究的也越來越深人，電機(jī)車無人駕駛較多，短時(shí)自動(dòng)，監(jiān)控密集，區(qū)域封閉，并不是真正的無人駕駛，設(shè)備的智能判斷處理、長期狀態(tài)保持是最大影響因素，這直接影響到焦?fàn)t機(jī)車無人駕駛的實(shí)現(xiàn)。
（1）生產(chǎn)運(yùn)行模式智能切換。黑天、白天、雨天、大霧、大風(fēng)等作業(yè)模式智能切換，天氣環(huán)境對焦?fàn)t機(jī)車生產(chǎn)運(yùn)行有著制約性，雨天模式車輛性能下降，走行軌道沾雨水后車輪會(huì)打滑，對位問題嚴(yán)重；大霧天攝像頭視線受阻，現(xiàn)場設(shè)備成像捕捉；黑白天模式智能切換等問題，這對于焦?fàn)t無人化來說顯然存在問題，必須重點(diǎn)解決不同環(huán)境下運(yùn)行模式問題。
（2）輔助設(shè)備的利用。淌焦板扒焦裝置、爐門封煙、裝煤口封煙及裝煤口內(nèi)石墨清理等常規(guī)輔助作業(yè)，需要配備相關(guān)輔助設(shè)備，捕捉煙塵，輔助設(shè)備對應(yīng)處理相關(guān)工作，減少輔助人員作業(yè)，確保焦?fàn)t作業(yè)環(huán)境，配套相應(yīng)的輔助設(shè)備，也是無人化需要解決的重要問題之一。
（3）主輔設(shè)備脫離。每爐出焦，四大機(jī)車百多個(gè)機(jī)構(gòu)連續(xù)動(dòng)作，上千聯(lián)鎖信號通訊，對焦?fàn)t無人化制約巨大，主輔設(shè)備脫離是必然趨勢，其中的爐臺清掃、爐門清掃、爐框清掃、爐口清掃、車輛除塵、余焦余煤收集等裝置，做獨(dú)立輔助設(shè)備，保證主線設(shè)備最大性能發(fā)揮。
（4）全員信息采集。無人、少人工廠是焦化的最終目標(biāo)，現(xiàn)代化全流程智能信息流控制，但現(xiàn)場不可缺少輔助人員及巡檢人員配合，員工的生命狀態(tài)及位置信息采集就尤為重要，人機(jī)結(jié)合才是完美實(shí)現(xiàn)焦化無人生產(chǎn)最終結(jié)果。
4、總結(jié)
煉鐵廠三期新建大型焦?fàn)t，通過應(yīng)用數(shù)字孿生，無煙裝煤，故障診斷系統(tǒng)，機(jī)車輔助功能拓展，爐底地下機(jī)器人、無線數(shù)傳系統(tǒng)、炭化室壓力控制系統(tǒng)等多鐘技術(shù)柔和應(yīng)用，全流程監(jiān)控智能分析操作及控制，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t機(jī)車的自動(dòng)化、少人化，同時(shí)提高生產(chǎn)作業(yè)效率，確保區(qū)域生產(chǎn)安全，最終實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t無人。
來源：第十三屆中國鋼鐵年會(huì)
