淺談寶鋼湛江鋼鐵焦爐的少人化
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 的復熱式頂裝大型焦爐，其生產移動設備包括推焦車、導焦車、裝煤車和電車，執(zhí)行裝煤、推焦、導焦及運焦主要功能作業(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，主動防碰撞，故障診斷系統(tǒng)，爐底地下機器人、無線數(shù)傳系統(tǒng)、炭化室壓力控制系統(tǒng)等技術應用，實現(xiàn)焦爐機車的自動化、少人化，提高作業(yè)效率，無人作業(yè)是煉焦技術的必然結果。
1、焦爐概況
煉鐵廠煉焦單元，為 6×65 孔 JNX3-70-2 型復熱式頂裝大型焦爐，年產干全焦約 580 萬噸。其中一二焦爐配備推焦車、導焦車、裝煤車、有（無）驅動運載車各 3 套，為 2 開 1 備使用，三焦爐系統(tǒng)新建推焦車、導焦車、裝煤車和電車各 2 套，為 1 開 1 備使用，采用 2-1 串序對炭化室進行操作，操作者可以按照手動、自動方式進行操作，結合焦爐本體的液壓交換機，爐底巡檢機器人，上升管余熱利用及自動開閉和火落判定技術等功能相互配合，完成焦爐無人生產作業(yè)。
2、焦爐的無人化
煉鐵焦爐單元三期新建年產干息焦 160 萬噸，2×65 孔碳化室高 7m，寬 530mm 的復熱式頂裝焦爐，采用全干息焦工藝。
主要生產設備推焦車、導焦車、無煙裝煤車、電機車，執(zhí)行煤塔接煤、裝煤、推焦、導焦、運焦等主要生產需求，采用 2-1 串序對焦爐進行操作，其焦爐移動車輛按焦爐作業(yè)計劃，首先由無煙裝煤車完成從煤塔下取出煉焦煤，裝入碳化室，經過一個結焦周期，由推焦機啟閉機側焦爐爐門，同時由導焦機啟閉焦側焦爐爐門，并將成熟的焦炭推出炭化室，將成熟焦炭導入旋轉焦罐車，電機車驅動焦罐運載車到達牽引位，干熄焦牽引橫移焦罐臺車，送至提升機進行息焦，熄焦直送高爐使用，蒸汽鍋爐利用余熱進行汽輪機發(fā)電。其中無煙裝煤車配套炭化室單孔壓力調節(jié)系統(tǒng)和余熱回收蒸汽系統(tǒng)，實現(xiàn)上升管系統(tǒng)的全自動操作和余熱利用，改善上升管周圍環(huán)境，焦爐煤氣由集氣管吸入煤精區(qū)域凈化。區(qū)域封閉、機車主動防碰撞系統(tǒng)、爐頂碳化室溫度檢測、爐底地下巡檢機器人，通過限制和監(jiān)控達到區(qū)域內生產安全。
2.1 推、導機車除塵半封閉
湛鋼為綠色鋼鐵，無組織排放控制嚴格，不得有可見煙粉塵，推、導機車爐前部分采用伸縮半封閉集塵罩，推、導機車走形時集塵罩后退，不影響機車走形，機車推、導摘取爐門前，控制集塵罩前進，封閉爐口區(qū)域，最大化形成避免空間，達到機車除塵最優(yōu)效果。
2.2 無線數(shù)傳系統(tǒng)
爐頂自動控制、地下巡檢機器人、四車綜合聯(lián)鎖，監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據傳輸利用 5G 數(shù)據，完成。
無線數(shù)據系統(tǒng)由控制信號無線數(shù)傳和視頻無線數(shù)傳兩個組成。控制信號無線數(shù)傳用已車上 PLC 控制系統(tǒng)與地面協(xié)調系統(tǒng)間的數(shù)據通信，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)傳機柜及網絡等設備組成。地面基站及天線的布置應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)據信號和視頻信號的實時可靠傳輸需求。
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，用溫度判定方法進行檢測，在取蓋機構側旁安裝紅外激光檢測器，探測每個加煤口，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 焦爐機車數(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，充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據，在虛擬空間中完成映射，實現(xiàn)了焦爐機械設備實體向數(shù)字化模型的反饋，保證數(shù)字化系統(tǒng)與物理實物的協(xié)調一致，以三維的方式實時動態(tài)顯示設備運行狀態(tài)，實現(xiàn)了以“飛行”“穿透”等“上帝視角”全方位查看設備實時狀態(tài)，并結合機車設備故障診斷系統(tǒng)，對機車設備長期監(jiān)督、判斷、分析等運行數(shù)據模型分析，提出合理化建議設備管理趨勢，提醒、輔助設備點檢員對機車設備傾斜性管理。
2.5 主動防碰撞系統(tǒng)
采用毫米波雷達和激光-時間飛行原理及多重回波技術，非接觸性檢測，建立主動防碰撞系統(tǒng)，系統(tǒng)通過雷達掃描和激光回波，對焦爐機車走行區(qū)域內人機實時信息，檢測車與人/障礙物/車的距離，通過檢測及計算得出車距及與異常障礙物或人的距離，保障人車安全，并根據距離及趨勢聯(lián)鎖車輛報警、減速、制動等車輛動作，保障車輛全自動作業(yè)后人機安全，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物發(fā)生碰撞，從而最大限度的改善車輛的主動安全性。
2.6 炭化室壓力控制系統(tǒng)
單炭化室壓力控制系統(tǒng)，在焦爐裝煤生產操作階段，集氣管負壓配合高壓氨水噴射效應工藝，有效的控制煙塵的無組織排放。在焦爐結焦生產操作階段依據荒煤氣發(fā)生量曲線，把整個結焦過程分成 11 段調節(jié)給定值，更能精確控制炭化室底部壓力在 5~50Pa 的范圍內。在焦爐推焦生產操作階段，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，保證焦爐及后續(xù)工藝生產安全。系統(tǒng)與四大車系統(tǒng)數(shù)據交換，實現(xiàn)焦爐裝煤、結焦、推焦過程的自動化。
2.7 焦爐爐底自動巡檢小車
自動巡檢小車攜帶工業(yè)視覺相機、熱成像相機、CO 傳感器和溫濕度傳感器按預先設定的計劃進行巡檢，讀取巡檢點，自動記錄巡檢點的編碼和讀取的準確日期和時間，然后完成該巡檢點預先設定的采集內容，然后對采集的圖像、環(huán)境參數(shù)等進行實時分析計算，將分析得到的設備運行狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)等結果通過 WIFI網絡提交給部署在巡檢專用服務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，完成焦爐區(qū)域無人。
2.8 焦爐機車故障診斷
結合數(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)，指導焦爐設備生產運行，使焦爐設備保持最佳運行狀態(tài)，提高生產效率和經濟效益。智能診斷由：大數(shù)據采集、遠程數(shù)據連接、數(shù)據分析、專家診斷系統(tǒng)、分析報告輸出等單元組成，主要任務：
（1）關鍵數(shù)據采集：核心狀態(tài)監(jiān)測，對主要零部件的軸承、車輪轉數(shù)統(tǒng)計，減速機使用時間累計，推焦桿、導焦柵、平煤桿、使用次數(shù)數(shù)據統(tǒng)計，對主要參數(shù)爐體溫度、壓力、荒煤氣發(fā)生量，及機車推焦電流或推焦力形成數(shù)據庫，便于焦爐生產、配煤等系統(tǒng)的優(yōu)化。
（2）能源介質管理：包括水、電、氣、液壓介質、潤滑介質消耗量進行數(shù)據采集與分析。在線監(jiān)測能源介質壓力、流量、清潔度，對能源介質消耗監(jiān)控，保證能源量最小，對介質清潔度進行監(jiān)控，形成數(shù)據庫。
（3）備件周期管理：以寶鋼設備管理為基礎，預知狀態(tài)維修為指導，結合設備使用說明書的推薦，對設備壽命進行專家系統(tǒng)評測，智能指導維修、保養(yǎng)。
（4）對設備進行故障預診斷，形成數(shù)據庫，便于設備維護保養(yǎng)。
3、焦爐無人化前景
隨著設備水平不斷的提高和自動化技術的迅速發(fā)展，煉焦生產工藝自動化研究的也越來越深人，電機車無人駕駛較多，短時自動，監(jiān)控密集，區(qū)域封閉，并不是真正的無人駕駛，設備的智能判斷處理、長期狀態(tài)保持是最大影響因素，這直接影響到焦爐機車無人駕駛的實現(xiàn)。
（1）生產運行模式智能切換。黑天、白天、雨天、大霧、大風等作業(yè)模式智能切換，天氣環(huán)境對焦爐機車生產運行有著制約性，雨天模式車輛性能下降，走行軌道沾雨水后車輪會打滑，對位問題嚴重；大霧天攝像頭視線受阻，現(xiàn)場設備成像捕捉；黑白天模式智能切換等問題，這對于焦爐無人化來說顯然存在問題，必須重點解決不同環(huán)境下運行模式問題。
（2）輔助設備的利用。淌焦板扒焦裝置、爐門封煙、裝煤口封煙及裝煤口內石墨清理等常規(guī)輔助作業(yè)，需要配備相關輔助設備，捕捉煙塵，輔助設備對應處理相關工作，減少輔助人員作業(yè)，確保焦爐作業(yè)環(huán)境，配套相應的輔助設備，也是無人化需要解決的重要問題之一。
（3）主輔設備脫離。每爐出焦，四大機車百多個機構連續(xù)動作，上千聯(lián)鎖信號通訊，對焦爐無人化制約巨大，主輔設備脫離是必然趨勢，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，做獨立輔助設備，保證主線設備最大性能發(fā)揮。
（4）全員信息采集。無人、少人工廠是焦化的最終目標，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，人機結合才是完美實現(xiàn)焦化無人生產最終結果。
4、總結
煉鐵廠三期新建大型焦爐，通過應用數(shù)字孿生，無煙裝煤，故障診斷系統(tǒng)，機車輔助功能拓展，爐底地下機器人、無線數(shù)傳系統(tǒng)、炭化室壓力控制系統(tǒng)等多鐘技術柔和應用，全流程監(jiān)控智能分析操作及控制，實現(xiàn)焦爐機車的自動化、少人化，同時提高生產作業(yè)效率，確保區(qū)域生產安全，最終實現(xiàn)焦爐無人。
來源：第十三屆中國鋼鐵年會
