寶鋼湛江鋼鐵焦?fàn)t智能設(shè)備的應(yīng)用
2024-04-18 09:57:53
1 焦?fàn)t背景概況
煉鐵廠是寶鋼湛江鋼鐵重要的組成單位，煉鐵下設(shè)高爐、燒結(jié)、焦化、球團(tuán)、原料5大單元，全流程的煉鐵工藝。其中，煉焦單元一二期為：年產(chǎn)干全焦約340萬t，采用4×65孔JNX2-70-2型復(fù)熱式頂裝焦?fàn)t，配套4×140t/h干熄焦設(shè)施、2×30MW抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。三期為：年產(chǎn)干熄焦160萬t，采用2×65孔JNX2-70-2型復(fù)熱式頂裝焦?fàn)t，配套3×140t/h干熄焦設(shè)施。其中一二焦?fàn)t配備推焦機(jī)、導(dǎo)焦機(jī)、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新建推焦機(jī)、導(dǎo)焦機(jī)、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，其焦?fàn)t移動(dòng)車輛按焦?fàn)t作業(yè)計(jì)劃，首先由裝煤車完成從煤塔下取出煉焦煤，裝入炭化室，經(jīng)過1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(tái)車，送至提升機(jī)進(jìn)行熄焦，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。煉焦生產(chǎn)作業(yè)往往人機(jī)結(jié)合頻率高，操作環(huán)境惡劣，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，容易出現(xiàn)機(jī)械傷人、灼傷、中毒等問題。
通過三焦?fàn)t智能設(shè)備及技術(shù)運(yùn)用，操作人員可以按照手動(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無人化生產(chǎn)作業(yè)。
2 三焦?fàn)t智能設(shè)備及技術(shù)應(yīng)用措施
2.1 煙道廢氣脫硫脫硝凈化裝置
焦?fàn)t三期設(shè)置1套焦?fàn)t煙道廢氣脫硫脫硝凈化裝置，采用NaHCO3干法（SDS）脫硫+低溫選擇性催化劑還原法（SCR）脫硝工藝。該工藝先進(jìn)行煙氣脫硫，后除塵，然后低溫SCR脫硝，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煙道廢氣氮氧化物、二氧化硫、顆粒物、氨氣等有害物排放符合超低排放要求，滿足湛江鋼鐵A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。為減少系統(tǒng)阻力，按10萬m3/h考慮煤氣處理量�；玖鞒倘鐖D1所示。
圖 1 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝裝置流程
2.2 機(jī)車無組織排放達(dá)標(biāo)
在設(shè)計(jì)時(shí)為便于現(xiàn)有車輛的通行及觀察，沒有對(duì)爐前擋風(fēng)罩的后部擋板實(shí)行全密封設(shè)計(jì)，部分空氣通過這些通道進(jìn)入到爐前，會(huì)對(duì)爐頭煙的收集產(chǎn)生一定影響。為實(shí)現(xiàn)車輛爐頭煙收集全密封效果，滿足超低排放無組織排放要求，對(duì)原有車輛進(jìn)行全封閉改造，并增加機(jī)車除塵風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)功能。
無煙裝煤車可通過調(diào)節(jié)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變水封閥盤的開度，達(dá)到改變荒煤氣流通截面積的目的，實(shí)現(xiàn)炭化室內(nèi)壓力的精確調(diào)節(jié)，保證各炭化室底部在全結(jié)焦周期內(nèi)均處于微正壓狀態(tài)，避免爐門冒煙冒火及炭化室負(fù)壓。配合車輛管理系統(tǒng)，完成上升管系統(tǒng)全自動(dòng)裝煤、推焦操作。
2.3 單孔炭化室壓力控制系統(tǒng)
單孔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工藝，有效地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。炭化室壓力控制自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置如圖2所示。
圖 2 炭化室壓力控制自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置
2.4 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，可按預(yù)先設(shè)定的計(jì)劃進(jìn)行巡檢，讀取并自動(dòng)記錄巡檢點(diǎn)的編碼和準(zhǔn)確日期，然后完成該巡檢點(diǎn)預(yù)先設(shè)定的采集內(nèi)容，再對(duì)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)域無人化生產(chǎn)作業(yè)。圖3為機(jī)器人巡檢管理系統(tǒng)框架圖。
圖3 機(jī)器人巡檢管理系統(tǒng)框架圖
2.5 機(jī)車自動(dòng)化系統(tǒng)
2.5.1 機(jī)車相關(guān)應(yīng)用技術(shù)
機(jī)車自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括以下幾部分。
無人駕駛：粗定位編碼器，通過自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)進(jìn)行走行距離檢測(cè)和速度調(diào)節(jié)完成對(duì)位。精定位碼牌，通過碼牌編碼，信號(hào)檢測(cè)識(shí)別爐號(hào)并對(duì)中，定位精度±1mm。
智能防碰：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(cè)，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，檢測(cè)焦?fàn)t機(jī)車走行區(qū)域內(nèi)人機(jī)實(shí)時(shí)信息，計(jì)算得出各車車距及車與障礙物或人的距離，并根據(jù)距離及趨勢(shì)聯(lián)鎖車輛報(bào)警、減速、制動(dòng)等車輛動(dòng)作，避免車輛與周圍目標(biāo)物發(fā)生碰撞，保障車輛全自動(dòng)作業(yè)時(shí)人機(jī)安全。
區(qū)域防控：焦?fàn)t整體區(qū)域進(jìn)行分區(qū)規(guī)劃，電子圍欄，三級(jí)限制，分區(qū)管控。
振動(dòng)擾度測(cè)量：在線對(duì)推焦桿振動(dòng)、擾度測(cè)量，實(shí)時(shí)監(jiān)控推焦桿使用情況。
結(jié)次焦檢測(cè)：裝煤車結(jié)次焦檢測(cè)裝置，為裝煤車爐蓋是否打開提供安全可靠的聯(lián)鎖保障。
小爐門檢測(cè)：推焦機(jī)平面檢測(cè)系統(tǒng)，提供小爐門開閉檢測(cè)功能，保證平煤安全可靠。
液壓碟剎：機(jī)車定位要求精準(zhǔn)，剎車采用液壓碟剎形式。
2.5.2 機(jī)車智能決策分析系統(tǒng)
機(jī)車智能決策分析系統(tǒng)包括系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)管理、推焦過程監(jiān)控、生命周期管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理、專家診斷管理、能耗管理等。主要介紹以下幾部分。
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)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并結(jié)合機(jī)車設(shè)備故障診斷系統(tǒng)，對(duì)機(jī)車設(shè)備長(zhǎng)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，提醒、輔助設(shè)備點(diǎn)檢員對(duì)機(jī)車設(shè)備傾斜性管理。圖4為數(shù)字化雙胞胎技術(shù)的三維可視化。
圖4 數(shù)字化雙胞胎技術(shù)的三維可視化
專家診斷管理：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。其中，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。其主要任務(wù)為關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集，包括統(tǒng)計(jì)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，統(tǒng)計(jì)推焦桿、導(dǎo)焦柵、平煤桿使用次數(shù)，統(tǒng)計(jì)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，最終形成數(shù)據(jù)庫，便于焦?fàn)t生產(chǎn)、配煤等系統(tǒng)的優(yōu)化。
能源管理：包括對(duì)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(cè)能源介質(zhì)壓力、流量、清潔度，對(duì)能源介質(zhì)消耗監(jiān)控，保證能源量最��；對(duì)介質(zhì)清潔度進(jìn)行監(jiān)控，形成數(shù)據(jù)庫。
生命周期管理：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(duì)設(shè)備壽命進(jìn)行專家系統(tǒng)評(píng)測(cè)，智能指導(dǎo)維修、保養(yǎng)。對(duì)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)。
2.6 通訊技術(shù)
無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)由控制信號(hào)無線數(shù)傳和視頻5G無線數(shù)傳2個(gè)部分組成。控制信號(hào)無線數(shù)傳用于車上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)傳用于車上攝像頭信號(hào)與車上PLC控制系統(tǒng)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(hào)盲區(qū)，通信寬帶滿足數(shù)據(jù)信號(hào)和視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)可靠傳輸需求。
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。
2.7 爐頂輔助功能
爐頂輔助功能包括爐頂測(cè)溫、火落判定、加煤口堵塞檢測(cè)、上升管余熱回收利用、炭化室單孔調(diào)壓系統(tǒng)等。在加煤口安裝探頭裝置，用溫度判定方法進(jìn)行檢測(cè)，在取蓋機(jī)構(gòu)側(cè)旁安裝紅外激光檢測(cè)器，探測(cè)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。
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)化研究也越來越深入，雖然實(shí)現(xiàn)機(jī)車無人駕駛越來越多，但短時(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)備的智能分析、節(jié)能環(huán)保、狀態(tài)保持等因素，直接影響到焦?fàn)t機(jī)車無人駕駛的實(shí)現(xiàn)。
（1）天氣對(duì)焦?fàn)t設(shè)備的制約性。地域特性不同，限制因素多種多樣，黑天、白天、雨天、大霧、大風(fēng)、雪、臺(tái)風(fēng)等天氣狀況，對(duì)焦?fàn)t機(jī)車生產(chǎn)運(yùn)行有著很強(qiáng)的制約性。如雨天模式車輛剎車性能下降，大霧天攝像頭視線受阻，黑天部分區(qū)域需自動(dòng)照明等。焦?fàn)t智能化應(yīng)結(jié)合氣象預(yù)報(bào)，提前做出預(yù)判作業(yè)或不同環(huán)境作業(yè)模型。
（2）智能輔助設(shè)備的應(yīng)用。焦?fàn)t生產(chǎn)目前仍需爐體維護(hù)、巡檢點(diǎn)檢等人員，利用智能化機(jī)器人、紅外熱成像等技術(shù)，代替現(xiàn)有輔助人員巡檢作業(yè)，也是無人化需要解決的重要問題之一。
（3）數(shù)字的智能化�，F(xiàn)代化全流程智能信息流控制設(shè)備已進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，通過數(shù)據(jù)的分析和判斷，即可做出正確的選擇，但數(shù)字信息的自我校正和糾正如何做到100%，也是無人化的重要一環(huán)。
（4）無人化并非代表無人，但是如何把點(diǎn)檢員變成維護(hù)工程師，把生產(chǎn)人員變成流程工程師，高尖端人員的培養(yǎng)和能力，更是不可缺少的關(guān)鍵，人機(jī)結(jié)合才是完美實(shí)現(xiàn)焦化無人生產(chǎn)的最終結(jié)果。
4 結(jié)論
煉鐵廠焦?fàn)t通過無人駕駛、智能防碰撞、區(qū)域防控、安全聯(lián)鎖、無線技術(shù)、集群操作模式、結(jié)次焦檢查等多種技術(shù)的應(yīng)用，并結(jié)合焦?fàn)t本體的防爆液壓交換機(jī)、爐底巡檢機(jī)器人、上升管余熱回收、上升管自動(dòng)開閉和火落判定技術(shù)等功能相互配合，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區(qū)無人化生產(chǎn)。
