Высокопроизводительная автоматизация, измерение и управление доменными печами

Эффективная работа современной доменной печи требует высокой степени автоматизации в сочетании с измерительной системой и системой мониторинга и управления. Система управления процесса доменной печи в сочетании с системой оптимизации создает высокий уровень интеллектуальной автоматизации. Оптимальное взаимодействие между сложными моделями и экспертной системой обеспечивает комплексную помощь операторам и минимизирует риск человеческих ошибок.

Сложность задач автоматизации

Проблемы автоматизации, измерения и управления доменной печи варьируются от классической теории управления линейных и нелинейных, одно- и многомерных систем в процессном управлении до вопросов оперативного и производственного контроля. Для этого применяются комплексные операционные системы, которые должны автоматически запускать и останавливать специальные программные модули («задачи») без участия оператора для выполнения так называемого «условия реального времени» — компьютер должен полностью отреагировать на событие в процессе в четко определенное максимальное время (дедлайн). Дедлайны варьируются от нескольких минут до нескольких секунд.

Роль автоматизации в экономической эффективности

Автоматизация, измерение и управление доменной печи — один из главных факторов успешной эксплуатации и ключевой фактор ее экономической эффективности. Сложность процесса в сочетании с растущими требованиями к эффективности и снижению экологического воздействия потребовала смены стратегии управления. Раньше использовались статические расчеты на основе черного ящика для предварительного определения фундаментальных уставок с ограниченной обратной связью от процесса. Такой контроль дает приемлемые результаты только при малых отклонениях от стационарной рабочей точки. Из-за нестабильности процесса малые возмущения могут вызвать значительные отклонения, требующие коррекции уставок, для чего обычно используются методы ИИ (искусственного интеллекта).

При изменении состава заряда и различных эксплуатационных практиках динамика процесса должна учитываться с перерасчетом уставок и немедленной обратной связью в реальном времени. Предусловием для динамического управления стало развитие датчиков и измерительных техник, дающих реальную информацию о состоянии процесса. Оценка динамических моделей позволяет перейти от надзора за процессом к проактивному управлению в реальном времени. Разные подходы отражают специфическую ситуацию и философию управления. Современная система управления доменной печью основана на динамических моделях и позволяет онлайн-контроль. Базовый подход — рассматривать доменную печь как систему с водяным охлаждением, куда поступают материал и энергия, происходят экзо- и эндотермические реакции, и энергия рассеивается в виде тепловых потерь на водоохлаждаемых поверхностях и как чувствительная теплота в дымовых газах.

Цели и преимущества системы

Ключевые вызовы для передовых систем: затратооптимизированная эксплуатация, улучшения процесса без компромиссов в выборе шихтового материала, наивысшее качество продукта, достижение и поддержание желаемой производительности. Оптимизированный расчет шихты с точными химическими целями и последующие замкнутые контроля формируют основу для производства качественного чугуна и шлака при одновременном снижении энергопотребления. Система оптимизации обеспечивает легкий доступ ко всем процессным параметрам, свойствам материалов и данным производительности (зарядка, химические и физические свойства шихты, измерения процесса) для определения оптимальных условий производства чугуна и шлака наилучшего качества.

Система обеспечивает высокоточный процессный контроль с оперативной графической информацией. Гарантирует стабильную, воспроизводимую работу с постоянным качеством чугуна. Обеспечивает смено-независимую эксплуатацию с минимизацией ручных вмешательств. Результат — плавная работа печи круглосуточно, увеличение ресурса оборудования и снижение производственных затратов.

Преимущества включают: (i) высокую производительность — поддержание пиковой производительности с минимизацией потребления электроэнергии и топлива; (ii) высокое и единообразное качество продукта — поддержание химических свойств чугуна и шлака на заданных уровнях; (iii) снижение расхода топлива при постоянной температуре чугуна через малые корректировки расхода топлива на основе теплового состояния печи; (iv) стабильную, смено-независимую работу по лучшей практике круглосуточно; (v) легкую интеграцию комплекса металлургических моделей и пакетов с автоматизацией; (vi) быструю и гибкую реакцию на изменение требований; (vii) возможности будущих расширений; (viii) очень быструю окупаемость инвестиций.

Архитектура автоматизации

Система обычно состоит из ПЛК (PLC) и HMI на 1-м уровне автоматизации — управление всеми критическими процессами. Эти средства дополняются решениями 2-го уровня (процессные модели, экспертные системы, программные инструменты), охватывающими либо общую работу ДП, либо отдельные участки железа (доменные печи нагревания, зарядка ДП и т.д.). Экспертная система используется для интегрированных решений 2-го уровня. Это передовая система помощи процессу, включающая управление ДП, анализ данных в реальном времени и оптимизацию процесса, а также отложенный анализ данных. Позволяет операторам оптимизировать производство чугуна, получать помощь от системы на базе знаний и отчитываться о показателях эффективности и производственных цифрах.

В общей автоматизации используются компьютеры, программируемые контроллеры и микроконтроллеры, объединенные в локальную сеть управления для оптимального обмена данными от уровня предприятия до завода и обратно. Интеллектуальные системы управления двигателями, интегрированные с системой управления, обеспечивают распределенное управление и дополнительные диагностические данные для повышения надежности полевого оборудования.

Система обладает: (i) высокоскоростными, открытыми, избыточными сетями; (ii) полной кабельной трассой полевого ввода-вывода и проектными решениями для снижения затрат на установку; (iii) как минимум HART-приборами с возможностью интерфейса HART в системе управления; (iv) системой управления активами для поддержки всех активов завода включая систему управления; (v) бесшовным интерфейсом к приложениям 2-го уровня для оптимизации процесса и историческим данным с легким ростом 2-го уровня на платформе 1-го уровня; (vi) хранением данных 0/1 уровней в исторических файлах для использования на HMI или на 2/3 уровнях; (vii) процессными и операционными отчетами; (viii) системами данных/диагностики для операторов и обслуживания. Протокол HART — гибридный аналогово-цифровой открытый протокол промышленной автоматизации, способный передавать данные по легаси петлям тока 4–20 мА.

Мониторинг состояния печи

Типичная система использует процессные контроллеры, операторские станции, интегрированные через высокоскоростную сеть Modbus Plus peer-to-peer. Это обеспечивает высокоточный контроль с оперативной графической информацией. Главное — автоматизация доменных печей нагревания и оптимизация шихты с надежными блокировками для безопасной зарядки и распределения шихты, обеспечивающие стабильную работу с постоянным качеством чугуна.

Поскольку доменная печь — простой реактор, трудно контролировать условия внутри нее прямо и тонко. Процессы в печи меняются очень медленно, и после нарушения стабильной работы восстановить нормальное состояние очень трудно. Поэтому для поддержания стабильности необходимо мониторить даже малейшие изменения условий внутри печи и своевременно предпринимать действия. Процессный компьютер собирает и вычисляет данные с датчиков в различных позициях печи, моня состояние в реальном времени. При обнаружении изменений, угрожающих стабильности, выдает рекомендации по действиям для операторов.

Функции мониторинга и управления включают: (i) контроль зарядки руды и кокса — расчет зарядного соотношения и последовательности зарядки; (ii) контроль операции зарядки — установка режима вращающегося зарядочного желоба для адекватного кругового распределения руды и кокса; (iii) контроль доменных печей нагревания — управление сгоранием для стабильной подачи горячего дутья; (iv) контроль печи — оценка состояния внутри печи на основе данных с датчиков; (v) контроль выпуска чугуна и шлака с контролем количества и качества чугуна.

Измерительные системы и зонды

Современная доменная печь имеет почти тысячу датчиков. Огромное число датчиков в аналоговой инструментации трудно разместить на обширной территории доменного производства. Прогресс микроэлектроники и систем передачи данных (data highway) позволил внедрить распределенную цифровую инструментацию. Преимущества над аналоговой: (i) построение систем без шумов, особенно электромагнитных; (ii) использование передовых методов обработки сигналов и функций управления; (iii) повышение надежности за счет дублирования функций; (iv) получение большего объема информации с компактного пульта управления через ЭЛТ-дисплеи вместо огромных аналоговых панелей; (v) легкость изменения или улучшения систем/функций; (vi) легкость обмена данными с хост-компьютерами; (vii) дешевле установка с точки зрения увеличенных функций.

Эффективный контроль требует надежных измерений условий внутри печи. Температуры в нижней половине могут превышать 2000 °C, где большинство инвазивных методов ненадежны, поэтому большинство измерений внутри печи проводятся выше или у поверхности шихты. Надежная работа зондов важна для регулярной поддержки обработки данных, процессных моделей и систем надзора. Надежные зонды помогают оператору установить: (i) профиль температуры верхового газа и его химию; (ii) траектории падения материалов, уровень и профиль верховой линии; (iii) накопление, перемешивание и спуск слоев шихты; (iv) профили газа и температуры в колонне шихты; (v) состояние раскала и коксовой подушки; (vi) качество чугуна и операции выпуска.

Основные методы прямого или косвенного определения распределения шихты: (i) надшихтовый зонд, (ii) вшихтовый зонд, (iii) детектор верховой линии, (iv) профиломер, (v) вертикальный зонд, (vi) термопары, (vii) манометры на стенке печи, (viii) прочие измерения.

Надшихтовый зонд

Имеет термопары для измерения температур газа в разных радиальных позициях над поверхностью шихты. Дает информацию о газодинамике: зоны с низкой проницаемостью пропускают меньше газа, снижая его температуру.

Проблема: газ, выходящий из шихты, перемешивается до достижения зонда, поэтому некоторые температуры могут быть занижены или завышены. Зонд нужно монтировать ближе к поверхности шихты, что сложно из-за изменения уровня шихты и производительности. Внезапный подъем верховой линии при флюидизации может повредить зонд.

Вшихтовый зонд

Устанавливаются ниже поверхности шихты и выше зоны сцепления. Выдерживают более высокие температуры и абразию, поэтому обычно выдвижные и вставляются только при заборе пробы. Измеряют температуру и состав газа в разных радиальных точках. Измерения точнее, чем у надшихтовых зондов, так как перемешивание менее выражено. Результат зависит от слоя, в котором находится точка замера в момент измерения.

Детектор верховой линии

Используются для получения информации о высоте поверхности шихты («верховая линия») после каждой зарядки. Печь запрограммирована так, что зарядка происходит только когда поверхность опустилась ниже определенного уровня. Механические приборы (верховые стержни) с грузиком на цепи/проволоке опускаются до сопротивления шихты. Современные печи используют бесконтактные методы, например радары, исключающие потерю времени на опускание грузика. Внезапное падение верховой линии — признак провала (slip), беспокоящего оператора.

Профиломер

Изначально механические, теперь заменены бесконтактными методами, например подвижными радарами (движущийся зонд) по горизонтальному каналу, измеряющими высоту поверхности шихты в разных радиальных точках. Может также оценивать скорость спуска шихты. Современные профиломеры имеют радары на вращающихся соединениях для оценки 3D-поверхности шихты, давая лучшее понимание, чем измерения по одному направлению. Преимущества радарного измерения уровня: (i) надежное, независимое от пыли, состава материала и высоких температур; (ii) высокая достоверность даже при зарядке; (iii) бес износ и обслуживание.

Вертикальный зонд

Дают температуру и состав газа по высоте печи. Состоят из кабелей в разных радиальных позициях, опускаемых к поверхности шихты и сдвигаемых движущимися твердыми телами до повреждения кончика при достижении высоких температур в нижней части. Измеряют температуру, давление и могут забирать газ для анализа. Могут оснащаться камерой для распределения размера частиц. Длины изношенных зондов указывают на расположение зоны сцепления. Дают максимальную информацию, но редко используются из-за дороговизны и сложного оборудования для подачи.

Термопары

Стены печи выложены термопарами, дающими важную информацию. Внезапные изменения показаний могут указывать на обвал черепка — стагнирующую застывшую массу на стенках.

Суровая среда (высокие температуры и давления в печи нагревания) сильно снижает ресурс термопар из-за загрязнения и миграции материалов кончика. Металлические оболочки нежизнеспособны выше 1200 °C. Альтернативные оболочки легко ломаются от расширения/сужения керамической кладки при нагреве. Внезапное сброс давления («снортинг») вызывает падение показаний на 20–30 °C на ~30 секунд, делая сигнал непригодным для автоматических систем управления переключением печей нагревания. Правильно установленная система инфракрасных пирометров обеспечивает точные измерения температуры для печей нагревания, преодолевая проблемы термопар.

Манометры на стенке печи

Давление газа измеряется в разных точках стенок. Поскольку газ течет через коксовые щели горизонтально, это влияет на давление на стенках. Информация о давлении используется для оценки формы зоны сцепления.

Прочие измерения

Включают: (i) давление, температуру, состав верхового газа; (ii) расход и нагрев охлаждающей воды; (iii) условия дутья; (iv) переменные чугуна и шлака; (v) используют бедровый зонд и т.д.; (vi) инфракрасные камеры для температуры поверхности шихты; (vii) термопары скин-флоу (мини-зонды). Эти измерения косвенно зависят от распределения шихты.

Дополнительные зонды: (i) зонд сканирования материала, (ii) туйерный зонд, (iii) керн-сэмплер, (iv) импакт-зонд, (v) радарный зонд уровня в ковше-торпеде, (vi) измерение сопротивления в оболочке печи.

Базовая функциональность оптимизации доменной печи

Оптимизация доменной печи — инновационная система, поднимающая автоматизацию на новый уровень. Типичное решение на базе проверенной базовой системы обеспечивает высокую доступность и эффективно объединяет сбор, обработку и визуализацию данных. Надежность и экономия затрат демонстрируются на практике.

Широкий спектр источников исходных данных (фронтенд-сигналы, объемы заряженного материала, лабораторные данные, события, результаты моделей, затратовые данные) хранится на протяжении всего жизненного цикла завода. Специализированные инструменты позволяют связывать процессную информацию с аналитическими данными и матрицами шихты. Гибкие интерфейсы, модульность и надежная программная архитектура обеспечивают легкую адаптацию и поддержку в меняющейся среде сырья, философии эксплуатации и связи со сторонними системами.

Помимо надежной базовой системы, ряд взаимодействующих процессных моделей поддерживает операторов и линейных менеджеров в ежедневных решениях. Металлургические модели делают процесс прозрачным. Заводские требования обычно встраиваются в эти модели.

Цель динамических моделей — непрерывно отображать и предсказывать статус процесса, а также управлять различными параметрами с применимой стратегией. Определение статуса основано на информации с полевых приборов. Примеры разработанных моделей: (i) распределение материала и положение зон конкретных материалов; (ii) газовое распределение; (iii) температурное распределение; (iv) тепловое состояние печи и ее частей; (v) химический состав чугуна и шлака в зоне выделения; (vi) уровень жидкости в печи; (vii) геометрия материальных зон (зона сцепления, зона выделения, dead man, долгосрочное тепловое сопротивление); (viii) геометрия шахты (скаффолды). Модели аналитического, эмпирического и эвристического характера. Расчет цикличен, выходы — геометрическое, тепловое и материальное состояние печи и ее характеристик.

Предиктивная модель выполняет реальную симуляцию на основе актуальных данных о вводах в печь. Модель зонального типа. Моделируются: газовый поток, материальный поток, тепловой процесс, химический процесс, физический процесс, геометрический процесс. Состояние печи определяется для каждого элемента с тепловым и материальным балансом. Расчет основан на информации из лаборатории и полевой инструментарии, позволяя закрывать балансы. Используются базовые химические реакции.

Сквозная прозрачность в реальном времени через актуальную визуализацию данных и металлургические модели ведет к лучшей коллаборации, улучшенным рабочим процессам, снижению ошибок и поддержке принятия решений. Даже важные параметры, такие как температура пламени и процент непрямого восстановления, реализованы как мягкие сенсоры (soft sensors), неотличимые от обычных измерений.

ИТ в металлургии смещается к мобильному доступу, опережая десктопный. HMI должен быть адаптивным и гибким, будь то десктоп или мультитач-интерфейс. Должен быть простым для эффективной работы операторов.

Автоматизация отдельных участков

Автоматизация силовика и зарядки печи

Может быть реализована от систем вагонных весов до полностью автоматических конвейерных/грохотных/дозаторных систем, подающих руду, кокс и прочие материалы в ковш или на ленточный кормовик. Включает возможность создания рецептур зарядки удаленно или через HMI с полностью автоматизированной программой «charge master». Программа отслеживает поток материала от бункеров силовика до подачи в печь с коррекцией сухого веса и компенсацией ошибок взвешивания для поддержания правильного состава и уровня шихты. Важный компонент — система сбора пыли для удаления выбросов при перегрузке материала.

Материальная система зарядки позволяет динамически назначать материалы бункерам силовика. Зарядная матрица связана с доступными материалами, а не с бункерами. Эффект — более гибкая эксплуатация без корректировок программ. Альтернативно — расширенная версия классической бункерной матрицы. Независимо от типа матрицы, интеллектуальная компенсация дозировочных отклонений считается должной. Управление силовиком рассчитывает все возможности наложения материалов на зарядной конвейер для ленточного кормовика. Вместе с комплексной функцией отслеживания материала от силовика до верха печи достигается плавная и эффективная работа.

Автоматизация зарядки верха печи

Включает: (i) программирование системы управления малой/большой колокольчиковой подачей материала и управление для бесколокольчиковых систем; (ii) мониторинг и контроль уровня верховой линии; (iii) системы нагнетажения и сброса давления верха печи; (iv) системы смазки; (v) минимум HART-приборов с интерфейсом HART; (vi) безопасное управление клапанами сброса давления (bleeder valves) с гидравлическими системами.

Разное зарядное оборудование дает разную степень контроля за зарядкой, определяющую распределение шихты. Даже с небольшим числом опций процесс может быть сложным и контр-интуитивным.

Для бесколокольчиковой зарядки предоставляются умные решения распределения для всех стандартных типов систем. Улучшенная версия распространенной кольцевой логики распределения дополняется опциями спиральной зарядки, полных колец, распределения по весу или времени. Это позволяет гибкие маржинальные модификации распределения между отдельными зарядками. Точечная и секторная зарядка дают гибкую возможность реагировать на реальный статус печи в сложных условиях. Плавное свободное распределение — комбинация кольцевого и точечного с вариацией скорости распределительного устройства. Сочетает стабильность кольцевого режима с гибкостью свободной формы.

Замкнутый контроль распределения шихты — уникальная функция для стабилизации процесса и снижения расхода топлива. На основе радиальных измерений температуры в шахте модель рассчитывает модификации схемы распределения для достижения целевого температурного профиля. Поддерживает либо вшихтовый, либо надшихтовый замеры температуры (конвенциональные и акустические).

Автоматизация собственно печи и печи

Включает контроль мониторинга процессных температур, трендинг и аварийную сигнализацию, анализ дымовых газов, системы надшихтовых и вшихтовых зондов. В составе системы мониторинга используются процессные и производственные расчеты и сторонние модели для операционных руководств. Данные включают: (i) изотермы печи и боковых стенок; (ii) распределение шихты; (iii) помол угля и впрыск порошкового угля (PCI); (iv) детектирование утечек туйер и тепловые потери; (v) процессные расчеты (адиабатическая температура пламени, проницаемость, скорость в туйерах); (vi) данные от/к системам 2-го уровня (исторические файлы и процессные модели).

Оптимизированная работа требует точной зарядки сырья: синтера, пеллет, руд, кокса, флюсов, добавок. Для корректировки зарядных уставок необходимо учитывать коксовый расход, основность шлака, актуальные анализы сырья и их влияние на параметры ДП. Процедура сложна и требует помощи компьютерной модели. Модель управления шихтой рассчитывает зарядную матрицу на основе оптимизированного состава, а модель распределения шихты улучшает использование газа через точное распределение материала.

С системой оптимизации операторы имеют полную прозрачность данных по всему процессу. Огромное множество процессных и мета-данных (смены, аварии, материалы) становится прозрачным, доступным и понятным через лаконичные отчеты. Умные тайлы (smart tiles) как застекленные двери автоматически отображают живую информацию из избранных приложений оператора, даже если приложение не запущено. При значительном отклонении от нормальных параметров связанные производственные данные оживают на главном экране, позволяя оператору принимать важные решения и корректирующие действия.

Цель модели управления шихтой — установить точный состав шихты, удовлетворяющий целевым значениям коксового расхода и расхода впрыскиваемого топлива, основности шлака, качества чугуна и скоростей зарядки шихты. Финальный результат — зарядная матрица, передаваемая в базовую автоматизацию для исполнения одним кликом. В сочетании с экспертной системой модель управления шихтой — центральная часть полностью автоматической оптимизации состава шихты.

Выгоды: (i) постоянное качество продукта — поддержание химических составов чугуна и шлака на заданных уровнях; (ii) смено-независимые модификации шихты — расчет нового состава выполняется автоматически с использованием последних анализов сырья и стандартизированных процедур; (iii) отсутствие ручного вмешательства оператора для расчета и активации новой зарядной матрицы.

Бесколокольчиковые зарядные желоба и колокольчиковые устройства с подвижной броней обеспечивают точное распределение слоев руды и кокса. Модель распределения шихты помогает операторам/менеджерам модифицировать реальное распределение для улучшения газопотока и проницаемости шихты по актуальным требованиям. Модель симулирует спуск шихты по шахте и рассчитывает реальную форму материальных слоев в верхней части шахты. Также вычисляет радиальный объем, химические свойства и распределение размера частиц с учетом сегрегации.

Онлайн-модель распределения шихты рассчитывает на основе актуальных данных зарядки и замеров верховой линии текущее распределение в верхней шахте. Дает оператору возможность своевременно обнаружить нерегулярности. В офлайн-режиме расчет основан на зарядной матрице и заданной верховой линии. Офлайн-модель — ценный инструмент для проектирования новых матриц распределения для оптимизированных газопотоков и проницаемости.

3D-мониторинг облицовки печи

Для безопасного, долговечного, надежного производства. Длительность кампании печи в основном определяется ресурсом печи. Мониторинг толщины огнеупора в стенках и дне печи важен для прогнозирования ресурса.

Модель износа печи включает математические алгоритмы, решающие обратную задачу теплопроводности в 3 пространственных измерениях на основе статистической оценки замеров термопар и коэффициентов теплопроводности огнеупоров. Модель рассчитывает профиль эрозии и формирование застывшего черепкового слоя. Вычисленная скорость износа вместе с остаточной толщиной стенки позволяет предсказать ресурс огнеупора печи.

Модель 3D-мониторинга включает пользовательские интерфейсы и отчеты для визуализации результатов на протяжении всей жизни печи. Для каждого расчета HMI-экраны показывают 3D-графики текущих и максимальных линий износа. Эффективно сравнивать контур с исходной облицовкой, отображать одну изотермическую зону с настраиваемой температурой (например, 1150 °C), выбирать горизонтальные и вертикальные угловые диапазоны.

Модель расчета теплового индекса

Энергопотребление и производительность ДП отражаются тепловым индексом, используемым для предсказания развития температуры чугуна и содержания кремния. Результат модели используется как вход для экспертной системы для управления тепловым состоянием процесса.

Модель расчета шахты

Выполняет материальный баланс на основе актуальных данных зарядки, используя материалы одной зарядки (один кокс и один слой шихты). Индивидуальные зарядки отслеживаются от верха печи до туйерной зоны. Результаты отображаются графически, позволяя оператору отслеживать изменения состава и распределения шихты. Модель также вычисляет время, когда изменения шихты становятся эффективными для чугуна и шлака.

Модель правдоподобия массового и энергетического баланса

Автоматически генерирует отчеты на основе актуальных данных зарядки, процесса и производства за заданный период с учетом времени удержания материала в печи. Расчет баланса используется для обнаружения накопления щелочных и цинковых циклов или выявления систематических погрешностей измерений. Последующий алгоритм правдоподобия указывает наиболее вероятные источники измерительных ошибок.

Автоматизация литейной площадки (cast house)

Стабильные и воспроизводимые операции выпуска необходимы для качества чугуна и установления плавного, эффективного процесса. Чистая и безопасная рабочая среда достигается хорошей планировкой, доступностью и эргономикой. Машины литейной площадки должны работать в слаженном взаимодействии. Автоматизация обеспечивает последовательную, безопасную работу. Включает: (i) контроль грязевой пушки и бурила для люка выпуска; (ii) мониторинг температуры желоба и распределительного желоба; (iii) управление наклонным распределительным желобом и мониторинг уровня чугуна в ковше; (iv) параметры процесса гранулирования шлака; (v) мониторинг систем сбора выбросов литейной площадки; (vi) схемы управления от радиоуправляемых belly box до полностью автоматической логики подъема пушки и автоматического бурения.

Модель управления выпуском рассчитывает актуальные скорости производства чугуна и шлака, а также скорости слива через открытые люки выпуска. Это позволяет непрерывно вычислять актуальное количество и уровень чугуна и шлака в печи. Результат модели используется как вход для экспертной системы, которая рекомендует открытие люка выпуска.

Автоматизация системы охлаждения печи

От распыльного охлаждения оболочки до замкнутого стойкового охлаждения — различные варианты охлаждения и мониторинга температуры управляются через хорошо инструментированную интегрированную систему управления. Мониторинг теплового потока и системы водоподготовки неотъемлемы для правильной работы охлаждения и долговечности печи.

Система детектирования утечек критических контуров охлаждения

Необходима с точки зрения безопасности. Риск при отсутствии быстрого обнаружения утечек. Расширающиеся трещины или малые утечки воды в трубах охлаждения могут ухудшить качество чугуна, привести к остановке производства, повреждению печи или, в худшем случае, к жертвам.

Система эффективного обнаружения утечек — не просто важная часть автоматизации, а неотъемлемая часть безопасности печи. Поэтому детектирование утечек проектируется в соответствии с требованиями стандарта безопасности инструментированных систем для процессной промышленности.

Автоматизация печей нагревания и подачи горячего дутья

Автоматизация печей нагревания — автоматический цикл клапанов для бесперебойной и стабильной подачи горячего дутья. Системы циклирования рассчитаны на 2, 3 и 4 печи. Включает управление процессными газами и стратегиями поджига, включая оптимизацию 1-го уровня и возможности управления горелками. Дополнительно — использование предварительно нагретого воздуха и газа для снижения расхода обогащающего газа в цикле нагрева. Мониторинг и контроль холодного дутья, контроль температуры горячего дутья, управление впрыском топлива входят в систему подачи горячего дутья.

Современные печи работают очень близко к максимальной температуре горячего дутья, которую могут выдержать печи нагревания. Если температура свода не растет достаточно быстро, передовые контролы обогащают доменный газ топливом с более высокой теплотворной способностью для ускорения нагрева. Оптимизированное управление сгоранием включает: (i) контроль избытка воздуха; (ii) учет анализа дымовых газов по кислороду или химическим горючим компонентам, или обоих; (iii) влияние температуры свода на коэффициент обогащения газа; (iv) секвенирование для 3 или 4 печей.

Оптимизация печей нагревания нужна для высокой эффективности, гибкости и экономии энергии. Процесс нагрева дутья имеет значительный потенциал экономии. Вызов — оптимизировать энергозатраты на печи нагревания, сохраняя температуру дутья на заданных целях расхода и времени дутья. Модель печей обеспечивает оптимизацию и экономию энергии за счет повышения эффективности печей.

Модель управления горячими печами сочетает краткосрочное прямое управление и более длительные самонастраивающиеся алгоритмы. Быстрый контроль корректирует скорость поджига для поддержания правильных параметров работы печей. Быстрые контролы снижают выбросы CO2 и максимизируют эффективность печей. Алгоритмы ИИ используются для оптимизации эффективности горячих печей. Самообучающиеся алгоритмы позволяют операторам выявлять и корректировать измерительные ошибки.

Модель поддерживает все режимы работы в комбинации с различными типами обогащенного газа. Все типы печей (Коупер, Калугин и др.), а также системы предварительного нагрева и тепловозврата обычно охвачены моделью.

Автоматизация газоочистного цеха

Доменный газ очищается различными методами: циклоны или пылоулавливатели для крупных частиц, затем аннулярные водяные распылители или электрофильтры. Полуочищенный газ используется для привода ТРТ (турбины восстановления энергии верхового газа) для возврата энергии. В любом случае системы очистки газа обеспечивают контроль давления верха печи и очищенный газ для повторного использования: нагрев печей нагревания, котельная ТЭЦ.

Замкнутая экспертная система доменной печи

Обычно проектируется по принципу «столько действий, сколько необходимо, а не сколько возможно». Цель — оптимизировать работу и сократить вмешательство операторов к минимуму. Экспертная система, обычно спроектированная как правило-базированная система принятия решений, противодействует процессным флуктуациям, вызванным изменениями состава и качества шихты, человеческим факторами и процессными условиями. Чем быстрее система реагирует на аномальную или меняющуюся ситуацию, тем плавнее общая работа печи. Точное синхронизирование контрольных действий и предвосхищение нарушений — ключевы для избежания критических условий и поддержания высокой производительности при низких затратах. Система обеспечивает значительное улучшение качества продукта и снижение расхода топлива при имеющихся шихтовых материалах.

Экспертная система рекомендует операционные изменения в двух этапах. Первый — анализ текущей ситуации (процессная диагностика). Система изучает явления в печи с использованием разного рода технических расчетов на основе огромного объема непрерывно собираемых измерений и аналитических данных. Второй — предложение корректирующих действий при необходимости. Обширный набор правил, выкованный опытными экспертами и операторами на основе причинно-следственных связей, дает рекомендации для лучшей практики и смено-независимой работы. Корректирующие действия для достижения и поддержания плавной работы сообщаются операторам. Действия могут исполняться в замкнутом режиме или после подтверждения оператора.

Набор основных корректирующих действий обеспечивает непрерывную смено-независимую работу. Руководство экспертной системы, особенно при пуске и остановке, ведет к экономии энергии и минимизации производственных потерь. Эта равномерная работа способствует продлению ресурса печи.

Контроль расхода топлива и впрыска

Экспертная система наблюдает тепловое состояние печи и предлагает изменение расхода топлива при значительных отклонениях от оптимальных условий. Согласно правилам базы знаний, предлагается изменение расхода впрыскиваемого топлива или кокса, исполняемое полностью автоматически.

Контроль основности шлака

На основе недавних анализов шлака и данных температуры чугуна экспертная система рекомендует изменения в составе шихты при обнаружении отклонения от целевой основности. Работая с моделью управления шихтой, новая зарядная матрица рассчитывается автоматически и передается в систему управления для исполнения.

Контроль обогащения кислородом и добавки пара

Контроль обогащения кислородом рассчитывает оптимизированную скорость добавки кислорода для достижения целевой производительности чугуна. Критические ситуации при быстром росте производительности избегаются. Экспертная система использует добавку пара для поддержания проницаемости шихты на целевом уровне. Благодаря быстрым циклам контроля возможно точное дозирование пара именно в нужном процессе количестве, напрямую ведущее к экономии энергии.