高炉喷煤的三电系统设计
王 建 华
（1. 安徽工业大学，安徽 马鞍山 243000；2. 江苏大峘集团有限公司，江苏 南京211112）
摘 要：介绍了高炉喷煤中电气、仪表、自动化系统的设计过程。 关键词：高炉喷煤；三电系统设计；全自动喷吹。 中图分类号：TF538.6；TP273
1
引 言
在高炉喷煤生产中，必需保证连续稳定喷吹，才能更有效的降低炼铁成本。因此，在选择了先进的工艺及优质的设备后，电气、仪表、自动化系统（以下简称“三电系统”）的稳定性就直接决定了高炉喷煤的效率。
1 高炉喷煤系统主要设备及三电系统设计范围
1.1高炉喷煤系统主要设备
（1）上料系统：电磁除铁器、计量皮带机、大倾角皮带机、配仓皮带机等。 （2）烟气系统：高温引风机、烟气炉、助燃风机、冷却风机、各类电动阀门等。
（3）制粉系统：全封闭给煤机、液动棒条阀、磨煤机、煤粉防爆气箱式收粉器、煤粉仓、叶轮给料机、木屑分离器、排粉风机等。
（4）喷吹系统：喷吹罐、气动调节阀、喷枪主阀、喷枪清扫阀、煤粉流量调节阀、高炉喷煤支管测堵仪、支管分配器、各类气动球阀等。
1.2. 高炉喷煤三电系统设计范围
高炉喷煤通常建设高压配电室、低压配电室、变压器室、PLC 控制系统室、主控室等电气室。系统三电系统设计包括高、低压电气设计、自动控制系统及软件设计、仪表及监控系统设计、防雷接地设计、火灾报警系统设计、电气施工图设计、仪表施工图设计等。
2 高炉喷煤的控制方式
收稿日期：2011-04-20
作者简介：王建华（1979-），男，工程师。电话：[1**********]，E-mail:wangjianhua@mountop.com.cn
高炉喷煤的电气设备按照拖动类型可分为电气拖动、气动拖动、电磁拖动等。电气拖动通过低压柜、现场操作箱、PLC 控制系统实现；气动拖动、电磁拖动则通过PLC 控制系统、现场操作箱来实现。高炉喷煤电气设备的控制方式按照控制类型通常分为现场操作箱控制方式和PLC 自动控制方式两种：
（1）现场操作箱控制方式：采用现场操作方式可使设备调试和维护更加独立，一方面，简单的调试方式可在工程施工阶段缩短调试时间，另一方面，直观、方便的操作方式便于后期的设备维护，有效的降低维修时间，能为高炉喷煤的高效生产奠定良好的基础。
（2）PLC 控制方式： PLC自动控制方式为正常生产使用的控制方式，在调试完成PLC 程序及人机界面后，由操作工在上位机人机界面对生产进行控制、设置以及检测设备的运行状态，完成生产任务。
3 高炉喷煤的三电系统设计
3.1. 电气设计
高炉喷煤的三电系统设计主要包括高压配电设计、低压配电设计等。 3.1.1高压配电设计
在高炉喷煤中，需要高压设计的设备通常为喷煤变压器、磨煤机、排粉风机、高温引风机、空压站等。按照不同项目各自的工艺需要，选用设备的功率及数量有所不同。规模较大的项目高压设备数量较多，通常在高炉喷煤区域建设独立的高配室，工程界面为高压柜进线端；规模较小的项目高压设备数量较少，高压部分可在炼铁项目电气设计中一并设计，预留高炉喷煤项目需要的出线柜，这样可省去高炉喷煤区域高配室的投资，并可省去高压配电系统的进线柜、PT 柜、电容柜等设备，工程界面为高压电机及变压器的进线端。
3.1.2 低压配电设计
低压控制系统设计主要包括变压器、低压柜、现场操作箱、检修动力电源、照明系统的设计等，高炉喷煤是炼铁项目中相对独立的系统，通常采用独立的变压器通过封闭母线将变压器电源送至低压柜进线端，为区域内低压设备供电。区域内所有的低压电源均取自各低压柜；区域内主要电机拖动的电气设备控制回路也安装于各低配柜内。现场操作箱面板上安装按钮、指示灯、电流表等电器元件。低压配电室内通常放置低压柜、软起动柜、水阻柜、变频器柜、380/220V变压器柜等设备。
3.2自动控制系统设计
自动控制系统设计主要包括PLC 柜设计、不间断电源设计、集成控制系统设计、PLC 系统软件编制、HMI 人机界面软件编制等。区域内主要电磁拖动的电气设备控制回路、电动、气动执行机构的控制回路也安装于各PLC 柜内。 3.2.1 集成控制系统设计
以某高炉喷煤工程为例，该工程以PLC 自动控制系统为核心完成高炉喷煤的生产任务以及对生产状态的监控任务。该系统采用以ControlLogix 控制器为核心的PLC 控制系统。设备控制采用DeviceNet 总线。在高炉输煤管道及喷枪控制部分采用了远程I/O平台，通过ControlNet 链路与之相连。采用光纤网交换机将喷煤系统与炼铁项目总网连接，实现高炉喷煤主控室本地监控或在高炉主控室远程监控。 3.2.2 过程控制设计
根据工艺需要，对高炉喷煤工程的所有电气设备进行PLC 控制，对所有仪表信号进行检测、分析。设计控制顺序表、连锁表等。高炉喷煤工程的自动化水平直接决定了高炉喷煤的效益，目前，制粉系统主要有进入烟气炉燃烧的煤气空气流量比自动控制、高温引风机烟气量自动控制、自动配煤系统、磨机入口负压自动调解、排风风机流量自动调解等；喷吹系统主要有喷吹罐自动均压、喷吹用气流量自动跟踪、自动倒罐、全自动控制流量喷吹、高炉喷煤管道全自动控制等。 3.2.3 软件设计
应用LOGIX5000 V17.00软件编程， FTView 5.0软件组态HMI 监控画面。根据工艺要求编制程序和画面。PLC 控制系统将通讯、控制、计算机、与现场仪表有机地结合起来，完成数据采集，集中、分散控制，数据归档，报警记录，生产报表等任务。
3.3仪表及监控系统设计
（1）高炉喷煤的检测仪表通常包括温度检测、压力检测、流量检测、料位检测、重量检测、气体分析、电动执行机构、气动执行机构、皮带输送计量等，如表1所示。
表1 高炉喷煤的检测仪表
（2） 高炉喷煤的监控系统设计包括设备运行状态监控、危险区域监控及烟气炉燃烧情况监控、高炉风口监控的设计。
(3)设备运行状态监控通常采用红外线摄像头对主要设备的运行情况进行监控，危险区域监控采用红外线摄像头对煤场、皮带机等大范围内运行的设备进行监控，保证设备及人员的安全。
(4)烟气炉燃烧情况监控采用高温摄像头对烟气炉的燃烧及火焰情况进行监控，以防止熄火造成的中毒或爆炸事故。
(5)高炉风口监控采用特殊的高温摄像头对每支喷枪出口的煤粉燃烧情况进行监控，全面掌握煤粉的分配及燃烧情况。
3.4 三电系统其他设计
3.4.1 避雷、接地设计
高炉喷煤的主厂房通常都在30米以上，较高的建筑高度对避雷要求较高。接地系统通常采用单独接地方式，如避雷接地、高压柜接地、变压器接地、低压柜接地、PLC 柜接地等，根据项目所在地区域的不同通常需要将各类接地分开或集中布置。 3.4.2 火灾报警系统设计
在高炉喷煤部分区域设计火灾报警系统，主厂房内配置消防泵及消防栓等消防设备。主要设计对象有感烟火灾探测器、感温火灾探测器、火灾报警主机、手动报警按钮、声光报警器、消防泵启动按钮等。 3.4.3 电气及仪表施工图设计
电气施工图设计主要包括桥架走向设计、管线走向设计及管线表设计等。仪表施工图设计主要包括仪表安装图、仪表管线走向设计等。
4 高炉喷煤的三电系统设备选型
设备选型本着实用合理的原则，需要考虑电气元件应用的普遍性、应用技术的成熟性，同时兼顾性价比，以及是否可以便捷的安装，是否有利于缩短施工工期，是否便于备品备件的采购。
5 结束语
高炉喷煤的三电系统设计直接决定高炉喷煤连续稳定运行的效率。目前，我们在国内多家钢铁企业的高炉喷煤中成功运用了全自动喷吹，经过对比分析，国产系统已经达到或者超过了国外引进的水平。
高炉喷煤的三电系统设计
王 建 华
（1. 安徽工业大学，安徽 马鞍山 243000；2. 江苏大峘集团有限公司，江苏 南京211112）
摘 要：介绍了高炉喷煤中电气、仪表、自动化系统的设计过程。 关键词：高炉喷煤；三电系统设计；全自动喷吹。 中图分类号：TF538.6；TP273
1
引 言
在高炉喷煤生产中，必需保证连续稳定喷吹，才能更有效的降低炼铁成本。因此，在选择了先进的工艺及优质的设备后，电气、仪表、自动化系统（以下简称“三电系统”）的稳定性就直接决定了高炉喷煤的效率。
1 高炉喷煤系统主要设备及三电系统设计范围
1.1高炉喷煤系统主要设备
（1）上料系统：电磁除铁器、计量皮带机、大倾角皮带机、配仓皮带机等。 （2）烟气系统：高温引风机、烟气炉、助燃风机、冷却风机、各类电动阀门等。
（3）制粉系统：全封闭给煤机、液动棒条阀、磨煤机、煤粉防爆气箱式收粉器、煤粉仓、叶轮给料机、木屑分离器、排粉风机等。
（4）喷吹系统：喷吹罐、气动调节阀、喷枪主阀、喷枪清扫阀、煤粉流量调节阀、高炉喷煤支管测堵仪、支管分配器、各类气动球阀等。
1.2. 高炉喷煤三电系统设计范围
高炉喷煤通常建设高压配电室、低压配电室、变压器室、PLC 控制系统室、主控室等电气室。系统三电系统设计包括高、低压电气设计、自动控制系统及软件设计、仪表及监控系统设计、防雷接地设计、火灾报警系统设计、电气施工图设计、仪表施工图设计等。
2 高炉喷煤的控制方式
收稿日期：2011-04-20
作者简介：王建华（1979-），男，工程师。电话：[1**********]，E-mail:wangjianhua@mountop.com.cn
高炉喷煤的电气设备按照拖动类型可分为电气拖动、气动拖动、电磁拖动等。电气拖动通过低压柜、现场操作箱、PLC 控制系统实现；气动拖动、电磁拖动则通过PLC 控制系统、现场操作箱来实现。高炉喷煤电气设备的控制方式按照控制类型通常分为现场操作箱控制方式和PLC 自动控制方式两种：
（1）现场操作箱控制方式：采用现场操作方式可使设备调试和维护更加独立，一方面，简单的调试方式可在工程施工阶段缩短调试时间，另一方面，直观、方便的操作方式便于后期的设备维护，有效的降低维修时间，能为高炉喷煤的高效生产奠定良好的基础。
（2）PLC 控制方式： PLC自动控制方式为正常生产使用的控制方式，在调试完成PLC 程序及人机界面后，由操作工在上位机人机界面对生产进行控制、设置以及检测设备的运行状态，完成生产任务。
3 高炉喷煤的三电系统设计
3.1. 电气设计
高炉喷煤的三电系统设计主要包括高压配电设计、低压配电设计等。 3.1.1高压配电设计
在高炉喷煤中，需要高压设计的设备通常为喷煤变压器、磨煤机、排粉风机、高温引风机、空压站等。按照不同项目各自的工艺需要，选用设备的功率及数量有所不同。规模较大的项目高压设备数量较多，通常在高炉喷煤区域建设独立的高配室，工程界面为高压柜进线端；规模较小的项目高压设备数量较少，高压部分可在炼铁项目电气设计中一并设计，预留高炉喷煤项目需要的出线柜，这样可省去高炉喷煤区域高配室的投资，并可省去高压配电系统的进线柜、PT 柜、电容柜等设备，工程界面为高压电机及变压器的进线端。
3.1.2 低压配电设计
低压控制系统设计主要包括变压器、低压柜、现场操作箱、检修动力电源、照明系统的设计等，高炉喷煤是炼铁项目中相对独立的系统，通常采用独立的变压器通过封闭母线将变压器电源送至低压柜进线端，为区域内低压设备供电。区域内所有的低压电源均取自各低压柜；区域内主要电机拖动的电气设备控制回路也安装于各低配柜内。现场操作箱面板上安装按钮、指示灯、电流表等电器元件。低压配电室内通常放置低压柜、软起动柜、水阻柜、变频器柜、380/220V变压器柜等设备。
3.2自动控制系统设计
自动控制系统设计主要包括PLC 柜设计、不间断电源设计、集成控制系统设计、PLC 系统软件编制、HMI 人机界面软件编制等。区域内主要电磁拖动的电气设备控制回路、电动、气动执行机构的控制回路也安装于各PLC 柜内。 3.2.1 集成控制系统设计
以某高炉喷煤工程为例，该工程以PLC 自动控制系统为核心完成高炉喷煤的生产任务以及对生产状态的监控任务。该系统采用以ControlLogix 控制器为核心的PLC 控制系统。设备控制采用DeviceNet 总线。在高炉输煤管道及喷枪控制部分采用了远程I/O平台，通过ControlNet 链路与之相连。采用光纤网交换机将喷煤系统与炼铁项目总网连接，实现高炉喷煤主控室本地监控或在高炉主控室远程监控。 3.2.2 过程控制设计
根据工艺需要，对高炉喷煤工程的所有电气设备进行PLC 控制，对所有仪表信号进行检测、分析。设计控制顺序表、连锁表等。高炉喷煤工程的自动化水平直接决定了高炉喷煤的效益，目前，制粉系统主要有进入烟气炉燃烧的煤气空气流量比自动控制、高温引风机烟气量自动控制、自动配煤系统、磨机入口负压自动调解、排风风机流量自动调解等；喷吹系统主要有喷吹罐自动均压、喷吹用气流量自动跟踪、自动倒罐、全自动控制流量喷吹、高炉喷煤管道全自动控制等。 3.2.3 软件设计
应用LOGIX5000 V17.00软件编程， FTView 5.0软件组态HMI 监控画面。根据工艺要求编制程序和画面。PLC 控制系统将通讯、控制、计算机、与现场仪表有机地结合起来，完成数据采集，集中、分散控制，数据归档，报警记录，生产报表等任务。
3.3仪表及监控系统设计
（1）高炉喷煤的检测仪表通常包括温度检测、压力检测、流量检测、料位检测、重量检测、气体分析、电动执行机构、气动执行机构、皮带输送计量等，如表1所示。
表1 高炉喷煤的检测仪表
（2） 高炉喷煤的监控系统设计包括设备运行状态监控、危险区域监控及烟气炉燃烧情况监控、高炉风口监控的设计。
(3)设备运行状态监控通常采用红外线摄像头对主要设备的运行情况进行监控，危险区域监控采用红外线摄像头对煤场、皮带机等大范围内运行的设备进行监控，保证设备及人员的安全。
(4)烟气炉燃烧情况监控采用高温摄像头对烟气炉的燃烧及火焰情况进行监控，以防止熄火造成的中毒或爆炸事故。
(5)高炉风口监控采用特殊的高温摄像头对每支喷枪出口的煤粉燃烧情况进行监控，全面掌握煤粉的分配及燃烧情况。
3.4 三电系统其他设计
3.4.1 避雷、接地设计
高炉喷煤的主厂房通常都在30米以上，较高的建筑高度对避雷要求较高。接地系统通常采用单独接地方式，如避雷接地、高压柜接地、变压器接地、低压柜接地、PLC 柜接地等，根据项目所在地区域的不同通常需要将各类接地分开或集中布置。 3.4.2 火灾报警系统设计
在高炉喷煤部分区域设计火灾报警系统，主厂房内配置消防泵及消防栓等消防设备。主要设计对象有感烟火灾探测器、感温火灾探测器、火灾报警主机、手动报警按钮、声光报警器、消防泵启动按钮等。 3.4.3 电气及仪表施工图设计
电气施工图设计主要包括桥架走向设计、管线走向设计及管线表设计等。仪表施工图设计主要包括仪表安装图、仪表管线走向设计等。
4 高炉喷煤的三电系统设备选型
设备选型本着实用合理的原则，需要考虑电气元件应用的普遍性、应用技术的成熟性，同时兼顾性价比，以及是否可以便捷的安装，是否有利于缩短施工工期，是否便于备品备件的采购。
5 结束语
高炉喷煤的三电系统设计直接决定高炉喷煤连续稳定运行的效率。目前，我们在国内多家钢铁企业的高炉喷煤中成功运用了全自动喷吹，经过对比分析，国产系统已经达到或者超过了国外引进的水平。