Курсовая работа: Автоматизированная система контроля и компенсации контролируемых возмущений доменной печи на ПАО Северсталь

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ. 3

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА И ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА. 7

1.1. Краткая характеристика доменной печи №5 Череповецкого меткомбината. 7

1.2. Технологическая схема подготовки и подачи агломерата на ДП-5. 12

1.3. Анализ существующей системы управления и выявленные проблемы.. 18

1.4. Технико-экономическое обоснование проекта. 23

ГЛАВА 2. ВЫБОР СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ.. 29

2.1. Выбор средства измерения влажности агломерата online. 29

2.2. Интеграция в существующую АСУ ТП печи №5. 34

2.3. Проектирование структуры системы компенсации. 39

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ. 43

3.1. Математическая модель компенсации. 43

3.2. Алгоритм работы системы (блок-схема) 47

3.3. Описание интерфейса в SCADA Ovation. 49

ГЛАВА 4. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ.. 53

4.1. Расчет капитальных затрат (КВЛ) 53

4.2. Расчет годового экономического эффекта. 54

4.3. Расчет срока окупаемости. 56

4.4. Мероприятия по надежности и безопасности. 57

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 60

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ. 62

ВВЕДЕНИЕ

Черная металлургия остается основой промышленного комплекса России, и ее конкурентоспособность в современных экономических условиях напрямую зависит от эффективности и ресурсосбережения. ПАО «Северсталь», являясь одним из лидеров отечественной металлургии, уделяет первостепенное внимание вопросам технологической модернизации, снижения себестоимости продукции и повышения энергоэффективности. В этом контексте доменный передел, как наиболее энергоемкая стадия производства чугуна, представляет собой ключевую область для оптимизации.

На Череповецком металлургическом комбинате (ЧМК) работают мощные доменные печи (ДП), среди которых доменная печь №5 с полезным объемом 5580 м³ является критически важным агрегатом. Технологический процесс доменной плавки характеризуется высокой инерционностью и сложностью физико-химических взаимодействий. Устойчивость и оптимальность хода печи, определяющие ее технико-экономические показатели (производительность, удельный расход кокса, долговечность огнеупорной кладки), в решающей степени зависят от стабильности состава и свойств шихтовых материалов.

В условиях современного производства одним из наиболее значимых и трудноуправляемых возмущающих воздействий являются колебания влажности окускованного сырья, в первую очередь – агломерата, составляющего основную часть шихты (до 60-70%). Агломерат поступает на шихтовый двор доменного цеха с аглофабрики, где в процессе его производства и последующего охлаждения влажность может варьироваться в значительных пределах (от 3% до 10% и более) в зависимости от сезона, технологии охлаждения, качества исходной руды и других факторов.

Физическая суть негативного влияния избыточной влажности агломерата заключается в нарушении теплового баланса горна доменной печи. Вся влага, внесенная с шихтой, в зонах высоких температур (выше 1000°C) испаряется, а образовавшийся пар нагревается до температуры газового потока (около 1500-2000°C). На эти эндотермические процессы – испарение и перегрев – расходуется значительное количество тепла. Эмпирически установлено, что для компенсации тепловых потерь от каждого дополнительного 1% влаги в шихте требуется увеличить расход природного газа на 7-8 м³ на тонну чугуна или эквивалентное количество кокса (примерно 8-10 кг/т чугуна). При суточном производстве чугуна на ДП-5 порядка 10-12 тысяч тонн даже незначительное неучтенное отклонение влажности на 0,5% приводит к ежесуточным избыточным затратам энергоресурсов, исчисляемым сотнями тысяч рублей, а в годовом масштабе – десятками миллионов рублей.

В существующей практике на большинстве металлургических предприятий, включая ЧМК, оператор-доменщик управляет тепловым режимом печи, опираясь на косвенные показатели (состав колошникового газа, температура горна, скорость хода печи) и эмпирические данные о влажности, которые либо носят усредненный характер (лабораторные анализы с большой задержкой), либо вовсе не учитываются в режиме реального времени. Это приводит к запаздывающему и часто избыточному регулированию, «раскачиванию» режима, снижению эффективности и росту себестоимости.

Данная проблема обостряется в свете действия Федерального закона №261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности», а также собственных амбициозных корпоративных стандартов «Северстали» в области энергоменеджмента и устойчивого развития. Таким образом, разработка и внедрение системы оперативного автоматического контроля и компенсации колебаний влажности агломерата переходит из разряда задач по совершенствованию в разряд критически важных для обеспечения экономической и технологической устойчивости основного производства.

Цель курсовой работы:

Разработать технически и экономически обоснованный проект автоматизированной системы контроля и компенсации колебаний влажности агломерата для доменной печи №5 ПАО «Северсталь» (Череповец), направленный на стабилизацию теплового режима печи путем автоматической коррекции температуры горячего дутья в реальном времени.

Задачи исследования:

Для достижения поставленной цели необходимо последовательно решить следующие задачи:

• 1. Провести анализ технологического процесса доменной плавки на ДП-5 и детально изучить материальный поток агломерата по цепочке «аглофабрика – склад – шихтовый двор – загрузка доменной печи» для определения оптимальной точки контроля влажности.
• 2. Проанализировать существующую архитектуру системы КИПиА и АСУ ТП доменной печи №5, выявить интерфейсы для интеграции, оценить возможности существующего программно-аппаратного комплекса по приему и обработке дополнительного сигнала в режиме реального времени.
• 3. На основе сравнительного анализа современных методов измерения влажности сыпучих материалов в потоке выбрать тип, модель и место установки влагомера на ленточный конвейер подачи агломерата. Определить необходимые аппаратно-программные средства (датчики, контроллеры, сетевые интерфейсы) для его интеграции в действующую АСУ ТП.
• 4. Разработать математическую модель и алгоритм компенсации, связывающий измеренное значение влажности агломерата с необходимой поправкой к заданию на температуру дутья. Алгоритм должен учитывать теплофизические расчеты, инерционность процесса и обеспечивать плавное и своевременное управляющее воздействие.
• 5. Спроектировать общую структуру автоматизированной системы, включая функциональные схемы автоматизации, описать изменения в программном обеспечении АСУ ТП, разработать концепцию операторских интерфейсов (мнемосхемы, графики трендов, сигнализации). Провести оценку ожидаемого экономического эффекта от внедрения системы на основе расчетов снижения удельного расхода природного газа и кокса.

Объект исследования

Технологический процесс и система автоматического управления доменной печью №5 (полезный объем 5580 м³) доменного цеха ПАО «Северсталь» в г. Череповец.

Предмет исследования

Метод и технические средства автоматической компенсации теплового возмущения, вызванного колебаниями влажности агломерата, посредством оперативной коррекции температуры горячего дутья в рамках действующей АСУ ТП.

Реализация данного проекта позволит перейти от реактивного, основанного на опыте оператора, управления к предиктивно-адаптивному, минимизировать влияние одного из ключевых возмущений, повысить стабильность хода печи и добиться существенной экономии энергоресурсов, что соответствует стратегическим целям повышения эффективности производства ПАО «Северсталь».