中钢​使用​NI PXI​与​LabVIEW​搭建​烧​结​台​车​的​漏​气​检测​系统

Dr. Wang Chih-​Chung, China Steel Corporation (Taiwan)

"我们​的​解决​方案​能够​明显​有效​地​提高​人员​安全​保障、​节约​能源、​减少​二氧化碳​排放量,​并​增加​产量。"

- Dr. Wang Chih-​Chung, China Steel Corporation (Taiwan)

挑战:

为了​提高​烧​结​工厂​的​产​能,​我们​需要​采用​一种​有效​的​漏​气​检测​方式,​以​探测​漏​气​量​以及​漏​气​来源,​并​分析​漏​气​数据,​作为​烧​结​台​车​定期​检修​更换​的​依据。

解决​方案:

采用​声​压​麦克​风,​在​空气​噪音​学​和​NI​软​硬件​的​基础​上,​开发​检测​系统,​快速​检测​台​车​的​漏​气​情况,​达到​节​能、​减​碳、​增产​以及​提升​品质​的​目标。

作者:

Dr. Wang Chih-​Chung - China Steel Corporation (Taiwan)
​王 智​中 - 中國​鋼鐵​股份​有限公司

 

炼铁厂​主要​提供​炼钢​时​所需​的​铁​水​和​原材料,​而​炼焦炉​与​烧​结​工厂​分别​供应​高炉​炼铁​所需​的​炼铁​原料,​焦碳​和​烧​结​矿。 烧​结​工厂​主要​生产​烧​结​矿,​它是​高炉​炼铁​的​原料。 其​主要​制作​过程​是​将​各种​铁矿石​(Iron Ore)、​助​熔​剂​(Flux​如​石灰石)、​焦碳​屑​(Coke Breeze)​等​原料​按​规定​比例​混合,​经​勻​拌​滚筒​加水​搅拌​造​粒​后,​送​至​烧​结​厂​进行​煅​烧。 烧​结​完成​的​烧​结​矿​经​轧碎​筛选​后,​5~50mm​合格​粒度​的​烧​结​矿​会​送​至​高炉​作为​炼铁​的​主要​原料。

 

烧​结​厂​面临​的​困难

烧​结​过程​中​一项​重要​的​检测​烧​结​状况​好坏​的​指标​是​烧​结​透​气​性​(JPU)。 生成​过程​中​透​气​性的​好坏,​则​是​取决​于​排​气​系统​的​通风​量。 烧​结​机​是​排​气​系统​中​最​直接​与​原料​接触​且​最​容易​发生​漏​气​的​部位。

 

烧​结​机​结构​由​多个​烧​结​台​车​组成,​每部​台​车​前后​的​密封​装置​与​台​车​横梁​底部​和​风箱​侧边​坚硬​的​金属​材​质​平板​接触。​为了​防止​与​锋利​的​烧​结​料​摩擦,​进而​产生​刮痕​和​漏​气,​烧​结​过程​中​需​留有​一定​的​膨胀​空间。 一旦​烧​结​机​台​车​发生​漏​气,​将​导致​通风​量​减少,​直接​造成​粒子​难以​形成,​降低​烧​结​矿​的​产量。

 

完好​的​烧​结​台​车​没有​漏​气​状况,​排​气​系统​的​风​扇​负担​较​低,​用​电量​较​少。 对于​发生​漏​气​的​烧​结​台​车,​风​扇​必须​以​较​高​的​转​速​来​维持​一定​的​通风​量,​此时​驱动​风​扇​的​马达​会​提供​较​高​的​驱动​电流,​因而​消耗​较​多​的​电量。 为了​提高​烧​结​工厂​的​产​能,​我们​需要​采用​一种​有效​的​漏​气​检测​方式,​以​探测​漏​气​量​以及​漏​气​来源,​并​分析​漏​气​数据,​作为​烧​结​台​车​定期​检修​更换​的​依据。

 

以往​的​漏​气​检测​方法

以往​我们​依靠​人力​在​烧​结​机​操作​过程​中​进行​检测,​人员​必须​长​时间​暴露​在​高​粉​尘​及​高​噪音​(约​90-110​分贝)​的​环境​下,​利用​自己​的​眼力、​听力​作出​判断。 然而,​漏​气​来源​可能是​料​面​或​台​车​本身​等​各个​不同​的​部位,​人力​难以​追踪​漏​气​发生​的​地方。

且​漏​气​造成​的​噪音​大小​与​漏​气​量​无​绝对​关系。 单凭​听力​难以​判断​漏​气​是否​严重。 此外​人力​检测​的​结果​难以​量化、​记录,​无法​作为​烧​结​台​车​定期​检修​的​可靠​参考。

 

为了​提高​测试​率,​避免​人员​因​长​时间​暴露​在​恶劣​的​环境​下​所​受到​的​健康​危害,​我们​希望​建立​自动​化​漏​气​测试​系统,​人员​可在​电气​室内​操作​该​系统​进行​即时​测试,​监测​现场​各​烧​结​台​车​的​漏​气​情况。​同时​利用​该​系统​进行​信号​分析、​资料​记录,​作为​今后​烧​结​台​车​定期​检修​的​依据。

 

为何​选用​NI​产品

IT​的​价值​在于​能​将​分析​问题​予以​定性​和​定量,​达到​将​问题​视觉​化​呈现​的​目的。 在​搭建​烧​结​台​车​漏​气​时,​我们​必须​知道​如何​识别​漏​气​现象,​如何​识别​不同​的​漏​气​形态​并​量化​其​影响​程度,​且​基于​计算​性​维护​及​工作​能力​考量,​如何​选择​最​需要​维护​的​台​车。

 

在​选择​信号​采集​和​分析​仪器​平台​上,​我们​则​需要​考虑​平台​编​程​语言​的​方便​性、​计算​能力、​硬件​沟通​性​及​长期​使用​下​的​可靠性​等​因素。 NI​针对​各种​不同​测量​需求​推出​各种​可靠​的​模组​化​硬件,​搭配NI LabVIEW与​各种​函数​工具箱,​可以​快速​开发​灵活、​高​整合​度​的​自​定制​系统,​能够​完全​满足​以上​考量​需求。 该​系统​结合​声音​阵​列、​RFID​技术​与​NI-​PXI​平台,​为​自动​化​漏​气​测试​系统​提供​了​一个​良好​的​解决​方案。

 

解决​方案​介绍

我们​采用​声​压​麦克​风,​在​空气​噪音​学的​基础​上,​开发​最佳​检测​法则,​以​检测​台​车​的​漏​气​情况。 同时​利用​阵​列​架构,​全​方位​检测​台​车​每​个​部位​的​漏​气​情况,​再​搭配​NI PXI​机​箱、​PXI-8106​嵌入式​控制器和PXI​声音​与​振动​模块来​进行​数据​采集。 我们​将​LabVIEW​作为​开发​平台,​加速​检测​及​验证​方法​的​可行性,​并​检测​系统​的​稳定​性。 提供​即时​台​车​漏​气​信息,​通过​适当的​维护,​达到​节​能、​减​碳、​增产​及​提升​品质​的​目标。

 

测试​结果

我们​将​开发​完毕​的​自动​化​测试​系统​置​于​中钢​一号​烧​结​厂​中,​测试​并​记录​各​台​台​车​的​漏​气​情况。 我们​依照​测量​结果​对​漏​气​情况​最​严重​的​20​台​台​车​进行​检修,​获得​了​良好​的​结果。 定​修​前​的​平均​产量​为​6205​顿/​日,​定​修​后​平均​产量​为​6292​顿/​日,​产量​约​增加​87​顿/​日,​平均​产​率​约​增加​0.65%。

 

烧​结​台​车​系统​除​定期​检修​时间​外,​24​小时​不断​运作,​因此​我们​仅​对​20​台​台​车​进修​了​检修,​产量​就有​明显​提升。 在​固定​产量​目标​下,​减少​烧​结​台​车​的​漏​气,​试图​增加​通过​烧​结​台​车​的​有效​风​量,​可​减少​驱动​烧​结​台​车​风​扇​的​负担,​进而​降低​驱动​风​扇​马达​的​驱动​电流。

 

改善​前​的​耗​电量​为​3282​千瓦/​小时,​改善​后​的​耗​电量​约​为​3245​千瓦/​小時,​由此​平均​每年​可​节省​约​54​万​台币​的​电​费。 而​在​整体​烧​结​过程​中,​以​每​度​电​会​产生​0.637​公斤​的​二氧化碳​计算,​使用​该​系统​后,​每年​将​可​减少​约​198​顿​的​二氧化碳​排放量。 此外,​低​漏​气​量​将​提高​烧​结​矿​的​合格​率。 因​粒径​不合格​而​必须​回收​的​烧​结​矿​数量​减少,​可​降低​回收​成本​并​避免​重复​烧​结​所​造成​的​能源​浪费。 

 

而且,​烧​结​完毕​的​烧​结​矿​将​作为​高炉​冶炼​铁​水​的​主要​原料。 当中​钢​本身​生产​提供​高炉​使用​的​烧​结​矿​数量​不足​时,​就​必须​向​外界​购买​焦煤​球​团​矿​作为​替代​原料​之一。 以往​中钢​冶炼​过程​中​使用​的​烧​结​矿/​球​团​矿​比率​约​为​78%/​22%。 在​定​修​之后,​烧​结​工厂​能​提供​的​烧​结​产量​大幅​提升,​烧​结​矿/​球​团​矿​比率​可​达到​82%/​18%。 而​生成​烧​结​矿​的​费用​比​外​购​球​团​矿​来​得​低,​因此​计算​若​以​烧​结​矿​取代​球​团​矿​的​增产​效益​约​为​1.8​千万​台币/​年。 且​以​烧​结​矿​作为​原料​的​燃烧​效率​比​球​团​矿​好,​所以​当​烧​结​矿产​能​提升,​也能​提高​高炉​的​产​能,​节省​高炉​的​能源​使用,​进而​降低​整个​钢铁​生产​的​成本。

 

选择​NI​软​硬件​的​益处

在此​方案​中,​NI​提供​系统​开发​的​咨询​及​支持,​帮助​我们​加速​开发​及​验证​整个​绿色​能源​工程​方案​的​可行性,​未来​将​导入​此​技术​在​其他​烧​结​工厂​使用。 我们​的​解决​方案​能够​明显​有效​地​提高​人员​安全​保障、​节约​能源、​减少​二氧化碳​排放量,​并​增加​产量。

 

作者​信息:

Dr. Wang Chih-​Chung
China Steel Corporation (Taiwan)
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