高爐煉鐵噴煤系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)計(jì)

張金鐘

首鋼通鋼股份有限公司煉鐵事業(yè)部 吉林 通化 134003

引言

煉鐵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中高爐噴吹煤粉工藝不僅可對(duì)高爐煉鐵工藝加以優(yōu)化、改良，同時(shí)也利于節(jié)焦增產(chǎn)，可確保高爐順行。子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要利用噴吹工藝模式，噴吹系統(tǒng)共裝備了兩組噴吹裝置，主要負(fù)責(zé)向高爐噴吹煤粉。整個(gè)系統(tǒng)主要分為兩個(gè)重要組成部分，分別為噴吹控制系統(tǒng)以及制粉控制系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部功能進(jìn)行分析，而后可將其分為加熱爐燃燒控制、收粉控制、磨煤機(jī)出口溫度控制、給煤磨煤控制以及熱煙氣引風(fēng)控制等等，以上多項(xiàng)控制功能共同構(gòu)成了完整的控制系統(tǒng)，同時(shí)也保證了系統(tǒng)內(nèi)部功能的完整性與完善性。

1 高爐煉鐵工藝分析

在現(xiàn)代煉鐵工藝中，由豎爐煉鐵發(fā)展而來的高爐煉鐵工藝是最主要的手段，其鋼鐵總產(chǎn)量達(dá)到了全球的95%以上。煉鐵時(shí)，將鐵礦石、焦炭以及石灰石等原料從高爐爐頂處裝入，并將氧氣含量富足的高溫空氣從高爐下部的風(fēng)口處吹入，使其與焦炭產(chǎn)生化學(xué)法應(yīng)，通過燃燒生成一氧化碳和氫氣，而這兩種氣體在高爐內(nèi)上升的過程中會(huì)與鐵礦石中的氧發(fā)生還原反應(yīng)，從而得到鐵。鐵口用于鐵水的排出，渣口則用于排出爐渣，煉鐵所產(chǎn)生的煤氣通過除塵作業(yè)后從高爐頂導(dǎo)出，可以用作加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等的原料，進(jìn)行循環(huán)使用。

2 噴吹控制系統(tǒng)相關(guān)功能介紹

噴吹燃?xì)鉅t系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了熱風(fēng)送爐、熱風(fēng)操作、煤氣操作等多項(xiàng)功能，同時(shí)也可使得經(jīng)濟(jì)燃燒效果達(dá)到最佳狀態(tài)。在一般情況下，工藝會(huì)將熱風(fēng)爐廢氣直接引入其中，并將廢氣作為煤粉干燥氣體，這樣做的目的是為了提高系統(tǒng)運(yùn)行過程中的防爆能力，很多時(shí)候噴吹熱風(fēng)爐廢氣溫度的變化幅度相對(duì)較大，所以通常會(huì)運(yùn)用升溫爐產(chǎn)生高溫?zé)煔猓⑵渑c熱風(fēng)爐廢氣進(jìn)行混合，從而提供溫度穩(wěn)定的氣體，同時(shí)起到干燥的作用。整個(gè)工藝控制流程見下。1)磨煤機(jī)入口溫度需要有效調(diào)節(jié)，過程中借助加熱爐的作用，控制熱風(fēng)爐廢氣以及高溫?zé)煔獾幕旌媳戎?，借助電?dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)熱風(fēng)爐廢氣進(jìn)行調(diào)節(jié)。2)若想進(jìn)一步確保制粉系統(tǒng)的溫度，使得溫度更加適宜，就要運(yùn)用混合干燥器，使之處于合乎規(guī)范的值域范圍，而后結(jié)合磨煤機(jī)出口溫度的變化情況，借助熱風(fēng)調(diào)節(jié)閥以及冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥等等，對(duì)出口溫度變化進(jìn)行調(diào)控，使得溫度更加適當(dāng)。3)如若高爐煤氣壓力與設(shè)定值不相符，存在過高或過低的情況，此時(shí)高爐煤氣入口將實(shí)施自動(dòng)切斷。冷空氣調(diào)節(jié)閥結(jié)合所需熱風(fēng)的溫度，在其中混兌冷空氣，與此同時(shí)，技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)發(fā)揮自身的專業(yè)優(yōu)勢(shì)，及時(shí)調(diào)節(jié)閥門開度，使之更加適應(yīng)。

2.3 噴吹自動(dòng)控制給煤系統(tǒng) 在噴吹自動(dòng)控制給煤系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)過程中，相關(guān)工作人員需要了解原煤輸送控制以及配比的實(shí)際要求，其中包含兩個(gè)原煤給料皮帶秤、大傾角皮帶運(yùn)輸機(jī)以及平角帶運(yùn)輸機(jī)等多個(gè)方面。在運(yùn)行過程中要求設(shè)備瞬間啟動(dòng)、瞬間停止，同時(shí)具有緊急停止功能，確保配料啟停的過程中配比更加適宜。原始量的設(shè)定只需要在畫面上予以展現(xiàn)，過程中設(shè)定值需要直接傳達(dá)至下位機(jī)，經(jīng)過調(diào)節(jié)后直接驅(qū)動(dòng)變頻器，并對(duì)下料進(jìn)行有效控制。

3 高爐煉鐵噴煤系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)計(jì)

3.1 控制功能 (1)自動(dòng)換罐：當(dāng)另一個(gè)罐煤粉噴吹到下限值時(shí)，打開底部出煤閥進(jìn)行同時(shí)噴吹一段時(shí)間(可設(shè)定)后，關(guān)閉另一罐出煤閥，換罐結(jié)束。(2)自動(dòng)卸壓：當(dāng)罐子中的煤粉噴吹完并換罐后，打開卸壓閥進(jìn)行卸壓，卸壓管道上有兩個(gè)氣動(dòng)閥，根據(jù)罐內(nèi)壓力逐步打開，緩慢卸壓，避免造成煤粉倉壓力過大。(3)罐子自動(dòng)補(bǔ)壓和流化：當(dāng)罐子在加粉完成后處于等待時(shí)間，罐子底部流化調(diào)節(jié)閥設(shè)定固定的閥門開度進(jìn)行流化，疏松煤粉。罐子在噴吹過程中，底部的流化調(diào)節(jié)閥根據(jù)設(shè)定量進(jìn)行調(diào)節(jié)對(duì)流化板進(jìn)行流化，使高爐的噴吹煤粉濃度達(dá)到要求，中部流化閥根據(jù)設(shè)定時(shí)間進(jìn)行開關(guān)控制疏松煤粉，頂部補(bǔ)壓調(diào)節(jié)閥根據(jù)設(shè)定罐壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，保持罐壓穩(wěn)定。(4)起噴和停噴控制：每個(gè)分配器都設(shè)置了起噴和停噴命令。當(dāng)高爐選擇好可以使用的噴槍后，點(diǎn)動(dòng)起噴命令，控制程序根據(jù)設(shè)定的起噴噴槍數(shù)打開前面幾支槍的煤閥，同時(shí)關(guān)閉冷卻氮?dú)忾y。當(dāng)分配器的壓力低于噴吹罐的壓力后，打開噴吹罐底部的出煤閥，延時(shí)一段時(shí)間后，再打開其它已選噴槍的煤閥，并關(guān)閉對(duì)應(yīng)的冷卻氮?dú)忾y。在噴吹過程中，分配器壓力過低，噴槍會(huì)停止噴吹。噴槍煤閥分批打開是為了保證不讓分配器壓力降得過低。當(dāng)點(diǎn)動(dòng)停噴命令時(shí)，噴吹罐底部出煤閥關(guān)閉，噴槍煤閥關(guān)閉，對(duì)應(yīng)的氮?dú)忾y打開。當(dāng)高爐風(fēng)量和風(fēng)壓過低時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停噴。(5)噴槍自動(dòng)開關(guān)控制：當(dāng)點(diǎn)動(dòng)啟噴命令后，噴槍出煤閥自動(dòng)打開，對(duì)應(yīng)的氮?dú)忾y自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)噴槍上未檢測(cè)到煤流或點(diǎn)動(dòng)停槍命令時(shí)，出煤閥自動(dòng)關(guān)閥，打開氮?dú)忾y。煤粉輸送管道吹掃控制：在停噴后，為了防止煤粉輸送管道堵塞，需要對(duì)管道進(jìn)行吹掃，吹掃分為向前吹掃和向后吹掃。向前吹掃是向高爐方向吹掃，吹掃時(shí)程序自動(dòng)打開噴槍上的出煤閥；向后吹掃是向煤粉倉方向吹掃，打開進(jìn)入粉倉的閥，從分配器端向煤粉倉吹掃。(6)畫面顯示操作：主要有以下畫面：1個(gè)噴吹主畫面，主要顯示整個(gè)噴吹過程的設(shè)備狀態(tài)和過程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示；煤粉倉及N2罐監(jiān)控畫面，主要顯示煤粉倉的工作狀態(tài)、N2氣罐的使用情況；兩個(gè)分配器的噴槍畫面，主要顯示高爐的噴槍使用狀態(tài)，出煤閥、煤流調(diào)節(jié)閥，補(bǔ)償氣調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)。畫面中所有的設(shè)備都連接了子畫面，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行手、自動(dòng)切換和操作。(7)參數(shù)設(shè)定：提供了很多參數(shù)設(shè)定畫面，主要有卸壓過程參數(shù)設(shè)定，加粉過程參數(shù)設(shè)定，換罐參數(shù)設(shè)定，流化參數(shù)設(shè)定，煤粉檢測(cè)參數(shù)設(shè)定，起噴槍數(shù)設(shè)定等。

3.2 串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) (1)有兩個(gè)控制器串聯(lián)構(gòu)成控制系統(tǒng)，前方控制器的輸出是后面控制器的給定，最后的控制器的輸出是第一個(gè)的檢測(cè)；(2)有兩個(gè)控制器和兩個(gè)檢測(cè)環(huán)節(jié)和一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成；(3)能迅速克服進(jìn)入副回路擾動(dòng)的影響。1)定性分析：副回路進(jìn)入擾動(dòng)時(shí)，檢測(cè)環(huán)節(jié)監(jiān)控到有擾動(dòng)，偏離了給定，同時(shí)經(jīng)過副回路的定值作用及時(shí)控制變量，使副被控變量恢復(fù)到副給定值，把擾動(dòng)的影響降低到最小也就是對(duì)主控制器的的影響。也就是副環(huán)先對(duì)干擾進(jìn)行簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)，主環(huán)回路對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行細(xì)調(diào)。因此，副回路的干擾能被串級(jí)控制能快速克服。

結(jié)語

綜上所述，對(duì)于副環(huán)擾動(dòng)，串級(jí)控制系統(tǒng)容易控制，可以使系統(tǒng)誤差降低。串級(jí)控制、主控和副控都是串級(jí)控制系統(tǒng)，主控方式是切除副回路，以主被控變量作為被控變量的單回路控制；副控方式是切除主回路，以副被控變量作為被控變量的單回路控制。因此，在串級(jí)控制系運(yùn)行過程中，如果一個(gè)環(huán)節(jié)不能工作.可以進(jìn)行變化；減少對(duì)生產(chǎn)過程的影響。