王永康 徐 翀 張 娟 孫憲偉 黃為甫

（安鋼集團(tuán)自動(dòng)化有限責(zé)任公司，河南 安陽(yáng) 455004）

1 引言

高爐噴煤在節(jié)焦降耗、調(diào)節(jié)爐況、降低生鐵成本、減少環(huán)境污染方面發(fā)揮著重要的作用。隨著焦炭供需矛盾的突出，如何提高噴煤水平和改善煤粉利用率成為近幾年高爐噴煤研究的重點(diǎn)方向。

從高爐噴煤的研究和實(shí)踐來(lái)看，煤粉的燃燒速率和高爐透氣性狀態(tài)成為衡量噴煤質(zhì)量的重要指標(biāo)。以計(jì)量氧化鎂粉實(shí)際添加重量、控制氧化鎂添加百分比、提示操作工添加氧化鎂等重要作用。

在鎂粉倉(cāng)下部安裝一臺(tái)星型給料器，采用變頻器驅(qū)動(dòng)可調(diào)速式電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)星型給料器控制給料速度，這樣保證了氧化鎂的均勻加入并且可以靈活調(diào)整。

2 工藝概況

為了最大限度的提高噴煤量，改善煤的燃燒特性和燃燒速率，降低著火溫度，改善高爐爐料透氣性，提高風(fēng)量和產(chǎn)量，我廠在 380m3高爐噴煤系統(tǒng)中加入1%～3%的氧化鎂粉添加劑，用以實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵的節(jié)焦降耗。根據(jù)我廠 380m3高爐噴煤系統(tǒng)的現(xiàn)狀，選擇在原煤儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中添加氧化鎂粉。

圖1

3 設(shè)備及控制要點(diǎn)

結(jié)合 380m3噴煤現(xiàn)場(chǎng)工藝情況，氧化鎂粉倉(cāng)選擇在安裝在圓盤(pán)給料機(jī)和除鐵器之后、大傾角皮帶的初始爬坡位置。在氧化鎂粉倉(cāng)安裝稱(chēng)量裝置，用

控制要點(diǎn)：添加劑控制中的難點(diǎn)在于如何按照煤量大小均勻添加，這就要求稱(chēng)量裝置的計(jì)量穩(wěn)定、精確，在此基礎(chǔ)上提供了兩種控制方案：PID閉環(huán)控制和料流曲線(xiàn)控制，這兩種方案的具體措施和優(yōu)缺點(diǎn)在下面附有詳細(xì)的介紹。另外增加了料流檢測(cè)裝置用于聯(lián)鎖控制，皮帶有煤時(shí)給料器運(yùn)行，無(wú)煤時(shí)給料器停止，這些在下文都有詳細(xì)的闡述。

4 工作原理

由表1～2主要設(shè)備的參數(shù)可以得知輸煤量的大小，但是結(jié)合操作人員的經(jīng)驗(yàn)得知在上煤過(guò)程中影響輸煤量大小的因素有很多，比如天氣、溫度、煤的流動(dòng)性、濕度等等，考慮輸煤量大小不是固定不變的，所以在畫(huà)面上設(shè)置輸入按鈕，可以由操作人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；另外添加氧化鎂的百分比在畫(huà)面上也由操作人員進(jìn)行調(diào)整。具體參數(shù)為：

G為皮帶每小時(shí)輸煤量，G1為氧化鎂粉理論小時(shí)量，G2為氧化鎂粉實(shí)際小時(shí)量，G3為氧化鎂粉倉(cāng)重量，G4為氧化鎂粉倉(cāng)前一時(shí)刻重量，P為添加氧化鎂百分比，n為星型給料器轉(zhuǎn)速。

根據(jù)大傾角皮帶的實(shí)際輸煤量和添加氧化鎂粉的百分比，算出添加氧化鎂粉的重量；例如，皮帶輸煤量G為100t/h，氧化鎂百分比P為1%，則：

G1（氧化鎂理論小時(shí)量）=G×P=100t/t×1%=1t/h；

上面算出的是添加的理論重量，另外還有一個(gè)添加的實(shí)際重量，該重量是根據(jù)氧化鎂粉倉(cāng)的重量來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，具體計(jì)算如下：在開(kāi)始添加時(shí)，以星型給料器運(yùn)行信號(hào)和料流檢測(cè)作為觸發(fā)條件記錄當(dāng)前罐重，每隔 1min記錄一次罐重 G4，前 1min的罐重減去當(dāng)前罐重G3，得出1min內(nèi)（單位時(shí)間內(nèi)）罐重的變化量△G，則：

G2（氧化鎂實(shí)際小時(shí)量）=(G4-G3)×1h=△G/h

表1 大傾角皮帶主要技術(shù)參數(shù)

表2 圓盤(pán)給料機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

5 控制算法實(shí)現(xiàn)及調(diào)試

5.1 PID閉環(huán)控制

在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。

星型給料器的PID控制中有如下關(guān)系：①若(G理論-G 實(shí)際)＞0，則提高星型給料器轉(zhuǎn)速，增加給料重量；②若(G理論-G實(shí)際)＜0；則降低星型給料器轉(zhuǎn)速，減少給料重量。這樣就能保證氧化鎂的給料量是根據(jù)實(shí)際量的變化而變化，而非固定不變。

在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于PID控制相應(yīng)非常迅速，在實(shí)時(shí)調(diào)整速度時(shí)效果最好，但是應(yīng)用在這里存在如下的問(wèn)題：G2（氧化鎂實(shí)際小時(shí)量）是在單位時(shí)間內(nèi)由罐重差計(jì)算出來(lái)，所以在單位時(shí)間內(nèi) G2是保持不變的，（G2-G1）的差值不變，這樣PID調(diào)速就會(huì)以一個(gè)固定的差值進(jìn)行調(diào)整，造成調(diào)整速度超過(guò)目標(biāo)值，這個(gè)差值會(huì)在下一次比較調(diào)整時(shí)進(jìn)行修正，此時(shí)給料器速度始終在目標(biāo)值上下忽快忽慢來(lái)回震蕩。綜合分析造成這種情況的原因是G2（氧化鎂實(shí)際小時(shí)量）不是實(shí)時(shí)變化的，所以經(jīng)過(guò)調(diào)試得出PID應(yīng)用在此調(diào)節(jié)中不適合。

5.2 料流曲線(xiàn)控制

利用速度與料流關(guān)系曲線(xiàn)控制，在理想狀態(tài)下，設(shè)氧化鎂粉的流動(dòng)性良好，氧化鎂粉的罐重差和兩個(gè)因素相關(guān)：下料口截面積、星型給料器的運(yùn)行速度。

在實(shí)際使用中，下料口的截面積經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的工作狀況調(diào)試是固定不變的，這時(shí)鎂粉罐重差只和星型給料器的運(yùn)行速度相關(guān)。

料流與速度曲線(xiàn)通過(guò)計(jì)算法和測(cè)量法兩種方式得出。以下介紹這兩種具體方法。

（1）計(jì)算法

例如：當(dāng)轉(zhuǎn)速為 n=10Hz時(shí)，相對(duì)應(yīng)計(jì)算出單位時(shí)間鎂粉的罐重差△G，算出鎂粉實(shí)際添加的小時(shí)量G2=2t/h，所以

（G2/n）=（2t/h）/(10Hz)=0.2t/h/Hz

推出：1Hz對(duì)應(yīng)0.2t/h

2Hz對(duì)應(yīng)0.4 t/h

3Hz對(duì)應(yīng)0.6t/h依次類(lèi)推……

多次測(cè)量取平均值求出星型給料器轉(zhuǎn)速與小時(shí)量的料流曲線(xiàn)，如圖2所示。

這時(shí)利用反推演繹法由理論小時(shí)量 G1推出星型給料器的速度值 n，給料器以 n轉(zhuǎn)速運(yùn)行得出實(shí)際小時(shí)量G2，在由G1和G2的差值對(duì)給料器的速度值進(jìn)行調(diào)整。

圖2

（2）測(cè)量法

在剛開(kāi)始時(shí)，應(yīng)對(duì)氧化鎂粉的罐重差進(jìn)行測(cè)試記錄，求出一個(gè)平均經(jīng)驗(yàn)值，即料流曲線(xiàn)；

手動(dòng)設(shè)定 1Hz，單位時(shí)間記錄罐重差，算出實(shí)際量G2。

手動(dòng)設(shè)定 2Hz，單位時(shí)間記錄罐重差，算出實(shí)際量G2。

依次類(lèi)推……

多次測(cè)量取平均值求出星型給料器轉(zhuǎn)速與小時(shí)量的料流曲線(xiàn)，如圖3所示。

圖3

當(dāng)轉(zhuǎn)速一定的情況下，單位時(shí)間內(nèi)鎂倉(cāng)罐重差也應(yīng)該是一定的。這就為以上計(jì)算提供了基礎(chǔ)，保證了計(jì)算準(zhǔn)確可靠。

5.3 無(wú)限接近法

得出料流曲線(xiàn)后，可以由理論添加的小時(shí)量G1推算出—星型給料器的理論轉(zhuǎn)速 n；當(dāng)給料器以理論轉(zhuǎn)速 n運(yùn)行時(shí)，計(jì)算產(chǎn)生一個(gè)實(shí)際添加的小時(shí)量G2，這時(shí)將兩者的差值除以2在與實(shí)際值相加得出修正值，根據(jù)這個(gè)修正的小時(shí)量查料流曲線(xiàn)來(lái)對(duì)星型給料器的速度進(jìn)行給定控制，即小時(shí)量=(G1-G2/2)+G2，以這樣的一個(gè)無(wú)限接近法實(shí)現(xiàn)對(duì)星型給料器轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制，達(dá)到均勻添加氧化鎂粉的目的。

料流曲線(xiàn)法在單位時(shí)間內(nèi)，給料器轉(zhuǎn)速固定不變，根據(jù)實(shí)際的小時(shí)量對(duì)轉(zhuǎn)速采取接近法，每次接近差值的1/2，若干次后目標(biāo)值與實(shí)際值無(wú)限接近，經(jīng)過(guò)調(diào)試證明料流曲線(xiàn)法是可行、穩(wěn)定、可靠的。

6 系統(tǒng)連鎖控制

在噴煤實(shí)際上煤過(guò)程中，由于原煤的顆粒大小、濕度、黏度、流動(dòng)性能、圓盤(pán)給料機(jī)的給煤量等等，使得大傾角皮帶上的原煤不是連續(xù)不斷的，偶爾會(huì)出現(xiàn)大傾角皮帶無(wú)煤空轉(zhuǎn)的情況，為了使氧化鎂均勻的添加在大傾角皮帶的原煤上，檢測(cè)皮帶上有沒(méi)有原煤是非常關(guān)鍵的，為此引入了料流檢測(cè)裝置，在圓盤(pán)給料機(jī)的圓盤(pán)上部位置安裝了一個(gè)光電開(kāi)關(guān)，用于斷煤情況下的聯(lián)鎖控制。

當(dāng)上煤時(shí)，圓盤(pán)上原煤的堆積高度到達(dá)光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離，光電開(kāi)關(guān)動(dòng)作給出有料信號(hào)；星型給料器開(kāi)始運(yùn)行，根據(jù)實(shí)際皮帶上的煤量添加氧化鎂粉；

當(dāng)斷煤時(shí)，星型給料器停止運(yùn)行，氧化鎂粉停止添加。

7 結(jié)論

該系統(tǒng)投運(yùn)后，技術(shù)先進(jìn)，表現(xiàn)了良好的實(shí)用性、穩(wěn)定性、安全性、可靠性，整個(gè)系統(tǒng)不但具有很高的自動(dòng)化水平，而且充分滿(mǎn)足了生產(chǎn)工藝的要求，為高爐的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、節(jié)能降耗、有效降低生鐵成本作出了貢獻(xiàn)。

[1]田濤.過(guò)程計(jì)算機(jī)控制及先進(jìn)控制策略的實(shí)現(xiàn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007:1-13.

[2]鄭晟等.現(xiàn)代可編程控制器原理與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2000.