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        煤氣混合自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        2013-12-06 09:28:54
        冶金動(dòng)力 2013年9期
        關(guān)鍵詞:焦?fàn)t煤氣熱值調(diào)節(jié)閥

        雷 勇

        (湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司,湖南湘潭 411101)

        為滿足煤氣用戶對(duì)煤氣的熱值、壓力和流量需求,煤氣混合加壓系統(tǒng)要解決好控制問題,主要是控制系統(tǒng)出口壓力穩(wěn)定,以及控制煤氣的配比來穩(wěn)定混合煤氣的熱值。本文首先簡(jiǎn)要闡述湘鋼煤氣混合加壓系統(tǒng)的基本情況,進(jìn)而介紹湘鋼的兩種煤氣混合加壓自動(dòng)控制系統(tǒng)。

        1 煤氣混合加壓站的基本情況

        根據(jù)煤氣混合裝置與加壓機(jī)的相對(duì)位置來區(qū)分,煤氣混合加壓系統(tǒng)可以分為先混合工藝和先加壓工藝以及單獨(dú)混合工藝[1]。先加壓后混合工藝可以為對(duì)煤氣熱值和壓力要求不一致的用氣點(diǎn)配備多套混合裝置,其優(yōu)點(diǎn)是前端的加壓機(jī)對(duì)混合裝置起到了穩(wěn)壓作用,缺點(diǎn)是加壓機(jī)配置多,要為每種氣源均配置加壓機(jī),控制系統(tǒng)復(fù)雜,投資較大。先混合后加壓工藝適合于供氣范圍較小、各用氣點(diǎn)對(duì)煤氣熱值和壓力要求一致的情況,可用多種氣源配制混合煤氣,加壓機(jī)配置少,而且由于加壓機(jī)的攪拌使煤氣混合更加充分,但煤氣混合時(shí)的壓力易受氣源壓力波動(dòng)的影響,對(duì)煤氣混合過程控制精度要求較高。

        湘鋼目前采用了兩種煤氣混合加壓方式,即先混合后加壓的方式和先加壓后混合的方式。其中,先混合后加壓主要用于高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣的混合,而轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣混合以及高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣三元混合則采用先加壓后混合的方式,供給不同的煤氣用戶。長(zhǎng)期以來,湘鋼未采用煤氣混合自動(dòng)控制系統(tǒng),依靠手動(dòng)調(diào)節(jié)控制混合煤氣配比和壓力,控制的精度有限,經(jīng)常出現(xiàn)熱值和壓力波動(dòng)較大的情況,給后續(xù)的生產(chǎn)造成了不利影響。為了提高混合煤氣熱值和壓力的穩(wěn)定性,湘鋼開展了煤氣混合自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)工作,先期在采用先加壓后混合方式的兩個(gè)煤氣混合站進(jìn)行應(yīng)用。

        2 混合煤氣自動(dòng)控制系統(tǒng)及應(yīng)用

        2.1 轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣混合的自動(dòng)控制系統(tǒng)

        湘鋼的轉(zhuǎn)焦煤氣混合加壓站位于轉(zhuǎn)爐氣柜附近,因而轉(zhuǎn)爐煤氣的流量充足,壓力能夠得到保證;但該站位于焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)的末端,焦?fàn)t煤氣的流量和壓力有時(shí)得不到保證,混合站入口焦?fàn)t煤氣壓力有時(shí)低于1000P a。因此,若采用以轉(zhuǎn)爐煤氣為主調(diào)節(jié)煤氣,則會(huì)出現(xiàn)焦?fàn)t煤氣不能滿足要求的情況,并影響焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)安全,所以決定以焦?fàn)t煤氣為主調(diào)節(jié)煤氣,即轉(zhuǎn)爐煤氣流量根據(jù)設(shè)定的比例隨焦?fàn)t煤氣流量變化進(jìn)行配入。轉(zhuǎn)焦煤氣混合站的配置如圖1所示。

        圖1 轉(zhuǎn)焦煤氣混合工藝簡(jiǎn)圖

        由于轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機(jī)沒有配置變頻器,通過控制轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥和回流閥的開度實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣流量的調(diào)節(jié);3臺(tái)焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)均配置了變頻器,通過變頻調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)。根據(jù)上述裝備配置情況,制定如下控制策略:

        (1)設(shè)定轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的比值,控制系統(tǒng)根據(jù)焦?fàn)t煤氣流量及轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的比值計(jì)算出轉(zhuǎn)爐煤氣流量,通過轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煤氣流量控制。根據(jù)煤氣用戶熱值需求變化和煤氣管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)需要,可以手動(dòng)設(shè)定轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的比值。通過轉(zhuǎn)爐煤氣回流閥控制轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機(jī)出口總管壓力在11.5~12.5k Pa之間。

        (2)正常狀況下,焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)閥置于手動(dòng)全開位置,通過變頻器調(diào)節(jié)焦?fàn)t煤氣入口壓力,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)混合煤氣壓力。具體調(diào)節(jié)方式為:當(dāng)混合煤氣壓力lt;10.5k Pa時(shí),焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)升速直至壓力gt;10.5k Pa,當(dāng)焦?fàn)t煤氣入口壓力lt;500P a時(shí),變頻器不升速。修改轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的流量配比;提高轉(zhuǎn)爐煤氣的比例。焦?fàn)t煤氣流量增加時(shí)轉(zhuǎn)爐煤氣流量自動(dòng)增加,混合煤氣壓力自然增加。當(dāng)自動(dòng)配比運(yùn)行正常且混合煤氣用量偏大時(shí),如果焦?fàn)t煤氣入口壓力突然降低300P a時(shí),變頻器需降速直至焦煤入口壓力升高300P a以上。

        (3)當(dāng)焦?fàn)t煤氣入口壓力lt;500P a,且混煤壓力lt;10.5k Pa時(shí),延時(shí)10s后,由于焦?fàn)t煤氣不能再多供氣導(dǎo)致混合煤氣壓力低,控制畫面出現(xiàn)報(bào)警,說明焦?fàn)t煤氣入口壓力和混合煤氣壓力都偏低,自動(dòng)配比解列。解列后由轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)行混合煤氣壓力控制,根據(jù)用戶要求保證混合煤氣壓力為10.5 k Pa~11.5k Pa。經(jīng)過跟蹤分析,轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機(jī)出口總管壓力為10.8k Pa時(shí),能保證混煤壓力在10.5 k Pa,因此,轉(zhuǎn)爐煤氣回流閥此時(shí)控制轉(zhuǎn)爐煤氣總管壓力在10.8~12.0k Pa。

        (4)當(dāng)焦?fàn)t煤氣入口壓力gt;1k Pa、混合煤氣壓力為10.5k Pa~11.5k Pa、至少有一臺(tái)焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)運(yùn)行、轉(zhuǎn)爐煤氣流量P I D設(shè)定值和實(shí)際值之差lt;2000幾個(gè)條件全滿足時(shí),延時(shí)10s后報(bào)警解除,轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)為自動(dòng)配比焦?fàn)t煤氣,轉(zhuǎn)爐煤氣回流閥此時(shí)控制轉(zhuǎn)爐煤氣總管壓力在11.5~12.5 k Pa之間。上述條件設(shè)定后,可以保證轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥由壓力調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為流量調(diào)節(jié)時(shí)混合煤氣壓力無擾動(dòng)。

        2.2 三種煤氣混合的自動(dòng)控制系統(tǒng)

        湘鋼高焦轉(zhuǎn)煤氣混合加壓站的三種煤氣入口壓力穩(wěn)定,流量充足,因此以流量最大的高爐煤氣為主調(diào)節(jié)煤氣,根據(jù)熱值要求配入一定比例的焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣。三種煤氣混合的配置如圖2所示。

        圖2 三種煤氣混合工藝簡(jiǎn)圖

        由于三種煤氣的加壓機(jī)均配置了變頻器,因此均采用變頻調(diào)速來控制每種煤氣的壓力和流量。具體控制策略如下:

        (1)混合煤氣壓力由高爐煤氣主管調(diào)節(jié)閥控制,高爐煤氣加壓機(jī)變頻器控制機(jī)后壓力為13±2 k Pa,根據(jù)調(diào)試情況可進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,確保混合煤氣壓力為13±1k Pa。

        (2)焦?fàn)t煤氣流量由變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié),流量增減跟隨高爐煤氣,不摻入轉(zhuǎn)爐煤氣的情況下高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣流量比按6:4設(shè)定,根據(jù)煤氣平衡情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

        (3)當(dāng)高爐煤氣流量小于15000m3/h時(shí),P L C發(fā)出報(bào)警,當(dāng)班人員視熱值變化進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。

        (4)在轉(zhuǎn)爐煤氣富余狀況下進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煤氣摻燒,在保證摻轉(zhuǎn)后混合煤氣熱值不得低于8000k J/m3,手動(dòng)設(shè)定摻入轉(zhuǎn)爐煤氣的比例。

        2.3 應(yīng)用情況

        上述兩種煤氣加壓混合控制系統(tǒng)已經(jīng)投入使用。投入自動(dòng)控制系統(tǒng)前需檢查確認(rèn)煤氣加壓機(jī)前和加壓機(jī)后及混合煤氣的壓力、流量顯示正常,熱值儀顯示正常;檢查確認(rèn)高、焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)變頻器工作正常;檢查各種煤氣的主管調(diào)節(jié)閥和機(jī)前調(diào)節(jié)閥開關(guān)正常。采用上述兩種煤氣加壓混合自動(dòng)控制系統(tǒng),能夠穩(wěn)定混合煤氣的壓力與流量。正常情況下,轉(zhuǎn)爐煤氣和焦?fàn)t煤氣混合的壓力可以控制在11±0.5k Pa,高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣混合的壓力可以控制在13±1k Pa;當(dāng)某一種煤氣的壓力和流量發(fā)生波動(dòng)時(shí),控制程序能確保煤氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

        3 結(jié)語

        本文提出的轉(zhuǎn)爐煤氣與焦?fàn)t煤氣混合及高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣三種煤氣混合的自動(dòng)控制系統(tǒng),通過調(diào)試,兩套系統(tǒng)均投入使用。經(jīng)過近一年的運(yùn)行,較好的穩(wěn)定了混合煤氣的熱值和壓力,為后續(xù)煤氣用戶穩(wěn)定生產(chǎn)與節(jié)約煤氣創(chuàng)造了良好條件。

        [1]冶金工業(yè)部鋼鐵司.冶金企業(yè)煤氣的生產(chǎn)與利用[M].北京:冶金工業(yè)部鋼鐵司,1987.

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