魏金輝

(承德鋼鐵集團(tuán)有限公司自動(dòng)化中心，河北 承德 067102)

轉(zhuǎn)爐煤氣是鋼鐵企業(yè)重要的二次能源，提高轉(zhuǎn)爐煤氣的回收量，不僅能有效降低生產(chǎn)成本，而且能極大地降低鋼廠排放，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。轉(zhuǎn)爐煤氣回收量的計(jì)量存在以下難點(diǎn)：一是為了減少壓力損失和工藝擴(kuò)產(chǎn)后的管道能繼續(xù)使用，工藝管徑往往選擇過大，工藝管道是3～4座轉(zhuǎn)爐的總管，但實(shí)際回收時(shí)僅1～3座轉(zhuǎn)爐回收，轉(zhuǎn)爐煤氣回收量過小，不能滿足插入式差壓流量計(jì)的最低流速要求，從而使計(jì)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，誤差較大(回收量大時(shí)，儀表誤差較小)，無法滿足工藝生產(chǎn)的需要；二是生產(chǎn)運(yùn)行后，以往安裝的流量計(jì)由于回收量過小，大都無法使用，但由于沒有停產(chǎn)機(jī)會(huì)，管道無法縮徑來提高流速，也無法安裝孔板等節(jié)流裝置；三是超聲波氣體流量計(jì)價(jià)格昂貴，備品備件成本高，不宜推廣；四是現(xiàn)場工藝管道連接復(fù)雜，有些轉(zhuǎn)爐找不到一個(gè)總管用于安裝轉(zhuǎn)爐煤氣計(jì)量裝置。由于以上原因，使轉(zhuǎn)爐煤氣回收量計(jì)量缺失，僅能靠工藝?yán)碚撚?jì)算來估算回收量。因此，尋找一種不用流量儀表設(shè)備間接計(jì)量轉(zhuǎn)爐煤氣回收量的裝置和方法勢在必行。

1 轉(zhuǎn)爐煤氣回收量計(jì)量裝置①

轉(zhuǎn)爐煤氣回收量計(jì)量裝置包括變頻器、三通閥、壓力測量裝置、溫度測量裝置、現(xiàn)場控制站和操作員站?，F(xiàn)場控制站由輸入模件、輸出模件、電源模件、CPU控制器件、接口模件和總線底板模件(圖1)組成。回收瞬時(shí)量計(jì)算模型單元、回收時(shí)間計(jì)算單元和回收量累積計(jì)算單元安裝在CPU控制器件上?，F(xiàn)場控制站的接口模件與操作員站連接，接口模件為工業(yè)交換機(jī)、以太網(wǎng)模板或現(xiàn)場總線中的一種，操作員站為工業(yè)計(jì)算機(jī)或工業(yè)觸摸屏。

圖1 轉(zhuǎn)爐煤氣回收量計(jì)量裝置組成框圖

變頻器與除塵風(fēng)機(jī)的電機(jī)連接，用于控制回收時(shí)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，三通閥安裝在除塵管道上用于控制煤氣回收與放散，壓力測量裝置和溫度測量裝置分別安裝在除塵管道上用于檢測煤氣的壓力和溫度，用于流量補(bǔ)償，壓力測量裝置、溫度測量裝置的輸入信號與現(xiàn)場控制站的輸入模件連接，變頻器、三通閥的輸入信號和控制信號分別與現(xiàn)場控制站的輸入模件和輸出模件連接，輸入模件、輸出模件、電源模件、CPU控制器件、接口模件通過總線底板模件連接并安裝在總線底板模件上組成了現(xiàn)場控制站。壓力測量裝置可為壓力變送器，溫度測量裝置可為Pt100熱電阻，壓力測量裝置、溫度測量裝置、變頻器和三通閥為成型設(shè)備，現(xiàn)場控制站為標(biāo)準(zhǔn)的PLC或DCS產(chǎn)品。

2 轉(zhuǎn)爐煤氣回收量計(jì)量方法流程

2.1 計(jì)算回收瞬時(shí)流量

利用回收瞬時(shí)量計(jì)算模型單元計(jì)算回收瞬時(shí)流量的模型為：

Fi=ni[κ·η·P1·T0/ (T1·P0)]

式中Fi——第i次回收的煤氣瞬時(shí)流量，Nm3/s；

ni——第i次回收的風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，由變頻器控制并監(jiān)測，隨時(shí)變化，0

P0——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，P0=100kPa；

P1——風(fēng)機(jī)絕對工作壓力，P1=100+p1(p1為工作壓力，由壓力測量裝置測得)，kPa；

P1·T0/ (T1·P0)——由工作狀態(tài)下的流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，20℃)的流量；

T0——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的絕對溫度，T0=273+20=293K；

T1——風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)下的絕對溫度，T1=273+t1(t1為工作溫度，由溫度測量裝置測得)，K；

κ——比例系數(shù)，κ=Q額/n額，(Q額、n額由風(fēng)機(jī)標(biāo)牌給出)，(min·m3)/(r·s)；

η——風(fēng)機(jī)效率，根據(jù)現(xiàn)場整定。

風(fēng)機(jī)額定工作流量Q額、風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速n額和風(fēng)機(jī)效率η在操作員站上輸入。

2.2 計(jì)算回收時(shí)間

利用回收時(shí)間計(jì)算單元計(jì)算回收時(shí)間，當(dāng)三通閥的回收側(cè)到位信號為1時(shí)，觸發(fā)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，表示煤氣回收開始；當(dāng)三通閥的回收側(cè)到位信號為0時(shí)，定時(shí)器停止計(jì)時(shí)，計(jì)算出這段時(shí)間為τi，τi表示第i次回收的煤氣回收時(shí)間。

2.3 計(jì)算累積流量

利用回收量累積計(jì)算單元計(jì)算累積流量：

式中Fi——第i次回收的煤氣瞬時(shí)流量，Nm3/s；

Q——n次回收的煤氣累積流量，Nm3；

τi——第i次回收的煤氣回收時(shí)間，s。

由于煤氣回收是間斷進(jìn)行的，統(tǒng)計(jì)出8h內(nèi)的每次煤氣回收時(shí)間與每次流量乘積的累加和，可以求出班累積流量；統(tǒng)計(jì)出24h內(nèi)的每次煤氣回收時(shí)間與每次流量乘積的累加和，可以求出日累積流量；以此類推。

3 轉(zhuǎn)爐煤氣回收量計(jì)量裝置實(shí)例

某轉(zhuǎn)爐煤氣回收量計(jì)量裝置變頻器的型號為6ES70，三通閥2的型號為SQD643X-1，壓力測量裝置的型號為EJA530A，溫度測量裝置的型號為WZP-240，輸入模件的型號為6ES7 331-7KF02-0AB0和6ES7 321-1BL00-0AA0，輸出模件的型號為6ES7 332-7KF02-0AB0和6ES7 322-1BL00-0AA0，電源模件的型號為6ES7 307-1KA01-0AA0，CPU控制器件的型號為6ES7 315-2AH14-0AB0，接口模件的型號為Moxa EDS-G205、6ES7 343-1EX30-0XE0和6ES7 153-1AA03-0XB0，總線底板模件的型號為6ES7390-1GF30-0AA0。

計(jì)算回收瞬時(shí)流量：

120t轉(zhuǎn)爐煤氣回收風(fēng)機(jī)，Q額= 64.2m3/s，n額=2035r/min，κ=Q額/n額=0.03155；現(xiàn)場實(shí)際整定，η=79.25%；p1=9kPa，P1=100+p1=109kPa；T0=273+20=293K；t1=70℃，T1=273+t1=343K；P0=100kPa。所以Fi=ni[κ·η·P1·T0/ (T1·P0)]=0.02328niNm3/s。

計(jì)算回收時(shí)間：實(shí)例中回收時(shí)間一般為τi=9～13min。

計(jì)算累積流量：

理論上ni=0～2035r/min，實(shí)例中回收時(shí)ni的取值在700～1 900r/min之間。若回收風(fēng)機(jī)恒轉(zhuǎn)速，則Fi為定值。

在100、150t轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)爐煤氣的回收管道均為DN2 600mm，流量范圍均為26 000～100 000Nm3/h，單爐回收時(shí)工作流量僅為26 000Nm3/h ，利用差壓式儀表測量時(shí)工作差壓僅為50Pa左右，此時(shí)測量誤差很大，再加上轉(zhuǎn)爐煤氣內(nèi)含水量很大，水經(jīng)常進(jìn)入差壓變送器內(nèi)，使測量無法進(jìn)行。利用本辦法，100t轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)，回收風(fēng)機(jī)為恒速，轉(zhuǎn)速ni=795r/min，則Fi=18.5Nm3/s；150t轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)，回收風(fēng)機(jī)為恒速，轉(zhuǎn)速ni=1203r/min，則Fi=28Nm3/s。

120t轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)爐煤氣的回收管道為DN3 400mm，流量范圍為30 000～200 000Nm3/h，利用差壓式儀表測量時(shí)工作差壓僅為20Pa左右，差壓太小無法準(zhǔn)確測量。如安裝一套西門子氣體流量計(jì)用來測量流量，測量儀表價(jià)格和維護(hù)費(fèi)用很高。因回收風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為變速，利用本方法很容易計(jì)算出累積流量。筆者將120t轉(zhuǎn)爐煤氣回收公式計(jì)算值與西門子儀表檢測對比數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對比了36爐次的回收量，雖然有時(shí)偏差大，有時(shí)偏差小，但累積量偏差計(jì)算公式與西門子儀表檢測的非常接近，累積誤差僅為-0.12%，工藝認(rèn)為該數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確，完全滿足工藝生產(chǎn)和計(jì)量的要求。

4 結(jié)束語

該方法使用一年多時(shí)間以來，誤差可以控制在±2%，完全滿足工藝生產(chǎn)和計(jì)量的需要，這種計(jì)量裝置和方法可以不使用流量儀表設(shè)備間接計(jì)量轉(zhuǎn)爐煤氣回收量，用于指導(dǎo)煉鋼煤氣回收的生產(chǎn)，準(zhǔn)確計(jì)量煤氣回收量，無需增加額外成本，經(jīng)濟(jì)效益可觀。特別解決了轉(zhuǎn)爐煤氣回收投產(chǎn)運(yùn)行后，轉(zhuǎn)爐煤氣計(jì)量不準(zhǔn)且無法安裝流量計(jì)或由于工藝參數(shù)問題沒有可選流量儀表的難題，具有一定的新穎性、創(chuàng)造性和實(shí)用性。