陳龍 李平

摘 要：萊鋼集團(tuán)的3200m3高爐噴煤系統(tǒng)在建設(shè)時(shí)引進(jìn)了英國克萊德公司以ROTOFEED旋轉(zhuǎn)給料機(jī)為核心設(shè)備的噴吹系統(tǒng)。該給料機(jī)為變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有調(diào)節(jié)范圍廣，控制精度高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高爐；噴煤；ROTOFEED旋轉(zhuǎn)給料機(jī)

在上世紀(jì)八十年代，英國克萊德公司就是高爐粒煤和粉煤噴吹技術(shù)的先驅(qū)。1084年和1985年克萊德最早的兩套粒煤噴吹系統(tǒng)安裝在英鋼聯(lián)（Corus）斯肯索普工廠的安妮女王號(hào)和維多利亞女王號(hào)兩座高爐上，之后又在另兩座高爐上也應(yīng)用了克萊德粒煤噴吹系統(tǒng)。克萊德在克利夫蘭4號(hào)高爐的設(shè)計(jì)煤比高達(dá)400千克/噸鐵，是迄今為止全世界煤比最高的設(shè)計(jì)，曾在1991年6月短期噴到了318千克/噸鐵的世界最好成績(jī)，平均煤比超過230千克/噸鐵。

1 ROTOFEED旋轉(zhuǎn)給料機(jī)簡(jiǎn)介

ROTOFEED旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的主體為圓柱形，內(nèi)部采用星型容積式結(jié)構(gòu)，圍繞著旋轉(zhuǎn)軸設(shè)有幾個(gè)等容積的儲(chǔ)煤格。給料機(jī)與噴吹罐之間設(shè)有一道擋板，擋板上留有孔洞，煤粉可通過該孔進(jìn)入儲(chǔ)煤格。在給料機(jī)外部的側(cè)面設(shè)有進(jìn)氣孔，當(dāng)裝滿煤粉的儲(chǔ)煤格轉(zhuǎn)過進(jìn)氣孔位置時(shí)，輸送氣體進(jìn)入而將煤粉吹出進(jìn)入輸煤管道，最終通過分配器輸送至高爐各風(fēng)口。

旋轉(zhuǎn)給料機(jī)利用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)高爐噴煤量的設(shè)定值，通過PLC系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算來自動(dòng)設(shè)定變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制系統(tǒng)的噴煤量。在噴吹系統(tǒng)運(yùn)行中，PLC系統(tǒng)會(huì)反復(fù)的校核電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而精確地控制系統(tǒng)的噴煤量。

2 圓頂閥簡(jiǎn)介

ROTOFEED旋轉(zhuǎn)給料機(jī)噴吹系統(tǒng)的另一核心設(shè)備是圓頂閥，圓頂閥在開啟和關(guān)閉過程中實(shí)現(xiàn)密封面無摩擦啟閉，不易卡澀，啟閉靈活，關(guān)閉后對(duì)密封圈充氣以對(duì)閥門進(jìn)行密封，密封接合面呈帶狀，密封性良好，并具有開啟時(shí)全截面流通物料，不磨損密封面的特點(diǎn)。由于其以上的優(yōu)良特點(diǎn)，圓頂閥在電力、食品、醫(yī)藥、化工、塑料、礦山、鋼鐵等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

該類型噴吹系統(tǒng)在噴吹罐入口采用雙圓頂閥配置，在裝料時(shí)按順序啟閉，能有效保證噴吹罐入口下圓頂閥的密封性。

3 噴吹系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該煤粉噴吹系統(tǒng)共包含有兩個(gè)相同的工藝流程。

每個(gè)旋轉(zhuǎn)給料系統(tǒng)由兩個(gè)噴吹罐組成，連接同一條噴吹主管。每個(gè)噴吹罐的出口都裝有一臺(tái)ROTOFEED旋轉(zhuǎn)給料機(jī)，按照一定速率卸放物料進(jìn)入噴吹主管。輸送空氣從給料機(jī)的輸送氣入口引入，物料通過氣動(dòng)輸送經(jīng)過噴槍噴入高爐的風(fēng)口。

兩個(gè)噴吹罐的操作是順序進(jìn)行的，一個(gè)罐卸放煤進(jìn)入噴吹主管的同時(shí)，另一個(gè)罐裝填物料，以保持煤粉連續(xù)且均勻的進(jìn)入高爐。

在打開進(jìn)口閥門對(duì)噴吹罐進(jìn)行裝料過程前會(huì)先打開排氣閥，將噴吹罐內(nèi)的壓力進(jìn)行放散，同時(shí)在放散管道上設(shè)有調(diào)節(jié)閥，能夠?qū)饬鬟M(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證壓力放散勻速進(jìn)行，減少放散氣流對(duì)放散管道的沖擊。裝料時(shí)，煤粉在重力作用下，從煤粉倉流下進(jìn)入噴吹罐，為了保證煤粉的流動(dòng)性，煤粉倉出口附近設(shè)置有多組流化器以對(duì)煤粉進(jìn)行流化。當(dāng)罐被加滿煤粉后再重新加壓。

第一個(gè)噴吹罐裝料加壓完成后，待同一系列的另一個(gè)噴吹罐即將完成噴吹時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)第一個(gè)罐的給料機(jī)，并慢慢提高其轉(zhuǎn)速直到達(dá)到設(shè)定的噴吹速率，與此同時(shí)，第二個(gè)罐的給料機(jī)也在控制系統(tǒng)的控制下，慢慢降低轉(zhuǎn)速直到停止，在倒罐的過程中，兩個(gè)給料機(jī)轉(zhuǎn)速提升和降低的速度是一樣的，這樣可以避免倒罐時(shí)噴吹速率發(fā)生較大的波動(dòng)。

每個(gè)噴吹罐從第一次裝料結(jié)束，到噴吹結(jié)束后完成下一次的裝料的過程視為一個(gè)循環(huán)過程。

噴吹罐均設(shè)置有稱重裝置。在旋轉(zhuǎn)給料機(jī)運(yùn)行過程中，控制系統(tǒng)在每個(gè)循環(huán)過程中會(huì)記錄兩次噴吹罐容重。第一次是在噴吹罐裝滿煤粉后，第二次是在噴吹罐噴吹完成后。在兩次測(cè)量重量的這段計(jì)時(shí)區(qū)間內(nèi)，控制系統(tǒng)將記錄給料機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。噴吹罐裝滿煤粉后的重量減去噴吹完成后的重量得到的數(shù)據(jù)即該時(shí)期內(nèi)噴吹罐的噴吹量。通過除以給料機(jī)在同一時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)獲得“給料機(jī)校準(zhǔn)因數(shù)”。這個(gè)數(shù)據(jù)相當(dāng)于給料機(jī)每轉(zhuǎn)的噴吹的煤粉量，操作者可以把它用于控制系統(tǒng)來設(shè)置給料機(jī)需要的轉(zhuǎn)速以獲得理想的噴吹速率。

該噴吹系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，通過PLC的控制可以實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化噴吹，噴吹量的設(shè)定值可以在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)自由調(diào)整，當(dāng)噴吹量的設(shè)定值調(diào)整后，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，直至達(dá)到噴吹量的設(shè)定值。

4 給料機(jī)校準(zhǔn)因數(shù)

為進(jìn)一步提高噴吹速率的精度，在噴吹進(jìn)程中給料機(jī)校準(zhǔn)因數(shù)的值將不斷的被修正。

從噴吹開始起，控制系統(tǒng)將整合噴吹速率的設(shè)定值，以計(jì)算從那時(shí)起噴煤的理論重量。此設(shè)定值與從噴吹周期開始時(shí)煤粉的實(shí)際噴吹重量作對(duì)比來校正給料機(jī)校準(zhǔn)因數(shù)。如果實(shí)際噴吹重量大于理論重量，那么校準(zhǔn)因數(shù)將增加，反之亦然。

給料機(jī)的校準(zhǔn)因數(shù)每5秒鐘整合一次，PLC根據(jù)整合后得到的校準(zhǔn)因數(shù)反過來調(diào)整給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而進(jìn)一步提高給料機(jī)的噴吹精度。

5 給料機(jī)的轉(zhuǎn)速控制

給料機(jī)每轉(zhuǎn)的噴吹量是一個(gè)固定值，控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)噴吹量的自動(dòng)控制。

在噴吹過程中，PLC通過對(duì)給料機(jī)校準(zhǔn)因數(shù)的周期性計(jì)算，根據(jù)程序運(yùn)算來控制給料機(jī)的轉(zhuǎn)速。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)給料機(jī)啟動(dòng)時(shí)，或者操作員設(shè)定的噴吹量設(shè)定值增加時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)逐漸增加旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的設(shè)定量，直到達(dá)到操作員設(shè)定的設(shè)定量。

如果從人機(jī)界面上操作者輸入的設(shè)定值是增加的，那么給料機(jī)噴吹速率的調(diào)整速率為2噸/小時(shí)/秒。

如果操作者在人機(jī)界面減小設(shè)定值，那么給料機(jī)噴吹速率的設(shè)定值會(huì)立即減而不是緩慢減小。

6 給料機(jī)速度測(cè)量

給料機(jī)轉(zhuǎn)軸的一部分帶有凸起，該結(jié)構(gòu)類似于齒輪。當(dāng)給料機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸的凸起會(huì)接近安裝在毗鄰的給料機(jī)殼體上的接近開關(guān)而使其發(fā)出脈沖信號(hào)，PLC通過這些脈沖信號(hào)用于確定給料機(jī)轉(zhuǎn)速。

實(shí)際的噴吹速率公式為：

實(shí)際噴吹速率=實(shí)際給料機(jī)轉(zhuǎn)速 × 給料機(jī)校準(zhǔn)系數(shù)（CF） / 16.67

7 結(jié)論

以ROTOFEED旋轉(zhuǎn)給料機(jī)為核心設(shè)備的噴吹系統(tǒng)通過PLC周期性地計(jì)算給料機(jī)的校準(zhǔn)因數(shù)來計(jì)算系統(tǒng)的理論噴吹量，并與給定的噴吹量進(jìn)行對(duì)比來控制給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制系統(tǒng)的實(shí)際噴吹量，大大提高了系統(tǒng)的噴吹精度，噴吹精度可達(dá)±0.5%。

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