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)計過程中高爐噴吹煤粉工藝不僅可對高爐煉鐵工藝加以優(yōu)化、改良，同時也利于節(jié)焦增產(chǎn)，可確保高爐順行。子系統(tǒng)的設(shè)計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，主要負責(zé)向高爐噴吹煤粉。整個系統(tǒng)主要分為兩個重要組成部分，分別為噴吹控制系統(tǒng)以及制粉控制系統(tǒng)。對系統(tǒng)內(nèi)部功能進行分析，而后可將其分為加熱爐燃燒控制、收粉控制、磨煤機出口溫度控制、給煤磨煤控制以及熱煙氣引風(fēng)控制等等，以上多項控制功能共同構(gòu)成了完整的控制系統(tǒng)，同時也保證了系統(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)量達到了全球的95%以上。煉鐵時，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、焦爐、鍋爐等的原料，進行循環(huán)使用。

2 噴吹控制系統(tǒng)相關(guān)功能介紹

噴吹燃氣爐系統(tǒng)真正實現(xiàn)了熱風(fēng)送爐、熱風(fēng)操作、煤氣操作等多項功能，同時也可使得經(jīng)濟燃燒效果達到最佳狀態(tài)。在一般情況下，工藝會將熱風(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)運行過程中的防爆能力，很多時候噴吹熱風(fēng)爐廢氣溫度的變化幅度相對較大，所以通常會運用升溫爐產(chǎn)生高溫?zé)煔猓⑵渑c熱風(fēng)爐廢氣進行混合，從而提供溫度穩(wěn)定的氣體，同時起到干燥的作用。整個工藝控制流程見下。1)磨煤機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)煔獾幕旌媳戎担柚妱诱{(diào)節(jié)閥對熱風(fēng)爐廢氣進行調(diào)節(jié)。2)若想進一步確保制粉系統(tǒng)的溫度，使得溫度更加適宜，就要運用混合干燥器，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，對出口溫度變化進行調(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，此時高爐煤氣入口將實施自動切斷。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，技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)發(fā)揮自身的專業(yè)優(yōu)勢，及時調(diào)節(jié)閥門開度，使之更加適應(yīng)。

2.3 噴吹自動控制給煤系統(tǒng) 在噴吹自動控制給煤系統(tǒng)的運營過程中，相關(guān)工作人員需要了解原煤輸送控制以及配比的實際要求，其中包含兩個原煤給料皮帶秤、大傾角皮帶運輸機以及平角帶運輸機等多個方面。在運行過程中要求設(shè)備瞬間啟動、瞬間停止，同時具有緊急停止功能，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)定值需要直接傳達至下位機，經(jīng)過調(diào)節(jié)后直接驅(qū)動變頻器，并對下料進行有效控制。

3 高爐煉鐵噴煤系統(tǒng)的計算機監(jiān)控設(shè)計

3.1 控制功能 (1)自動換罐：當(dāng)另一個罐煤粉噴吹到下限值時，打開底部出煤閥進行同時噴吹一段時間(可設(shè)定)后，關(guān)閉另一罐出煤閥，換罐結(jié)束。(2)自動卸壓：當(dāng)罐子中的煤粉噴吹完并換罐后，打開卸壓閥進行卸壓，卸壓管道上有兩個氣動閥，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)罐子自動補壓和流化：當(dāng)罐子在加粉完成后處于等待時間，罐子底部流化調(diào)節(jié)閥設(shè)定固定的閥門開度進行流化，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)定量進行調(diào)節(jié)對流化板進行流化，使高爐的噴吹煤粉濃度達到要求，中部流化閥根據(jù)設(shè)定時間進行開關(guān)控制疏松煤粉，頂部補壓調(diào)節(jié)閥根據(jù)設(shè)定罐壓進行自動調(diào)節(jié)，保持罐壓穩(wěn)定。(4)起噴和停噴控制：每個分配器都設(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，點動起噴命令，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，同時關(guān)閉冷卻氮氣閥。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，延時一段時間后，再打開其它已選噴槍的煤閥，并關(guān)閉對應(yīng)的冷卻氮氣閥。在噴吹過程中，分配器壓力過低，噴槍會停止噴吹。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)點動停噴命令時，噴吹罐底部出煤閥關(guān)閉，噴槍煤閥關(guān)閉，對應(yīng)的氮氣閥打開。當(dāng)高爐風(fēng)量和風(fēng)壓過低時，系統(tǒng)會自動停噴。(5)噴槍自動開關(guān)控制：當(dāng)點動啟噴命令后，噴槍出煤閥自動打開，對應(yīng)的氮氣閥自動關(guān)閉，當(dāng)噴槍上未檢測到煤流或點動停槍命令時，出煤閥自動關(guān)閥，打開氮氣閥。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，需要對管道進行吹掃，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，吹掃時程序自動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個噴吹主畫面，主要顯示整個噴吹過程的設(shè)備狀態(tài)和過程數(shù)據(jù)實時顯示；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，可對設(shè)備進行手、自動切換和操作。(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，煤粉檢測參數(shù)設(shè)定，起噴槍數(shù)設(shè)定等。

3.2 串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點 (1)有兩個控制器串聯(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的檢測；(2)有兩個控制器和兩個檢測環(huán)節(jié)和一個執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)成；(3)能迅速克服進入副回路擾動的影響。1)定性分析：副回路進入擾動時，檢測環(huán)節(jié)監(jiān)控到有擾動，偏離了給定，同時經(jīng)過副回路的定值作用及時控制變量，使副被控變量恢復(fù)到副給定值，把擾動的影響降低到最小也就是對主控制器的的影響。也就是副環(huán)先對干擾進行簡單調(diào)節(jié)，主環(huán)回路對擾動進行細調(diào)。因此，副回路的干擾能被串級控制能快速克服。

結(jié)語

綜上所述，對于副環(huán)擾動，串級控制系統(tǒng)容易控制，可以使系統(tǒng)誤差降低。串級控制、主控和副控都是串級控制系統(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，在串級控制系運行過程中，如果一個環(huán)節(jié)不能工作.可以進行變化；減少對生產(chǎn)過程的影響。