方桂榮，吳金龍

（1.汕頭機械（集團）公司，廣東汕頭 515041；2.汕頭市閥門廠，廣東汕頭 515041）

0 引言

在煉鐵高爐噴煤系統(tǒng)中，為保證煤粉噴吹的連續(xù)性與高效性，需采用自動化控制的閥門來滿足其要求。尤其是在制粉和噴吹的操作過程中，根據(jù)煤粉易燃易爆的特性、噴吹速率和倒罐等問題，做好自動化控制閥門的選用及安裝是一項至關重要的工作。

1 高爐噴煤的流程、意義及組成部分

在煉鐵過程中，將鐵從鐵礦石中提煉出來，而現(xiàn)代的煉鐵技術通常是采用高爐噴吹輔助燃料（煤粉）來進行鐵的冶煉和生產。高爐噴煤流程如圖1所示。

圖1 高爐噴煤流程圖

高爐噴煤在煉鐵過程中的意義：（1）節(jié)約成本，用價格低廉的煤粉代替焦炭；（2）可調節(jié)高爐爐況的熱度；（3）可改善高爐爐缸工作狀態(tài)；（4）煤粉氣化有利于礦石還原和高爐操作指標；（5）相比其他提煉方法，能夠增產降耗，且能減少對環(huán)境的污染。

噴煤系統(tǒng)主要分為制粉控制系統(tǒng)和噴吹控制系統(tǒng)[1]。制粉控制系統(tǒng)主要包括給煤、磨煤、稀油、布袋除塵、排風、螺旋輸送等，該制粉控制系統(tǒng)主要是控制溫度、在制粉過程中給煤粉提供干燥的氣體及對磨機的壓力展開控制。噴吹控制系統(tǒng)主要是及時向高爐輸送煤粉，通過PLC 程序控制實現(xiàn)了自動倒罐的過程，即補壓自動控制、補氣自動控制、自動噴吹控制、空壓包氮壓包自動壓力控制、高溫時自動充氮降溫和故障時可實現(xiàn)安全聯(lián)鎖保護[2]。高爐噴煤系統(tǒng)是通過對閥門的自動化控制來保持罐內壓力的恒定，達到噴吹的效果。

2 高爐噴煤系統(tǒng)的操作

高爐噴煤系統(tǒng)主要有制粉和噴吹兩套自動控制系統(tǒng)的操作。在該系統(tǒng)中，主要采用的一些設備使用變頻器和能實現(xiàn)遠程自動化控制的閥門（即采用電磁閥和接近開關等電氣配件的閥門或電動閥門），并將所有的信息都放置在電腦上展示，采用畫面監(jiān)控軟件和編程軟件對其監(jiān)控和自動控制。

2.1 制粉控制系統(tǒng)的操作

制粉控制系統(tǒng)的啟動順序：開中速磨潤滑油泵，開原煤倉下的帶式密封稱量給煤機，延時后停機，開布袋除塵器下的卸灰閥，開原煤倉下的插板閥，開振動篩，布袋除塵器投入工作，開主排風機，開主排風機進口進風閥，開中速磨進口熱風切斷閥，開中速磨，開原煤倉下的稱量給煤機，制粉系統(tǒng)投入運行[3]。該制粉系統(tǒng)在電腦上展示的控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面如圖2所示。

2.2 噴吹控制系統(tǒng)的操作

噴吹控制系統(tǒng)的啟動順序：關閉噴吹罐卸壓閥，開啟下煤閥，關閉放散閥，開啟上煤閥，開始裝煤，關閉上煤閥，關閉下煤閥，開啟放散閥，開啟充壓閥，關閉充壓閥，開啟補壓閥，開啟流化閥，開啟補氣閥，開啟噴煤閥，開啟煤粉出口閥開始噴吹煤粉。噴吹控制系統(tǒng)采用全自動倒罐控制，其工作原理：在該系統(tǒng)中一般設計有兩個噴吹罐（A1 和A2），煤粉利用自重從煤粉倉落到噴吹罐中，當噴吹罐A1 裝滿煤粉并充壓到壓力設定值后，即準備噴煤（作為待用罐）；當正在噴吹的噴吹罐A2（操作罐）一旦噴空時，待用罐A1就與煤粉輸送管道接通，在一個短暫的轉換過渡時間后，噴空的操作罐A2開始卸壓、裝煤粉和再充壓的另一個循環(huán)。在噴吹控制系統(tǒng)中閥門開閉動作順序是噴煤操作過程中必須遵循的規(guī)律，違反了操作順序就有可能出現(xiàn)事故。采用全自動倒灌控制能減少失誤操作，節(jié)約人力，確保噴煤系統(tǒng)穩(wěn)定運行[3]。該噴吹系統(tǒng)在電腦上展示的控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面如圖3所示。

3 噴煤系統(tǒng)閥門的選用

3.1 制粉控制系統(tǒng)的閥門

在制粉控制系統(tǒng)的運行過程中主要選用自動調節(jié)和自動切換的閥門。如在中速磨的入口溫度需要有效調節(jié)，在煙氣爐出口和二次混冷風管道上選用電動調節(jié)閥；借助煙氣爐的作用，控制煙氣引風機以及高爐煤氣的混合比值，在煙氣引風機和冷風管道上選用電動調節(jié)閥；在高爐煤氣管道則應選用電動蝶閥和電動調節(jié)閥；為控制煙氣爐的溫度需要采用助燃風機，在助燃風機管道上選用電動調節(jié)閥；為防止煙氣爐超壓需要選用氣動放散閥；在布袋除塵器上的主排風機管道則選用電動調節(jié)閥來控制；在布袋收塵器上的滅火氮氣管道上選用氣動球閥和電動V 型調節(jié)閥來控制當高溫時自動充氮降溫和滅火；在布袋系統(tǒng)中都安裝有卸灰裝置（在圖1 和圖2中無顯示卸灰裝置），在卸灰裝置中安裝有可自動控制的氣動卸灰球閥。在圖2 中，只顯示自動控制的閥門，手動閥門則選用適合現(xiàn)場需求的通用閥門來與自動控制閥門安全聯(lián)鎖保護。為確保制粉過程的溫度和壓力，應調控及設置好調節(jié)閥的開度，使其能安全穩(wěn)定地長時間運行，體現(xiàn)出自動化的特點。

3.2 噴吹控制系統(tǒng)的閥門

在噴吹控制系統(tǒng)的運行過程中主要選用能實現(xiàn)遠程自動化控制的帶有電氣配件（電磁閥和接近開關等）的氣動球閥（如圖3 所示的上煤閥、下煤閥、放散閥、卸壓閥、充壓閥、補壓閥、流化閥、出口閥、補氣閥、噴煤閥、壓縮空氣吹掃閥等）、能自動調節(jié)開度的電動V型調節(jié)球閥（如圖3所示的補氣調節(jié)閥、流化調節(jié)閥等）、實現(xiàn)安全聯(lián)鎖保護和輔助方便氣動閥門更換時的蝸輪球閥及手動球閥、防止介質倒流的止回閥、防止壓力過大的減壓閥和控制煤粉流量均勻的煤粉分配器等閥門，其型號規(guī)格及公稱壓力等都應根據(jù)煉鐵高爐噴煤管道生產現(xiàn)場的要求選用。其中如圖3所示的閥門只顯示氣動和電動形式的閥門。

圖2 制粉監(jiān)控畫面

圖3 噴吹監(jiān)控畫面

關于噴吹控制系統(tǒng)中閥門的選用，應針對噴煤系統(tǒng)的特點考慮：（1）閥門響應速度必須快，應能隨時快速開閉，以達到溫度的要求；（2）為穩(wěn)定噴煤系統(tǒng)管道中的壓力及介質的煤粉所附帶有害氣體泄漏現(xiàn)象，故閥門不允許泄漏；（3）為保證噴煤效果，閥門應全開或全關操作；（4）為滿足遠程自動化控制、PLC 程序控制操作和電腦監(jiān)控的需要，應選用帶電氣（即電磁閥和接近開關等）的閥門。結合以上特點應選用氣動球閥最為合適，且針對氣動球閥結構特點及根據(jù)高爐噴煤系統(tǒng)管道的需要，應選用法蘭連接形式、固定球（軸支式）結構[4]、雙向密封且密封能自動補償結構的氣動球閥[5]。該類氣動球閥的型號規(guī)格公稱壓力等具體選用舉例如下：某煉鐵廠1 300 m3的中型高爐，噴吹罐裝滿15 t 的煤粉后，罐內加壓至0.8 MPa 能達到噴吹煤粉的條件，其自動控制的閥門是選用汕頭市新汕閥門制造有限公司（原汕頭市閥門廠）生產的氣動噴煤球閥FQ647F-16C 的閥門[6]，如圖4所示。

圖4 氣動噴煤球閥外觀圖

其特點如下：閥門類型為球閥，驅動方式為氣動，連接形式為法蘭連接，結構形式為固定球和直通式雙向密封[7]，密封面材質為增強聚四氟乙烯，公稱壓力為1.6 MPa，閥體材質為碳鋼。該閥門的特點包括：（1）為了減少球閥的操作扭矩和增強密封的可靠程度，避免球體受壓后產生位移，采用固定球的結構形式；（2）因在噴煤系統(tǒng)管道中，閥門進出口端都有壓力，采用雙向密封結構；（3）因噴煤系統(tǒng)對球閥質量的要求高，為提高其使用壽命，采用密封自動補償裝置[8]，即在球閥使用一段時間后或球閥密封位在一定磨損范圍內，密封能自動補償，仍能保證可靠密封；（4）閥門啟閉動作是由氣動裝置帶動球體正反回轉90°來實現(xiàn)的，可采用單氣缸雙作用結構的氣動裝置[9]，其輸出扭矩大，操作簡單方便，響應速度快（開關時間為2～3 s），可配置電氣（即電磁閥和接近開關等）實現(xiàn)遠程自動化控制。該煉鐵廠高爐噴煤系統(tǒng)噴吹罐上的氣動閥門如圖5 所示，使用的氣動噴煤球閥系列產品均經型式試驗檢測合格[10]（包括材料化學成分分析和力學機械性能試驗等）后取得《壓力管道元件制造許可證》，且該系列的閥門各項技術指標符合現(xiàn)場使用條件需要并具較高水平。在該煉鐵廠高爐噴煤系統(tǒng)生產現(xiàn)場相應管道上各氣動閥門選用的規(guī)格為：上煤閥和下煤閥選用DN250 氣動噴煤球閥；卸壓閥選用DN100 氣動噴煤球閥；充壓閥、出口閥和噴煤閥選用DN65氣動噴煤球閥；放散閥、補壓閥、流化閥、補氣閥和壓縮空氣吹掃閥選用DN32氣動噴煤球閥；滅火氮氣選用DN150 氣動噴煤球閥。該煉鐵廠高爐噴煤系統(tǒng)選用的氣動閥門使得高爐可以順利高效安全穩(wěn)定地生產，已經進行了1年多的使用，能實現(xiàn)自動加壓、卸壓、噴吹和倒罐的控制，達到了預期的效果。

圖5 噴吹罐上生產現(xiàn)場的閥門

4 閥門安裝說明

在煉鐵高爐噴煤系統(tǒng)中，主要采用氣動噴煤球閥、氣動卸灰球閥、電動V 型調節(jié)球閥、蝸輪球閥、手動球閥、止回閥、減壓閥、煤粉分配器、電動蝶閥和電動調節(jié)閥等，其在安裝過程中應注意以下幾方面問題：

（1）在安裝閥門時必須按閥門的流向（通常在閥門外觀有箭頭標示流向）在管道上安裝（氣動噴煤球閥除外，因其是雙向密封結構無需辨別方向）；

（2）在氣動噴煤球閥和電動V 型調節(jié)球閥進口端需安裝手動球閥（包括蝸輪球閥），當自動化控制的閥門出現(xiàn)故障時方便更換；

（3）有條件的情況下，在自動化控制的閥門并行處安裝能實現(xiàn)安全聯(lián)鎖保護的閥門，防止故障發(fā)生影響正常生產；

（4）在管道中需要采用多種閥門一起控制時，應注意各閥門的排序，如在氮氣罐進出口處需要采用減壓閥、手動球閥、氣動球閥、電動V 型調節(jié)球閥和止回閥進行控制，且必須按照以上閥門排序安裝，切忌隨意安裝影響各閥門使用的效果及正常的生產；

（5）注意閥門安裝的位置（水平安裝、垂直安裝、傾斜安裝、倒置安裝）是否正確（氣動噴煤球閥除外，因其結構特點能適合各種位置的安裝），如氣動卸灰球閥則需要采用垂直安裝，以免影響閥門使用效果；

（6）閥門安裝時注意氣源壓力的大小、電磁閥的電壓電流及常開常閉、接近開關的電壓電流及常開常閉等問題；

（7）注意在安裝氣動閥門時，油水分離器（氣源處理元件）不可處在倒置狀態(tài)，否則氣源沒有通過處理直接進入氣缸而影響驅動效果。在閥門安裝及調試時應多注意以上等問題，確保正常生產。

5 結束語

本文闡述煉鐵高爐噴煤系統(tǒng)的流程、意義及其主要組成部分制粉、噴吹兩個控制系統(tǒng)的操作過程，主要針對其自動化控制閥門的選用及安裝等問題進行分析，希望能夠提高相關人員對該系統(tǒng)的了解并為有關的研究人士帶來借鑒與參考。通過閥門自動控制系統(tǒng)對煉鐵高爐噴煤進行操作控制，提高工作效率，降低操作失誤率，優(yōu)化高爐噴煤工藝，并使其操作趨于自動化和智能化，從而增強煉鐵企業(yè)的競爭力，能夠為企業(yè)帶來巨大的效益。