何建華

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第三鋼軋總廠,安徽馬鞍山243000）

自動化

自動控制實現(xiàn)弗卡斯石灰豎窯的安全節(jié)能運行

何建華

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第三鋼軋總廠,安徽馬鞍山243000）

介紹了弗卡斯石灰豎窯的工藝流程及其相關(guān)控制方式，著重說明工藝流程各個階段控制方式的實現(xiàn)，并闡述弗卡斯石灰豎窯節(jié)能的特點。通過自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，全過程完成了全部工藝流程的自動化。

弗卡斯;石灰豎窯;自動控制;節(jié)能

1 前言

馬鞍山鋼鐵股份有限公司第三鋼軋總廠原有1座500 t/d套筒窯及3座機械化焦炭豎窯，由于這4座石灰窯通過手動控制來完成整個工藝流程，石灰產(chǎn)品經(jīng)常出現(xiàn)生燒、過燒現(xiàn)象。隨著馬鋼冶煉高品質(zhì)鋼種對石灰產(chǎn)量和質(zhì)量的要求不斷提高，馬鋼于2004年修建了1座400 t/d的弗卡斯石灰豎窯（以下簡稱“弗卡斯窯”），該窯具備世界先進技術(shù)水平，石灰煅燒全過程實現(xiàn)了自動化控制，所產(chǎn)冶金石灰活性度在350～370 ml之間，生過燒率可控制在5%以內(nèi)，達到了一級冶金石灰的技術(shù)要求。該窯應(yīng)用了先進的熱值分析儀、廢氣分析儀等監(jiān)測設(shè)備，同時應(yīng)用了助燃風(fēng)加熱和后置煅燒帶等工藝，使得弗卡斯窯與其它石灰窯相比，具有熱效率高、節(jié)約能源等優(yōu)點。同時該窯采用負壓運行方式，生產(chǎn)時無粉塵外排，不會對周邊環(huán)境造成污染。

2 煅燒機理及工藝過程

2.1 碳酸鈣的熱分解及燃燒溫度

弗卡斯窯其熱量分布特點是“低—高—低”，自預(yù)熱帶上部開始，溫度逐步增加，至上部煅燒帶位置溫度最高，然后從并流帶開始，溫度逐步降低。即在石灰石入窯之后，自上而下緩慢下移，連續(xù)經(jīng)過預(yù)熱帶、煅燒帶、后置煅燒帶和冷卻帶。穿過預(yù)熱帶石灰石從常溫預(yù)熱到約900℃（CaCO3開始分解出CO2）；進入煅燒帶溫度升至1250℃左右（CaCO3分解出大量的CO2），燃燒的煤氣是由布置在煅燒帶上、下燒嘴梁上的燒嘴噴出；在后置煅燒帶（在下抽氣梁與下燒嘴梁之間）溫度變化小，CaCO3繼續(xù)充分分解；煅燒的石灰在冷卻帶被充分而迅速的冷卻，得到高活性度的石灰。

2.2 工藝流程

石灰石由原料場橋式抓斗起重機投入石灰石水洗篩分系統(tǒng)處理后，塊度＞30mm石灰石經(jīng)皮帶輸送機運至窯前供料倉，經(jīng)倉下的一臺振動給料機出料；由皮帶輸送機將合格的石灰石投入受料料斗，料斗加滿石灰石后停止供料，卷揚機開始運行，將石料提升至窯頂?shù)谷搿把濕谩笔讲剂掀鳎缓蠓祷?，供料量由振動給料機工作時間控制（可設(shè)定）。

石灰石被卷揚機送到窯頂時，窯頂入料斗的上閘門打開，加完料之后料斗向下運行，入料斗的上閘門關(guān)閉。上閘門關(guān)閉后，下閘門打開，石灰石被偏斜式“褲衩”布料器均勻地分布到窯內(nèi)的各個點上。

石灰石入窯之后，自上而下緩慢下移，連續(xù)經(jīng)過預(yù)熱帶、煅燒帶、后置煅燒帶和冷卻帶，燒制成了石灰，然后經(jīng)過出灰系統(tǒng)完成整個工藝流程,見圖1。

圖1 工藝流程圖

3 弗卡斯窯的分系統(tǒng)介紹

按照工藝過程，弗卡斯窯設(shè)置了6個相對獨立的分系統(tǒng)，分別是上料/布料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、出灰系統(tǒng)、導(dǎo)熱油冷卻系統(tǒng)、助燃空氣系統(tǒng)、廢氣系統(tǒng)。

各分系統(tǒng)現(xiàn)場實測的模擬量信號經(jīng)變送器變換成電信號，再經(jīng)過隔離器進行隔離，生成4～20 mA電流信號進入PLC模擬量輸入模塊，包括調(diào)節(jié)閥實際開度，壓力信號，熱值，溫度信號等。開關(guān)量信號經(jīng)中間繼電器隔離進入開關(guān)量輸入模塊，包括各個限位開關(guān)、選擇開關(guān)、啟/停按鈕等。其中模擬量輸出的信號包括轉(zhuǎn)爐煤氣、助燃空氣、廢氣和冷卻空氣的給定值，是通過實際反饋值和給定值比較經(jīng)過程序內(nèi)PID功能塊運算后，再經(jīng)過模擬量輸出模塊后控制調(diào)節(jié)閥的開度和風(fēng)機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。

主要分系統(tǒng)如下：

綜上所述，馬克思全球化思想，不僅為我們深入研究當(dāng)今全球化深刻復(fù)雜變化提供了堅實的理論基礎(chǔ)，而且也為我們在全球化背景中推進中國特色社會主義偉大事業(yè)，尤其是推動構(gòu)建“人類命運共同體”以及推進“一帶一路”建設(shè)倡議，提供和增強了方法論自覺?！脖疚氖艿轿髂洗髮W(xué)人文社會科學(xué)重大培育項目“基于現(xiàn)代性批判的馬克思主義發(fā)展史研究”(項目號:15XDSKZD002)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項基金重大項目“基于現(xiàn)代性批判的馬克思主義哲學(xué)問題史研究”(項目號:SWU1709215)資助〕

3.1 上料/布料系統(tǒng)

本系統(tǒng)由振動給料機、皮帶輸送機、卷揚機和窯頂布料裝置組成。在使用控制系統(tǒng)實現(xiàn)這個工藝過程中，主要是通過PLC控制系統(tǒng)采集到的限位、料位計和設(shè)定給料機工作時間（及供料量），順序控制振動給料機、皮帶輸送機、卷揚機的運行和停止，石灰石通過卷揚機送到窯頂后，按PLC程序自動控制窯頂布料。

3.2 燃燒系統(tǒng)

此系統(tǒng)通過上下布置的兩層共6根燒嘴梁對石灰石進行加熱分解，完成脫碳過程。燃燒系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的轉(zhuǎn)爐煤氣熱值、產(chǎn)量、熱消耗，通過PID控制功能自動調(diào)整6個煤氣調(diào)節(jié)閥的開度，達到控制煤氣流量的要求。在設(shè)定空燃比后，根據(jù)煤氣熱值等參數(shù)的變化，助燃風(fēng)機轉(zhuǎn)速通過改變變頻器的頻率來自動調(diào)節(jié)，以達到工藝控制的要求。

在線熱值分析儀實時監(jiān)測轉(zhuǎn)爐煤氣熱值，當(dāng)熱值降低時，系統(tǒng)會自動增加煤氣量，確保了石灰質(zhì)量的穩(wěn)定；當(dāng)煤氣熱值上升時，系統(tǒng)會自動減少煤氣量，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煤氣的節(jié)約，避免了石灰產(chǎn)品的過燒。同時由于煤氣量的減少，廢氣風(fēng)機的負載下降，廢氣風(fēng)機轉(zhuǎn)速會相應(yīng)降低，也實現(xiàn)了電能的節(jié)約。

3.3 出料系統(tǒng)

此系統(tǒng)由六組稱重料斗、振動出料器組成，主要功能是通過振動出料器將石灰送入稱重料斗，當(dāng)料斗達到設(shè)定的30 kg重量后，振動出料器停機，稱量后的石灰卸入下部儲灰倉，再由振動給料機排出，由皮帶運輸機運往成品倉。出灰周期對應(yīng)產(chǎn)量的變化實現(xiàn)自動調(diào)整，無需人工設(shè)定。

3.4 導(dǎo)熱油冷卻系統(tǒng)

3.5 助燃空氣系統(tǒng)

此系統(tǒng)包括2臺變頻助燃風(fēng)機提供一次助燃空氣，兩路助燃風(fēng)各自配有1套管式換熱器。大換熱器熱源來自窯頂300℃以上的廢氣，將主助燃風(fēng)機所供助燃風(fēng)加熱到200℃以上，小換熱器熱源來自冷卻石灰后的350℃以上高溫?zé)煔?，將輔助助燃風(fēng)機所供助燃風(fēng)加熱到250℃以上，同時煙氣溫度下降至180℃以下。

兩路加熱后的助燃風(fēng)匯合后被分配至上下燒嘴梁，參與煤氣燃燒，換熱器的應(yīng)用提高了助燃風(fēng)的溫度，同時助燃風(fēng)量會根據(jù)煤氣熱值的變化自動調(diào)整以達到最佳的空燃比，和其它石灰窯相比，熱能利用率大幅度提高，達到了節(jié)能的效果。兩路換熱后的溫度下降至180℃以下，直接進入濾袋式除塵器過濾粉塵（過濾后廢氣含塵量小于30 mg/m3）后再外排。

3.6 廢氣系統(tǒng)

此系統(tǒng)由一臺廢氣風(fēng)機和除塵設(shè)備組成，廢氣風(fēng)機通過設(shè)置在窯頂?shù)纳铣闅饬撼槲G頂廢氣，經(jīng)濾袋式除塵器過濾粉塵后廢氣達標(biāo)排放。廢氣分析儀實時監(jiān)測廢氣中的CO2、CO、O2的百分比含量，廢氣成分含量的變化直接反應(yīng)了窯內(nèi)燃燒情況?？刂埔驝O2%≥30%、CO%≤1%，O2%≤3%，根據(jù)這3個參數(shù)的變化，操作人員會判斷出燃燒是否充分、空燃比的設(shè)定是否合理、煤氣熱值的變化等情況，同時采取對應(yīng)措施進行調(diào)整，確保廢氣參數(shù)在控制范圍內(nèi)。廢氣分析儀的存在使得弗卡斯窯生產(chǎn)時能夠始終確保熱量平衡，并最大程度地實現(xiàn)了經(jīng)濟合理的利用能源。

設(shè)置在冷卻帶的下抽氣梁通過風(fēng)機的抽吸，將石灰冷卻風(fēng)均勻吸入，在下抽氣梁以下形成石灰冷卻帶，在下燒嘴梁和下抽氣梁之間形成后置煅燒帶，后置煅燒帶氣體和物料流動方向一致向下屬于并流煅燒方式。

從圖2逆流煅燒和并流煅燒溫度分布曲線可以看出，在逆流煅燒方式下，石灰石經(jīng)過煅燒帶后，溫度快速下降，而在并流煅燒方式下，高達800℃多的恒溫?zé)煔馐冀K伴隨著石灰石下行，石灰石在此區(qū)域內(nèi)得到充分分解，大大提高了石灰的活性度。弗卡斯窯充分利用了燃燒產(chǎn)生的熱量，與其它不設(shè)置后置煅燒帶的窯型相比較，具備明顯的節(jié)能效果，并且石灰質(zhì)量也能得到明顯的提高。

圖2 逆流、并流煅燒溫度曲線對比圖

4 結(jié)束語

目前，弗卡斯窯已經(jīng)在馬鋼三鋼軋總廠投產(chǎn)10多年，得益于生產(chǎn)過程全自動化以及工藝過程的合理設(shè)計，不僅在安全穩(wěn)定性上作用明顯，生產(chǎn)過程人工干預(yù)很少，因此該窯一直保持著安全、節(jié)能、環(huán)保、高效的運行，所產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的冶金石灰滿足了馬鋼煉鋼需求

To Achieve Safe and Energy-saving Operation of the Fercalx VerticalLim e?K iln w ith Automatic Control

He Jianhua
(The No.1 Steelmaking&Rolling Works of Masteel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China)

The process flow and related control method of Fercalx vertical lime kiln are introduced,achievement of control at each phase of the process is explained with emphasis and the energy saving characteristic of Fercalx vertical lime kiln is discussed.Complete automation of the entire process flow was achieved through adjustment of process parameters by the automatic control system.

Fercalx;vertical lime kiln;automatic control;energy saving

TP273

B

1006-6764（2015）08-0069-03

2015-06-12

何建華(1981-),男,畢業(yè)于安徽大學(xué)電氣工程及其自動化，大學(xué)本科學(xué)歷，助理工程師,現(xiàn)從事石灰窯工藝管理工作。