朱鐵海

(武鋼綠色城市建設(shè)發(fā)展有限公司 湖北 武漢：430080)

高爐煤粉制備系統(tǒng)有一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的工序：原煤由皮帶機(jī)送入原煤倉，煤塊由給煤機(jī)按設(shè)定的給煤量送入磨機(jī)被研磨成細(xì)粉狀，這種煤粉含有一定的潮濕水分，不能直接進(jìn)入噴吹管道，必須經(jīng)過高溫干燥處理后，方可進(jìn)入噴吹管道送往高爐，否則將堵塞噴吹管道。為了節(jié)省能源，將高爐熱風(fēng)爐排放的高溫?zé)煔庾鳛楦稍锝橘|(zhì)對(duì)已被磨機(jī)研磨成細(xì)粉狀的煤粉進(jìn)行高溫干燥。熱風(fēng)爐排放的高溫?zé)煔饨?jīng)由傳輸管道和引風(fēng)機(jī)傳送到制粉車間廠房，當(dāng)制粉產(chǎn)量不高時(shí)，傳輸來的高溫?zé)煔馍锌蓾M足生產(chǎn)需要，可以直接投入使用。但當(dāng)制粉產(chǎn)量高時(shí)，必須由煙氣加熱爐加熱來補(bǔ)充熱能并維持在正常范圍，經(jīng)過加熱的煙氣作為干燥劑進(jìn)入磨機(jī)并對(duì)煤粉進(jìn)行干燥處理。完成干燥處理后的煤粉，被主排煙風(fēng)機(jī)從磨機(jī)內(nèi)抽出，由布袋收粉器收集，再經(jīng)煤粉倉、噴吹罐和傳輸管道送往高爐。

在傳統(tǒng)的高爐煤粉制備系統(tǒng)中，采用“小閉環(huán)控制”系統(tǒng)控制溫度，對(duì)煙氣加熱爐出口之前的各種擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)，將煙氣加熱爐的出口溫度作為PID調(diào)節(jié)主控點(diǎn)，而未將其后的磨機(jī)的溫度參數(shù)納入閉環(huán)中，這種傳統(tǒng)的控制方式的主要技術(shù)問題是磨機(jī)溫度控制失調(diào)和煙氣加熱爐壓力不穩(wěn)。由于未將磨機(jī)的溫度參數(shù)納入閉環(huán)控制中，因此當(dāng)引風(fēng)機(jī)和主排煙風(fēng)機(jī)輸送熱風(fēng)的流量和壓力發(fā)生變化時(shí)，磨機(jī)的溫度會(huì)發(fā)生波動(dòng)，這種波動(dòng)無法反饋至“小閉環(huán)控制”系統(tǒng)中，從而導(dǎo)致溫度不穩(wěn)定、爐溫波動(dòng)大、煙氣加熱爐發(fā)生無法點(diǎn)火或者點(diǎn)火后熄滅的問題，嚴(yán)重影響了制粉噴吹系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1 高爐煙煤噴吹新型控制系統(tǒng)

1.1 磨機(jī)出口溫度控制

我們改用一種新的調(diào)節(jié)方式，在較小范圍調(diào)節(jié)時(shí)由煙氣加熱爐來調(diào)節(jié), 只是在煙氣加熱爐調(diào)節(jié)超限時(shí)才由熱風(fēng)流量來調(diào)節(jié)。這種新的調(diào)節(jié)方式在高爐噴煤量穩(wěn)定, 即制粉量一定時(shí)效果特別顯著, 使整個(gè)系統(tǒng)在很穩(wěn)定的良性狀況下工作。

磨機(jī)出口溫度調(diào)節(jié)方式的改變也就決定了煙氣加熱爐調(diào)節(jié)方式的改變。對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析對(duì)比，歸納其中的規(guī)律, 建立了合理的燃?xì)?空氣配比模型。根據(jù)最終得到的燃?xì)?空氣燃燒配比曲線，在PLC控制系統(tǒng)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型作為加熱爐調(diào)節(jié)控制依據(jù)。

經(jīng)過試驗(yàn)和探索，發(fā)現(xiàn)以磨機(jī)出口溫度為準(zhǔn)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，同時(shí)以煙氣加熱爐出口溫度作安全連鎖更為合理。出于安全角度考慮, 綜合考慮原煤的含水量、氣候條件等因素合理設(shè)定煙氣加熱爐出口溫度上限。正常情況下，為防止煙煤著火燃燒，加熱爐出口溫度應(yīng)控制在280℃以下，但在雨季，原煤比較潮濕情況下，加熱爐出口溫度可適當(dāng)放開到300℃內(nèi)，這對(duì)雨季制粉質(zhì)量、產(chǎn)量有很大幫助。

1.2 煙氣加熱爐壓力控制

經(jīng)反復(fù)摸索，總結(jié)出一套新的操作與控制模式，即在制粉量一定的情況下，風(fēng)煤比預(yù)調(diào)好后，壓力調(diào)整以調(diào)節(jié)主排煙風(fēng)機(jī)為主，溫度調(diào)整以調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)流量為主，引風(fēng)機(jī)流量調(diào)穩(wěn)后，再由煙氣加熱爐作溫度PID跟蹤細(xì)調(diào)，這就使得壓力控制和溫度控制兩條線就都比較穩(wěn)定。

1.3 高爐噴煤PLC全自動(dòng)精確定量控制

高爐煤粉噴吹是當(dāng)前高爐工藝上的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，隨著煤粉噴吹工藝的發(fā)展，對(duì)煤粉噴吹的計(jì)量和控制要求也越來越高。一套先進(jìn)的噴煤系統(tǒng)需具備安全、穩(wěn)定、可控性，具體的從功能上來說系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝料，換罐，煤量自動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)報(bào)警，自動(dòng)報(bào)表等，其中噴吹定量控制，而非一般定性控制噴煤量，即高爐給定噴煤量，PLC自動(dòng)調(diào)節(jié)精確的按給定噴吹，而不是現(xiàn)在人工計(jì)算、人工調(diào)節(jié)。

相比人工調(diào)節(jié)，PLC自動(dòng)調(diào)節(jié)噴煤會(huì)更均勻、更準(zhǔn)確、更流暢。手工計(jì)算手工調(diào)節(jié)往往因?yàn)樗惴▎我?，多的時(shí)候向下，少的時(shí)候向上，調(diào)的幅度較大，流量波動(dòng)大，這樣容易堵槍，這是噴吹系統(tǒng)最普遍最棘手的問題。手工噴煤煤量不準(zhǔn)也影響高爐的正常操作，高爐被迫調(diào)劑負(fù)荷。

要實(shí)現(xiàn)PLC全自動(dòng)噴吹定量精確控制，噴吹工藝需做些改進(jìn)，由常規(guī)靠罐壓(或硫化風(fēng)控制)，改由噴吹罐出口增加煤量調(diào)節(jié)閥+罐壓控制，罐壓主(粗)調(diào)，調(diào)節(jié)閥細(xì)調(diào)。在熱負(fù)荷調(diào)試中建立罐壓噴煤量曲線，生產(chǎn)中根據(jù)該曲線，不同噴煤量PLC自動(dòng)計(jì)算出壓力區(qū)間，以改壓力主調(diào)，下面的噴煤閥精調(diào)。

流量計(jì)算算法是噴吹控制精度的核心。使用現(xiàn)有的噴吹罐電子稱量系統(tǒng)，通過微分法以及移動(dòng)取平均值等算法計(jì)算噴吹流量，對(duì)不同工況下的質(zhì)量流量數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)分析，建立不同工況下的流量曲線，從而提高質(zhì)量流量的測(cè)量精度。

2 制粉系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)安全

為保證制粉系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行，由于制粉系統(tǒng)不經(jīng)常啟動(dòng)和停止，因此程序控制只設(shè)手動(dòng)方式和半自動(dòng)方式，加安全連鎖。

啟動(dòng)順序：在煙氣加熱爐正常運(yùn)行狀態(tài)下，布袋收粉器、布袋收粉器集灰斗下旋轉(zhuǎn)卸灰閥、主排煙風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)爐廢氣引風(fēng)機(jī)、中速磨機(jī)、全密閉稱重皮帶機(jī)。

停止順序：與啟動(dòng)順序相反。

設(shè)備檢修時(shí)可以脫開聯(lián)鎖。

原煤倉上的空氣炮(振打器)可以定時(shí)(間隔延時(shí))，也可以手動(dòng)啟動(dòng)和停止，每次啟動(dòng)空氣炮應(yīng)單個(gè)進(jìn)行，不要頻繁啟動(dòng)。

布袋收粉器對(duì)布袋的反吹可以定壓差也可以定時(shí)進(jìn)行反吹；可以離線，也可以在線進(jìn)行反吹(設(shè)備帶有控制箱)，主排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)口管道調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)熱煙氣流量與壓力(控制室控制與機(jī)旁操作)，熱風(fēng)爐廢氣引風(fēng)機(jī)帶變頻控制器(調(diào)速)和控制箱(在煙氣爐處于保火狀態(tài)時(shí)，廢氣引風(fēng)機(jī)應(yīng)保持低速運(yùn)轉(zhuǎn)降低放散的煙氣溫度)，煤粉倉下的手動(dòng)插板閥只在檢修時(shí)使用，手動(dòng)開啟或關(guān)閉。

為保證噴吹系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行，噴吹罐內(nèi)的罐壓與高爐送風(fēng)壓力需有一定的正偏差并隨高爐送風(fēng)壓力的增減而增減。如果高爐壓力急驟增高，由于罐壓調(diào)節(jié)滯后不能及時(shí)跟蹤，為此需緊急開啟充壓閥以快速升高罐內(nèi)壓力，從而保證噴吹系統(tǒng)的安全。輸煤支管子系統(tǒng)與煤粉輸送子系統(tǒng)之間的信號(hào)交換必不可少，噴吹管道壓力檢測(cè)、分配器入口壓力檢測(cè)、高爐熱風(fēng)壓力檢測(cè)，主管給煤閥狀況，主管流量控制等直接影響噴吹的效果。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)立即自動(dòng)停止噴吹：

(1)氮?dú)鈿庠磯毫Φ陀谙孪孪蓿?/p>

(2)熱風(fēng)壓力低于下下限；

(3)對(duì)分配器前壓力與熱風(fēng)壓力的差值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)這個(gè)差值小于0.15MPa 時(shí)噴吹系統(tǒng)緊急停機(jī)。

2.2 制粉系統(tǒng)工作流程

制粉系統(tǒng)工作流程詳見圖1。

圖1 制粉系統(tǒng)工作流程

3 噴煤支管檢堵掃吹系統(tǒng)

系統(tǒng)包括分配器后輸煤支管子系統(tǒng)的檢堵并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吹堵，檢堵儀及相應(yīng)氣動(dòng)閥(配套)、電纜、連接件等；對(duì)檢堵裝置及自動(dòng)吹掃系統(tǒng)的硬件、軟件負(fù)責(zé)，軟件及控制設(shè)計(jì)合理；相關(guān)數(shù)據(jù)信號(hào)提?。粰z堵應(yīng)能夠在檢測(cè)有堵塞趨勢(shì)時(shí)提前發(fā)出信號(hào)報(bào)警、進(jìn)而自動(dòng)啟動(dòng)吹掃程序；檢測(cè)暢通后自動(dòng)復(fù)位進(jìn)入噴吹狀態(tài)；在一定時(shí)間自動(dòng)正吹無效時(shí)，可切換為人為干預(yù)，手動(dòng)反吹；有相關(guān)模擬畫面顯示及記錄；支管檢堵真實(shí)準(zhǔn)確，達(dá)到快速檢測(cè)并實(shí)現(xiàn)高效的自動(dòng)控制吹堵功能。

輸煤支管子系統(tǒng)的各支管一般有四種工作方式：停噴、噴煤、正吹、反吹。停噴：氣動(dòng)煤粉閥、吹掃閥、排粉閥處于關(guān)閉狀況，爐前的噴槍若未拔出可通過手動(dòng)開冷卻氣冷(見圖2)；噴煤：氣動(dòng)煤粉閥打開、氣動(dòng)吹掃閥、排粉閥等處于關(guān)閉狀況(見圖3)；正吹(自動(dòng)程序)：氣動(dòng)吹掃閥打開、氣動(dòng)煤粉閥、排粉閥處于關(guān)閉狀況，將堵塞支管的煤粉往高爐內(nèi)吹掃(見圖4)。在一定時(shí)間內(nèi)未吹通可發(fā)出手動(dòng)反吹信號(hào)，人為干預(yù)；反吹(手動(dòng)程序)：噴槍若未拔出可通過手動(dòng)開冷卻氣冷卻后，關(guān)閉入噴槍前手動(dòng)閥，開反吹手動(dòng)閥，氣動(dòng)吹掃閥關(guān)、氣動(dòng)排粉閥打開、煤粉閥處于關(guān)閉狀況，進(jìn)行手動(dòng)反吹作業(yè)(見圖5)。反吹的煤粉通過氣動(dòng)排粉閥吹掃至布袋回收裝置?？刂乒?操作站)要留有布袋反吹接口。反吹完成后，轉(zhuǎn)入自動(dòng)正吹，確認(rèn)支管通暢后進(jìn)入正常噴煤狀態(tài)。

圖2 輸煤支管子系統(tǒng)的各支管停噴

圖3 輸煤支管子系統(tǒng)的各支管噴煤

圖4 輸煤支管子系統(tǒng)的各支管正吹

4 結(jié)論

武鋼高爐煙煤噴吹新控制系統(tǒng)，通過將磨機(jī)出口溫度控制與煙氣加熱爐壓力控制相結(jié)合，徹底解決了磨機(jī)溫度控制失調(diào)和煙氣加熱爐壓力不穩(wěn)等問題，保證了燃?xì)?空氣配比控制的穩(wěn)定；設(shè)計(jì)了PLC自動(dòng)噴吹控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了噴煤過程的精準(zhǔn)定量自動(dòng)控制；通過安全的制粉工藝設(shè)計(jì)和噴煤支管檢堵掃吹系統(tǒng)，確保噴吹過程的安全、穩(wěn)定。實(shí)際使用表明，新噴煤系統(tǒng)安全高效可靠，提高了制粉能力，保證了制粉質(zhì)量。

圖5 輸煤支管子系統(tǒng)的各支管反吹