天鐵6#高爐三罐并列混合噴煤控制技術的開發

沈 乾

（天津天鐵冶金集團動力廠，河北涉縣056404）

1 引言

天鐵6#高爐噴煤工藝采用雙罐并列、完全手動控制來實現對高爐的連續噴吹。當系統發生裝料閥門、噴吹閥門或罐體故障時，容易造成高爐煤粉斷噴，甚至造成高爐長時間的變料生產。手動噴吹對噴吹罐、管道及軟連接、不承壓設備等存在較大安全隱患，并且在噴吹過程中噴吹速率波動較大，容易對高爐爐況造成影響，同時加大了操作工的工作強度。天鐵集團6#高爐噴煤系統三罐并列噴吹工藝改造項目中，對系統實現自動噴吹控制進行了開發和應用。

2 高爐三罐并列混合噴煤的運行工藝

天鐵集團6#高爐三罐并列噴煤主要工藝并列布置的3個噴吹罐為1#、2#、3#噴吹罐，噴吹罐上部連接至同一個煤粉倉，粉倉中的混合煤粉通過裝料蝶閥、裝料球閥對噴吹罐裝粉。煤粉裝至設定重量時裝料完成，充壓氮氣對噴吹罐充壓，罐壓一般充到0.8 MPa以上時充壓完成，通過噴吹罐的壓力與高爐熱風壓力之差來實現煤粉的輸送。開始噴煤時，打開噴煤切斷閥和噴煤閥，煤粉從軸向方向進入混合器，螺桿機空壓風輸送氣則從切線方向進入混合器切割煤料料栓，濃相輸送至6#高爐。流化氮氣對噴吹罐出口煤粉進行霧化，補充氮氣保證罐壓穩定，形成濃相輸送過程中的均勻料栓。

混合噴煤工藝包括下3個特點：

（1）由于煤粉中混入大量煙煤，揮發分高，同時在噴吹罐充壓過程中壓縮氣體會釋放出大量熱量，屬于高危易燃易爆工藝，因此噴煤系統采用不可燃氣體氮氣來對噴吹罐充壓，采用價格低廉的螺桿機空壓風濃相輸送煤粉。

（2）噴吹罐充壓壓力通常在0.7～1.0 MPa，屬于壓力容器充裝，需要有防止裝料過量和充壓過高的保護，同時禁止噴吹罐帶壓裝料和快速放散，防止管道軟連接受壓破損及煤粉倉反正變形。

（3）輸送氣壓力過低時，高爐熱風回灌可能導致爆燃事故，必須有防止輸送氣壓力過低的保護。在噴煤控制系統設計過程中，必須著重考慮以上特點。

3 噴煤工藝控制技術

3.1 單罐的自動循環

噴吹罐實現自動噴吹的關鍵環節就是噴吹罐的單罐自動循環功能，噴吹罐自動噴吹控制由放散狀態、裝料狀態、充壓狀態、保持狀態、噴吹狀態5個狀態循環實現。任一噴吹罐噴吹完成后，進入放散狀態，打開小放散，罐壓降至100 kPa時，再打開大放散進行卸壓；罐壓放散至“卸壓壓力設定值”時卸壓完成，噴吹罐進入裝料狀態，先打開裝料球閥，再打開裝料蝶閥，煤粉由粉倉進入噴吹罐裝料；罐重逐漸上升，達到“灌滿設置”重量時，裝料完成；關閉裝料蝶閥，延時10 s后才能再關閉裝料球閥，防止煤料落在裝料球閥密封面上，造成球面劃傷和噴吹罐密封性能下降。當其他正在噴吹的噴吹罐罐重低于“充壓重量”設定值時，此噴吹罐進入充壓狀態，關閉大小放散，打開充壓切斷閥，對噴吹罐充壓；罐壓達到“充壓壓力設置”時，充壓完成，關閉充壓切斷閥，噴吹罐處于保持狀態；其他正在噴吹的噴吹罐罐重低于“罐空設置”重量時，處于保持狀態的噴吹罐會自動投入噴吹狀態，打開流化切斷閥、補氣切斷閥和噴煤切斷閥，該罐開始往高爐噴吹煤粉，而噴吹完成的噴吹罐則關閉流化切斷閥、補氣切斷閥和噴煤切斷閥，進入放散狀態，整個單罐自動循環完成。圖1為噴吹罐自動循環邏輯控制圖。

3.2 噴吹過程中三罐的循環倒換

三罐并列噴吹工藝的裝料和放散都是獨立進行的，即只要噴吹罐噴吹完成就執行放散和裝料，而充壓和噴吹則需要根據正在噴吹狀態的噴吹罐的罐重來確定，因此，另外兩個裝料完成的噴吹罐要有一個充壓和噴吹的優先權。選擇方法為分別對每個罐進入裝料狀態時開始計時，哪個罐先裝料，則先選擇哪個罐進行充壓和噴吹。當噴吹罐進入噴吹狀態，或者罐自動切換到罐手動后，對之前計時置零。如此實現三罐按順序倒換，期間任一罐需要檢修時，切換到罐手動后則退出循環，另外2個罐繼續完成對高爐的自動循環倒換噴煤。

圖1 噴吹罐自動循環邏輯控制圖

3.3 噴吹罐自動噴吹時的保護措施

噴吹罐的手動自動切換功能是噴吹罐正確和安全執行自動噴吹的保證。噴吹罐的手/自動切換是指罐體上裝料蝶閥、裝料球閥、大小放散、充壓閥、補氣切斷閥、流化切斷閥、噴煤切斷閥和噴煤閥共9個氣動切斷閥同時手/自動的切換，噴吹罐投入自動，則控制程序控制這9個閥門完成噴吹罐的自動循環。發生下列情況時，噴吹罐由自動控制切換到手動控制，保證可靠噴吹：（1）9個閥門中任意一個報超時故障，說明該閥沒有可靠打開或關閉；（2）閥門放散超時，即放散時在設定時間內罐壓沒有降低到設定值；（3）裝料超時，即裝料時在設定時間內罐重沒有達到設定值；（4）充壓超時，即充壓時在設定時間內罐壓沒有上升到設定值；（5）噴吹故障，即噴吹時在設定時間內罐重沒有低于設定值；（6）操作工手動進行手/自動切換。噴吹罐自動切換為手動后發出報警信號，同時保持當前的工作狀態，待故障處理完畢后投入自動，控制系統對各閥門置位，各閥門自動回到噴吹罐當前狀態要求的位置，保證噴吹罐繼續正確循環。如果沒有罐手/自動切換功能，在循環出錯時，噴吹罐仍然會執行循環指令，可能導致惡性事故的發生，因此，手/自動切換功能是噴吹罐自動噴吹可靠性的保證。

為了進一步提高噴吹安全，系統增加了以下安全保護措施：（1）防止噴吹罐出現裝料過滿現象，在罐重高于罐滿重量時，必須關閉裝料蝶閥；（2）防止噴吹罐出現充壓過高現象，在罐壓高于充壓壓力時，必須關閉充壓閥切斷閥；（3）為了保護裝料管道軟連接，罐壓高于“卸壓壓力設置”時，禁止打開裝料球閥；（4）罐壓高于100 kPa時，禁止打開大放散，防止粉倉負壓反正；（5）放散閥打開時，不允許充壓。噴吹罐不管是在手動狀態還是在自動狀態，必須執行上述指令。

輸送氣壓力必須安全可靠。為了防止因為螺桿機故障導致輸送氣壓力過低，造成高爐熱風回灌或者噴吹煤粉進入輸送氣管道，與壓縮空氣混合發生爆炸事故，在輸送氣入口處加裝一趟氮氣管道。當輸送氣壓力低于設定值時，自動將空壓風切換到氮氣作為輸送氣，同時發出報警信號。

3.4 報警與緊急停噴

噴吹罐出現下列情形時報警：裝料超時、充壓超時、噴吹故障、放散故障、9個切斷閥任一閥門超時故障，說明噴吹罐已經不能正確執行自動噴吹命令，發出聲光報警提示，同時該罐會從罐自動切換到手動狀態運行（但不會影響到其他罐的自動/手動狀態），該報警經處理消除后，可重新投入自動狀態。

6#高爐噴煤系統出現以下任意一種情況時就會緊急停噴：（1）停止噴吹按鈕按下；（2）分配器壓力高于0.85 MPa；（3）噴吹起點壓力與熱風壓力之差低于100 kPa；（4）輸送氣壓力與熱風壓力之差低于100 kPa。這4個信號的出現，說明噴吹系統已經不能安全將煤粉輸送至高爐，甚至可能出現高爐熱風回灌噴吹罐或者空壓風系統，造成惡性爆炸事故，需要緊急停噴，保護噴煤系統安全。緊急停噴信號發出后，同時關閉所有罐噴煤切斷閥、噴吹閥、充壓閥、流化閥和補氣閥，如果輸送氣壓力過低，同時關閉輸送氣切斷閥，保證噴煤系統的安全。

3.5 噴吹及速率調節

當噴煤系統接到高爐噴煤準備信號后，打開螺桿空壓風切斷閥和輸送氣切斷閥，將3個罐分別投入自動狀態，最先投入的噴吹罐會進行放散、裝料、充壓、保持，接到高爐噴煤命令后，點擊“開始噴吹”按鈕，將會打開噴煤切斷閥和噴煤閥，實現對高爐噴煤。高爐要求停噴時，點擊“手動停噴”，結束噴吹。

噴吹速率是通過噴吹罐稱重傳感器的靜態信號，做移動加權平均計算得出，經過濾波處理后正確反映煤粉速率。為了提高高爐爐況的穩定性，要求煤粉噴吹速率均勻平穩，因此在6#高爐噴煤系統中采用了“補氣穩定罐壓，流化調節速率，輸送氣切割料栓”的濃相輸送方式噴吹，具有速率穩定，調節范圍大，節省輸送氣氣量等特點。補氣調節閥和流化調節閥均采用PID模糊控制系統實現對罐壓和速率的動態控制。

4 結束語

6#高爐三罐并列混合噴煤控制技術開發應用后，減少了因為噴吹系統原因造成高爐停噴變料的次數，三罐之間的自動循環和倒換控制更加安全可靠，噴吹速率均勻平穩，同時降低了噴吹罐壓力和輸送氣的使用量，使得噴煤系統的控制水平大幅提升，防止惡性事故的發生。