高爐煉鐵噴煤系統的計算機監控設計

張金鐘

首鋼通鋼股份有限公司煉鐵事業部 吉林 通化 134003

引言

煉鐵系統的設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化、改良，同時也利于節焦增產，可確保高爐順行。子系統的設計過程中主要利用噴吹工藝模式，噴吹系統共裝備了兩組噴吹裝置，主要負責向高爐噴吹煤粉。整個系統主要分為兩個重要組成部分，分別為噴吹控制系統以及制粉控制系統。對系統內部功能進行分析，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控制等等，以上多項控制功能共同構成了完整的控制系統，同時也保證了系統內部功能的完整性與完善性。

1 高爐煉鐵工藝分析

在現代煉鐵工藝中，由豎爐煉鐵發展而來的高爐煉鐵工藝是最主要的手段，其鋼鐵總產量達到了全球的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口處吹入，使其與焦炭產生化學法應，通過燃燒生成一氧化碳和氫氣，而這兩種氣體在高爐內上升的過程中會與鐵礦石中的氧發生還原反應，從而得到鐵。鐵口用于鐵水的排出，渣口則用于排出爐渣，煉鐵所產生的煤氣通過除塵作業后從高爐頂導出，可以用作加熱爐、焦爐、鍋爐等的原料，進行循環使用。

2 噴吹控制系統相關功能介紹

噴吹燃氣爐系統真正實現了熱風送爐、熱風操作、煤氣操作等多項功能，同時也可使得經濟燃燒效果達到最佳狀態。在一般情況下，工藝會將熱風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運行過程中的防爆能力，很多時候噴吹熱風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生高溫煙氣，并將其與熱風爐廢氣進行混合，從而提供溫度穩定的氣體，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節，過程中借助加熱爐的作用，控制熱風爐廢氣以及高溫煙氣的混合比值，借助電動調節閥對熱風爐廢氣進行調節。2)若想進一步確保制粉系統的溫度，使得溫度更加適宜，就要運用混合干燥器，使之處于合乎規范的值域范圍，而后結合磨煤機出口溫度的變化情況，借助熱風調節閥以及冷風調節閥等等，對出口溫度變化進行調控，使得溫度更加適當。3)如若高爐煤氣壓力與設定值不相符，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。冷空氣調節閥結合所需熱風的溫度，在其中混兌冷空氣，與此同時，技術人員也應當發揮自身的專業優勢，及時調節閥門開度，使之更加適應。

2.3 噴吹自動控制給煤系統 在噴吹自動控制給煤系統的運營過程中，相關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。原始量的設定只需要在畫面上予以展現，過程中設定值需要直接傳達至下位機，經過調節后直接驅動變頻器，并對下料進行有效控制。

3 高爐煉鐵噴煤系統的計算機監控設計

3.1 控制功能 (1)自動換罐：當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(可設定)后，關閉另一罐出煤閥，換罐結束。(2)自動卸壓：當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，根據罐內壓力逐步打開，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：當罐子在加粉完成后處于等待時間，罐子底部流化調節閥設定固定的閥門開度進行流化，疏松煤粉。罐子在噴吹過程中，底部的流化調節閥根據設定量進行調節對流化板進行流化，使高爐的噴吹煤粉濃度達到要求，中部流化閥根據設定時間進行開關控制疏松煤粉，頂部補壓調節閥根據設定罐壓進行自動調節，保持罐壓穩定。(4)起噴和停噴控制：每個分配器都設置了起噴和停噴命令。當高爐選擇好可以使用的噴槍后，點動起噴命令，控制程序根據設定的起噴噴槍數打開前面幾支槍的煤閥，同時關閉冷卻氮氣閥。當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，并關閉對應的冷卻氮氣閥。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。當點動停噴命令時，噴吹罐底部出煤閥關閉，噴槍煤閥關閉，對應的氮氣閥打開。當高爐風量和風壓過低時，系統會自動停噴。(5)噴槍自動開關控制：當點動啟噴命令后，噴槍出煤閥自動打開，對應的氮氣閥自動關閉，當噴槍上未檢測到煤流或點動停槍命令時，出煤閥自動關閥，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備狀態和過程數據實時顯示；煤粉倉及N2罐監控畫面，主要顯示煤粉倉的工作狀態、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，出煤閥、煤流調節閥，補償氣調節閥的工作狀態。畫面中所有的設備都連接了子畫面，可對設備進行手、自動切換和操作。(7)參數設定：提供了很多參數設定畫面，主要有卸壓過程參數設定，加粉過程參數設定，換罐參數設定，流化參數設定，煤粉檢測參數設定，起噴槍數設定等。

3.2 串級控制系統的結構特點 (1)有兩個控制器串聯構成控制系統，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節和一個執行機構構成；(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，檢測環節監控到有擾動，偏離了給定，同時經過副回路的定值作用及時控制變量，使副被控變量恢復到副給定值，把擾動的影響降低到最小也就是對主控制器的的影響。也就是副環先對干擾進行簡單調節，主環回路對擾動進行細調。因此，副回路的干擾能被串級控制能快速克服。

結語

綜上所述，對于副環擾動，串級控制系統容易控制，可以使系統誤差降低。串級控制、主控和副控都是串級控制系統，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，如果一個環節不能工作.可以進行變化；減少對生產過程的影響。