天鐵6#高爐三罐并列混合噴煤控制技術(shù)的開發(fā)

沈 乾

（天津天鐵冶金集團(tuán)動(dòng)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(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐的連續(xù)噴吹。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生裝料閥門、噴吹閥門或罐體故障時(shí)，容易造成高爐煤粉斷噴，甚至造成高爐長(zhǎng)時(shí)間的變料生產(chǎn)。手動(dòng)噴吹對(duì)噴吹罐、管道及軟連接、不承壓設(shè)備等存在較大安全隱患，并且在噴吹過程中噴吹速率波動(dòng)較大，容易對(duì)高爐爐況造成影響，同時(shí)加大了操作工的工作強(qiáng)度。天鐵集團(tuán)6#高爐噴煤系統(tǒng)三罐并列噴吹工藝改造項(xiàng)目中，對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴吹控制進(jìn)行了開發(fā)和應(yīng)用。

2 高爐三罐并列混合噴煤的運(yùn)行工藝

天鐵集團(tuán)6#高爐三罐并列噴煤主要工藝并列布置的3個(gè)噴吹罐為1#、2#、3#噴吹罐，噴吹罐上部連接至同一個(gè)煤粉倉(cāng)，粉倉(cāng)中的混合煤粉通過裝料蝶閥、裝料球閥對(duì)噴吹罐裝粉。煤粉裝至設(shè)定重量時(shí)裝料完成，充壓氮?dú)鈱?duì)噴吹罐充壓，罐壓一般充到0.8 MPa以上時(shí)充壓完成，通過噴吹罐的壓力與高爐熱風(fēng)壓力之差來實(shí)現(xiàn)煤粉的輸送。開始噴煤時(shí)，打開噴煤切斷閥和噴煤閥，煤粉從軸向方向進(jìn)入混合器，螺桿機(jī)空壓風(fēng)輸送氣則從切線方向進(jìn)入混合器切割煤料料栓，濃相輸送至6#高爐。流化氮?dú)鈱?duì)噴吹罐出口煤粉進(jìn)行霧化，補(bǔ)充氮?dú)獗ＷC罐壓穩(wěn)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(gè)特點(diǎn)：

（1）由于煤粉中混入大量煙煤，揮發(fā)分高，同時(shí)在噴吹罐充壓過程中壓縮氣體會(huì)釋放出大量熱量，屬于高危易燃易爆工藝，因此噴煤系統(tǒng)采用不可燃?xì)怏w氮?dú)鈦韺?duì)噴吹罐充壓，采用價(jià)格低廉的螺桿機(jī)空壓風(fēng)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(hù)，同時(shí)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(cāng)反正變形。

（3）輸送氣壓力過低時(shí)，高爐熱風(fēng)回灌可能導(dǎo)致爆燃事故，必須有防止輸送氣壓力過低的保護(hù)。在噴煤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，必須著重考慮以上特點(diǎn)。

3 噴煤工藝控制技術(shù)

3.1 單罐的自動(dòng)循環(huán)

噴吹罐實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴吹的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是噴吹罐的單罐自動(dòng)循環(huán)功能，噴吹罐自動(dòng)噴吹控制由放散狀態(tài)、裝料狀態(tài)、充壓狀態(tài)、保持狀態(tài)、噴吹狀態(tài)5個(gè)狀態(tài)循環(huán)實(shí)現(xiàn)。任一噴吹罐噴吹完成后，進(jìn)入放散狀態(tài)，打開小放散，罐壓降至100 kPa時(shí)，再打開大放散進(jìn)行卸壓；罐壓放散至“卸壓壓力設(shè)定值”時(shí)卸壓完成，噴吹罐進(jìn)入裝料狀態(tài)，先打開裝料球閥，再打開裝料蝶閥，煤粉由粉倉(cāng)進(jìn)入噴吹罐裝料；罐重逐漸上升，達(dá)到“灌滿設(shè)置”重量時(shí)，裝料完成；關(guān)閉裝料蝶閥，延時(shí)10 s后才能再關(guān)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(dāng)其他正在噴吹的噴吹罐罐重低于“充壓重量”設(shè)定值時(shí)，此噴吹罐進(jìn)入充壓狀態(tài)，關(guān)閉大小放散，打開充壓切斷閥，對(duì)噴吹罐充壓；罐壓達(dá)到“充壓壓力設(shè)置”時(shí)，充壓完成，關(guān)閉充壓切斷閥，噴吹罐處于保持狀態(tài)；其他正在噴吹的噴吹罐罐重低于“罐空設(shè)置”重量時(shí)，處于保持狀態(tài)的噴吹罐會(huì)自動(dòng)投入噴吹狀態(tài)，打開流化切斷閥、補(bǔ)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(guān)閉流化切斷閥、補(bǔ)氣切斷閥和噴煤切斷閥，進(jìn)入放散狀態(tài)，整個(gè)單罐自動(dòng)循環(huán)完成。圖1為噴吹罐自動(dòng)循環(huán)邏輯控制圖。

3.2 噴吹過程中三罐的循環(huán)倒換

三罐并列噴吹工藝的裝料和放散都是獨(dú)立進(jìn)行的，即只要噴吹罐噴吹完成就執(zhí)行放散和裝料，而充壓和噴吹則需要根據(jù)正在噴吹狀態(tài)的噴吹罐的罐重來確定，因此，另外兩個(gè)裝料完成的噴吹罐要有一個(gè)充壓和噴吹的優(yōu)先權(quán)。選擇方法為分別對(duì)每個(gè)罐進(jìn)入裝料狀態(tài)時(shí)開始計(jì)時(shí)，哪個(gè)罐先裝料，則先選擇哪個(gè)罐進(jìn)行充壓和噴吹。當(dāng)噴吹罐進(jìn)入噴吹狀態(tài)，或者罐自動(dòng)切換到罐手動(dòng)后，對(duì)之前計(jì)時(shí)置零。如此實(shí)現(xiàn)三罐按順序倒換，期間任一罐需要檢修時(shí)，切換到罐手動(dòng)后則退出循環(huán)，另外2個(gè)罐繼續(xù)完成對(duì)高爐的自動(dòng)循環(huán)倒換噴煤。

圖1 噴吹罐自動(dòng)循環(huán)邏輯控制圖

3.3 噴吹罐自動(dòng)噴吹時(shí)的保護(hù)措施

噴吹罐的手動(dòng)自動(dòng)切換功能是噴吹罐正確和安全執(zhí)行自動(dòng)噴吹的保證。噴吹罐的手/自動(dòng)切換是指罐體上裝料蝶閥、裝料球閥、大小放散、充壓閥、補(bǔ)氣切斷閥、流化切斷閥、噴煤切斷閥和噴煤閥共9個(gè)氣動(dòng)切斷閥同時(shí)手/自動(dòng)的切換，噴吹罐投入自動(dòng)，則控制程序控制這9個(gè)閥門完成噴吹罐的自動(dòng)循環(huán)。發(fā)生下列情況時(shí)，噴吹罐由自動(dòng)控制切換到手動(dòng)控制，保證可靠噴吹：（1）9個(gè)閥門中任意一個(gè)報(bào)超時(shí)故障，說明該閥沒有可靠打開或關(guān)閉；（2）閥門放散超時(shí)，即放散時(shí)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)罐壓沒有降低到設(shè)定值；（3）裝料超時(shí)，即裝料時(shí)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)罐重沒有達(dá)到設(shè)定值；（4）充壓超時(shí)，即充壓時(shí)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)罐壓沒有上升到設(shè)定值；（5）噴吹故障，即噴吹時(shí)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)罐重沒有低于設(shè)定值；（6）操作工手動(dòng)進(jìn)行手/自動(dòng)切換。噴吹罐自動(dòng)切換為手動(dòng)后發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)保持當(dāng)前的工作狀態(tài)，待故障處理完畢后投入自動(dòng)，控制系統(tǒng)對(duì)各閥門置位，各閥門自動(dòng)回到噴吹罐當(dāng)前狀態(tài)要求的位置，保證噴吹罐繼續(xù)正確循環(huán)。如果沒有罐手/自動(dòng)切換功能，在循環(huán)出錯(cuò)時(shí)，噴吹罐仍然會(huì)執(zhí)行循環(huán)指令，可能導(dǎo)致惡性事故的發(fā)生，因此，手/自動(dòng)切換功能是噴吹罐自動(dòng)噴吹可靠性的保證。

為了進(jìn)一步提高噴吹安全，系統(tǒng)增加了以下安全保護(hù)措施：（1）防止噴吹罐出現(xiàn)裝料過滿現(xiàn)象，在罐重高于罐滿重量時(shí)，必須關(guān)閉裝料蝶閥；（2）防止噴吹罐出現(xiàn)充壓過高現(xiàn)象，在罐壓高于充壓壓力時(shí)，必須關(guān)閉充壓閥切斷閥；（3）為了保護(hù)裝料管道軟連接，罐壓高于“卸壓壓力設(shè)置”時(shí)，禁止打開裝料球閥；（4）罐壓高于100 kPa時(shí)，禁止打開大放散，防止粉倉(cāng)負(fù)壓反正；（5）放散閥打開時(shí)，不允許充壓。噴吹罐不管是在手動(dòng)狀態(tài)還是在自動(dòng)狀態(tài)，必須執(zhí)行上述指令。

輸送氣壓力必須安全可靠。為了防止因?yàn)槁輻U機(jī)故障導(dǎo)致輸送氣壓力過低，造成高爐熱風(fēng)回灌或者噴吹煤粉進(jìn)入輸送氣管道，與壓縮空氣混合發(fā)生爆炸事故，在輸送氣入口處加裝一趟氮?dú)夤艿?。?dāng)輸送氣壓力低于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)將空壓風(fēng)切換到氮?dú)庾鳛檩斔蜌?，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

3.4 報(bào)警與緊急停噴

噴吹罐出現(xiàn)下列情形時(shí)報(bào)警：裝料超時(shí)、充壓超時(shí)、噴吹故障、放散故障、9個(gè)切斷閥任一閥門超時(shí)故障，說明噴吹罐已經(jīng)不能正確執(zhí)行自動(dòng)噴吹命令，發(fā)出聲光報(bào)警提示，同時(shí)該罐會(huì)從罐自動(dòng)切換到手動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行（但不會(huì)影響到其他罐的自動(dòng)/手動(dòng)狀態(tài)），該報(bào)警經(jīng)處理消除后，可重新投入自動(dòng)狀態(tài)。

6#高爐噴煤系統(tǒng)出現(xiàn)以下任意一種情況時(shí)就會(huì)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(diǎn)壓力與熱風(fēng)壓力之差低于100 kPa；（4）輸送氣壓力與熱風(fēng)壓力之差低于100 kPa。這4個(gè)信號(hào)的出現(xiàn)，說明噴吹系統(tǒng)已經(jīng)不能安全將煤粉輸送至高爐，甚至可能出現(xiàn)高爐熱風(fēng)回灌噴吹罐或者空壓風(fēng)系統(tǒng)，造成惡性爆炸事故，需要緊急停噴，保護(hù)噴煤系統(tǒng)安全。緊急停噴信號(hào)發(fā)出后，同時(shí)關(guān)閉所有罐噴煤切斷閥、噴吹閥、充壓閥、流化閥和補(bǔ)氣閥，如果輸送氣壓力過低，同時(shí)關(guān)閉輸送氣切斷閥，保證噴煤系統(tǒng)的安全。

3.5 噴吹及速率調(diào)節(jié)

當(dāng)噴煤系統(tǒng)接到高爐噴煤準(zhǔn)備信號(hào)后，打開螺桿空壓風(fēng)切斷閥和輸送氣切斷閥，將3個(gè)罐分別投入自動(dòng)狀態(tài)，最先投入的噴吹罐會(huì)進(jìn)行放散、裝料、充壓、保持，接到高爐噴煤命令后，點(diǎn)擊“開始噴吹”按鈕，將會(huì)打開噴煤切斷閥和噴煤閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐噴煤。高爐要求停噴時(shí)，點(diǎn)擊“手動(dòng)停噴”，結(jié)束噴吹。

噴吹速率是通過噴吹罐稱重傳感器的靜態(tài)信號(hào)，做移動(dòng)加權(quán)平均計(jì)算得出，經(jīng)過濾波處理后正確反映煤粉速率。為了提高高爐爐況的穩(wěn)定性，要求煤粉噴吹速率均勻平穩(wěn)，因此在6#高爐噴煤系統(tǒng)中采用了“補(bǔ)氣穩(wěn)定罐壓，流化調(diào)節(jié)速率，輸送氣切割料栓”的濃相輸送方式噴吹，具有速率穩(wěn)定，調(diào)節(jié)范圍大，節(jié)省輸送氣氣量等特點(diǎn)。補(bǔ)氣調(diào)節(jié)閥和流化調(diào)節(jié)閥均采用PID模糊控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)罐壓和速率的動(dòng)態(tài)控制。

4 結(jié)束語

6#高爐三罐并列混合噴煤控制技術(shù)開發(fā)應(yīng)用后，減少了因?yàn)閲姶迪到y(tǒng)原因造成高爐停噴變料的次數(shù)，三罐之間的自動(dòng)循環(huán)和倒換控制更加安全可靠，噴吹速率均勻平穩(wěn)，同時(shí)降低了噴吹罐壓力和輸送氣的使用量，使得噴煤系統(tǒng)的控制水平大幅提升，防止惡性事故的發(fā)生。