自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)弗卡斯石灰豎窯的安全節(jié)能運(yùn)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）

自動(dòng)化

自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)弗卡斯石灰豎窯的安全節(jié)能運(yùn)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(shuō)明工藝流程各個(gè)階段控制方式的實(shí)現(xiàn)，并闡述弗卡斯石灰豎窯節(jié)能的特點(diǎn)。通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，全過(guò)程完成了全部工藝流程的自動(dòng)化。

弗卡斯;石灰豎窯;自動(dòng)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(jī)械化焦炭豎窯，由于這4座石灰窯通過(guò)手動(dòng)控制來(lái)完成整個(gè)工藝流程，石灰產(chǎn)品經(jīng)常出現(xiàn)生燒、過(guò)燒現(xiàn)象。隨著馬鋼冶煉高品質(zhì)鋼種對(duì)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(jiǎn)稱(chēng)“弗卡斯窯”），該窯具備世界先進(jìn)技術(shù)水平，石灰煅燒全過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，所產(chǎn)冶金石灰活性度在350～370 ml之間，生過(guò)燒率可控制在5%以?xún)?nèi)，達(dá)到了一級(jí)冶金石灰的技術(shù)要求。該窯應(yīng)用了先進(jìn)的熱值分析儀、廢氣分析儀等監(jiān)測(cè)設(shè)備，同時(shí)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(diǎn)。同時(shí)該窯采用負(fù)壓運(yùn)行方式，生產(chǎn)時(shí)無(wú)粉塵外排，不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成污染。

2 煅燒機(jī)理及工藝過(guò)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(diǎn)是“低—高—低”，自預(yù)熱帶上部開(kāi)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(kāi)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(guò)預(yù)熱帶、煅燒帶、后置煅燒帶和冷卻帶。穿過(guò)預(yù)熱帶石灰石從常溫預(yù)熱到約900℃（CaCO3開(kāi)始分解出CO2）；進(jìn)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(chǎng)橋式抓斗起重機(jī)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(jī)運(yùn)至窯前供料倉(cāng)，經(jīng)倉(cāng)下的一臺(tái)振動(dòng)給料機(jī)出料；由皮帶輸送機(jī)將合格的石灰石投入受料料斗，料斗加滿(mǎn)石灰石后停止供料，卷?yè)P(yáng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，將石料提升至窯頂?shù)谷搿把濕谩笔讲剂掀?，然后返回，供料量由振?dòng)給料機(jī)工作時(shí)間控制（可設(shè)定）。

石灰石被卷?yè)P(yáng)機(jī)送到窯頂時(shí)，窯頂入料斗的上閘門(mén)打開(kāi)，加完料之后料斗向下運(yùn)行，入料斗的上閘門(mén)關(guān)閉。上閘門(mén)關(guān)閉后，下閘門(mén)打開(kāi)，石灰石被偏斜式“褲衩”布料器均勻地分布到窯內(nèi)的各個(gè)點(diǎn)上。

石灰石入窯之后，自上而下緩慢下移，連續(xù)經(jīng)過(guò)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(guò)出灰系統(tǒng)完成整個(gè)工藝流程,見(jiàn)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(guò)程，弗卡斯窯設(shè)置了6個(gè)相對(duì)獨(dú)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(chǎng)實(shí)測(cè)的模擬量信號(hào)經(jīng)變送器變換成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)隔離器進(jìn)行隔離，生成4～20 mA電流信號(hào)進(jìn)入PLC模擬量輸入模塊，包括調(diào)節(jié)閥實(shí)際開(kāi)度，壓力信號(hào)，熱值，溫度信號(hào)等。開(kāi)關(guān)量信號(hào)經(jīng)中間繼電器隔離進(jìn)入開(kāi)關(guān)量輸入模塊，包括各個(gè)限位開(kāi)關(guān)、選擇開(kāi)關(guān)、啟/停按鈕等。其中模擬量輸出的信號(hào)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(guò)實(shí)際反饋值和給定值比較經(jīng)過(guò)程序內(nèi)PID功能塊運(yùn)算后，再經(jīng)過(guò)模擬量輸出模塊后控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)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(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，而且也為我們?cè)谌蚧尘爸型七M(jìn)中國(guó)特色社會(huì)主義偉大事業(yè)，尤其是推動(dòng)構(gòu)建“人類(lèi)命運(yùn)共同體”以及推進(jìn)“一帶一路”建設(shè)倡議，提供和增強(qiáng)了方法論自覺(jué)?！脖疚氖艿轿髂洗髮W(xué)人文社會(huì)科學(xué)重大培育項(xiàng)目“基于現(xiàn)代性批判的馬克思主義發(fā)展史研究”(項(xiàng)目號(hào):15XDSKZD002)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)基金重大項(xiàng)目“基于現(xiàn)代性批判的馬克思主義哲學(xué)問(wèn)題史研究”(項(xiàng)目號(hào):SWU1709215)資助〕

3.1 上料/布料系統(tǒng)

本系統(tǒng)由振動(dòng)給料機(jī)、皮帶輸送機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)和窯頂布料裝置組成。在使用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這個(gè)工藝過(guò)程中，主要是通過(guò)PLC控制系統(tǒng)采集到的限位、料位計(jì)和設(shè)定給料機(jī)工作時(shí)間（及供料量），順序控制振動(dòng)給料機(jī)、皮帶輸送機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)的運(yùn)行和停止，石灰石通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)送到窯頂后，按PLC程序自動(dòng)控制窯頂布料。

3.2 燃燒系統(tǒng)

此系統(tǒng)通過(guò)上下布置的兩層共6根燒嘴梁對(duì)石灰石進(jìn)行加熱分解，完成脫碳過(guò)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(guò)PID控制功能自動(dòng)調(diào)整6個(gè)煤氣調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，達(dá)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(jī)轉(zhuǎn)速通過(guò)改變變頻器的頻率來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到工藝控制的要求。

在線熱值分析儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)爐煤氣熱值，當(dāng)熱值降低時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)減少煤氣量，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煤氣的節(jié)約，避免了石灰產(chǎn)品的過(guò)燒。同時(shí)由于煤氣量的減少，廢氣風(fēng)機(jī)的負(fù)載下降，廢氣風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)相應(yīng)降低，也實(shí)現(xiàn)了電能的節(jié)約。

3.3 出料系統(tǒng)

此系統(tǒng)由六組稱(chēng)重料斗、振動(dòng)出料器組成，主要功能是通過(guò)振動(dòng)出料器將石灰送入稱(chēng)重料斗，當(dāng)料斗達(dá)到設(shè)定的30 kg重量后，振動(dòng)出料器停機(jī)，稱(chēng)量后的石灰卸入下部?jī)?chǔ)灰倉(cāng)，再由振動(dòng)給料機(jī)排出，由皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)往成品倉(cāng)。出灰周期對(duì)應(yīng)產(chǎn)量的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，無(wú)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(tái)變頻助燃風(fēng)機(jī)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(lái)自窯頂300℃以上的廢氣，將主助燃風(fēng)機(jī)所供助燃風(fēng)加熱到200℃以上，小換熱器熱源來(lái)自冷卻石灰后的350℃以上高溫?zé)煔?，將輔助助燃風(fēng)機(jī)所供助燃風(fēng)加熱到250℃以上，同時(shí)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(shí)助燃風(fēng)量會(huì)根據(jù)煤氣熱值的變化自動(dòng)調(diào)整以達(dá)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(dá)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(jìn)入濾袋式除塵器過(guò)濾粉塵（過(guò)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(tái)廢氣風(fēng)機(jī)和除塵設(shè)備組成，廢氣風(fēng)機(jī)通過(guò)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(guò)濾粉塵后廢氣達(dá)標(biāo)排放。廢氣分析儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(gè)參數(shù)的變化，操作人員會(huì)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(shí)采取對(duì)應(yīng)措施進(jìn)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(shí)能夠始終確保熱量平衡，并最大程度地實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)合理的利用能源。

設(shè)置在冷卻帶的下抽氣梁通過(guò)風(fēng)機(jī)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(dòng)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(guò)煅燒帶后，溫度快速下降，而在并流煅燒方式下，高達(dá)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(duì)比圖

4 結(jié)束語(yǔ)

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(guò)程全自動(dòng)化以及工藝過(guò)程的合理設(shè)計(jì)，不僅在安全穩(wěn)定性上作用明顯，生產(chǎn)過(guò)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(yùn)行，所產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的冶金石灰滿(mǎn)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(dòng)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。