燒結機點火爐燃燒控制系統(tǒng)設計

吳宏禹，王新春，周怡雯

(內(nèi)蒙古科技大學，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

2020年，金屬制造公司煉鐵作業(yè)部兩臺500m2燒結機年產(chǎn)燒結礦為983萬t。目前，燒結系統(tǒng)的固體燃耗成分為80%的焦粉，配加量約為49kg/t燒結礦，折合標煤43.95kg/t燒結礦，固體燃耗的相關指標在國內(nèi)處于較高水準。但目前燒結礦的各項質量參數(shù)也因為火焰溫度的不同，造成了大量的波動，嚴重影響了燒結礦的產(chǎn)量及質量。同時隨著國家去產(chǎn)能及節(jié)能減排等各項政策措施的陸續(xù)出臺，鋼鐵行業(yè)的形勢越來越嚴峻。

未來冶金行業(yè)的重點發(fā)展趨勢就是有效降低能源消耗、減少污染物排放總量為突破口，節(jié)能減排先行，環(huán)境保護重于泰山。為確保實現(xiàn)國家的節(jié)能減排目標，促進經(jīng)濟發(fā)展態(tài)勢升級，建設資源友好型、環(huán)境友善型企業(yè)，增強可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新能力，包鋼集團公司必須采取必要手段，以實現(xiàn)國家節(jié)能減排的宏偉目標。

最近幾年，大型燒結機的燒結點火技術飛速發(fā)展，點火的能源消耗大幅度下降，國內(nèi)各大型鋼鐵企業(yè)對燒結機點火爐上不僅在結構上采取了新技術，同時在控制系統(tǒng)上也采用了新技術，這些新技術、新思想的運用，對降低燒結機點火爐的能源消耗起到了關鍵作用。

1 燒結生產(chǎn)流程

來料的準備與來料、料種的混配與制粒、燒結及環(huán)冷、篩分及入爐。

1.1 來料的準備與來料部分

原料是燒結生產(chǎn)的根本，燒結生產(chǎn)需要多種料種，其中包括含煤粉、焦粉、蛇紋石、灰石等多種料種，保證多料種的配比穩(wěn)定、來料穩(wěn)定、流量穩(wěn)定、控制穩(wěn)定等關鍵指標，才能保證燒結機的基礎穩(wěn)定，基礎穩(wěn)定才能保證燒結礦的成品性能穩(wěn)定，性能穩(wěn)定才能保證后續(xù)的穩(wěn)定，也就是保證鐵水的質量。

1.2 料種的混配與制粒部分

料種的混配就是根據(jù)目前的生產(chǎn)情況，高爐什么狀況，去進行混配什么料種。多種料種的混配完全根據(jù)關鍵質量參數(shù)去決定，例如亞鐵合格率、堿度合格率、轉股強度等關鍵技術指標進行配比。同時將固定比例的料種混合后要進行制粒，也就是讓其成為顆粒狀原料，以保證后續(xù)工序的使用。

1.3 燒結及環(huán)冷部分

制粒的來料鋪到燒結機上進行燃燒，通過點火爐同時利用主抽風機進行抽風作業(yè)，以保證來料燃燒的充分進行。整個燃燒過程通過控制燒結機機速、風箱翻板閥的開度、料層厚度、點火強度等來實現(xiàn)的。主要控制在料層、風門開度、主管溫度、機尾溫度，主要保證其燃燒充分，同時燒程盡可能地合理。充分燃燒的燒結礦在燒結機的運轉過程結束后會經(jīng)過翻車和破碎到達環(huán)冷機系統(tǒng)，在環(huán)冷機系統(tǒng)上進行有效的冷卻。保證料溫下降，多余的熱量會被回收發(fā)電，燒結礦在環(huán)冷機上進行充分冷卻。環(huán)冷機主要的冷卻方式為5臺鼓風機進行鼓風冷卻，以保證燒結礦的充分冷卻。

1.4 篩分及入爐部分

篩分及入爐是整個燒結系統(tǒng)的最后關鍵，篩分是將燒結礦進行篩選，以保證合適粒度的燒結礦得以進入高爐。篩分的意思就是將燒結礦分為不同的粒級，小粒級的形成返礦回到配料室重新混配，大粒級的形成底料鋪到燒結機上形成底料，粒度合適的進入高爐作為原料。粒度、質量合適的燒結礦不斷的有序生產(chǎn)，保證了高爐的高效利用。

2 燒結機點火爐燃燒控制系統(tǒng)設計

在整體燒結礦的生產(chǎn)流程中，燒結機點火爐是點燃燒結機上燒結混勻料的關鍵設備，點火爐為燒結機的正常生產(chǎn)提供了初始的熱量，通過點燃焦爐煤氣在助燃空氣中燃燒，以產(chǎn)生大量的火焰和高溫煙氣，并以熱輻射的方式點燃混合料，點火的控制直接影響到燒結機的燒程、燒結礦的平均粒徑、轉鼓強度等重要的生產(chǎn)操作參數(shù)。因此，控制燒結機點火爐的燃燒，保證來料得到穩(wěn)定的點燃狀態(tài)，實現(xiàn)燒結系統(tǒng)生產(chǎn)的精細控制起到了關鍵作用。

金屬制造公司燒結作業(yè)區(qū)通過現(xiàn)場的考察和論證，提出的PID控制方案，可以有效地滿足燒結機點火爐燃燒的自動控制。

2.1 控制原理

PID控制的使用非常廣泛，并且使用非常靈活，市場出現(xiàn)了一系列的產(chǎn)品，雖然很多冶金行業(yè)的生產(chǎn)過程是無規(guī)律或經(jīng)常改變的，但通過對其簡化可以變成線性或動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)。這樣PID控制就可以完全實現(xiàn)。其次PID參數(shù)容易整定，其中參數(shù)Kp、Ti、Td可以根據(jù)動態(tài)特性進行整定。如果動態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定。

典型的PID模型控制系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 PID模型控制系統(tǒng)

2.2 工藝技術性能描述及工況技術參數(shù)

2.2.1 工藝技術性能描述 。 本雙斜式燒結點火保溫爐完全滿足燒結點火工藝所需的點火溫度、點火時間、保溫時間等的要求。本點火爐在較低的煤氣能耗指標下，也可完全保證優(yōu)良的點火效果，對臺時產(chǎn)量、燒結礦強度均有提高。同時，還具備優(yōu)良的作業(yè)穩(wěn)定性、安全性、操作維護便利性和使用壽命長等特性。

2.2.2 機械技術性能描述。①整體設備按照國內(nèi)先進水平設計、制作。②點火溫度1150±50℃。③正常機速下，點火時間大于1.0min，保溫時間大于4.0min。④煤氣單耗低于0.07GJ/t-s(在關閉保溫燒嘴和引火燒嘴的正常工況條件下)。⑤點火爐爐頂設傾斜交叉錯布式點火燒嘴2排。保溫爐一段設保溫燒嘴1排。側部設引火燒嘴3對，引火燒嘴附近設點火棒。⑥點火燒嘴、保溫燒嘴、引火燒嘴燃料均為焦爐煤氣。⑦環(huán)冷機的回熱風供給保溫爐二段，分4段頂部進風。每段熱風橫管上均設波紋補償器。⑧點火爐前部設耐火內(nèi)襯端墻，點火爐和保溫爐一段之間設耐火內(nèi)襯隔墻；保溫爐一段和二段之間設耐火內(nèi)襯隔墻。隔墻不考慮水冷。⑨點火爐和保溫爐一段的內(nèi)襯結構為耐火層+保溫層，采用錨固吊掛現(xiàn)場澆筑施工結構，確保良好的整體密封性能。保溫爐二段的內(nèi)襯為陶瓷纖維層，采用內(nèi)錨固結構。爐殼采用框架式結構。爐底設置行走裝置，便于安裝和檢修。點火爐和保溫爐側墻上均設觀察孔。點火燒嘴前煤氣支管上設雙道手動球閥，空氣支管設一道通風蝶閥。每排燒嘴煤氣橫管上靠近接口位置設一道金屬硬密封蝶閥，末端設放散和取樣閥。每排燒嘴空氣橫管上靠近接口位置設一道通風蝶閥，末端設放散和泄爆閥。保溫燒嘴前煤氣支管上設一道手動球閥，空氣支管設一道通風蝶閥。煤氣橫管上靠近接口位置設一道金屬硬密封蝶閥，末端設放散和取樣閥?？諝鈾M管上靠近接口位置設一道通風蝶閥，末端設放散和泄爆閥。引火燒嘴前煤氣支管上設一道手動球閥，空氣支管設一道通風蝶閥。兩側煤氣橫管末端設放散、取樣閥和排污閥。設備上易于磨損、老化或需調(diào)整、檢查和更換的部件均能方便的拆卸、更換和修理。爐側和爐頂均設鋼格柵結構操作平臺。爐兩側均設上下扶梯。各操作區(qū)域均能滿足人身安全和勞動保護要求。點火爐爐頂設熱電偶安裝孔3個；保溫爐一段和二段各設熱電偶安裝孔1個。點火爐側墻設爐膛壓力檢測孔1個。點火燒嘴和保溫燒嘴采用兩臺風機供風，一工一備。引火燒嘴采用一臺獨立風機供風。熱風管道設外保溫。設備整體使用壽命大于5年。

2.2.3 工況條件參數(shù)。①燒結機有效面積500m2，利用系數(shù)1.25t/(m2.h)，臺時產(chǎn)量625t。②燒結機臺車外沿寬度5 736mm，側板高度760mm。③燒結機料層厚度740mm，料層平整，高低誤差不超過50mm。④臺車速度2.77m/min，調(diào)試范圍1.23m/min～3.69m/min。⑤風箱長度4.0m。⑥1號、2號和3號風箱負壓可調(diào)。⑦環(huán)冷機回熱風溫度小于500℃。⑧助燃空氣、煤氣接點壓力穩(wěn)定在3.0kPa～4.5kPa。

3 結束語

筆者根據(jù)金屬制造公司的未來發(fā)展需要，為了保證及滿足高爐冶金對燒結礦產(chǎn)質量的需求，通過對燒結機點火爐燃燒控制系統(tǒng)設計，來滿足金屬制造公司對燒結礦產(chǎn)量、質量的要求，期望能夠為包鋼集團金屬制造公司的降本、降耗工程奉獻了微薄之力。