高炉炼铁喷煤系统的计算机监控设计

张金钟

首钢通钢股份有限公司炼铁事业部 吉林 通化 134003

引言

炼铁系统的设计过程中高炉喷吹煤粉工艺不仅可对高炉炼铁工艺加以优化、改良，同时也利于节焦增产，可确保高炉顺行。子系统的设计过程中主要利用喷吹工艺模式，喷吹系统共装备了两组喷吹装置，主要负责向高炉喷吹煤粉。整个系统主要分为两个重要组成部分，分别为喷吹控制系统以及制粉控制系统。对系统内部功能进行分析，而后可将其分为加热炉燃烧控制、收粉控制、磨煤机出口温度控制、给煤磨煤控制以及热烟气引风控制等等，以上多项控制功能共同构成了完整的控制系统，同时也保证了系统内部功能的完整性与完善性。

1 高炉炼铁工艺分析

在现代炼铁工艺中，由竖炉炼铁发展而来的高炉炼铁工艺是最主要的手段，其钢铁总产量达到了全球的95%以上。炼铁时，将铁矿石、焦炭以及石灰石等原料从高炉炉顶处装入，并将氧气含量富足的高温空气从高炉下部的风口处吹入，使其与焦炭产生化学法应，通过燃烧生成一氧化碳和氢气，而这两种气体在高炉内上升的过程中会与铁矿石中的氧发生还原反应，从而得到铁。铁口用于铁水的排出，渣口则用于排出炉渣，炼铁所产生的煤气通过除尘作业后从高炉顶导出，可以用作加热炉、焦炉、锅炉等的原料，进行循环使用。

2 喷吹控制系统相关功能介绍

喷吹燃气炉系统真正实现了热风送炉、热风操作、煤气操作等多项功能，同时也可使得经济燃烧效果达到最佳状态。在一般情况下，工艺会将热风炉废气直接引入其中，并将废气作为煤粉干燥气体，这样做的目的是为了提高系统运行过程中的防爆能力，很多时候喷吹热风炉废气温度的变化幅度相对较大，所以通常会运用升温炉产生高温烟气，并将其与热风炉废气进行混合，从而提供温度稳定的气体，同时起到干燥的作用。整个工艺控制流程见下。1)磨煤机入口温度需要有效调节，过程中借助加热炉的作用，控制热风炉废气以及高温烟气的混合比值，借助电动调节阀对热风炉废气进行调节。2)若想进一步确保制粉系统的温度，使得温度更加适宜，就要运用混合干燥器，使之处于合乎规范的值域范围，而后结合磨煤机出口温度的变化情况，借助热风调节阀以及冷风调节阀等等，对出口温度变化进行调控，使得温度更加适当。3)如若高炉煤气压力与设定值不相符，存在过高或过低的情况，此时高炉煤气入口将实施自动切断。冷空气调节阀结合所需热风的温度，在其中混兑冷空气，与此同时，技术人员也应当发挥自身的专业优势，及时调节阀门开度，使之更加适应。

2.3 喷吹自动控制给煤系统 在喷吹自动控制给煤系统的运营过程中，相关工作人员需要了解原煤输送控制以及配比的实际要求，其中包含两个原煤给料皮带秤、大倾角皮带运输机以及平角带运输机等多个方面。在运行过程中要求设备瞬间启动、瞬间停止，同时具有紧急停止功能，确保配料启停的过程中配比更加适宜。原始量的设定只需要在画面上予以展现，过程中设定值需要直接传达至下位机，经过调节后直接驱动变频器，并对下料进行有效控制。

3 高炉炼铁喷煤系统的计算机监控设计

3.1 控制功能 (1)自动换罐：当另一个罐煤粉喷吹到下限值时，打开底部出煤阀进行同时喷吹一段时间(可设定)后，关闭另一罐出煤阀，换罐结束。(2)自动卸压：当罐子中的煤粉喷吹完并换罐后，打开卸压阀进行卸压，卸压管道上有两个气动阀，根据罐内压力逐步打开，缓慢卸压，避免造成煤粉仓压力过大。(3)罐子自动补压和流化：当罐子在加粉完成后处于等待时间，罐子底部流化调节阀设定固定的阀门开度进行流化，疏松煤粉。罐子在喷吹过程中，底部的流化调节阀根据设定量进行调节对流化板进行流化，使高炉的喷吹煤粉浓度达到要求，中部流化阀根据设定时间进行开关控制疏松煤粉，顶部补压调节阀根据设定罐压进行自动调节，保持罐压稳定。(4)起喷和停喷控制：每个分配器都设置了起喷和停喷命令。当高炉选择好可以使用的喷枪后，点动起喷命令，控制程序根据设定的起喷喷枪数打开前面几支枪的煤阀，同时关闭冷却氮气阀。当分配器的压力低于喷吹罐的压力后，打开喷吹罐底部的出煤阀，延时一段时间后，再打开其它已选喷枪的煤阀，并关闭对应的冷却氮气阀。在喷吹过程中，分配器压力过低，喷枪会停止喷吹。喷枪煤阀分批打开是为了保证不让分配器压力降得过低。当点动停喷命令时，喷吹罐底部出煤阀关闭，喷枪煤阀关闭，对应的氮气阀打开。当高炉风量和风压过低时，系统会自动停喷。(5)喷枪自动开关控制：当点动启喷命令后，喷枪出煤阀自动打开，对应的氮气阀自动关闭，当喷枪上未检测到煤流或点动停枪命令时，出煤阀自动关阀，打开氮气阀。煤粉输送管道吹扫控制：在停喷后，为了防止煤粉输送管道堵塞，需要对管道进行吹扫，吹扫分为向前吹扫和向后吹扫。向前吹扫是向高炉方向吹扫，吹扫时程序自动打开喷枪上的出煤阀；向后吹扫是向煤粉仓方向吹扫，打开进入粉仓的阀，从分配器端向煤粉仓吹扫。(6)画面显示操作：主要有以下画面：1个喷吹主画面，主要显示整个喷吹过程的设备状态和过程数据实时显示；煤粉仓及N2罐监控画面，主要显示煤粉仓的工作状态、N2气罐的使用情况；两个分配器的喷枪画面，主要显示高炉的喷枪使用状态，出煤阀、煤流调节阀，补偿气调节阀的工作状态。画面中所有的设备都连接了子画面，可对设备进行手、自动切换和操作。(7)参数设定：提供了很多参数设定画面，主要有卸压过程参数设定，加粉过程参数设定，换罐参数设定，流化参数设定，煤粉检测参数设定，起喷枪数设定等。

3.2 串级控制系统的结构特点 (1)有两个控制器串联构成控制系统，前方控制器的输出是后面控制器的给定，最后的控制器的输出是第一个的检测；(2)有两个控制器和两个检测环节和一个执行机构构成；(3)能迅速克服进入副回路扰动的影响。1)定性分析：副回路进入扰动时，检测环节监控到有扰动，偏离了给定，同时经过副回路的定值作用及时控制变量，使副被控变量恢复到副给定值，把扰动的影响降低到最小也就是对主控制器的的影响。也就是副环先对干扰进行简单调节，主环回路对扰动进行细调。因此，副回路的干扰能被串级控制能快速克服。

结语

综上所述，对于副环扰动，串级控制系统容易控制，可以使系统误差降低。串级控制、主控和副控都是串级控制系统，主控方式是切除副回路，以主被控变量作为被控变量的单回路控制；副控方式是切除主回路，以副被控变量作为被控变量的单回路控制。因此，在串级控制系运行过程中，如果一个环节不能工作.可以进行变化；减少对生产过程的影响。